JP3362032B2 - 電気自動車の給電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車の給電
装置に係り、特に、駆動用の電動モータへの大電流給電
と軽量化が要求される電気自動車の給電装置に関する。

【０００２】図１７に示すように、電気自動車とは、電
動機１０１の駆動力のみを用いて走行が可能な車であ
り、その電動機１０１に供給する電力源として、二次電
池（バッテリー）を用いるものを狭義の電気自動車Ａ、
エンジン発電機を用いるものをシリーズハイブリッド車
Ｂ、燃料電池を用いるものを燃料電池車Ｃと呼ぶことに
する。なお、図１７において、１０２は車輪、１０３は
コントローラ、１０４は二次電池、２０１はエンジン、
２０２は発電機、３０１は水素供給源、３０２は燃料電
池である。

【０００３】このように、電気自動車とは、回転式電気
電動機の駆動力のみを用いて走行が可能な車であり、そ
の電気電動機に供給する電力源として、二次電池、燃料
電池、内燃機関を用いた発電機、太陽電池等およびこれ
らを組み合わせたものを使用した車と定義する。ただ
し、以下の説明では、二次電池のみを用いた電気自動車
を念頭におくが、燃料電池、内燃機関発電機、太陽電池
を電力源とする車も当然に含まれる。

【０００４】

【従来の技術】電気自動車においては、ガソリンエンジ
ン，ディーゼルエンジン等を搭載した自動車等と同様
に、シャーシを一方の導体として使用し、他方の導体と
して適宜の配線を設けている。電気自動車では、電池重
量が大きく、しかも充電１回当りの走行距離が限られる
ことから、他のエネルギー源を使用する自動車に比較し
て車体の軽量化に対する要求が厳しい。また、電気自動
車では、バッテリーからモータに流れる電流は、大電流
になる。回生ブレーキとして使用する場合、モータを発
電機とし、モータからコントローラを経てバッテリーに
通電する。そのため、給電路における電圧降下が大きな
問題となる。電圧降下は、太い導体の使用によって抑制
できる。しかし、大電流供給用導体は重く、軽量化に対
する要求が過酷な電気自動車全体の重量を増加させる原
因となる。また、電気自動車は、ガソリンエンジンやデ
ィーゼルエンジンを搭載した自動車に比較してバッテリ
ー重量が極めて大きく、たとえばトランスミッション、
ディファレンシャルギヤ、シャフト等を省略しても重量
増加が否めない。

【０００５】更に、電気自動車の普及には、充電１回当
りの走行距離を如何に長くし、且つ加速性、登坂性等を
如何にして良くするか等の走行性の向上が重要な問題で
ある。バッテリーの改良、車体形状の設計、動力伝達機
構の低摩擦化、転がり性の良好なタイヤの採用等によっ
て、走行性はある程度まで改善できるが、車体の軽量化
が図られていない現状では、その走行性の改善にも限度
がある。

【０００６】この問題は、燃料電池や従来のエンジンを
バッテリーと併用するハイブリッド自動車等にも存在
し、電気自動車に限らず、他のエネルギーを電気と複合
して使用する自動車でも同様である。また、ガソリンエ
ンジン、ディーゼルエンジン等を搭載した自動車におい
ても、各種の電装部品の増加に応じて供給される電流が
増加の傾向にある一方で、軽量化を狙って薄肉部材の使
用が増加しているため、同様な問題を有する。

【０００７】この従来の課題を解決するために、車体の
構造材料を給電路と兼用して車両の軽量化を図る目的の
技術は、既に特開平７−８９３５５号公報に示されてい
る。この技術は種々の実施例を含む。以下、それらにつ
いて図１１〜１６を用いて説明する。

【０００８】図１１は従来の構造体のみからなる車両の
概略側面図、図１２は従来の導体を兼ねる構造体の接続
部を示す図である。

【０００９】電気自動車の構造体を構成する構造材料と
して、Ａｌ合金を図１１のＡ部に使用する。構造体は、
最も軽く且つ最大強度が得られるように形状、肉厚等を
定めてあり、特に、端子取付部が肉厚になっている。図
１２に肉厚化の例を示す。給電機能を兼ね備えた構造体
７０は、長手方向に伸びた内部空洞６９をもち、ボルト
６８が取り付けられる部分の肉厚が他の部分の肉厚より
も厚くなっている。また、バッテリーのマイナス極に接
続される導体７１がボルト６８によって構造体７０に取
り付けられている。

