JPH02120198A - 電気自動車の電動輪とこれを用いた三輪電気自動車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、直接車輪を回転させるダイレクトドライブ方
式の電気自動車の電動輪およびこの電動輪を備えた三輪
電気自動車に関する。

（従来の技術） 近年では、低公害、低騒音、制御容易性等のメリットか
ら、バッテリ電力を動力源とし、モータを駆動源とした
電気自動車が注目を浴びている。

従来の電気自動車は、車輪とモータとがそれぞれ独立し
て載置される二軸駆動方式のものであることから、モー
タの回転を車輪に伝達する場合とか、左右両車幅の回転
数を変えてコーナーを曲がる場合には、その動作を円滑
にかつ確実に行なうために、減速機、差動装置等の動力
伝達装置（例えば、実開昭４７−１８，０１０号公報参
照）とか、この装置と車輪とを連結するドライブシャフ
ト等からなる付帯装置（例えば、実開昭４８−３８，５
０６号公報参照）を必要としている。

ところが、このような動力伝達装置及び付帯装置は、動
力機械損失の低下に加え、車体の重量の増大を伴ない、
この結果、消費電力の増加、バッテリー充電当りの走行
距離（以下、レンジと称する）の低下という欠点を生じ
る虞れがある。特に、電気自動車では、バッテリー充電
当りの走行距離が短いことが、この電気自動車の汎用化
を妨げる一大要因となっていることは周知の通りである
。

そこで、最近では、前記減速機、差動装置、ドライブシ
ャフト等の動力伝達装置を廃止して動力機械損失を向上
させ、車体重量の軽減を図るために、ダイレクトドライ
ブ方式の電動輪とした車両もある。

このダイレクトドライブ方式の電動輪は、モータのトル
クを直接車輪に伝達するもので、これには、モータと車
輪とを機械的に連結したもの（例えば実開昭５４−２１
．３１２号公報、ＵＳＩ）３，９３７，２９３号等参照
）と、車輪内にモータを組み込んだものがある（特開昭
５２−２２．２１４号公報、ＵＳＰ４，０２１，６９０
号等参照）。

（発明が解決しようとする課題） ところが、前者のモータと車輪とを連結した方式のもの
は、電動輪の軸方向寸法が肥大化し、また、太い中実の
モータ回転軸が車輪の軸として設けられているため、車
体重量が増大し、バッテリー充電当りの走行距離が低下
する虞れがある。また、この回転軸を支持する機構ある
いはモータに給電する動力線等が入り組み、電動輪の全
体構造が複雑となり、このモータの冷却が難しく、この
電動輪を組み立てる作業性、及び保守点検等の整備性に
問題がある。

後者のホイールディスクにモータを取付けた方式のもの
も、太い中実のモータ回転軸が車軸となっているため、
電動輪の構造が複雑化し、前者と同様の問題を何し、さ
らにこれに加えて、車輪の内方にモータが設けられてい
るため、モータ冷却を行うと、モータ内部に埃等が侵入
し易く、この埃等により電動輪の耐久性が低下するとい
う問題がある。

このような塵埃等の侵入を防止するために所定箇所にダ
ストシールが設けられているが、このダストシールは通
常ハブ側に摺動することから、モータの機械損失が低下
するという欠点を有している。さらに、従来使用されて
いるディスクブレーキを備えた電動輪にあっては、ディ
スクとパッドが常に接触しているため、これもモータの
機械損失にとって不利なものとなっていた。

そこで本発明者らは、かかる欠点を解消すべく鋭意努力
した結果、軽量コンパクトで大出力を発揮することがで
き、電気自動車にとって最適なモータを開発するに当り
、前記ダイレクトドライブ方式の長所である動力伝達系
の簡素化、車両全体の軽量化等という点を助長するとと
もに、その欠点である転がり摩擦抵抗の増加によるモー
タの機械損失の低下を一掃することができる電動輪と、
この電動輪を備えた三輪電気自動車を開発するに至った
。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされ
たものであり、動力伝達系の簡素化、車両全体の軽量化
を図り、モータの機械損失の向にを達成したダイレクト
ドライブ方式の電気自動車の電動輪およびこの電動輪を
備えた三輪電気自動車を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 」二足目的を達成するための第１の発明は、ハブの外周
にホイールディスクを回動可能に取付け、このホイール
ディスクの外周に車輪を装着するとともに、このホイー
ルディスクの外側にモータのロータ部を前記車輪の外側
からボルト締めにより固着し、さらにこのロータ部の外
側にモータカバ−を前記車輪の外側からボルト締めによ
り固着し、前記ロータ部と小許の間隙を介して対設され
るステータ部を前記ハブに前記車輪の外側からボルト締
めにより固着し、一方、前記ホイールディスクの内側に
ドラム型ブレーキのブレーキドラムを前記車輪の内側か
らボルト締めするとともに、当該ブレーキドラムと前記
ハブとの間にダストシールを介装することにより前記ス
テータ部が収容された空間を密閉したことを特徴とする
電気自動用の電動軸である。

