JP6021048B2

JP6021048B2 - 車両用駆動装置

Info

Publication number: JP6021048B2
Application number: JP2012010925A
Authority: JP
Inventors: 健治杉原
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2012-01-23
Filing date: 2012-01-23
Publication date: 2016-11-02
Anticipated expiration: 2032-01-23
Also published as: JP2013147213A

Description

本発明は、ホイールと車軸とを具備する車両用駆動装置に関する。

従来、車両のホイールの内部にモータを備え、ホイール自体が回転駆動するインホイールモータがある。インホイールモータを車両に組み込む場合、インホイールモータは車体に固定される車軸に回転自在に支持される構成となる。

インホイールモータは転がり軸受け（例えば、特許文献１ではロールベアリング）またはスリーブベアリングを介して車軸に支持されるのが通常である。

特開２００８−０４４５８８号公報

転がり軸受けまたはスリーブベアリングでは、回転時に抵抗が生じる。よって、これらの軸受けではホイールの回転を超高速にすることが困難となる。

また、以前より、磁気浮上により非接触で軸を支持する磁気軸受、ならびに、電動機と磁気軸受を一体化したセルフベアリングなどの開発がなされている。しかしながら、これらの軸受けはホイールを車軸で支持して回転させる構造のインホイールモータに簡単に適用できるものでない。

本発明の目的は、ホイールを車軸により支持する軸受け部位の抵抗を減らして、ホイールを容易に高速に回転することのできる車両用駆動装置を提供することである。

本発明の一態様に係る車両用駆動装置は、第１磁石が固定されるホイールと、車軸と、前記ホイールを回転自在に前記車軸に連結する軸受けと、前記車軸に固定され前記第１磁石と相互作用して回転力を発生させるステータと、電磁力により前記車軸に前記軸受けからの浮揚力を発生させる浮揚手段と、を具備する構成を採る。

本発明によれば、ホイールを車軸により支持する軸受け部位の抵抗を減らして、ホイールを高速に回転することができる。

本発明の実施の形態１の車両用駆動装置を適用した車両の側面図実施の形態１の車両用駆動装置の一部破断の正面図実施の形態１の車両用駆動装置の斜視図実施の形態２の車両用駆動装置の一部破断の正面図

以下、本発明の各実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１の車両用駆動装置（インホイールモータとも呼ぶ）を適用した車両の側面図、図２は、この車両用駆動装置の一部破断の正面図、図３は、この車両用駆動装置の斜視図である。図１においてはホイールの側壁部とステータコイルの導線を省略している。図３においてはステータコイルの導線を省略している。

本発明の実施の形態に係る車両用駆動装置１０は、図１に示すように、電気で走行する四輪の自動車に適用されるものである。なお、車両用駆動装置１０は、２輪または３輪などホイールの個数に制限されず、ホイールを有する乗り物に同様に適用することができる。

車両用駆動装置１０は、図１〜図３に示すように、ホイール１１と、車軸１２と、軸受け１３と、ステータ１４と、ステータコイル１５と、磁石（第１磁石に相当：例えば永久磁石）１６と、電磁石１７とを備えている。

ホイール１１は、外囲にタイヤ１１ａを有し、側部に側壁１１ｂを有する。一方の側壁１１ｂには軸受け１３が固定されている。ホイール１１の内周枠部には、所定間隔に複数の磁石１６が固定されている（図１を参照）。

ステータ１４は、磁性体からなり、ホイール１１の内側に配置されて車軸１２に固定されている。ステータ１４は、様々な形状のものを採用できるが、この実施の形態では、中央から三又に分岐し、分岐した先端の端部１４ａが磁石１６に近接する形状のものを採用している。ステータ１４の中央から分岐して伸びる部位には、ステータコイル１５が巻回されている。このステータコイル１５に電流が流されることで、ステータ１４の端部１４ａから外方へ強い磁界を発生することができる。

ステータコイル１５の導線は、車軸１２の内部を通って車両側からホイール１１へ導かれる。

軸受け１３は、特に制限されないが外輪で車軸１２を直接指示するスリーブ方式のベアリングである。なお、外輪と内輪とを有する形式のベアリング（転がり軸受け、または、スリーブ軸受け）を適用することもできる。この場合、外輪はホイール１１に固定され、内輪は車軸１２に固定される。

