JP4417575B2

JP4417575B2 - ホイールモータの制動装置

Info

Publication number: JP4417575B2
Application number: JP2001050538A
Authority: JP
Inventors: 潤史寺田
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 2001-02-26
Filing date: 2001-02-26
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2021-02-26
Also published as: JP2002250371A

Description

【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、
▲１▼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
▲２▼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▲１▼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▲２▼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、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。
【００１０】
また、本発明によれば、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）１３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１６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２７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３１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２３，２４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４６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５７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２３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１９ａ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１９ｃ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１９ｃ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６３ａ，６３ｂ，６３ｃが接続される。また、電流センサ６４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６６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、１１：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、１４ｂ：円板部、１４ｃ：円筒部、１５：ステータ、
１６：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、１９ｃ：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、２９：リングギヤ、
３０：サンギヤ、３１：キャリア、３２：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、４８ａ：変速アクチュエータ収容部、
４９：シフトカム、５０：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、６２：接続端子、
６３，６３ａ〜６３ｆ：ケーブル、６４：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。

Claims

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、
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ホイールモータの制動装置。
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１に記載のホイールモータの制動装置。