JP2007129805A - インホイール発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、自動車の車軸又はエンジン出力軸から回転動力を得るための、歯車又はプーリ等の動力伝達部材による容積及び重量の増加とエネルギ損失とを解消できる、車載用発電機としてのインホイール発電機を提供することにある。
【解決手段】自動車の車輪のホイールディスクに固着されたロータと車輪の軸受けに固着されたステータからなり、前記ロータとステータの少なくとも一部が、車輪のリムと前記ホイールディスクにより囲まれた空間に配設されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、インホイール発電機に係り、特に、自動車のホイール部分に積載するインホイール発電機に関するものである。

自動車の開発に際しては、周辺環境に優しく、しかも運転者及び乗客に快適な乗車環境を提供できることが不可欠の目標になるが、そのためには、車載用発電機についても、一層の軽量化、コンパクト化、及びエネルギ効率の向上が求められている。

自動車用の車載発電機については、従来、クラッチ、ブレーキ、あるいは機械的スタータと組合せる等色々の工夫がなされてきたが、車軸又はエンジン出力軸から、歯車又はプーリ等の動力伝達部材を介して回転動力を得ており、これら動力伝達部材により必然的に、容積及び重量の増加とエネルギ損失とを招いていた。

なお電気自動車、又はハイブリッド自動車の場合には、モータを車輪内又は車輪近傍に設置して、車軸をモータにより直接駆動することにより、動力伝達部材を省略したインホイールモータが提唱されており、本願は、このインホイールモータの知見に基くものである。

例えば特許文献１には、インホイールモータを車両の足回り部品に対してより確実にフローティングマウントできる緩衝機構に関する技術が開示されている。
しかしながら、インホイール発電機に関する技術は開示されていない。
特開２００５−２８９３２３号公報

上記のような車載用発電機における諸問題を解決するためになされた本発明の目的は、自動車の車軸又はエンジン出力軸から回転動力を得るための、歯車又はプーリ等の動力伝達部材による容積及び重量の増加とエネルギ損失とを解消できる、車載用発電機としてのインホイール発電機を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明の請求項１によるインホイール発電機は、自動車の車輪のホイールディスクに固着されたロータと車輪の軸受けに固着されたステータからなり、前記ロータとステータの少なくとも一部が、車輪のリムと前記ホイールディスクにより囲まれた空間に配設されている、ことを特徴とする。

また、上記目的を達成するためになされた本発明の請求項２によるインホイール発電機は、第１のクラッチ板と第２のクラッチ板の間に介装され、その何れか一方に係合するように制御されるロータと、自動車の車輪の軸受けに固着されたステータからなり、前記第１のクラッチ板は車輪のホイールディスクに固着され、前記第２のクラッチ板は前記軸受けに対し回転自在に装着されて補助モータにより回転駆動され、前記ロータとステータの少なくとも一部が車輪のリムと前記ホイールディスクにより囲まれた空隙に収容されている、ことを特徴とする。

また、請求項３に記載するとおり、車速がある一定の値より大きい高速走行の場合は、前記ロータが第１のクラッチ板に係合され、車速がある一定の値より小さい低速走行又は停止の場合は、前記ロータが第２のクラッチ板に係合され前記補助モータにより駆動される、ことを特徴とする。

また、本発明によるインホイール発電機では、車載用発電機の少なくとも主要部分がホイールの内部に搭載されているので、自動車の貴重な容積効率を上げることができる。

また、車載用発電機が車軸により直接駆動されるので、従来技術の場合に必要であった、車軸から発電機への動力伝達部材が不要になり、その分だけ容積、重量、及び動力伝達部材で生じるエネルギ損失が削減できる。

以下、本発明に係る実施の形態と効果を、図面を参照して具体的に説明する。
図１は、第１の実施例に係るインホイール発電機を搭載した車輪を含む自動車の部分模式図である。
図２は、第１の実施例に係る前輪部の部分断面模式図である。
図３は、第１の実施例に係る後輪部の部分断面模式図である。

図１を参照すると、本実施例では、２つの前輪１、２及び２つの後輪３、４のすべての内部に各々、インホイール発電機が搭載されている。
前輪部は前輪１、２とは車軸５からなり、インホイール発電機のロータ１２、２２が各々前輪１、２のホイールディスク１０、２０に固着されている。
エンジン（又はモータ）７により車軸５が回転すると、ロータ１２、２２が、図示しないステータに対して同時に回転し、発電された電力がケーブル８４ａ、８４ｂを通じ、マルチプレクサ８３を介して副電池８２に蓄えられる。

このように、本発明による車載発電機において、少なくともロータは車輪の内部に収容され、車輪と軸を共有しているので、自動車の貴重な容積効率が上げられ、車軸から発電機への動力伝達部材が不要になり、その分だけ容積、重量、及び動力伝達部材で生じるエネルギ損失が削減できる。