軸受け１３は、外輪と車軸１２（内輪のある軸受けでは内輪）との間に、少し大きめの隙間を有する。

軸受け１３は、車軸１２内の電磁石１７と協働して車軸１２を浮揚させる浮揚手段としても機能する。この機能のために、軸受け１３は、磁石（第２磁石に相当：例えば永久磁石）から構成される。電磁石１７は、車軸１２内の少なくとも上部および下部（好ましくは３方向以上）で、軸受け１３と対向する部位に設けられている。電磁石１７の導線は車軸１２の内部を通って車両側へ導かれる。

次に、この実施の形態１の車両用駆動装置１０の動作について説明する。

車両の停止時には、ステータコイル１５および電磁石１７への通電が行われない。この状態において、車軸１２は、軸受け１３に接触して支持される。

車両を走行させる際には、複数の電磁石１７に電流を流す制御が行われる。また、ステータコイル１５に、ホイール１１の回転角度に応じた向きの電流を流す制御が行われる。

電磁石１７の電流制御においては、車軸１２の上側の電磁石１７には、磁石である軸受け１３と引き合う力が発生し、下側の電磁石１７には、軸受け１３と反発する力が発生する。この電流制御により、車軸１２に浮揚力が生じて、下記のステータコイル１５による浮揚力と合わせて、車軸１２と軸受け１３との間に全周に渡って隙間を生じさせる。

なお、車軸１２が浮揚しすぎて上側で軸受け１３と接触する場合には、上側の電磁石１７に、軸受け１３と反発する比較的に小さい力を発生させるように制御しても良い。

ステータコイル１５の電流制御では、ホイール１１の回転角度に応じて電流の向きが切り替えられる。そして、ステータ１４と磁石１６との磁気的な相互作用により、ホイール１１に回転モーメントが発生される。この回転モーメントにより、ホイール１１が回転して車両が走行する。

また、ステータコイル１５の電流制御において、ステータ１４に浮揚力を発生させることもできる。すなわち、磁石１６の配置およびステータ１４の３分岐した各部で巻回されるステータコイル１５の各巻数を適宜変更設定し、且つ、電流の向きを切り替えるタイミングを適宜調整する。これにより、磁石１６とステータ１４との相互作用に、回転モーメントに加えて、ステータ１４の浮揚力を発生させることができる。この制御により、電磁石１７と軸受け１３との作用による浮揚力が弱くても、車軸１２を軸受け１３から浮揚させることが可能となる。

このような走行時の制御により、車軸１２に浮揚力が生じて、車軸１２と軸受け１３との抵抗をゼロまたは非常に小さいものにできる。従って、抵抗がある場合と比較して、容易にホイール１１を高速に回転することができる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２の車両用駆動装置１０Ａの一部破断の正面図である。

この実施の形態２の車両用駆動装置１０Ａは、実施の形態１の車両用駆動装置１０の構成に加えて、電磁力によりステータ１４を非接触で左右方向の位置を維持させる力（平衡力と呼ぶ）を発生させる構成（平衡力発生手段に相当）を設けたものである。従って、実施の形態１と同様の構成については詳細な説明を省略する。

車両用駆動装置１０Ａは、図４に示すように、実施の形態１の車両用駆動装置１０の構成に加えて、磁石（第３磁石、第４磁石に相当：例えば永久磁石）２１と、ポールピース２２と、コイル２３とを備えている。

磁石２１は、ホイール１１の左右の側壁１１ｂの所定の半径位置に、周方向に連なって固定されている。磁石２１は、ホイール１１の回転方向に連なったリング状のものとしてもよいし、分割された複数の磁石片をリング状に連ねて配置した構成としてもよい。

ポールピース２２は磁性体からなり、一方の端部が磁石２１に対向する状態でステータ１４に固定されている。この実施の形態２では、ポールピース２２は上下左右に４つ設けられている。なお、ポールピース２２の数や配置は適宜変更可能であり、例えば、ステータ１４の各分岐部に左右２個ずつ設けても良いし、左右の数を異ならせてもよい。この場合、コイル２３の巻回数を左右で異ならせるか、或いは、磁石２１とポールピース２２との距離を左右で異ならせるかして、左右で発生する電磁力の均衡を図るとよい。

コイル２３は、ポールピース２２に巻回されるとともに、電流が流されることでポールピース２２に磁界を発生させる。この実施の形態では、コイル２３は、ステータコイル１５と電気的につながっており、ステータコイル１５に流れる電流が、コイル２３にも流れる構成となっている。なお、ステータコイル１５とコイル２３とを別系統とし、コイル２３の導線が車軸１２の内部を通って車両側へ導かれる構成としてもよい。

