JP3816938B1

JP3816938B1 - 高気圧の与圧室内に駆動部を封入したインホイールモーター

Info

Publication number: JP3816938B1
Application number: JP2005166307A
Authority: JP
Inventors: 快堂池田
Original assignee: 快堂池田
Priority date: 2005-06-07
Filing date: 2005-06-07
Publication date: 2006-08-30
Anticipated expiration: 2025-06-07
Also published as: WO2006132084A1; JP2006341626A

Abstract

【課題】エネルギー効率が良い車輪の外周部付近に軽量で発熱量が少ないリニアモーターの駆動原理を適用し、動力源となるリニアモーターとともに発熱を制御できる冷却装置を伴う高気圧の与圧室内に駆動部を封入し、防塵・防滴の処置を可能にして動力内蔵の車輪としての完結性を高めること。
【解決手段】車輪に外部から動力を接続する従来方式をやめ、リニアモーターの駆動原理を有する原動機を車輪に内蔵するとともに、駆動部の発熱を内蔵された簡単な仕組みで放熱し、電気的装置やベアリング等の駆動部環境を高気圧の与圧室内に封入することによって防塵・防滴を図り、車輪外からは電源の供給さえあれば、泥濘地や砂地などの野外の不整地や、あるいは水中などの多岐にわたる過酷な環境下においても使用可能で完結性の高い動力内蔵の車輪を作成する。
【選択図】図８

Description

本発明は、タイヤとリムから構成される車輪を１つ以上有し、その１つもしくは２つ以上の複数の車輪の回転軸に動力を与えて地上や氷上の表面、もしくは必要に応じて海底や湖底の水底（以下、地面等）を走行する従来の車両システムに対して、車輪の回転の中心にある車輪軸や車輪の外周部に車輪外部からの動力を接続することなく、車輪の内部にリニアモーターの駆動原理を有することによって車輪そのものに動力を内蔵し、かつ、車輪内部で発生する動力源の発熱を制御できる放熱装置を有し、その上、高いトルク（回転モーメント、ねじり偶力）を省エネルギーで達成できる車輪を構成して、車両を運行することに寄与するシステムの実現方法に関する。

人類の歴史とともに古代からある車輪の運用は、たとえば荷車の場合、その動力の接続先は、荷車の進行方向前方の柄の部分を牽いたり、荷車の後部を押して行なわれた。また、泥濘地や砂地において車輪をとられた場合などでは、車輪の外周部に手をかけて直接車輪を回すことを行なってきた。その後、蒸気や内燃機関の発明に伴いクランクシャフトを介しての高いトルク（回転モーメント、ねじり偶力）の発生が可能な動力や、回転子の径が大きく強力な力を発揮できる電動モーターを得ることとなり、それぞれを動力源として動力源からプロペラシャフトやドライブシャフト等を介して車輪の回転の中心たる車輪軸に動力を接続し、車輪を回す方式が多く採用された。車輪軸を駆動するタイプでは、車体の中央部からのドライブシャフトを介して車輪軸を回すのではなくて、小型の電動モーターを車輪のホイール内に設置し、ホイール内の電動モーターの回転を、同じくホイール内に設置された減速装置で減速して、直接車輪軸を回転させる方式のインホイールモーターもある。さらに小型の電動モーターの場合には、低いトルク（回転モーメント、ねじり偶力）ではあるが高い回転数が可能な原動機の動力を、車輪外周部にギアやローラー（以下、ローラー等）を介して直接接続して車輪を回転させる方式も存在する。本願で従来からの方式といった場合においては、一般的に見ることができるこの３種類を示す。

内燃機関や電動モーターをメインの動力として車両の中央部に積載し、減速歯車装置やドライブシャフト等を介して動力を車輪軸に接続する方式では、高いトルク（回転モーメント、ねじり偶力）の原動機を得た場合には、作成も速度の増減も容易であるが、エネルギー効率が悪い。一方、低いトルク（回転モーメント、ねじり偶力）で高い回転数の電動モーターを車輪外周部に直接接続する特許文献８や特許文献１２の場合では、エネルギー効率は良好で、作成も容易だが、電動モーターのローラー等の半径と車輪の半径の比率の格差が著しく大きいことから、車輪の回転の増減は困難である。

車輪軸を駆動するもう一つのタイプのインホイールモーターは、電動モーターをホイール内に設置したタイプであるが、車体に対して固定された電動モーターの周囲は、車体に対して回転するホイールが取り囲むため、電動モーターのハウジングケースとホイールとの間は、空間によって間隔が保たれていなければならない。したがって、インホイールモーターの直径は、車輪の直径に比較して、かなり小さな径とならざるを得ず、トルク（回転モーメント、ねじり偶力）が不足する。そのため高い回転数にして、同じくホイールの中に設置した歯車減速装置を介して減速することによって、トルク（回転モーメント、ねじり偶力）を補って使用するのが通常である。

