WO2006132084A1 - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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WO2006132084A1
WO2006132084A1 PCT/JP2006/310300 JP2006310300W WO2006132084A1 WO 2006132084 A1 WO2006132084 A1 WO 2006132084A1 JP 2006310300 W JP2006310300 W JP 2006310300W WO 2006132084 A1 WO2006132084 A1 WO 2006132084A1
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WO
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wheel
rotating
rim
power
force
Prior art date
Application number
PCT/JP2006/310300
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Kaidou Ikeda
Original Assignee
Kaidou Ikeda
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kaidou Ikeda filed Critical Kaidou Ikeda
Publication of WO2006132084A1 publication Critical patent/WO2006132084A1/ja

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K7/00—Disposition of motor in, or adjacent to, traction wheel
    • B60K7/0007—Disposition of motor in, or adjacent to, traction wheel the motor being electric

Definitions

  • the present invention has one or more wheels that also have a tire and a rim force, and provides power to the rotating shafts of one or more of the two or more wheels to provide a surface on the ground or ice, or as necessary.
  • power from outside the wheel In response to conventional vehicle systems that run on the bottom of the sea or lake (hereinafter referred to as the ground, etc.), power from outside the wheel must be connected to the wheel axle at the center of wheel rotation or the outer periphery of the wheel.
  • the wheel has a linear motor drive principle, which incorporates power in the wheel itself, and has a heat dissipation device that can control the heat generated by the power source generated inside the wheel.
  • the present invention relates to a method for realizing a system that contributes to driving a vehicle by configuring wheels that can achieve moment and torsional couple) with energy saving.
  • a small electric motor is installed in the wheel of the wheel, and the rotation of the electric motor in the wheel
  • an in-wheel motor that uses a speed reducer installed in the wheel to directly rotate the wheel axle.
  • the power of the prime mover which is capable of high rotation speed but with low torque (rotation moment, torsional couple)
  • a roller is transmitted to the outer periphery of the wheel via a gear or roller (hereinafter referred to as a roller).
  • a roller gear or roller
  • in-wheel motor that drives the wheel axle
  • an electric motor is installed in the wheel.
  • the periphery of the electric motor fixed to the vehicle body rotates relative to the vehicle body.
  • the space between the housing of the electric motor and the hoist has to be maintained by a space. Therefore, the diameter of the in-wheel motor must be considerably smaller than the diameter of the wheel, and the torque (rotational moment, torsion couple) is insufficient. For this reason, it is common to use a torque with a high rotational speed and compensate for the torque (rotational moment, torsional couple) by reducing the speed via a gear reduction device installed in the wheel.
  • Patent Document 1 The field of use described in the specification of Patent Document 1 is a relatively small load such as an electric vehicle, a forklift, a golf cart, and the like. This is an example that is housed in the inner space of the wheel.
  • Patent Document 1 is based on the electromagnetic stone of an electric motor as an ingenuity for storing all of the electric motor and gear unit in the inner space of the wheel and obtaining the required torque (rotation moment, torsional couple).
  • the stator is made very large and powerful, so that the diameter of the rotor made of permanent magnets is less than 20% of the wheel diameter! / ⁇ ! !
  • Patent Document 11 describes an improvement in the output of an electric motor and freedom of rotation speed by arranging a stator having two types of electromagnetic force in the diameter direction of a wheel across two types of permanent magnet rotors.
  • the mechanism to increase the degree and obtain the required torque (rotation moment, torsional couple) without a reduction gear device is disclosed.
  • FIG. 1 of the drawing of Patent Document 11 compared to the case of Patent Document 1 and Patent Document 10, if the rotating radius of the rotor is large and a strong current can be applied to the electromagnet, There is a possibility that the car body can be driven.
  • the one closer to the wheel axis in the wheel diameter direction is located inside the in-wheel motor and is extremely vulnerable to heat generation and heat storage. If sufficient current is applied to generate torque (rotation moment, torsional couple) that drives a vehicle body with a potential, the electromagnet coil may burn out in a short time, making it impossible to drive. Is expensive. For this reason, it is described in the specification that the outside electromagnet is the outside electromagnet, and the inside electromagnet operates when the outside electromagnet cannot generate the required torque (rotation moment, torsional couple). There is a question as to whether the required torque (rotation moment, torsional couple) and the degree of freedom of rotation can be satisfied at the same time in the usage described in the specification.