【００１０】構造体は、車体設計に対応した断面形状を
もっている。この構造体によって、この部分の接触抵抗
が低下し、電圧降下が抑えられ、バッテリー又はコント
ロールユニットからモータへの電力供給効率が向上す
る。その結果、電気自動車の走行可能な距離が長くな
る。また、これにより、バッテリーとモータとの間を接
続していた太い２本の導線のうち、１本が省略され、軽
量化が図られる。

【００１１】上記技術の結果に基づき、その変形として
プラス側及びマイナス側の双方共にシャーシ及びフレー
ムで兼用し、その間に、絶縁体として働く中間部材を配
置する。中間部材はＡｌ等の金属製基体とし、プラス側
及びマイナス側に対する絶縁を図るプラスチックスを組
み合わせることもできるようになっている。たとえば、
図１３に示すように、シャーシ及びフレームとなる構造
体６２，６２とＡｌ製基体６３の間にプラスチックス，
ネオプレンゴム等の絶縁体６１を挟み込み、両構造体６
２，６２をシャーシやフレームに接続固定する。

【００１２】ハニカム構造体を導電体として兼用する場
合、図１５，１６に示すように、ハニカム構造体６０の
両側に配置されるフレーム６２の間にプラスチック製等
の絶縁体６１を介在させる。両側のフレーム６２は、そ
れぞれプラス側及びマイナス側の導電体として使用され
る。また、ハニカム構造体のコアを絶縁体としてもよ
い。このようなハニカム構造体６０は、たとえば図１５
に斜線を付したように車両の床面大半に敷かれるため、
バッテリーとモータとの接続に有効に利用される。

【００１３】更に、プラス側導体及びマイナス側導体の
双方の機能を１本のＡｌ製フレームに持たせることもで
きる。この場合、たとえば、図１４に示すように、内側
Ａｌ製導体６６と外側Ａｌ製導体６４との間に絶縁体６
５を挟み込んだ一体型構造体６７とする。通常、内側Ａ
ｌ製導体６６がプラス側に、外側Ａｌ製導体６４がマイ
ナス側に使用される。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記給電路兼
用技術は、（１）構造体の形状を車両の形状および部位
に合わせる必要があることから、加工が難しく、（２）
給電路の位置が車両の形状に応じて異なりその都度設計
する必要があり、（３）構造体を絶縁する手段が不明で
ある等の問題点があった。

【００１５】本発明は、このような問題を解消すべく案
出されたものであり、車両の構造体を導電路として兼用
すると共に構造体形状を規格化することにより、車両全
体の軽量化を図り、車両の走行性を改善することを目的
とする。

【００１６】

【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、車体のフレームを断面長方形で中空柱状の
導電体とし、バッテリーと電気的負荷との間の給電路を
フレームで兼用したことを特徴とする。車体の床面は前
記断面長方形で中空柱状導電体のフレームを複数個並べ
て表面を平面にする。フレームの材質としては、Ａｌ合
金材が使用される。フレームの表面は絶縁体で被覆す
る。フレームはその表面が絶縁膜で被覆されている板状
体を断面長方形になるように折曲・溶着形成してもよ
い。また、フレームは断面長方形で中空の柱状体に形成
した後、絶縁被覆してもよい。

【００１７】以下、本発明の特徴を列記する。

【００１８】〔１〕断面が略長方形の中空のフレームを
単位として、このフレームを複数個連設して車体の床を
構成し、前記フレームの中空部に電池及び走行に必要な
電気機器を収納するようにした電気自動車において、前
記車体の床を連設構成時、前記フレームの外側に面する
面に絶縁体を被覆すると共に、前記フレーム同士を接合
した接合面には絶縁被覆を行わず、前記車体の床を１つ
の導電路とした。

【００１９】〔２〕上記〔１〕記載の電気自動車の給電
装置において、前記フレームを貫通する接続具により前
記絶縁体被覆を介して前記フレームと給電線を電気的に
接続した。

