JP6233813B2 - モータ、ホイールインモータ及び電動車両 - Google Patents

モータ、ホイールインモータ及び電動車両 Download PDF

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Description

本発明は、車両用ホイール内に設けたモータにより車輪を駆動するホイールインモータに関し、特に、電気自動車、ハイブリッド自動車や電気自転車等の電動車両に関する。
特許文献１には、シャフトに固定したアウターヨークの内周面にコイル体を設け、マグネットをシャフトに回転自在に設けて、コイル体に通電することによりホイールに固定したシャフトを回転駆動することが開示されている。この特許文献１の技術では、ホイールとアウターヨークとの間にシャフトに固定したブレーキディスクを設けた構成が開示されている。
特開平１１−２６２１０１号公報
しかし、アウターヨークとホイールとの間にブレーキディスクを設けているので、ホイール内にはホイールインモータのほかにブレーキ機構（ブレーキディスクやキャリパ）のスペースが必要になり、ホイール内の設置スペースが大きくなるという問題がある。
そこで、本発明は、ブレーキ機構を有しながら設置スペースが少なくて済むホイールインモータ及び電動車両の提供を目的とする。
請求項１に記載の発明は、
シャフトと、
前記シャフトに固定されている円盤状の第一支持体と、
前記シャフトの外周側に配置されていて、前記第一支持体に前記シャフトの軸方向における一端側が固定されている円筒状のコイル体と、
前記コイル体の外周側に配置されていて、前記シャフトに対して回転自在に支承されている円盤状の第二支持体に前記軸方向における一端側が固定されている円筒形状のアウターヨークと、
前記コイル体の内周側に配置されていて、前記シャフトに対して回転自在に支承されている円盤状の第三支持体に支持されている円筒形状のインナーヨークと、
前記アウターヨークの内周面又は前記インナーヨークの外周面に固定されていて前記コイル体に対向配置されるマグネットとを備え、
前記アウターヨークと前記インナーヨークとは前記軸方向における前記一端側に対向する他端側において互いに固定されていて、
前記アウターヨークと前記インナーヨークとで前記コイル体の外周側面、内周側面及び前記他端側の端が覆われていると共に、
前記アウターヨーク、前記インナーヨーク、前記第二支持体、前記第三支持体によって、前記コイル体が密閉状態に保持される
モータである。
請求項２に記載の発明は、
シャフトと、
前記シャフトに固定されている円盤状の第一支持体と、
前記シャフトの外周側に配置されていて、前記第一支持体に前記シャフトの軸方向における一端側が固定されている円筒状のコイル体と、
前記コイル体の外周側に配置されていて、前記シャフトに対して回転自在に支承されている円盤状の第二支持体に前記軸方向における一端側が固定されていて、前記軸方向における前記一端側に対向する他端側がホイールに固定されている円筒形状のアウターヨークと、
前記コイル体の内周側に配置されていて、前記シャフトに対して回転自在に支承されている円盤状の第三支持体に支持されている円筒形状のインナーヨークと、
前記アウターヨークの内周面又は前記インナーヨークの外周面に固定されていて前記コイル体に対向配置されるマグネットとを備え、
前記アウターヨークと前記インナーヨークとは前記他端側において互いに固定されていて、
前記アウターヨークと前記インナーヨークとで前記コイル体の外周側面、内周側面及び前記他端側の端が覆われていると共に、
前記アウターヨーク、前記インナーヨーク、前記第二支持体、前記第三支持体によって、前記コイル体が密閉状態に保持される
ホイールインモータ
である。
請求項３に記載の発明は、前記ホイールには前記シャフトの前記他端側の端部に対向する位置に通気孔が形成されており、前記インナーヨークと前記シャフトとの間に前記通気孔に連通する通気空間が形成してあることを特徴とする請求項２に記載のホイールインモータである。