  • Patent Document 1 When driving a vehicle wheel that requires a vehicle body weight that is equal to or higher than that of a passenger car class and has high motion performance, the electric motor or gear reduction device disclosed in Patent Document 1, Patent Document 10, and Patent Document 13 is disclosed. It is extremely difficult to fit all the wheels inside the wheel. Therefore, Patent Document 5, Patent Document 6, Patent Document 7, and Patent Document 10 in which either the electric motor or the reduction gear device has a structure that protrudes from the wheel in the vehicle width direction are more common. .
  • the in-wheel motors of Patent Document 5, Patent Document 6, Patent Document 7 and Patent Document 10 have a small diameter and low torque (rotation moment, torsion couple), but an electric motor with high rotation speed is installed in the wheel.
  • Patent Document 7 is a method of connecting the result of deceleration by a gear device connected to the rotating shaft of the in-wheel motor to the inner periphery of the wheel surrounding the in-wheel motor.
  • Document 6 and Patent Document 10 are systems in which the reduction result of the gear unit connected to the rotating shaft of the in-wheel motor is connected to the wheel shaft of the wheel.
  • the installation method of the gear reduction gear of the V and shift is also structurally simple and easy to manufacture, but a substantial part of the in-wheel motor protrudes to the center in the vehicle width direction of the vehicle body, and the minimum ground clearance of the vehicle body Often lowers (talarance).
  • Patent Document 4 is a system in which a wheel shaft is rotated by a gear reduction device, and a gear device for reduction is installed near the center in the width direction of the vehicle body, and an embodiment as a reduction device is disclosed. Install a parallel-toothed spur gear in a place where the minimum ground clearance (clearance) of the vehicle body is not low, for example, directly above the wheel shaft This is an example. In the case of Patent Document 4, it becomes easy to fit the electric motor in the wheel, and the minimum ground clearance (clearance) is improved compared to the conventional in-wheel motor. In order to rotationally drive, complicated parts such as a hollow shaft are required, making manufacture difficult.
  • Patent Document 5 has a description that a wheel can be driven without a deceleration device in paragraph 0046 of the specification although it is an in-wheel motor.
  • the wheel shaft of the in-wheel motor is shared with the drive shaft from the main motor or the main engine, and a mechanism for driving the wheel shaft in cooperation with the main motor or the main engine as necessary.
  • it is extremely difficult to drive the wheel axle without using the speed reducer with the driving force of only the in-wheel motor.
  • an electric motor should be used in order to make the in-wheel motor's driving force strong and the driving force of the wheel shaft directly without using a reduction gear.
  • Patent Document 11 Electric motor used in any of Patent Document 1, Patent Document 4, Patent Document 5, Patent Document 6, Patent Document 7, Patent Document 9, Patent Document 10, Patent Document 11, and Patent Document 13
  • the permanent magnet is used for the rotor connected to the rotating shaft
  • the electromagnet is used for the outer stator
  • the outer side of the electromagnet is usually in contact with a metal housing case such as aluminum die casting. Therefore, except for Patent Document 11 which has an electromagnet at the deepest part of the electric motor, heat dissipation is generally good, and there is a space between the housing case and the wheel and there is air flow. There is little need to consider heat storage of the electromagnets that make up the armature.
  • Patent Document 2 and Patent Document 3 an electric motor stator is fixed to a vehicle body using an electromagnet, and a permanent magnet rotor is arranged around the stator to directly configure a wheel on the rotor.
  • This method can achieve low rotation and high torque (rotational moment, torsional couple) without using a speed reducer. Therefore, energy saving when connecting power to the outer periphery of the wheel and power when connecting power to the wheel axle are possible. This is a good method that can achieve both speed increase and decrease.
  • the problem that the conventional in-wheel motor has and the rotor of the electric motor can only be small compared to the wheel diameter has been solved, so a large torque (rotation moment, torsion couple) Can be obtained.
  • the inside of the wheel is a combination of permanent magnets and electromagnets. It has an armature in the center. Electromagnetic armatures, in principle, form N and S poles at symmetrical positions (point symmetry) across the center of the wheel, and in order to increase the efficiency of polarity, the magnetic force is passed between N and S poles. It is necessary to form a path of magnetic lines of force in the wheel with a good-quality metal, for example, a laminated steel sheet.
  • Patent Documents 2 and 3 increase the weight substantially by the square of the radius of the wheel, even if a slight cavity can be created in the center of the wheel. For this reason, even when an electric motor that is short in the axial direction can be created, a large-diameter wheel using this method can make the electric motor very heavy. Suitable for use in environments where there are few irregular movements such as railway tracks or railroad tracks! / ⁇ suitable for use
  • the electromagnet constituting the armature as a stator has a center point of the wheel as a symmetric point, for example, the N pole is often at a symmetrical position of 180 ° depending on the situation.