副電池８２の出力は車内のユーティリティ出力８９、８８として使われる他に、主電池８１に供給され、さらに後述するように、後輪の補助モータ３６、４６の駆動に使われる。
また、電気自動車又はハイブリッド車の場合は、図示したように、主電池８１がモータ７を駆動してもよい。

図２を参照すると、本実施例における前輪１の関連部分を垂直に切った断面模式図であって、図示したように、図で左が上方、右が下方になる。
前輪２は前輪１に対して、配置が対称であって、構造・作用・効果が同一であるので、説明を省略する。

車輪１において、車軸５は、ベアリング９９ａを介して軸受け９１により軸支され、軸受け９１は縣架装置９２、９２ａを介して車台９３を支持しており、ディスク１０は、その中心部分において車軸５の端部に固着され、その外周部分においてリム１０ｂを備え、タイヤ１４を支持している。

さらに、ディスク１０は、その中間部分において突起１０ａを備え、他方、軸受け９１は、ディスク状の延伸部９１ａ、９１ｄと、それらの外周に設けられた支持体９１ｃを備え、突起１０ａは、延伸部９１ａに設けられた開口９１ｂを貫通するように配置されている。

その内部にコイル１２ａを備えるロータ１２は、突起１０ａに固着されると共に、ベアリング９９ｂを介して軸受け９１により軸支される。
他方、永久磁石からなるステータ１２ｂは、軸受け９１から延伸された支持体９１ｃに固着されている。

このようにして、ステータ１２ｂの内側でロータ１２が車軸５と共に回転すると、コイル１２ａに起電力が生じ、得られた電力は、コイル１２ａの両端に接続されたケーブル８４ａ（図１を参照のこと。図２には図示せず）を通じ、車内に供給される。

上記において、前輪１、２のインホイール発電機により得られる電力は、一般に自動車が高速運転中には十分大きいが、低速運転中又は静止中には実用に耐えない位小さいかゼロになる。

そこで、再び図１に戻って後輪部を参照すると、後輪部は後輪３、４と車軸６からなり、インホイール発電機のロータ３２が後輪３に備えた第１、第２のクラッチ板３１、３３の間に介装されており、インホイール発電機のロータ４２が後輪４に備えた第１、第２のクラッチ板４１、４３の間に介装されている。
第１のクラッチ板３１、４１は車軸６に固着され、他方、第２のクラッチ板３２、４２は各々、プーリ機構３５、４５を介して補助モータ３６、４６により駆動される。

車速は、本実施例では前輪車軸の回転速度としてセンサ８５によりセンスされ、コントローラ８６は、一定の値、例えば時速４０ｋｍを閾値として、車速が高速か低速かを判定し、各々、ロータ３２を第１のクラッチ板３１、又は第２のクラッチ板３３に係合させ、かつ、ロータ４２を第１のクラッチ板４１、又は第２のクラッチ板４３に係合させるように各々の電磁クラッチ（図示せず）を制御する。

従って高速走行の場合は、上記前輪の場合と同様に、エンジン（又はモータ）７により車軸６が回転すると、ロータ３２、４２が、図示しないステータに対して同時に回転し、発電された電力がケーブル８４ｃ、８４ｄを通じ、マルチプレクサ８３を介して副電池８２に蓄えられる。

これに対して低速走行又は停止の場合は、ロータ３２、４２は、各々補助モータ３６、４６により駆動されるので、低速走行又は停止している場合にも、ある所定の電力を発生させて副電池８２に蓄えることができ、例えばユーティリティ出力８８、８９として所定の電力を確保できる。

図３を参照すると、本実施例における後輪３の関連部分を垂直に切った断面模式図であって、図２と同様に、図示したように、図で左が上方、右が下方になる。以下、後輪３、４を後輪３で代表して説明する。

車輪３において、車軸６は、ベアリング９９ａを介して軸受け９１により軸支され、軸受け９１は縣架装置９２、９２ａを介して車台９３を支持しており、ディスク３０は、その中心部分において車軸６の端部に固着され、その外周部分においてリム３０ｂを備え、タイヤ３４を支持している。

さらに、ディスク３０は、その中間部分において突起３０ａを備え、他方、軸受け９１は、ディスク状の延伸部９１ａと、それらの外周に設けられた支持体９１ｃを備える。
突起３０ａは、延伸部９１ａに設けられた開口９１ｂを貫通するように配置され、突起３０ａの先端には、第１のクラッチ板３１が固着される。