請求項４に記載の発明は、前記コイル体に通電するリード線にドライバーを介して電源が接続されており、前記ドライバーは、前記ホイールの駆動時には前記電源から前記コイル体に電流を流し、ブレーキの作動時には前記コイル体からの電流を前記電源に供給することを特徴とする請求項２又は３に記載のホイールインモータである。
請求項５に記載の発明は、 請求項２〜４のいずれか一項に記載のホイールインモータを備えることを特徴とする電動車両である。
請求項１及び請求項２に記載の発明によれば、アウターヨーク及びインナーヨークでコイル体を覆い、アウターヨーク、インナーヨーク及びこれらをシャフトに回転自在に支承するそれぞれの支持体によってコイル体を密閉状態に保持しているので、コイル体に対する防水や異物の付着防止を図ることができる。
コイル体の内周側にはインナーヨークを設けているので、アウターヨークとインナーヨークとでマグネットがコイル体に作用する磁束密度を高めることができるから、駆動トルクを高めることができる。
本発明のモータ及び、ホイールインモータは、いわゆる鉄心を持たないコアレスタイプのモータであるから、特許文献１のような鉄心を有するコアタイプのモータに比較して軽量なモータ及び、ホイールインモータを提供できる。
請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の作用効果を奏すると共に、ホイールの通気孔から外気を取り込んでモータ内の冷却を図ることができる。
請求項４に記載の発明によれば、請求項２又は３に記載の作用効果を奏すると共に、車輪にブレーキをかけたときに、ホイールインモータを発電機として働かせて、ドライバーにより回転エネルギーを電気に変換して電源に蓄電することで、ホイールインモータを回生ブレーキとして機能させることができる。
請求項５に記載の発明によれば、請求項２〜４のいずれか一項に記載の作用効果を奏する電動車両を提供することができる。
本発明の第１実施の形態にかかるホイールインモータをシャフトに対して片側半分を示す縦断面図である。 図１に示すホイールを車両の外側から見た正面図である。 本発明の第２実施の形態にかかるホイールインモータをシャフトに対して片側半分を示す縦断面図である。
以下に、図１及び図２を参照して本発明の第１実施の形態を詳細に説明する。第１実施の形態にかかるホイールインモータ１は、電動自動車の四輪の各車輪のホイール５内に設けており、ホイール５の外周にはタイヤ７が取り付けてあり、各車輪を電動駆動するものである。
ホイールインモータ１は、シャフト９に固定されたステータディスク１１と、ステータディスク１１に固定されたコイル体１３と、コイル体１３の外周側に配置したアウターヨーク１５と、コイル体１３の内側に配置されたインナーヨーク１７と、インナーヨーク１７の内周側に配置されたブレーキ機構１６とを備えている。
シャフト９には配線用の中空１９が形成してあり、コイル体１３に通電するリード線２１をシャフト９の中空１９からアウターヨーク１５の内部空間に通してコイル体１３に接続している。
ステータディスク（コイル体支持部材）１１は、円盤状であり円盤の中心部に形成した孔をシャフト９に通して、キー１２によりシャフト９に固定してある。
コイル体１３は、円筒形状であり、例えば銅板をエッチングにより線状に形成したものを絶縁処理して多層に重ねてある。コイル体１３の車体側端部１３ａはステータディスク１１の外周部に固定されている。
アウターヨーク１５は、円筒形状であり、円筒の車体側端部１５ａを蓋ディスク２９に固定してあり、車体外側端部１５ｂは内周側に屈曲してある。アウターヨーク１５の車体側端部１５ａは蓋ディスク２９の外周部２９ａにねじ２７で固定されており、蓋ディスク２９は、円盤状であり、中央部にはシャフト９の挿入孔が形成されており、挿入孔にシャフト９を挿入して軸受け２５にねじ３０で固定されている。
アウターヨーク１５の車体外側端部１５ｂは、スペーサ２６を介してホイール５の内側面に固定してある。また、アウターヨークの車体外側端部１５ｂは、屈曲した内周側端をインナーヨーク１７のホイール側端部１７ａに固定してある。
アウターヨーク１５の内周面にはマグネット３１が設けてあり、マグネット３１はコイル体１３に対面配置している。尚、マグネット３１は周囲方向に磁極が異なるように複数の磁極に着磁されている。