特許文献１の明細書に記載された利用分野は、電気自動車やフォークリフトやゴルフカート等の比較的負荷の少ない車両分野ではあるが、インホイールモーターの電動モーターも減速用の歯車装置も、すべて車輪の内側空間に収めた例である。電動モーターと歯車装置のすべてを車輪の内側空間に収め、しかも、所用のトルク（回転モーメント、ねじり偶力）を得るための工夫として、特許文献１は、電動モーターの電磁石から成る固定子を、非常に大きく強力なものとし、その分、永久磁石から成る回転子の直径を、車輪の直径の２０％の長さにも満たないという極めて小さなものとしている。通常、このように極端に小さな直径の回転子を用いる場合には、電動モーターの回転数を著しく高いものとして、減速率を高めて高トルク（回転モーメント、ねじり偶力）とするのが一般的であるが、特許文献１は、歯車減速装置の収められた空間が小さいこともあって、大きな減速比をとることが困難なことから、車輪軸の回転数を１５０ｒｐｍとしたときに、電動モーターの回転数は７５０ｒｐｍ程度の比較的低い回転数であって、大きなトルク（回転モーメント、ねじり偶力）を発生することは困難である。よって、車体重量が大きく高い運動性能を要求される一般乗用車等の駆動輪とすることはできない。

特許文献１１は、２種類の永久磁石の回転子を挟んで車輪の直径方向に２種類の電磁石から成る固定子を配設することによって、電動モーターの出力向上と回転数の自由度を増加し、減速歯車装置なしで所用のトルク（回転モーメント、ねじり偶力）を得られる仕組みを開示している。特許文献１１の図面の図１によれば、特許文献１や特許文献１０の場合に比べ、その回転子の回転半径は大きく、強力な電流をその電磁石に与えることができれば、かなりの重量の車体を駆動させることができる可能性がある。しかしながら、２種類の電磁石のうち、車輪の直径方向で車輪軸に近い方は、インホイールモーターのごく内部に位置して、発熱及び蓄熱に対して著しく脆弱であり、減速装置を伴わずに重量のある車体を駆動させるトルク（回転モーメント、ねじり偶力）を発生させるために必要となるための充分な電流を印加すれば、短時間に電磁石のコイルを焼損し、駆動不能となる可能性が高い。このため、常用は、外側の電磁石とし、外側の電磁石が、所要のトルク（回転モーメント、ねじり偶力）を発生できない場合に内側の電磁石が作動する、と明細書に記載されているが、明細書に記載された使用法では、所要のトルク（回転モーメント、ねじり偶力）と回転数の自由度を、同時に満足できるかは、疑問がある。

一般に、乗用車クラス以上の車体重量と高い運動性能を要する乗物の車輪を駆動する場合においては、特許文献１、特許文献１０及び特許文献１３が開示したように電動モーターや歯車減速装置を車輪の内側空間にすべて収めることは著しく困難である。よって、電動モーターか、もしくは減速歯車装置のいずれかが、車幅方向に車輪から飛び出した構造となる特許文献５、特許文献６、特許文献７及び特許文献１０の方が、一般的である。特許文献５、特許文献６、特許文献７及び特許文献１０のインホイールモーターは、小径なために低トルク（回転モーメント、ねじり偶力）ではあるが、高い回転数の電動モーターをホイール内に設置して、その高い回転数の低いトルク（回転モーメント、ねじり偶力）を、低い回転数の高いトルク（回転モーメント、ねじり偶力）とするための歯車減速装置を、車体の中心から遠い部分に設置した例である。このうち、特許文献７は、インホイールモーターの回転軸に接続した歯車装置によって減速した結果を、インホイールモーターを取り囲む車輪の内周部に接続する方式であり、特許文献５、特許文献６及び特許文献１０は、インホイールモーターの回転軸に接続した歯車装置の減速結果を車輪の車輪軸に接続する方式である。いずれの歯車減速装置の設置方式も、構造的には単純で製作容易であるが、インホイールモーターのかなりの部分が、車体の車幅方向中央部に突出し、車体の最低地上高（クリアランス）を低めることが多い。

特許文献４は、歯車減速装置によって車輪軸を回転させる方式であるが、減速のための歯車装置を車体幅方向の中央に近い部分に設置し、かつ減速装置として実施例が多い遊星歯車等の回転軸の周囲を取り囲むタイプの歯車でなく、平行軸の平歯車を車体の最低地上高（クリアランス）を低めないような個所、たとえば車輪軸の真上に設置した例である。この特許文献４のようにした場合には、電動モーターをホイールの中に収めることが容易となり、最低地上高（クリアランス）もこれまでのインホイールモーターよりも改善されるが、車輪軸を回転駆動させるために中空軸等の複雑な部品を必要として製造が難しくなる。