他方、補助モータ３６は軸受け９１により延伸部９１ｅを介して固着され、第１のプーリ３５ｃ、テープ３５ａ、第２のプーリ３５ｂからなるプーリ機構３５（図１を参照のこと。図３には符番せず）を介して、第２のプーリ３５ｂに固着された第２のクラッチ板３３を回転させることができる。
ここで、第１のプーリ３５ｃは補助モータ３６の駆動軸３６ａに同軸に設けられ、他方、第２のプーリ３５ｂは、ベアリング９９ｃを介して軸受け９１により軸支される。

その内部にコイル３２ａを備えるロータ３２は、第１のクラッチ板３１と第２のクラッチ板３３の間に介装されると共に、ベアリング９９ｂを介して軸受け９１により軸支される。
他方、永久磁石からなるステータ３２ｂは、軸受け９１から延伸された支持体９１ｃに固着されている。

従って、高速運転時には、ロータ３２が第１のクラッチ板３１に係合されるので、ロータ３２を含む発電機は、前輪の場合と同じように、車軸により同軸に駆動される。
他方、低速運転又は静止時には、ロータ３２が第２のクラッチ板３３に係合されるので、ロータ３２を含む発電機は、補助モータ３６により駆動される。

４個のインホイール発電機は、その少なくとも主要部分が車輪の内部の空隙に収容されているので、自動車の貴重な容積を有効に使うことができる。
また、４個のインホイール発電機は車軸により直接駆動されるので、従来技術の場合に必要であった、車軸から発電機への動力伝達部材が不要になり、その分だけ容積、重量、及び動力伝達部材で生じるエネルギ損失が削減できる。
なお、低速運転又は静止時でも、２個のインホイール発電機に付けられた補助モータにより、例えば最小限のユーティリティ用電力が確保できる。

以上実施例１においては、４個の車輪すべてにインホイール発電機を搭載する場合を説明したが、一部の車輪（１、２、３個）にのみ搭載してもよい。
また、４個を越える多車輪車に対しても全部または部分的に搭載してもよい。
また、実施例１のインホイール発電機は、コイルを備えたロータを内側に、永久磁石を備えたステータを外側に配した形態としてあるが、他の種々の組合せを用いた形態であっても良い。
また、インホイール発電機の発電出力は交流を想定し、その場合マルチプレクサ８３は交直変換機能を兼ねている。
インホイール発電機の発電出力は直流でもよく、その場合マルチプレクサ８３は交直変換機能を要しない。

第１の実施例に係るインホイール発電機を搭載した車輪を含む自動車の部分模式図である。 第１の実施例に係る前輪部の部分断面模式図である。 第１の実施例に係る後輪部の部分断面模式図である。

符号の説明

１、２ 前輪（車輪）
３、４ 後輪（車輪）
５、６ 車軸
７ エンジン（又はモータ）
１０、２０、３０ （ホイールの）ディスク
１０ａ、３０ａ 突起
１０ｂ、３０ｂ リム
１２、２２、３２、４２ （インホイール発電機の）ロータ
１２ａ、３２ａ コイル
１２ｂ （インホイール発電機の）ステータ
１４、３４ タイヤ
３１、４１ 第１のクラッチ板
３３、４３ 第２のクラッチ板
３５、４５ プーリ機構
３５ａ テープ
３５ｂ、３５ｃ 第２、第１のプーリ
３６、４６ 補助モータ
３６ａ 駆動軸
８４ａ、８４ｂ、８４ｃ、８４ｄ ケーブル
８１ 主電池
８２ 副電池
８３ マルチプレクサ
８５ センサ
８６ コントローラ
８８、８９ ユーティリティ出力
９１ 軸受け
９１ａ、９１ｄ、９１ｅ 延伸部
９１ｂ 開口
９１ｃ 支持体
９２、９２ａ 懸架装置
９３ 車台
９９ａ、９９ｂ、９９ｃ ベアリング

Claims (3)

1. 自動車の車輪のホイールディスクに固着されたロータと車輪の軸受けに固着されたステータからなり、前記ロータとステータの少なくとも一部が、車輪のリムと前記ホイールディスクにより囲まれた空間に配設されている、ことを特徴とするインホイール発電機。
2. 第１のクラッチ板と第２のクラッチ板の間に介装され、その何れか一方に係合するように制御されるロータと、自動車の車輪の軸受けに固着されたステータからなり、前記第１のクラッチ板は車輪のホイールディスクに固着され、前記第２のクラッチ板は前記軸受けに対し回転自在に装着されて補助モータにより回転駆動され、前記ロータとステータの少なくとも一部が車輪のリムと前記ホイールディスクにより囲まれた空隙に収容されている、ことを特徴とするインホイール発電機。
3. 車速がある一定の値より大きい高速走行の場合は、前記ロータが第１のクラッチ板に係合され、車速がある一定の値より小さい低速走行又は停止の場合は、前記ロータが第２のクラッチ板に係合され前記補助モータにより駆動される、ことを特徴とする請求項２に記載のインホイール発電機。

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