インナーヨーク１７は、円筒形状を成し、マグネット３１にコイル体１３を介して対向配置している。インナーヨーク１７は内周面を支持ディスク３３に固定してあり、支持ディスク３３はシャフト９の軸受け３５に固定されている。尚、軸受け３５にはオイルシール３４が設けてある。
アウターヨーク１５及びインナーヨーク１７は、共に磁性体でできており、磁束の通路を形成している。
また、本実施の形態では、アウターヨーク１５、インナーヨーク１７及びステータディスク１１とで、コイル体１３の外周側、内周及び両端を取り囲んで、コイル体１３の略全体を覆っている。
また、アウターヨーク１５、インナーヨーク１７、支持ディスク３３及び蓋ディスク２９でコイル体１３を密閉状態に保持している。
ブレーキ機構１６は、インナーヨーク１７の内周面に固定されたドーナツ状のブレーキディスク３７と、キャリパ３９とから構成されている。キャリパ３９は、円盤状のキャリパ支持ディスク４１にねじ４３で固定されており、キャリパ支持ディスク４１はシャフト９にスプライン４５で固定されている。
また、ホイール５にはシャフト９の車体外側端部９ａに対向する位置に通気孔４７が形成されており、キャリパ支持ディスク４１の外径はホイール５の通気孔４７よりも大きくしてある。
次に、第１実施の形態に係るホイールインモータ１の駆動、作用効果を説明する。
ホイールインモータ１の駆動は、リード線２１を介してコイル体１３に通電することで、マグネット３１とインナーヨーク１７との間の磁界に対して生じる電磁力により、コイル体１３を固定子としてマグネット３１、アウターヨーク１５及びインナーヨーク１７が回転子となって回転し、アウターヨーク１５に固定されているホイール５がシャフト９に対して回転する。
ホイール５の回転にブレーキをかけるときには、キャリパ３９の作動により、ブレーキディスク３７を摩擦により制動する。
第１実施の形態によれば、インナーヨーク１７とアウターヨーク１５とを一体にしており、マグネット３１を固定したアウターヨーク１５とインナーヨーク１７との間にコイル体１３を配置しているので、アウターヨーク１５とインナーヨーク１７とでマグネット３１がコイル体１３に作用する磁束密度を高めることができるから、駆動トルクを高めることができる。
アウターヨーク１５及びインナーヨーク１７でコイル体１３を覆っているので、コイル体１３に対する防水や異物の付着防止を図ることができる。
更に、本実施の形態では、アウターヨーク１５、インナーヨーク１７、支持ディスク３３及び蓋ディスク２９でコイル体１３を密閉状態に保持しているので、コイル体１３への水の付着や異物の付着防止を高めることができる。
インナーヨーク１７の内周側にブレーキディスク３７及びキャリパ３９を配置することで、ホイールインモータ１の内部にブレーキ機構１６を設けることができると共に、ブレーキ機構１６を設けてもホイールインモータ１の設置スペースを大きくとらないで済む。
ホイール５の通気孔４７から外気を取り込んでホイールインモータ１内の冷却を図ることができる。キャリパ支持ディスク４１を通気孔４７に対向して且つ通気孔４７の外径よりも大きくしているので通気孔４７からホイールインモータ１内への水の浸入や異物の侵入を防止できる。
第１実施の形態にかかるホイールインモータ１は、いわゆる鉄心を持たないコアレスタイプのモータであるから、特許文献１のような鉄心を有するコアタイプのモータに比較して軽量なホイールインモータを提供できる。
以下に本発明の他の実施の形態を説明するが、以下に説明する実施の形態において、上述の第１実施の形態と同一の作用効果を奏する部分には同一の符合を付することにより、その部分の説明を省略し、以下の説明では第１実施の形態と主に異なる点を説明する。
図３を参照して、本発明の第２実施の形態について説明する。この第２実施の形態では、上述の第１実施の形態において、リード線２１にはドライバー５１を介して電源５３が接続されており、ドライバー５１は、ブレーキペタル等のブレーキ操作部５７に連動して切換わり、ブレーキ操作がされたときにはコイル体１３からの電流を電源５３に蓄電するようにしてあり、ホイールインモータ１を発電機として働かせている。