特許文献５では、インホイールモーターでありながら、その明細書の段落００４６に減速装置がなくても車輪を駆動可能である、との記述を有する。しかしながら、特許文献５は、インホイールモーターの車輪軸をメインモーターもしくはメインエンジンからのドライブシャフトと共用し、必要に応じメインモーターもしくはメインエンジンと共同して車輪軸を駆動する機構を有するものであって、インホイールモーターのみの駆動力をもって、減速装置を介さず車輪軸を駆動することは、著しく困難がある。インホイールモーターの構造にこだわり、かつインホイールモーターの駆動力を減速装置を介さず直接、車輪軸の強力な駆動力とするためには、インホイールモーターの名称ではあっても、電動モーターをホイール幅から大幅にはみ出させ、電動モーターの回転子の径をタイヤの径とほぼ同じになるまで限界いっぱい大きく採れば可能性がある。しかし、この場合は、最低地上高（クリアランス）が著しく低くなるので、工場等の完全舗装された構内等での使用に限定された乗物となり、一般の野外で用いることはできない。

特許文献１、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献９、特許文献１０、特許文献１１及び特許文献１３のいずれの場合でも、使用される電動モーターは、回転軸に接続されて回転する回転子に永久磁石を用い、その外側の固定子には電磁石を用いて、電磁石の外側は、通常、アルミダイカスト等の金属のハウジングケースに接している。よって、電動モーターの最深部にも電磁石を有する特許文献１１を除けば、一般に放熱性が良く、かつ、ハウジングケースと車輪との間は空間があって空気の流れがあるので、電動モーターの電機子を構成する電磁石の発熱や蓄熱を考慮する必要が少ない。

従来からの方式のうち、車輪軸へ動力を接続する場合の利点である車輪の回転数変更の容易性と、車輪の外周部へ直接動力を接続する利点である高いエネルギー効率とを生かし、欠点は補完するために、従来のインホイールモーターに用いられたハウジングケースやハウジングケースとホイールとの空間を省いて、車輪の内周部のすべてを電動モーターで置き換え、電動モーターの中心部の固定子を電磁石とし、固定子の周囲に配設する回転子を永久磁石として、この永久磁石の回転子に車輪を直接形成して、高いトルク（回転モーメント、ねじり偶力）を得て、減速装置を介さずに速度の増減を図るとともに、省エネルギーを同時に実現する仕組みとして、特許文献２や特許文献３が発明された。

特許文献２や特許文献３は、電動モーターの固定子に電磁石を用いて車体に対して固定し、その周囲に永久磁石による回転子を配して、回転子に直接車輪を構成することによって、インホイールモーターに見られたハウジングケースやホイールとの空間を不要とするので、回転子を大きな半径で作成することが可能となる。この方法は、減速装置を介さず低回転、高トルク（回転モーメント、ねじり偶力）を実現できるので、車輪の外周部に動力を接続する場合の省エネルギーと、車輪軸に動力を接続する場合の速度の増減の容易性とを、両立できる良い方法である。これによって、従来のインホイールモーターが抱えていた電動モーターの回転子が、ホイール径に比較して小さなものしかできない欠点を解消できたので、大きなトルク（回転モーメント、ねじり偶力）を得ることができる。ただし、車輪の内部は、永久磁石と電磁石の組合せによる電動モーターであり、中央に電機子を有することとなる。電磁石の電機子は、原則、車輪の中心を挟んで対称位置（点対称）にＮ極とＳ極を形成し、極性の効率を高めるため、Ｎ極とＳ極をつなぐ間を磁力の通りの良い金属、たとえば積層化したケイ素鋼板などをもって磁力線の通路を車輪内に形成する必要がある。したがって、これまでの永久磁石を回転子とするインホイールモーターでは問題とならなかった車輪の口径の増加に伴う重量増と、電動モーターの中心部に位置する電磁石の固定子となる電機子の発熱及び蓄熱の問題が発生する。このような構造である以上、特許文献２及び特許文献３は、たとえ車輪の中央部に多少の空洞部を作成できたとしても、車輪の半径のほぼ２乗倍で重量が大幅に増加する。このため、軸方向には短い電動モーターの作成ができた場合においても、この方式による大口径の車輪では、電動モーターの重量が非常に大きなものとなるので、完全舗装の平坦路や工場の構内、あるいは鉄道線路等の不規則な動きの少ない環境での使用に適していても、野外の不整地の走行によって激しい動きが車輪や車体に生じる環境下での使用には適さない。

特許文献２や特許文献３では、固定子となる電機子を構成する電磁石は、車輪の中心軸を対称点として、たとえばＮ極は、多くは１８０°の対称位置に、状況により１２０°の対称位置にＳ極を有し、Ｎ極とＳ極の間には、磁力線（磁束）の通り道が形成される。磁束の通り道は、ケイ素鋼等を薄く板状にして積層し、余計な電流が発生しないようにしてはいるものの、この通り道を磁束が通過する際には磁束に直交する方向に電流が発生して発熱する。よって、車輪の口径が大きくなると、固定子たる電機子の寸法が大きくなり、磁束の通り道が長くなるので、車輪に内蔵した電動モーターの重量増加とともに、発熱量も車輪の口径のほぼ２乗倍で増加する。しかも、特許文献２及び特許文献３の電機子たる電磁石は、電動モーターの中央部に位置して、発熱した熱量の蓄積が容易におこるので、電動モーターが発熱及び蓄熱によって損傷もしくは焼損する可能性を生じる。