  • the path of the magnetic flux should be laminated with a thin plate of key steel, etc. so that no extra current is generated!
  • the current flows in a direction perpendicular to the magnetic flux. Occurs and generates heat.
  • the armature which is the stator
  • the path for the magnetic flux becomes longer.
  • the heat generation amount is almost the square of the wheel diameter. Increase by a factor of two.
  • the electromagnet which is the armature of Patent Document 2 and Patent Document 3
  • the electric motor may be damaged by heat generation and heat storage. May cause burnout.
  • Patent Document 2 and Patent Document 3 when the environment is used on a fully paved road or premises, or on a railroad track with little irregular movement due to the very large weight of the wheels considered.
  • the wheels are always stable during driving, and forced from outside the wheels.
  • Patent Document 1 Patent No. 3337279 (Claim 1, Claim 2, Claim 3, Claim 4, FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4, FIG. 5, FIG. 6)
  • Patent Document 2 Patent No. 3181835 (Claim 1, Claim 2, Claim 3, Claim 4, Claim 5, Claim 6, Claim 7, Figure 1, Figure 2, Figure 3)
  • Patent Document 3 Patent No. 3032993 (Claim 1, Claim 2, Claim 3, Claim 4, Figure 1, Figure 5)
  • Patent Document 4 Japanese Patent Laid-Open No. 2005-007914 (Claim 1, Claim 2, FIG. 1)
  • Patent Document 5 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2004-129390 (Claim 1, Claim 2, FIG. 1, FIG. 2, FIG. 6)
  • Patent Document 6 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2004-114858 (Claim 1, FIG. 1)
  • Patent Document 7 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-028254 (Claim 1, Claim 2, Claim 3, Claim 4, FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3)
  • Patent Document 8 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-339812 (Claim 1, Claim 2, Claim 3, FIG. 1, FIG. 3)
  • Patent Document 9 Japanese Patent Laid-Open No. 2000-224884 (Claim 1, Claim 2, Claim 3, Claim 4, Claim 5, FIG. 1, FIG. 2, FIG. 10)
  • Patent Document 10 JP-A-9 023631 (Claim 1, Claim 2, Claim 3, Claim 4, FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3)
  • Patent Document 11 Japanese Patent Laid-Open No. 7-131961 (Claim 1, Claim 4, Claim 5, FIG. 1)
  • Patent Document 12 Japanese Patent Laid-Open No. 7-081659 (Claim 1, FIG. 1)
  • Patent Document 13 JP-A-6-048191 (Claim 1, FIG. 1, FIG. 2)
  • Patent Document 14 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-104222 (Claim 1, Claim 2, Claim 3, Claim 4)
  • Patent Document 15 Japanese Patent Laid-Open No. 2005-075189 (Claims 1, 0011, FIG. 1)
  • Patent Document 16 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2003-300420 (Claim 1, Claim 5, 0015, 0025, FIG. 1, FIG. 2)
  • Patent Document 17 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-281722 (Claim 1, FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4, FIG. 5, FIG. 6, FIG. 7, FIG. 8)
  • Patent Document 18 Japanese Patent Laid-Open No. 10-086884 (Claim 1, Claim 4, Claim 5, FIG. 1)
  • Patent Document 19 Japanese Patent Laid-Open No. 5-191957 (Claim 1, FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4, FIG. 5)
  • Patent Document 20 Japanese Patent Laid-Open No. 5-116546 (Claim 1, FIG. 1)
  • Patent Document 21 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2004-090696 (Claim 6, Claim 7, Claim 8, 0011, 0 019, 0020, 0021, 0023, FIG. 5, FIG. 6, FIG. 7 (a) (b))
  • Patent Document 22 Japanese Patent Application No. 2003-395809 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-153724) (Claim 1, Claim 2, Claim 3, Claim 4, FIG. 1, FIG. 2)
  • Non-patent literature l "toyota.jp Prius", [online], [searched on March 14, 2005], Internet ⁇ net URL: http: z / toyota.jpZ prius / dynamism / engmZ index, nt ml >
  • the conventional method of connecting power to the wheel shaft, which is the rotation axis of the wheel so far, or connecting the power to the outer peripheral portion of the wheel by a roller or the like is stopped, and the power is built in the wheel.
  • the drive principle of the linear motor is applied to the outer periphery of the rim that constitutes the wheel to drive the wheel to form a wheel with a built-in motor, and to dissipate heat with a simple mechanism that incorporates the heat generated by the drive unit.