【００２０】本発明においては、車両のフレームに導電
体としての機能を予め持たせている。このフレームは、
給電専用の導体に比較して大きな断面積をもっているた
め通電抵抗が小さく、大きな電圧降下を伴うことがな
い。また、大きな肉厚のフレームは、給電体としての電
気抵抗の低下及び強度部材としての強度上昇の両方の機
能を兼ね備えている。フレームは、少なくとも一方の導
体として使用され、その分だけ車両が軽量化される。ま
た、フレームは規格化された断面長方形で中空柱状の導
電体からなり、車両の床面はこのフレームを複数個並置
して表面が平面になるように組み合わされているので、
フレームが規格化でき、床面はこの規格化されたフレー
ムを適宜組み合わせることで任意の大きさとすることが
できる。フレームは表面が絶縁被覆されているので、他
に絶縁を考慮することなく、フレーム上に部品を組み付
けることができる。

【００２１】

【本発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説
明する。図１は本発明に係わる電気自動車の実施の形態
を示す床構造体および収納部品の斜視図、図２、図３は
本発明のフレームの長方形の一辺を構成する基体および
必要に応じて設ける絶縁被覆を示す図、図４，５，６
は、図２の構成を基本にして構成した本発明の断面長方
形フレームと各種絶縁被覆との関係を示す図である。 （１）床構造体： 図１に示されているように、床構造体１は、断面が略長
方形の６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。すなわち車両の内側に位置する車両の長さ
方向に中空のセンタフレーム２，２′と車両の両側に位
置し車両の長さ方向と直角方向に中空のサイドフレーム
３Ａ，３Ｂ，３Ａ′３Ｂ′とから構成されている。これ
らのフレーム２，２′，３Ａ，３Ｂ，３Ａ′３Ｂ′は所
定幅になるように互いに平行に配置され、サイドフレー
ム３Ａ，３Ｂ，３Ａ′３Ｂ′には図示されていないがド
アが、またセンタフレーム２，２′には図示されていな
いが従来周知の座席、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
ー等が取り付けられ、これにより電気自動車の基本部分
が構成されている。床構造体１は、上記のようにサイド
フレーム３Ａ，３Ｂ，３Ａ′３Ｂ′と、センタフレーム
２，２′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２，２′，３Ａ，３Ｂ，３Ａ′３Ｂ′
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合金の押し出し成形技術により成形
するのが望ましい。

【００２２】このようにして形成されるセンタフレーム
２，２′およびサイドフレーム３Ａ，３Ｂ，３Ａ′３
Ｂ′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２，２′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２
１，２２，２３，…の形状あるいは大きさを考慮して、
空気の流通があるように広く作られている。また、サイ
ドフレーム３Ａ，３Ｂ，３Ａ′３Ｂ′は、センタフレー
ム２，２′よりも短く、高さはセンタフレーム２，２′
と略同じ高さになっている。

【００２３】本実施の形態によると、床構造体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２，
２′とサイドフレーム３Ａ，３Ｂ，３Ａ′３Ｂ′から構
成されているので、どのフレーム２，２′，３Ａ，３
Ｂ，３Ａ′３Ｂ′にも車両の走行に必要な構成要素、例
えば、電池と必要に応じ充電器５、制御装置４，４′、
電力コントローラ等を収納することができる。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２，２′に電池２１，２２，２３，…を収納する例
が示されている。この場合、電池２１，２２，２３，…
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、例示的に前
方（矢印Ａ方向）からトレー２０に載せて出し入れする
例を示す。また、サイドフレーム３Ａ，３Ａ′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′、サイドフレーム３Ｂには電池２１，２２，
２３，…を充電する充電器５、サイドフレーム３Ｂ′に
は車内用の冷暖房装置６等が図１に示されるように車両
の側方（矢印Ｄ方向）から収納されている。上記構成要
素のフレームへの収納方向は、前記以外に上から挿入す
る収納（Ｂ）方式、下から挿入する収納（Ｃ）方式が採
用できる。これらの収納方式は、断面で上辺または下辺
が削除されているコ字型フレームに、上記構成要素を収
納した断面長方形のアダプタを下方向または上方向に挿
入し、アダプタの両側の弾性係止部をフレーム側壁に嵌
合係止する構成になっている。 （２）フレーム： 本発明のフレームについて以下説明する。

【００２４】図２はフレームの長方形の一辺を構成する
基体で、長方形の板状を呈するＡｌ合金板３１と、必要
に応じて設けられる絶縁被覆３０，３２からなる。絶縁
被覆３０，３２は、強度を必要とすることから、ポリエ
チレン、ポリプロピレン等の樹脂の多層コーテイング層
が使用可能であるが、特に耐荷重特性からグラスファイ
バー強化エポキシ樹脂が好ましい。