特許文献２や特許文献３は、その考えられる車輪の非常に大きな重量の関係から、使用環境は不規則な動きが少ない完全舗装の道路や構内、あるいは鉄道線路上で使用されると考えられるので車輪は走行中も常に安定し、車輪外部からの強制的な送風や液体の循環をもって行う比較的大きな熱交換装置を有する冷却装置を取り付けることが容易である。反面、これらの冷却装置の放熱部を含めたすべてを車輪の電動モーターの内部に設置できる余積を設けることは著しく困難なので、冷却装置の枢要な部分を車輪外部に設置することが必要となり、車輪だけで運用できるという完結性を得ることは著しく困難がある。

特許第３３３７２７９号（請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、図１、図２、図３、図４、図５、図６）特許第３１８１８３５号（請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、図１、図２、図３）特許第３０３２９９３号（請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、図１、図５）特開２００５−００７９１４号公報（請求項１、請求項２、図１）特開２００４−１２９３９０号公報（請求項１、請求項２、図１、図２、図６）特開２００４−１１４８５８号公報（請求項１、図１）特開２００３−０２８２５４号公報（請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、図１、図２、図３）特開２００１−３３９８１２号公報（請求項１、請求項２、請求項３、図１、図３、図４、図６）特開２０００−２２４８８４号公報（請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、図１、図２、図１０）特開平９−０２３６３１号公報（請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、図１、図２、図３）特開平７−１３１９６１号公報（請求項１、請求項４、請求項５、図１）特開平７−０８１６５９号公報（請求項１、図１）特開平６−０４８１９１号公報（請求項１、図１、図２）特開２００５−１０４２２２号公報（請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項８、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９）特開２００５−０７５１８９号公報（請求項１、００１１、図１）特開２００３−３００４２０号公報（請求項１、請求項５、００１５、００２５、図１、図２）特開２００２−２８１７２２号公報（請求項１、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８）特開平１０−０８６８８４号公報（請求項１、請求項４、請求項５、図１）特開平５−１９１９５７号公報（請求項１、図１、図２、図３、図４、図５）特開平５−１１６５４６号公報（請求項１、図１）特開２００４−０９０６９６号公報（請求項６、請求項７、請求項８、００１１、００１９、００２０、００２１、００２３、図５、図６、図７（ａ）（ｂ））特願２００３−３９５８０９号（特開２００５−１５３７２４号公報）（請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、図１、図２） "ｔｏｙｏｔａ．ｊｐプリウス"、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成１７年３月１４日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｔｏｙｏｔａ．ｊｐ／ｐｒｉｕｓ／ｄｙｎａｍｉｓｍ／ｅｎｇｉｎ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ＞

エネルギー効率が良い車輪の外周部付近に軽量で発熱量が少ないリニアモーターの駆動原理を適用し、動力源となるリニアモーターとともに発熱を制御できる冷却装置を車輪内に内蔵して、あわせて防塵・防滴の処置を施して動力内蔵の車輪としての完結性を高めることが課題である。

本発明は、これまでの車輪の回転軸たる車輪軸に動力を接続したり、車輪の外周部にローラー等によって動力を接続するという、従来方式をやめ、車輪の内部に動力を内蔵するためのリニアモーターの駆動原理を、車輪を構成するリムの外周部に適用して車輪を駆動させて原動機内蔵の車輪を構成するとともに、駆動装置の発熱を内蔵された簡単な仕組みで放熱し、電気的装置やベアリング等の駆動部環境を与圧室内に密閉することによって防塵・防滴を図るので、車輪外からは電源の供給さえあれば、泥濘地や砂地などの野外の不整地や、あるいは水中などの多岐にわたる過酷な環境下においても、使用可能で完結性の高い動力内蔵の車輪を作成することができる。

リニアモーターの駆動原理をリムの外周部に適用することは、トルク発生のための原動機たるリニアモーターの回転半径を大きくとれるのでエネルギー効率が向上する。また、リニアモーターの駆動原理を構成する電磁石は、回転の中心を挟み点対称の位置にあるＮ極とＳ極を結ぶケイ素積層板等が必要な電動モーターの電機子とは異なり、体積の小さな独立した電磁石で可能であるから、磁気（磁束）の通過による発熱が少ないので、放熱のための大がかりな装置を必要としない。そのため、リニアモーター部をはじめ放熱ための装置も車輪内部に構成でき、また、電気的装置やベアリング等は車輪内部の加圧した環境に密閉して収めることが可能である。よって、防塵・防滴の処置は容易で、動力装置や放熱装置を内蔵した場合においても、車輪としての完結性を損なわない。