  • the environment of the drive unit such as electrical devices and bearings is sealed in the pressurized chamber, dust and drip-proofing is achieved.
  • Various harsh conditions such as leveling and underwater Even in a difficult environment, it is possible to create a wheel with built-in power that is usable and highly complete.
  • a part of the linear motor and a device for heat dissipation can be configured inside the wheel, and electrical devices and bearings can be sealed in a pressurized environment inside the wheel. Therefore, dustproof and drip-proof treatment is easy, and even when a power device or a heat dissipation device is built in, the completeness as a wheel is not impaired.
  • the wheel according to the present invention is powered by a built-in linear motor that does not connect external power. Therefore, if even a power source that can supply power to the linear motor can be connected to the outside, it can be easily attached to various vehicle bodies including two-wheeled vehicles and can be operated as a driving wheel. For example, you can easily create front-wheel drive or all-wheel drive (front and rear wheels) with a two-wheeled vehicle, and in automobiles, special vehicles such as an eight-wheeled vehicle with four wheels in the front row and four wheels in the rear row. The configuration of a car with a shape is also easy.
  • the minimum ground clearance (clearance) of the conventional vehicle is determined, and there is no wheel shaft and drive shaft, so that the mounting position for fixing the wheel to the vehicle body should be made higher. It is possible to create a vehicle with a very high and minimum ground clearance (clearance), which is not possible with a vehicle having a conventional wheel shaft.
  • the wheel (1) with built-in power of the present invention includes a tire portion and a rim portion.
  • the rim part is a part that rotates together with the tire (2) (hereinafter referred to as the rotating rim part (3)) and a part that is fixed to the steering wheel, steering device or vehicle body (hereinafter referred to as the vehicle body) and does not rotate (hereinafter referred to as fixed rim part) (4) Divide into).
  • the rotating rim (3) has a deep groove on the inside of the tire edge stopper, one on each side. This groove has a total of two locations.
  • This groove not only serves to increase the strength of the rotating rim, but also provides a mounting path for the valve (for tire pressure filling) (10) for injecting the air of the tire and the rotating rim.
  • the contact area of the bearing (14) (15) for maintaining and stabilizing the rotation of the motor section (3) is provided, and the linear motor rotor and the space of the inner periphery formed by the two grooves are provided. Provide a place to fix and fix the permanent magnet (11).
  • the permanent magnet (11) serving as the rotor of the present invention has a U-shaped (horse-shoe) permanent magnet (11) with the back portion facing the tire toward the inner peripheral side of the rotating rim (3).
  • the U-shaped (horse-shoe) -shaped open part (the part that generates the strongest magnetic force) is directed in the center of the wheel and is arranged in a circle parallel to the circumference of the wheel.
  • the quantity and location are free as long as they do not affect the nonce of rotation. Therefore, the number of permanent magnets (11) different from the number of stator electromagnets (12 or 13) that form a rotating magnetic field or a braking magnetic field can be provided.
  • the fixed rim portion (4) of the present invention has an electromagnet (12 or 13) that exerts a rotating magnetic field on the permanent magnet (11) disposed on the outer peripheral portion of the rotating rim portion (3) on the inner peripheral portion side. ),
  • a timing position and speed detection sensor (hereinafter referred to as a sensor (19)) for obtaining information for determining the timing of current flow to the electromagnet (12 or 13), and a permanent magnet (11) in the wheel with built-in power
  • the arrangement pattern of the rotor of the rotor and the stator of the electromagnet (12 or 13) is memorized, the DC power from outside the wheel is taken in, the information of the sensor (19) and the information of the accelerator (23) or the brake (24)
  • a rotating magnetic and braking magnetic field generator (hereinafter referred to as a magnetic field generator (20)) for supplying an appropriate current to the electromagnet (12 or 13) to generate a rotating magnetic field or a braking magnetic field from the permanent magnet (11), High atmospheric pressure in the storage part of the electromag
  • the electromagnet (12 or 13) as a stator of the present invention is formed by bundling a U-shaped (horse-shoe) type laminated plate around the fixed rim portion (4) that is attached to a vehicle body and does not rotate. Independently fixed with the winding side facing the center of the wheel and the U-shaped (horse-shoe) opening (the part that generates the strongest magnetic force) facing the tire. Electromagnetic force composed .
  • the electromagnet (12 or 13) is supplied with electric power from the magnetic field generator (20) in the wheel, and can generate a rotating magnetic field and a braking magnetic field of a necessary magnitude at a necessary time.