【００２５】図３は、図２の細部の詳細図であり、図
４、図５、図６は、図２の構成を基本にした本発明の断
面長方形フレームの構成図であり、必要に応じて内側お
よび外側が絶縁被覆されている。

【００２６】以下、本発明のフレームに絶縁被覆を施し
た際の被覆形態の相違を図４、図５、図６を用いて説明
する。

【００２７】図４は、Ａｌ合金板３１から形成される断
面長方形の中空柱状体で、本発明のフレームを構成す
る。この図４のフレーム３４は、必要に応じて内側およ
び外側が完全に絶縁被覆３０，３２されている。

【００２８】図５のフレーム３５が、図４の例と異なる
ところは、左右外側に絶縁被覆３００が施されていない
ところである。これは、図１のようにフレームを並置し
て組み合わせるとき、溶着、ネジ止め等の固着手段を施
した際に絶縁被覆が固着の阻害要因にならないようにす
るためである。

【００２９】また、図６のフレーム３６が、図４の例と
異なるところは、左右外側のどちらか片方に絶縁被覆３
０が施されていないところである。これは、図１のよう
にフレームを並置して組み合わせるとき、一番外側にな
るフレームに溶着、ネジ止め等の固着手段を施した際に
絶縁被覆が固着の阻害要因にならないようにするためで
ある。

【００３０】図７は本発明の絶縁被覆を有するフレーム
と給電線との接続状態を示す図、図８及び図９は図７の
実施態様を示す図である。

【００３１】図７の電動モータや照明機器等への給電線
をフレームに接続するときは、例えば、図８，図９のよ
うな接続を行う。

【００３２】図８の場合は、フレームの一辺およびその
内外側の絶縁被覆３２，３０を貫通して略円錐状の孔を
開け、給電線５０にも同様の孔を開け、これらの孔にボ
ルトを挿入しナット４１で締め付ける。ボルトは、頭３
７、大径部３８、テーパー部３９、小径部４０よりな
り、テーパー部３９が略円錐状の孔に摺接する。この結
果、摺接作用により接触圧力が高まり接触抵抗の少ない
接続ができる。

【００３３】また、他の接続の例として、図９の場合
は、ボルトの頭３７に絶縁被覆３２を介してＡｌ合金板
３１表面に食い込む突起４４が形成されていて、ナット
４１による締め付け時、突起４４によって良好な接触抵
抗にする。

【００３４】図８、図９共に、ボルトの頭３７とナット
４１に、絶縁体カバー４２，４３を嵌合する。必要に応
じて給電線５０の表面にも絶縁体を被せる。このように
最終的に絶縁体および絶縁被覆を設けることによって、
給電路を絶縁することができる。

【００３５】図１０は本発明の導電路が形成されるトレ
ーの構成を示す図である。

【００３６】この図において、５１は絶縁体から構成さ
れるトレー、５２はそのトレーに配線される導電路、５
３はその導電路５２に接続される端子、５４は電池、５
５は中空フレームである。

【００３７】この実施例では、トレー５１に配線からな
る導電路５２を設けて、所定の位置に端子５３を形成し
て、その端子５３に電池５４を接続できるようにしてい
る。このようにして、トレー５１上の電池５４はトレー
５１に施される導電路５２を介して接続可能である。

【００３８】（３）インホイールドライブ： 図１に示すインホイール式駆動装置７，７′自体は、特
開平８ー２８９５０１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。

【００３９】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。

【００４０】また、前部輪のホイール１０，１０′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２，２′
に取り付けられるが、同様に図１では省略されている。

【００４１】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、床構造体１は比較的小径の４個の後部輪
１３，１４，１３′，１４′と、同様に比較的小径の４
個の前部輪１５，１６，１５′，１６′とで支えられて
いる。本実施の形態は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、後部輪１３，１３′，１４，１４′に対称的に２個
あるいは４個、または前部輪１５，１５′，１６，１
６′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１には後部輪１３，１
３′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１３〜１
６′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。