本発明による車輪は、外部からの動力を接続することなく、内蔵されたリニアモーターを動力とする。このためリニアモーターに電力を供給できる電源さえ外部とつなぐことができれば、２輪車を含む各種の車体に簡単に取り付けることができて動輪として運用できる。たとえば２輪車をもって前輪駆動や全輪（前後輪）駆動を容易に作成したり、自動車では、前の１列に４輪、後ろの１列に４輪からなる８輪車のような特殊な形状の自動車の構成も容易である。さらに、８輪車のような場合においては、従来の車両の最低地上高（クリアランス）を決定づけていた車輪軸とドライブシャフトがないので、車輪を車体に固定する取付位置をより高くすることも可能であり、従来の車輪軸を有する車両にはない非常に高い最低地上高（クリアランス）をもった車両の作成も容易となる。

本発明の動力内蔵の車輪（１）は、タイヤ部とリム部から構成される。リム部は、タイヤ（２）とともに回転する部分（以下、回転リム部（３））と、ハンドルや操舵装置あるいは車体（以下、車体等）に固定して回転しない部分（以下、固定リム部（４））に分かれる。回転リム部（３）は、タイヤエッジ止めの内側に深い溝状の部分を両側に１個所ずつの計２個所を有し、この溝は、回転リム部の強度を高める作用を持つばかりでなく、タイヤの空気を注入するためのバルブ（タイヤ圧充填用）（１０）の取り付け経路と、回転リム部（３）の回転を保持し安定させるためのベアリング（１４）（１５）の接触場所を提供するとともに、２つの溝によって構成された内周部の空間に、リニアモーターの回転子となる永久磁石（１１）を密着して固定する場所を提供する。

本発明の回転子となる永久磁石（１１）は、回転リム部（３）の内周部側にＵ字（馬蹄）型の永久磁石（１１）の背の部分をタイヤ方向に向けてリム内に密着固定されていて、Ｕ字（馬蹄）型の開放部分（磁力を最も強く発生する部分）を車輪の中心方向に向けて、車輪の円周に平行に円形に配設されているが、数量と配置場所は回転のバランスに影響を与えない限り自由である。よって、回転磁界や制動磁界を形成する固定子たる電磁石（１２又は１３）の数量と異なる数量の永久磁石（１１）を配設することもできる。

本発明の固定リム部（４）には、その外周部に回転リム部（３）の内周部側に配設された永久磁石（１１）に回転磁界を及ぼす電磁石（１２又は１３）と、電磁石（１２又は１３）に電流を流すタイミングを決定するための情報を得るタイミング位置及び速度検知センサー（以下、センサー（１９））と、動力内蔵の車輪内の永久磁石（１１）の回転子と電磁石（１２又は１３）の固定子の配設パターンを記憶してあり車輪外部からの直流電源を取り込んでセンサー（１９）の情報とアクセル（２３）またはブレーキ（２４）の情報から回転磁界または制動磁界を発生するために適切な電流を電磁石（１２又は１３）に給電する回転磁界及び制動磁界発生器（以下、磁界発生器（２０））と、永久磁石（１１）、電磁石（１２又は１３）、センサー（１９）及びベアリング（１４）（１５）の格納された部分に高い気圧を与えるための装置（以下、与圧装置（２５））及び回転リム部（３）と固定リム部（４）の接際部にできた空間の気圧の差によって内部に密閉された空気（チッ素）を環流させて放熱する放熱装置（以下、環流放熱装置（２６））を内蔵している。

本発明の固定子たる電磁石（１２又は１３）は、車体等に取り付けられて回転しない固定リム部（４）側の外周部にＵ字（馬蹄）型の積層板を束ねて芯としたものに巻き線を施して作成し、巻き線側を車輪の中心方向に、Ｕ字（馬蹄）型の開放部（磁力を最も強く発生する部分）をタイヤ側方向に向けて固定した独立した電磁石から構成される。電磁石（１２又は１３）には、車輪内の磁界発生器（２０）から電力を供給されて、必要な時期に必要な大きさの回転磁界や制動磁界が発生できる。固定子たる電磁石（１２又は１３）は、車輪の円周と平行して配設されれば良く、永久磁石（１１）の回転子と数量が一致する必要や、円周に沿って均一な間隔や数で配設する必要もない。実施例では、均一に配設した例をあげているが、電磁石（１２又は１３）をいくつか組にしてかたまりとして配設することも、片側だけに集中させることも可能である。

本発明の電磁石（１２又は１３）は、起動用と駆動用を兼ねた電磁石（以下、電磁石（起動兼駆動用）（１２））と駆動用の電磁石（以下、電磁石（駆動用）（１３））の２種類があり、前進もしくは後退時は、前進後退レバー（２２）及びアクセルペダル（２３）からの信号によって、まず、電磁石（起動兼駆動用）（１２）に近傍の対応する永久磁石（１１）に対する吸引力発生のための電流が流れた後、他の電磁石（駆動用）（１３）に反発力を発生する電流が流れて、回転磁界がスタートして、車輪を駆動させる。起動時に電磁石（起動兼駆動用）（１２）に電流が流れると回転リム部（３）は固定リム部（４）に対して、たとえば３ｍｍ程度、前もしくは後ろにずれるが、ずれる大きさはゴム製タイヤの遊びに相当する程度の数ミリ台の極めてわずかであって、しかも瞬時であるから、車体が振動したりすることはなく操縦者に違和感を与えることはない。