次に、この実施の形態２の車両用駆動装置１０Ａの動作について説明する。

先に説明した実施の形態１の車両用駆動装置１０の動作は、そのまま実施の形態２の車両用駆動装置１０の動作に含まれる。実施の形態２の車両用駆動装置１０Ａでは、さらに、磁石２１、ポールピース２２およびコイル２３の構成による動作が追加される。

車両の停止時には、ステータコイル１５および電磁石１７と同様に、コイル２３への通電も行われない。

車両が走行する際には、ステータコイル１５への電流制御に伴ってコイル２３に通電がなされる。この通電により、コイル２３およびポールピース２２に強い磁界が発生して、複数のポールピース２２と、対向する磁石２１との間に、それぞれ斥力が発生する。

なお、この実施の形態２では、ステータコイル１５とコイル２３とがつながっていることから、コイル２３に流れる電流の向きがホイール１１の回転角度により切り替わり、ポールピース２２に発生する磁界の向きもホイール１１の回転角度に応じて反転する。従って、この切り替わりが生じても、ホイール１１の全ての回転角度で、ポールピース２２と磁石２１との間に斥力が生じるように、磁石２１が配列されている。すなわち、磁石２１のポールピース２２に対向する面に、ホイール１１の回転角度に応じて、Ｎ極とＳ極とが交互に現れるように磁石２１が配列されている。それにより、複数のポールピース２２と、対向する磁石２１との間に、常に、斥力が発生する。

このような走行時の制御により、実施の形態１の作用に加えて、車軸１２とホイール１１との左右方向の相対位置を保持する構成も非接触にすることができ、その分、車軸１２とホイール１１との間の抵抗を小さく（例えばゼロに）することができる。よって、抵抗がある場合と比較して、容易にホイール１１を高速に回転することができる。

以上のように、実施の形態１、２の車両用駆動装置１０、１０Ａによれば、ホイール１１と車軸１２との抵抗を無くして、ホイール１１を容易に高速に回転することができる。また、この車両用駆動装置１０、１０Ａによれば、導線が設けられる構造は固定的な車軸１２に固定されて非回転とされるので、電磁力を発生させるための導線を複雑な構造を必要とせずに配線することができる。

以上、本発明の各実施の形態について説明した。

なお、上記実施の形態では、ホイール１１の１つの側壁１１ｂに１つ軸受け１３が設けられる構成を例にとって説明した。しかし、車軸１２をホイール１１の他方の側壁１１ｂまで伸ばして、両方の側壁１１ｂに２つの軸受け１３をそれぞれ設けた構成を採用することもできる。

また、上記実施の形態では、軸受け１３に車軸１２を浮揚させる手段を設けた構成を例にとって説明したが、ステータ１４と磁石１６との作用のみで、車軸１２を浮揚させる構成を採用することもできる。

本発明は、電気自動車などに有用である。

１０、１０Ａ車両用駆動装置
１１ホイール
１２車軸
１３軸受け
１４ステータ
１５ステータコイル
１６磁石
１７電磁石
２１磁石
２２ポールピース
２３コイル

Claims

第１磁石が固定されるホイールと、
車軸と、
前記ホイールを回転自在に前記車軸に連結する軸受けと、
前記車軸に固定され前記第１磁石と相互作用して回転力を発生させるステータと、
電磁力により前記車軸に前記軸受けからの浮揚力を発生させる浮揚手段と、
を具備し、
車両の停止時には、前記浮揚手段は、浮揚力を発生しない、
車両用駆動装置。
前記浮揚手段は、
前記軸受けの前記車軸側と前記ホイール側とを離間させる前記浮揚力を発生可能である、
請求項１記載の車両用駆動装置。
前記浮揚手段は、
前記軸受けの外輪に設けられた第２磁石と、
前記車軸または前記軸受けの内輪に設けられた電磁石と、
を有し、
前記第２磁石と前記電磁石との相互作用により前記浮揚力を発生させる、
請求項１記載の車両用駆動装置。
前記浮揚手段は、
車両の走行中に前記浮揚力を発生させる、
請求項１記載の車両用駆動装置。
電磁力により前記ステータの位置を前記ホイールの両側面間に保持して前記ステータを前記両側面に接触させない平衡力を発生させる平衡力発生手段と、
をさらに具備する請求項１記載の車両用駆動装置。
前記平衡力発生手段は、
前記ホイールの両側面にそれぞれ設けられた第３磁石および第４磁石と、
前記ステータにそれぞれ設けられて前記第３磁石および前記第４磁石との間での斥力を発生させる電磁石と、
を有する請求項１記載の車両用駆動装置。
前記平衡力発生手段は、
車両の走行中に前記平衡力を発生させる、
請求項５記載の車両用駆動装置。