  • the stator electromagnet (12 or 13) should be arranged in parallel with the wheel circumference, and the number of permanent magnets (11) should be the same as the rotor of the permanent magnet (11). There is no need to arrange them at intervals or numbers. In the embodiment, it is possible to arrange force electromagnets (12 or 13), which are uniformly arranged, as force groups, or concentrate them on only one side.
  • the electromagnet (12 or 13) of the present invention includes an electromagnet (hereinafter referred to as an electromagnet (starting and driving) (12)) that serves as both a starter and a drive, and a drive electromagnet (hereinafter referred to as an electromagnet (drive)).
  • an electromagnet starting and driving
  • drive drive electromagnet
  • the rotating rim part (3) is about 3mm away from the fixed rim part (4). It is extremely small, in the order of several millimeters, which is equivalent to the play of tires made, and the force is instantaneous, so the vehicle does not vibrate and does not give the driver a sense of incongruity.
  • a rotating magnetic field is generated in the electromagnet (12 or 13) in the fixed rim portion (4).
  • the positive and negative directions are alternately pulsated and flowed at a constant interval (hereinafter referred to as a repetition period).
  • the magnitude of the power was obtained by the width of one pulse (the duration of current flow, hereinafter referred to as pulse width), the magnitude of the pulsed current (hereinafter referred to as peak value), and the repetition period. Expressed by area, it depends on the running state of the vehicle.
  • the pulse width and peak value are large and the repetition period is long at start-up and at low speed, and the pulse width and peak value are small and the repetition period is short when maintaining a constant high speed.
  • the timing and amount of the current flow varies widely depending on the vehicle's operating conditions. Based on the information from the sensor (19), it is calculated and managed by the computer with the magnetic field generator (20). Control and do.
  • a linear motor comprising a permanent magnet (11) and an electromagnet (12 or 13) as power of the present invention.
  • a permanent magnet (11) and an electromagnet (12 or 13) are arranged with very close gaps (gap) in such a way that the surfaces that generate a strong magnetic force face each other. If foreign matter gets caught in the gap, or if there is condensation, it can reduce the driving force of the linear motor or cause a failure.
  • the permanent magnet (11), the electromagnet (12 or 13), the bearing (14) (15), and the sensor (19) are filled with dry nitrogen so as to have a pressure higher than the outside air. It has a pressurizing device (26) that is housed in a pressurizing chamber to prevent dust and water from splashing and to prevent condensation.
  • the pressurizing device (26) of the present invention includes a pressure regulating valve (100) that detects the difference between the atmospheric pressure of the pressurizing chamber and the atmospheric pressure and the water pressure depending on the situation and adjusts the atmospheric pressure in the pressurizing chamber, and a drying device. It is composed of a nitrogen tank (101) filled with the high-pressure nitrogen and a valve (for filling the nitrogen tank) (102) for filling the nitrogen tank with nitrogen.
  • the present invention has a rotatable ring for sealing (hereinafter referred to as a rotating ring (16)) outside the grooves on both sides of the rotating rim portion.
  • the rotating ring (16) is made of metal or ceramic coated with fluorine resin or the like to improve sliding, or made of a hard synthetic resin with low sliding resistance and rotated on the side of the rotating rim (3)
  • the inside of the ring (16) and the outside of the rotating ring (16) are fitted into the inside of the pressurizing chamber lid (5) to complete the pressurizing chamber. Since the rotating ring (16) used for sealing usually uses two or more, a space part is generated between the rotating ring (16) and the rotating ring (16). If this space is filled with grease, etc., the pressure chamber can be further sealed. Since the pressurized chamber sealed in this way is filled with dry nitrogen, the permanent magnet (11), electromagnet (12 or 13), bearing (14) (15) and The sensor (19) does not cause trouble such as condensation.
  • the permanent magnet (11) constituting the rotor of the present invention uses a U-shaped (horse-shoe) type magnet, and the electromagnet (12 or 13) constituting the stator is also U-shaped (horse-shoe) type.
  • a space is created at the contact portion between the rim (3) and the fixed rim (4).
  • the wheel has a diameter of about 60 cm, the size of the space will be around 7 cm in the diameter direction.
  • the air (nitrogen) enclosed in this space rotates together with the rotating part of the wheel, such as the permanent magnet (11), and the central force of the wheel, which is the direction of the tire in the space, is also far away, High atmospheric pressure is generated by centrifugal force.
  • the center force of the wheel is also a part of the space far away and the center of the wheel.