本発明の動力内蔵の車輪（１）を用いた車両の実施例が走行している際には、固定リム部（４）内の電磁石（１２又は１３）に回転磁界を発生するための電流が、プラス方向とマイナス方向の交互にパルス状で、かつ一定の間隔（以下、繰り返し周期）を持って流される。その電力の大きさは、１つのパルスの幅（電流が流れている持続時間のこと。以下、パルス幅）とパルス状電流の大きさ（以下、ピーク値）と繰り返し周期によって得られた面積で表され、車両の走行状態によって異なる。一般に起動時や低速時にはパルス幅とピーク値が大きくかつ繰り返し周期は長くなり、高速の一定速度を持続している時には、パルス幅とピーク値が小さくかつ繰り返し周期が短くなる。これらの電流を流すタイミングと量の組合せは、車両の運行状況によって多岐にわたるので、センサー（１９）の情報をもとに磁界発生器（２０）内蔵のコンピューターで計算し、管理・制御して行う。

本発明の動力となる永久磁石（１１）と電磁石（１２又は１３）とから成るリニアモーターは、磁力を強く発生する面を互いに向き合う形で極めて接近した間隙（ギャップ）をもって配設してある。この間隙（ギャップ）に異物が挟まったり結露があると、リニアモーターとしての駆動力を減じたり障害を発生する原因となる。このため、本発明では、永久磁石（１１）と電磁石（１２又は１３）及びベアリング（１４）（１５）並びにセンサー（１９）を、乾燥したチッ素で充填し外気よりも高めた気圧としている与圧室内に収納して、防塵・防滴を図るとともに結露を防止することを可能にするための与圧装置（２６）を有している。

本発明の与圧装置（２６）は、与圧室の気圧と大気圧や状況により水圧との差を検知して与圧室内の気圧を調整する圧力調整弁（１００）と、乾燥した高圧のチッ素を充填したチッ素タンク（１０１）と、チッ素タンク内にチッ素を充填するためのバルブ（チッ素タンク充填用）（１０２）によって構成される。

本発明は、回転リム部の両側にある溝の外側にシーリング用の回転可能なリング（以下、回転リング（１６））を有する。回転リング（１６）は、金属やセラミックにフッ素樹脂等をコートして滑りを良くしたものか、硬質で滑り抵抗値の少ない合成樹脂で作成し、回転リム部（３）の側面に回転リング（１６）の内側を、与圧室蓋（５）の内側に回転リング（１６）の外側を嵌合させて、与圧室を完成させる。シーリングに使用する回転リング（１６）は、通常２本以上の複数本を使用するので、回転リング（１６）と回転リング（１６）との間にわずかながら空間部分を生じる。この空間にグリース等を充填すると与圧室の密閉度をより高めることができる。このようにして密閉された与圧室には、乾燥したチッ素が充填されているので、与圧室内の永久磁石（１１）、電磁石（１２又は１３）、ベアリング（１４）（１５）及びセンサー（１９）は、結露等の障害を生ずることがない。

本発明の回転子を構成する永久磁石（１１）はＵ字（馬蹄）型磁石を用い、かつ固定子を構成する電磁石（１２又は１３）も同じくＵ字（馬蹄）型なので、回転リム部（３）と固定リム部（４）の接際部には空間を生じる。空間の大きさは、一例として車輪の直径が６０ｃｍ程度ある場合には、直径方向に７ｃｍ前後となる。この空間に封入されている空気（チッ素）は、永久磁石（１１）等の車輪の回転部分が回転するにしたがってともに回転し、空間のタイヤ方向である車輪の中心から遠い部分の空間に遠心力によって高い気圧を生じる。よって、車輪の中心から遠い部分の空間と車輪の中心に近い部分の空間の気圧には格差を生じる。このため車輪の中心から遠い部分の空間と車輪の中心に近い部分の空間をパイプ（以下、環流パイプ（１０３））で接続すると、気圧の格差によって車輪の中心から遠い部分の空間から車輪の中心に近い部分の空間に向けて空気（チッ素）の環流が起こる。この環流パイプ（１０３）の途中にフィン（１０４）等の放熱の処置を施すと効率的な冷却装置（環流冷却装置（２５））が構成される。また、この環流冷却装置（２５）は、永久磁石（１１）が回転する際に接際部の空間において、永久磁石（１１）の回転の空気抵抗となって阻害していた空気圧を逃がす効果を伴うので、エネルギーの効率的利用にも益がある。

本発明の動力は、車輪に内蔵されたリニアモーターであるが、リニアモーターは駆動力としてのみ使うのではなくて、制動時の制動力としても使用する。起動時や走行時にアクセル（２３）が使用されている間の電磁石（１２又は１３）には、回転リム部（３）の永久磁石（１１）が近づく際には吸引力を、遠ざかる際には反発力を発生するような回転磁界を作るが、アクセル（２３）が離され、ブレーキ（２４）が使用された際の電磁石（１２又は１３）には、回転リム部（３）の永久磁石（１１）が近づくと反発力を、電磁石（１２又は１３）の真上及び遠ざかる場合には吸引力を強力に発生して、車輪の回転を止める作用をする。