【００４２】図１の床構造体１の懸架装置は、図示しな
いが、ダブルウィッシュボーン式により１個の車輪で懸
架されるか、またはボギー構造とダブルウィッシュボー
ン方式の組み合わせからなるサスペンションにより２個
の車輪１６，１５で支持されている。

【００４３】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、電池とモータ、照明装置等とを接続する給電路を断
面長方形で中空柱状のフレームで兼用させている。その
ため、特に軽量化の要求が過酷な電気自動車において適
し、給電路の断面積を大きくできることから電圧降下に
起因したエネルギー損失が抑制され、効率よく車両の走
行に電気エネルギーが消費される。また、ガソリンエン
ジン、ディーゼルエンジン等を搭載した従来の自動車に
あっても、各種電気機器に対する給電路が同様に構築さ
れる。また、給電路を形成するフレームの形状が一定の
形状を有するので、給電路の形成が画一的にでき容易に
なる。フレームはその内部に走行制御用の種々の部品を
収納できるので、フレームは導電路、種々の部品の収納
庫および車体の３役に兼用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる電気自動車の第１の実施の形態
を示す床構造体および収納部品の斜視図である。

【図２】本発明のフレームの一辺を構成する基体と絶縁
被覆の実施態様を示す図である。

【図３】図２の細部の詳細図である。

【図４】本発明のフレームと絶縁被覆の第１実施態様を
示す図である。

【図５】本発明のフレームと絶縁被覆の他の実施態様を
示す図である。

【図６】本発明のフレームと絶縁被覆のさらに他の実施
態様を示す図である。

【図７】本発明の絶縁被覆を有するフレームと給電線と
の接続態様を示す図である。

【図８】図７の接続の１実施態様を示す図である。

【図９】図７の接続の他の実施態様を示す図である。

【図１０】本発明の導電路が形成されるトレーの構成を
示す図である。

【図１１】従来の構造体のみからなる車両の概略側面図
である。

【図１２】従来の導体を兼ねる構造体の接続部を示す図
である。

【図１３】従来の絶縁体で分離したＡｌ製基体図であ
る。

【図１４】従来のプラス側給電路及びマイナス側給電路
をもつ複合体図である。

【図１５】従来のハニカム構造体が敷かれる部分を示し
た構造体のみから成る車両の平面図である。

【図１６】従来の絶縁分離したハニカム構造体図であ
る。

【図１７】電気動力自動車の基本構成を示す図である。

【符号の説明】

１ 床構造体 ２，２′ センタフレーム ３Ａ，３Ｂ，３Ａ′，３Ｂ′ サイドフレーム ４，４′ 制御装置 ５ 充電器 ６ 冷暖房装置 ７，７′ インホイール（モータ）式駆動装置（ドラ
イブ） ８，８′，１０，１０′ ホイール ９，９′ タイヤ １３，１４，１３′，１４′ 後部輪 １５，１６，１５′，１６′ 前部輪 ２０，５１ トレー ２１，２２，２３，５４ 電池 ３０，３２ 絶縁被覆 ３１ Ａｌ合金板 ３４ 内側と外側の全部を絶縁被覆したフレーム ３５ 左右の外側絶縁被覆を省略したフレーム ３６ 左右外側のどちらか片方の絶縁被覆を省略した
フレーム ３７ （ボルトの）頭 ３８ 大径部 ３９ テーパー部 ４０ 小径部 ４１ ナット ４２，４３ 絶縁体カバー ４４ 突起 ５０ 給電線 ５２ 導電路 ５３ 端子５５ 中空フレーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60L 1/00 - 3/12 B60L 7/00 - 13/00 B60L 15/00 - 15/42 B60K 1/04 B60K 7/00 B62D 21/17 H02J 7/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 断面が略長方形の中空のフレームを単位
   として、該フレームを複数個連設して車体の床を構成
   し、前記フレームの中空部に電池及び走行に必要な電気
   機器を収納するようにした電気自動車において、 前記車体の床を連設構成時、前記フレームの外側に面す
   る面に絶縁体を被覆すると共に、前記フレーム同士を接
   合した接合面には絶縁被覆を行わず、前記車体の床を１
   つの導電路とする ことを特徴とする電気自動車の給電装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電気自動車の給電装置に
   おいて、前記フレームを貫通する接続具により前記絶縁
   体被覆を介して前記フレームと給電線を電気的に接続す
   るようにしたことを特徴とする電気自動車の給電装置。