  • the recirculation pipe (103) a pipe (hereinafter referred to as the recirculation pipe (103))
  • Air nitrogen
  • An efficient cooling device is configured by dissipating heat such as fins (104) in the middle of the circulating pipe (103).
  • the recirculation cooling device (25) releases the air pressure that has been obstructed by the air resistance of the rotation of the permanent magnet (11) in the space of the contact portion. It also has an effect, so there is a benefit to the efficient use of energy.
  • the power of the present invention is a force that is a linear motor built in a wheel.
  • a linear motor is used not only as a driving force but also as a braking force during braking.
  • the electromagnet (12 or 13) has an attractive force when the permanent magnet (11) of the rotating rim (3) approaches, Creates a rotating magnetic field that generates a repulsive force.
  • the electromagnet (12 or 13) is permanently attached to the rotating rim (3).
  • the magnet (11) approaches, a repulsive force is generated, and when the electromagnet (12 or 13) is applied directly above or away from the magnet (11), a strong arch I force is generated to stop the rotation of the wheel.
  • the wheel (1) with built-in power according to the present invention has a relatively wide area that does not rotate at the center of the wheel, so a bolt hole (27) for attaching to the vehicle body or the like is attached to this part.
  • a bolt hole (27) for attaching to the vehicle body or the like is attached to this part.
  • various bolt holes (27) that are easy to exhibit toe-in and camber effects as well as caster effects tailored to the operation of the vehicle can be formed, and wheels can be attached to meet needs.
  • the minimum ground clearance (clearance) of the vehicle body can be set easily.
  • FIG. 21 shows an embodiment in which the present invention is applied to both front and rear wheels of a two-wheeled vehicle.
  • Fig. 22 shows that the present invention is applied to all eight wheels, four wheels in the front row and four wheels in the rear row. This is an example of an eight-wheeled vehicle.
  • the wheel with built-in power according to the present invention When the wheel with built-in power according to the present invention is applied to the front wheel or front / rear wheel of a two-wheeled vehicle, it is easy to slip and improves the traverse on the ground.
  • a two-wheeled vehicle that can run stably can be manufactured.
  • the wheels with built-in power of the present invention There is no need to worry about becoming unable to move as the abdomen of his body touches the ground (so-called turtle turtle) due to deepening of the shark in the desert. Therefore, the traversability is greatly improved, and it becomes easy to produce a car with a very wide range of action on rough terrain.
  • the present invention is a force that protects the electrical components in the wheel and the bearing device related to rotation in order to prevent dust and drip.
  • the pressure in the pressurizing chamber is further increased. Therefore, in water higher than the atmospheric pressure of 1 atm, the range of activities of the vehicle in water can be expanded by increasing the pressure in the pressurized chamber.
  • FIG. 1 is an external view of a wheel with built-in power according to the present invention when viewed from a directional force orthogonal to the rotational direction.
  • FIG. 2 is a diagram showing a wheel with a built-in power according to the present invention in which a portion where the external force is visible is indicated by a solid line and a portion that is stored inside is indicated by a dotted line when the directional force orthogonal to the rotational direction is also viewed.
  • FIG. 3 A solid line represents a portion of a wheel with built-in power according to the present invention that rotates with the rotation of the wheel when the directional force perpendicular to the rotation direction is also seen.
  • FIG. 4 is a diagram showing a solid-line portion of a wheel with a built-in power according to the present invention when the directional force perpendicular to the rotation direction is also seen and fixed to a vehicle body or the like and does not rotate.
  • FIG. 5 A solid line showing the portion related to the driving force (except for the wiring cord) of the wheel with built-in power of the present invention when the directional force perpendicular to the rotational direction is also seen.
  • FIG. 6 is a diagram showing the flow and relationship of electric power and electric signals when a wheel with built-in power according to the present invention is also viewed in a direction force orthogonal to the rotational direction.
  • FIG. 7 is a view showing a pressurizing device and a circulating cooling device related to air conditioning when a wheel with a built-in power according to the present invention is also viewed in a direction force orthogonal to the rotational direction.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view when the vicinity of the outer periphery of a wheel with built-in power according to the present invention is cut in the diameter direction.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the rotating rim portion when the vicinity of the outer peripheral portion of the power built-in wheel of the present invention is cut in the diameter direction.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the fixed rim portion and the pressurizing chamber lid when the vicinity of the outer peripheral portion of the wheel with built-in power of the present invention is cut in the diameter direction.