本発明の動力内蔵の車輪（１）は、車輪の中央部に回転しない比較的広い地積のある部分を有するので、この部分に車体等に取り付けるためのボルト穴（２７）等の設置が容易である。このため、車両の運行要領にあわせたキャスター効果はもちろんのこと、トーイン、キャンバー効果等が発揮し易いボルト穴（２７）を各種形成して、ニーズに合わせた車輪の取り付けが可能であるとともに、車体の最低地上高（クリアランス）の設定も容易となる。また、車体等に取り付けるためのボルト穴（２７）を動力内蔵の車輪（１）の両側面に作成して、車輪を両側面から押さえて車体等に取り付けることも可能であるから、車輪の倒れ込み運動に対する堅固性を強化することもできる。

図２１は、本発明を、２輪車の前輪と後輪の両輪に適用した場合の実施例である。

図２２は、本発明を、自動車の前の１列に４輪、後の１列に４輪の計８輪すべてに適用した８輪車の実施例である。

本発明の動力内蔵の車輪を、２輪車の前輪、もしくは前・後輪に適用した場合には、滑りやすい地面での踏破性が向上するので、寒冷地の雪道等で安定して走行できる２輪車の製造ができる。また、本発明の動力内蔵の車輪で、前の１列に４輪、後ろの１列に４輪の計８輪すべてが動輪となる自動車（８輪車）を作成した場合においては、泥濘地や砂漠において轍が深まることによって自らの車体の腹部が地面に接するようになって動きがとれない状態（通称、亀の子）になる心配がない。よって、踏破性が格段と向上するので、野外の不整地での行動範囲が非常に広い自動車の製作が容易となる。さらに、本発明は、防塵・防滴のために車輪内の電気的部品や回転にかかわるベアリング装置等を、与圧室で防護しているが、与圧室の圧力を更に高圧にすることができるので、１気圧の大気圧よりも高い水中においては、与圧室の圧力を高めて対処することによって、車両の水中での活動範囲を広めることもできる。

本発明の動力内蔵の車輪を、回転方向に直交する方向から見た場合の外観図である。本発明の動力内蔵の車輪を、回転方向に直交する方向から見た場合に、外観から見える部分を実線で、内部に格納されている部分を点線で表した図である。本発明の動力内蔵の車輪を、回転方向に直交する方向から見た場合に、車輪の回転とともに回転する部分を実線で表した図である。本発明の動力内蔵の車輪を、回転方向に直交する方向から見た場合に、車体等に固定されていて回転しない部分を実線で表した図である。本発明の動力内蔵の車輪を、回転方向に直交する方向から見た場合に、駆動力に関連する部分（配線コードを除く）を実線で表した図である。本発明の動力内蔵の車輪を、回転方向に直交する方向から見た場合に、電力や電気信号の流れや関連を示した図である。本発明の動力内蔵の車輪を、回転方向に直交する方向から見た場合に、空調に関する与圧装置や環流冷却装置を示した図である。本発明の動力内蔵の車輪の外周部付近を直径方向に切断した場合の断面図である。本発明の動力内蔵の車輪の外周部付近を直径方向に切断した場合の回転リム部の断面図である。本発明の動力内蔵の車輪の外周部付近を直径方向に切断した場合の固定リム部と与圧室蓋の断面図である。本発明の動力内蔵の車輪の回転リム部に配設した永久磁石と固定リム部の電磁石だけを取り出して表した図である。本発明の動力内蔵の車輪の外周部付近を直径方向に切断し、固定リム部だけを取り出した場合の断面図である。本発明の動力内蔵の車輪の外周部付近を直径方向に切断し、与圧室蓋だけを取り出して構成部品がわかるように一部を分解して表した場合の断面図である。本発明の動力内蔵の車輪の外周部付近の環流パイプの入り口に当たる空間の部分を、直径方向に切断した場合の断面図である。本発明の動力内蔵の車輪の外周部付近の環流パイプの出口に当たる空間の部分を、直径方向に切断した場合の断面図である。本発明の動力内蔵の車輪を車両に用いた実施例において、前進か後退かを切りかえるための切りかえレバーである。本発明の動力内蔵の車輪を、車両に用いた実施例のアクセルペダルの一例である。本発明の動力内蔵の車輪を、車両に用いた実施例のブレーキペダルの一例である。電磁石のひとつに印加される電流パルスの一例である。この場合は、パルス幅と電流のピーク値が大きくかつ繰り返し周期が長いので、起動時か低速時の電流パルスを示している。電磁石のひとつに印加される電流パルスの一例である。この場合は、パルス幅と電流のピーク値が小さくかつ繰り返し周期が短いので、比較的高速の場合を示している。本発明の動力内蔵の車輪を、２輪車の前輪と後輪に適用して作成した実施例の一例である。本発明の動力内蔵の車輪を、自動車の前の１列に４輪、後ろの１列に４輪の計８輪取り付けてすべてを駆動輪とした実施例の一例である。