即ち、この第２実施の形態によれば、車輪にブレーキをかけたときに、ホイールインモータ１を発電機として作用させ、回転エネルギーを電気に変換することで、回生ブレーキとして機能させることができる。
本発明は上述した実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、ホイール５の通気孔４７はなくても良い。また、通気孔４７を設ける場合には、シャフト９の車体外側端部９ａに対向する位置に限らず、ホイール５の他の位置に設けても良い。
１ ホイールインモータ
５ ホイール
９ シャフト
１１ ステータディスク（コイル体支持部材）
１３ コイル体
１５ アウターヨーク
１７ インナーヨーク
２１ リード線
３１ マグネット
５１ ドライバー
５３ 電源

Claims (5)

  1. シャフトと、
    前記シャフトに固定されている円盤状の第一支持体と、
    前記シャフトの外周側に配置されていて、前記第一支持体に前記シャフトの軸方向における一端側が固定されている円筒状のコイル体と、
    前記コイル体の外周側に配置されていて、前記シャフトに対して回転自在に支承されている円盤状の第二支持体に前記軸方向における一端側が固定されている円筒形状のアウターヨークと、
    前記コイル体の内周側に配置されていて、前記シャフトに対して回転自在に支承されている円盤状の第三支持体に支持されている円筒形状のインナーヨークと、
    前記アウターヨークの内周面又は前記インナーヨークの外周面に固定されていて前記コイル体に対向配置されるマグネットとを備え、
    前記アウターヨークと前記インナーヨークとは前記軸方向における前記一端側に対向する他端側において互いに固定されていて、
    前記アウターヨークと前記インナーヨークとで前記コイル体の外周側面、内周側面及び前記他端側の端が覆われていると共に、
    前記アウターヨーク、前記インナーヨーク、前記第二支持体、前記第三支持体によって、前記コイル体が密閉状態に保持される
    モータ。
  2. シャフトと、
    前記シャフトに固定されている円盤状の第一支持体と、
    前記シャフトの外周側に配置されていて、前記第一支持体に前記シャフトの軸方向における一端側が固定されている円筒状のコイル体と、
    前記コイル体の外周側に配置されていて、前記シャフトに対して回転自在に支承されている円盤状の第二支持体に前記軸方向における一端側が固定されていて、前記軸方向における前記一端側に対向する他端側がホイールに固定されている円筒形状のアウターヨークと、
    前記コイル体の内周側に配置されていて、前記シャフトに対して回転自在に支承されている円盤状の第三支持体に支持されている円筒形状のインナーヨークと、
    前記アウターヨークの内周面又は前記インナーヨークの外周面に固定されていて前記コイル体に対向配置されるマグネットとを備え、
    前記アウターヨークと前記インナーヨークとは前記他端側において互いに固定されていて、
    前記アウターヨークと前記インナーヨークとで前記コイル体の外周側面、内周側面及び前記他端側の端が覆われていると共に、
    前記アウターヨーク、前記インナーヨーク、前記第二支持体、前記第三支持体によって、前記コイル体が密閉状態に保持される
    ホイールインモータ。
  3. 前記ホイールには前記シャフトの前記他端側の端部に対向する位置に通気孔が形成されており、前記インナーヨークと前記シャフトとの間に前記通気孔に連通する通気空間が形成してあることを特徴とする請求項２に記載のホイールインモータ。
  4. 前記コイル体に通電するリード線にドライバーを介して電源が接続されており、前記ドライバーは、前記ホイールの駆動時には前記電源から前記コイル体に電流を流し、ブレーキの作動時には前記コイル体からの電流を前記電源に供給することを特徴とする請求項２又は３に記載のホイールインモータ。
  5. 請求項２〜４のいずれか一項に記載のホイールインモータを備えることを特徴とする電動車両。
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