  • FIG. 11 is a view showing only a permanent magnet disposed on a rotating rim portion of a wheel with built-in power of the present invention and an electromagnet of a fixed rim portion.
  • ⁇ 13 A cross-sectional view of the wheel with a built-in power according to the present invention cut in the diametrical direction and partly disassembled so that only the pressurizing chamber cover is taken out and the component parts are broken. is there.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of a portion of the space corresponding to the inlet of the return pipe near the outer periphery of the wheel with built-in power according to the present invention cut in the diameter direction.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of a portion of the space corresponding to the outlet of the return pipe near the outer periphery of the wheel with built-in power of the present invention cut in the diameter direction.
  • FIG. 16 shows a switching lever for switching between forward and backward movements in an embodiment in which a wheel with built-in power of the present invention is used in a vehicle.
  • FIG. 17 is an example of an accelerator pedal of an embodiment in which the wheel with built-in power of the present invention is used in a vehicle.
  • FIG. 18 is an example of a brake pedal of an embodiment in which the wheel with built-in power of the present invention is used in a vehicle.
  • FIG. 19 is an example of current pulses applied to one of the electromagnets. In this case, since the pulse width and peak current value are large and the repetition period is long, the current pulse at startup or at low speed is shown.
  • FIG. 20 is an example of a current pulse applied to one of the electromagnets.
  • the pulse width and current peak value are small and the repetition period is short, so the case of relatively high speed is shown. 21]
  • This is an example of an embodiment created by applying the power built-in wheel of the present invention to the front and rear wheels of a two-wheeled vehicle.
  • FIG. 22 is an example of an embodiment in which the wheels with built-in power according to the present invention are mounted in a total of eight wheels, with four wheels mounted in one row in front of the automobile and four wheels in the rear row.
  • Magnetic field generator (abbreviation for rotating magnetic field and braking magnetic field generator)

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  • Arrangement Or Mounting Of Propulsion Units For Vehicles (AREA)

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が課題である。 【解決手段】本発明は、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。

Description

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 技術分野
[0001] 本発明は、タイヤとリム力も構成される車輪を 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ぐ 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、高いトノレク（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。
背景技術
[0002] 人類の歴史とともに古代力 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 手を力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 、クランクシャフトを介しての高 、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力 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、低いトノレク（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 ヽつた場 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。
[0003] 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 力 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。
[0004] 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力 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 ホイ一ノレとの間は、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、ィ 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。
[0005] 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 、車両分野ではある力 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 一ターと歯車装置のすべてを車輪の内側空間に収め、し力も、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!/ヽと!ヽぅ極めて小さなものとして!/ヽ 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 150rp m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つ 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。
[0006] 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 磁石力 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ぐ強力な電流をその電 磁石に与えることができれば、力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力 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。
[0007] 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〖こ 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、車体の中心力も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つ 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。 V、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 一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（タリ ァランス）を低めることが多 、。
[0008] 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 、部分に設置し、かつ減速装置として実施 例が多!、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 、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一 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一 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。
[0009] 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。し力しながら、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。インホイ一 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 、つぱ 、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。
[0010] 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 1 1を除けば、一般に放熱性が良ぐかつ、ハウジングケースと車輪との間は空間があ つ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ゃ蓄 熱を考慮する必要が少な 、。
[0011] 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 ヽェネルギー効 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ノヽ 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 ベ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。
[0012] 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。これによつて、従来の インホイールモーターが抱えて 、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ィ素鋼 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力つた車輪の口 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、完全舗装の平坦路ゃ工場の構内、ある いは鉄道線路等の不規則な動きの少な 、環境での使用に適して!/、ても、野外の不 整地の走行によって激 U、動きが車輪や車体に生じる環境下での使用には適さな ヽ
[0013] 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、ケィ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!、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。し力も、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。
[0014] 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。
特許文献 1：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)
特許文献 2 :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)
特許文献 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 )
特許文献 4:特開 2005- 007914号公報 (請求項 1、請求項 2、図 1)