符号の説明

１動力内蔵の車輪
２タイヤ
３回転リム部
４固定リム部
５与圧室蓋
１０バルブ（タイヤ圧充填用）
１１永久磁石
１２電磁石（起動兼駆動用）
１３電磁石（駆動用）
１４ベアリング（固定リム部側）
１５ベアリング（与圧室蓋側）
１６回転リング
１７ボルト
１８ナット
１９センサー（タイミング位置及び速度検知センサーの略称として）
２０磁界発生器（回転磁界及び制動磁界発生器の略称として）
２１電源
２２前進後退切りかえレバー
２３アクセル
２４ブレーキ
２５与圧装置
２６環流冷却装置
２７ボルト穴
１００圧力調整弁
１０１チッ素タンク
１０２バルブ（チッ素タンク充填用）
１０３環流パイプ
１０４冷却フィン

Claims

タイヤ部とリム部から成る車輪において、
（１）リム部が、ハンドルや操縦装置または車体（以下、車体等）に固定されているリム部（以下、固定リム部）と車体等に対して回転するリム部（以下、回転リム部）との２つの部分に分かれている構造において、タイヤとともに車体等に対して回転する回転リム部。
（２）磁力を最も強力に発生する面を車輪の中心部方向に向けた形で回転リム部の内周部に車輪の円周と平行するように配設された永久磁石。
（３）外周の部分に内蔵する電磁石を配設するための取り付け位置と、電磁石の外側を回転する回転リム部の回転を支えるベアリングの取り付け位置とを有し、中央部付近に取付ボルト穴を有して車体等に取り付け可能な固定リム部。
（４）回転リム部の内周部に配設されて車体等に対して回転する回転リム部内の永久磁石の位置と回転速度を、車体等に対して固定されている固定リム部側から検出して情報と成すタイミング位置及び速度検知センサー（以下、センサー）。
（５）前進後退レバーやアクセル及びブレーキという車輪外部からの情報と、固定リム部内のセンサーとの情報に基づき、回転磁界や制動磁界を発生するための電流を送出する回転磁界及び制動磁界発生器（以下、磁界発生器）。
（６）磁力を最も強力に発生する面をタイヤ方向である車輪の円周側に向けた形で固定リム部の外周部に車輪の円周と平行するように密着固定して配設し、回転リム部の内周部に密着固定して配設した永久磁石に対し、永久磁石と電磁石との間の吸引力と反発力をもって、回転磁界または制動磁界としての磁力の影響を、回転リム部側の永久磁石に及ぼす電磁石。
（７）回転リム部と固定リム部の接際部にできた空間において遠心力の影響によって生じた気圧差を利用し、接際部におけるタイヤ方向である車輪の中心部から遠い空間から、車輪の中心部に近い空間を結ぶことによって、空気（チッ素）の環流を生じさせるパイプ（以下、環流パイプ）。
（８）環流パイプの途中に外気に触れることのできるフィンを設けて、回転リム部と固定リム部との接際部の空間の空気（チッ素）を冷却する冷却装置（以下、環流冷却装置）。
（９）金属やセラミックにフッ素樹脂をコートしたものか硬質で滑り抵抗の少ない合成樹脂から作られて、一方を回転リム部の外側部に、他方を与圧室蓋の内側部に嵌合させて、与圧室と外気との間をシールする回転可能なリング（以下、回転リング）。
（１０）一方の車輪の中心部に近い側を固定リム部に接続固定し、他方のタイヤ方向である車輪の中心部から遠い側を回転リングを介して回転リム部に接触して、固定リム部側の接続部と回転リング側の接触部によって密閉された空間となるところの与圧室を構成するとともに、回転リム部の回転を支えるベアリングの取り付け位置を内側に有する与圧室蓋。
（１１）大気圧あるいは水圧と与圧室内の気圧との差を検知して、外部の圧力よりも与圧室の気圧が高い状態を保てるように調整する圧力調整弁と、与圧室内の空気を構成する乾燥した高圧のチッ素を蓄えたチッ素タンク及びチッ素タンクにチッ素を充填するためのバルブ（チッ素タンク充填用）から成る与圧装置。
以上から構成されたインホイールモーターの与圧室を作成するにおいて、回転リム部の外側部と与圧室蓋の内側部とで、回転の中心軸に直交する半径方向に回転リングを設置するための中空部を形成し、与圧室内の高い内圧は回転リングの内径側に作用し、外気圧が高い場合の高い外気圧は回転リングの外径側に作用して、内圧・外気圧ともに半径方向に並行するような力となって作用するような位置関係に回転リングを配設したことを特徴とする、外部から電源を供給されれば動輪として運用できるリニアモーターの駆動原理を車輪のリム部に適用した動力内蔵の車輪。