特許文献 5 :特開 2004- 129390号公報（請求項 1、請求項 2、図 1、図 2、図 6) 特許文献 6 :特開 2004- 114858号公報 (請求項 1、図 1)
特許文献 7 :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)
特許文献 8 :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、 06)
特許文献 9 :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)
特許文献 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)
特許文献 11 :特開平 7— 131961号公報 (請求項 1、請求項 4、請求項 5、図 1) 特許文献 12 :特開平 7— 081659号公報 (請求項 1、図 1)
特許文献 13 :特開平 6— 048191号公報 (請求項 1、図 1、図 2)
特許文献 14: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)
特許文献 15 :特開 2005— 075189号公報（請求項 1、 0011、図 1) 特許文献 16 :特開 2003— 300420号公報（請求項 1、請求項 5、 0015、 0025、図 1 、図 2)
特許文献 17 :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)
特許文献 18 :特開平 10— 086884号公報 (請求項 1、請求項 4、請求項 5、図 1) 特許文献 19 :特開平 5— 191957号公報 (請求項 1、図 1、図 2、図 3、図 4、図 5) 特許文献 20 :特開平 5— 116546号公報 (請求項 1、図 1)
特許文献 21 :特開 2004— 090696号公報 (請求項 6、請求項 7、請求項 8、 0011、 0 019、 0020、 0021、 0023、図 5、図 6、図 7 (a) (b) )
特許文献 22 :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)
非特許文献 l : "toyota. jpプリウス"、 [online] , [平成 17年 3月 14日検索]、インタ ~~ネットく URL :http : z / toyota. jpZ prius/ dynamism/ engmZ index, nt ml>
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0016] 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。
課題を解決するための手段
[0017] 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 、ても、使用可能で完結性の高!、動力内蔵の車輪を作成することがで きる。
発明の効果
[0018] 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極を結ぶケィ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、放熱のための大が力りな装置を必要としない。そのため、リニアモータ 一部をはじめ放熱ための装置も車輪内部に構成でき、また、電気的装置やべアリン 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。
[0019] 本発明による車輪は、外部からの動力を接続することなぐ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 、た車輪軸とドライブシャフトがな 、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 、非常に高 、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。
発明を実施するための最良の形態
[0020] 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ぐタイ ャ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。
[0021] 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ノ 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。
[0022] 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 ヽ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!/ヽる。
[0023] 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力 構成される 。電磁石（12又は 13)には、車輪内の磁界発生器（20)カゝ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ぐ永久磁石（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力 電磁石（12又は 13)をいくつ力組にして 力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。
[0024] 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、回転磁界力スタートして、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力 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、し力も瞬時であるから、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。
[0025] 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力 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）を持つ 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 つ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糸且合せは、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。
[0026] 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 つて配設してある。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。
[0027] 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。
[0028] 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榭脂等 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（1 6)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 の間にわず力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。
[0029] 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力も遠 、部分の空間に遠心力によって 高い気圧を生じる。よって、車輪の中心力も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力も遠 、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力 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。
[0030] 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力 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)の真上及び遠ざ力る場合には吸弓 I力を強力に発生して、車輪の回転を止 める作用をする。
[0031] 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、車輪を両側面カゝ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。
実施例 1
[0032] 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。
実施例 2
[0033] 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。
産業上の利用可能性
[0034] 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 、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 うになつ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力 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。
図面の簡単な説明
[0035] [図 1]本発明の動力内蔵の車輪を、回転方向に直交する方向力 見た場合の外観図 である。
[図 2]本発明の動力内蔵の車輪を、回転方向に直交する方向力も見た場合に、外観 力 見える部分を実線で、内部に格納されて 、る部分を点線で表した図である。
[図 3]本発明の動力内蔵の車輪を、回転方向に直交する方向力も見た場合に、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。
[図 4]本発明の動力内蔵の車輪を、回転方向に直交する方向力も見た場合に、車体 等に固定されて 、て回転しな 、部分を実線で表した図である。
[図 5]本発明の動力内蔵の車輪を、回転方向に直交する方向力も見た場合に、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。
[図 6]本発明の動力内蔵の車輪を、回転方向に直交する方向力も見た場合に、電力 や電気信号の流れや関連を示した図である。
[図 7]本発明の動力内蔵の車輪を、回転方向に直交する方向力も見た場合に、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。 圆 8]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。
圆 9]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。
圆 10]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。
[図 11]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。
圆 12]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。
圆 13]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力るように一部を分解して表した場合の断面図である。
[図 14]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。
[図 15]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。
[図 16]本発明の動力内蔵の車輪を車両に用いた実施例にぉ 、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。
[図 17]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。
[図 18]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。
[図 19]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 、ので、起動時か低速時の電流パ ルスを示している。
[図 20]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。 圆 21]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。
[図 22]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 ァクセノレ
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

請求の範囲 タイヤ部とリム部力も成る車輪にぉ 、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 、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力 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榭脂をコートしたもの力硬質で滑り抵抗の少な 、合成榭 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)—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力も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。
以上力 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 、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、外部カゝら電源を供給されれば動輪として運用できるリ ユ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。
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