また、上記目的を達成するだめの第２の発明は、上述し
た電動軸を車体の後部左右に配設した三輪電気自動車で
あって、前記電動軸の近傍に前記電動軸に電力を供給す
るバッテリと、前記電動軸の制御装置とを配設したこと
を特徴とする三輪電気自動車である。

（作用） このように構成すれば、ダイレクトドライブ方式を採用
し、中空ハブにより車軸とモータの回転軸を構成したの
で、減速機、差動装置、ドライブシャフト等の動力伝達
装置か不要となり、車軸部分の構造が簡素になり、車体
の軽量化、コンパクト化を達成することができ、これに
よりバッテリー充電当りの走行距離も伸び、また、電気
自動車の電動軸を組み立てるに当っても、車輪の外部側
方からホイールディスクにロータ部を、ハブにステータ
部を、ボルト締めにより固着できるので、自動車の保守
点検時に車体を持ち上げることなく外部から容易に行な
うことができ、また各部品を次々と積み重ね方式により
組み立てる作業方式とすることが可能となるので車体の
組み立てもきわめて容易になる。

さらに、ステータ部が収容された空間は、モータカバー
、ロータ部、ホイールディスクおよびハブがそれぞれボ
ルト締めされており、タストシールをハブとブレーキド
ラムとの間のみに介装したため、車輪の転がり摩擦抵抗
か減少し、これによりモータ出力の機械損失が向上する
ことになる。

しかも、ドラム型ブレーキを備えていることから、ブレ
ーキを作動していない状態ではブレーキトラムとシュー
とは接触しておらす、これによっても車輪の転がり摩擦
抵抗か減少し、モータの機械損失が向上する。

（実施例） 以下、本発明の電気自動車を実施例に基づき詳細に説明
する。

第１図は、第１の発明の一実施例に係る電動軸を示す要
部断面図、第２図は、同電動輪の分解斜視図、第３図は
、第２の発明の一実施例に係る三輪電気自動車を示す゛
ｌ’面図、第４図は、同三輪゛屯気自動車の側面図であ
る。

まず、第１〜２図に示す電動軸は、第３〜４図に示す三
輪電気自動車の後部左右にサスペンション、ナックル等
を介して配設されるものであり、２つの電動軸１４．１
４はそれぞれか略同様の構造となっている。また、第３
〜４図に示す前輪１７はシヨ・ンクアブソーバ１８を介
してハンドル１９に回動自在に取付けられた操舵輪であ
る。

この電動軸１４は、ホイールディスク２の外周に後述の
車軸３が装着され、このホイールディスク２の外部側方
にモータＭが取付けられたアウタロータ方式のもので、
このモータＭによりホイールディスク２を回転させるダ
イレクトドライブ方式としたものである。

前記電動軸１４は、中心にナックル（不図示）をＧし、
サスペンション機構２０（第３図参照）を介して前記車
体１５に対し一Ｌ下動可能に取付けられている。

そして、このナックルは、中空に形成されており、ボル
トによりハブ１と同軸的に連結され、このハブ１の外周
には前記ホイールディスク２が２つの軸受２１，２２を
介して回転可能に取付けられている。このハフ゛１はモ
ータＭの回転十由と車ｆ山とを兼用するものである。

なお、前記ホイールディスク２の外周に取付けられた車
輪３は、ボルト２３により固着されたホイールリム２４
と、タイヤ２５とから構成されている。

また、このホイールディスク２の外周端部位には、前記
モータＭのロータ部４と、ロータカラ−２６とが複数本
のボルト５により外部側方から共締め固定されており、
さらに、このロータカラー２６には前記モータＭの外側
を覆うモータカバー６がボルト７により固定されている
。

このようにすれば、前記モータカバー６を外部側方から
着脱できるので、組付性、整備性が向上することになる
。なお、前記ロータカラー２６を廃止して、ロータ部４
とモータカバー６とを車輪３の外側から前記ホイールデ
ィスク２に共締めするように構成することも可能である
。

前記ロータ部４は、環状のヨーク２７と、このヨーク２
７の内周面に接着剤若しくはボルト等により固着された
薄肉で強力な磁界を発生する希土類の永久磁石２８とか
ら構成されている。

この希土類の永久磁石２８は、大きな磁束密度を有する
のみでなく、室温で大きな結晶磁気異方性を示すことか
ら大きな保磁力を発揮し、これをモータ用の永久磁石と
して用いれば、永久磁石を薄肉化することができ、コン
パクトなモータとなり、大きな出力を出すことができる
。

例えば、通常の永久磁石であるアルニコ系、又はフェラ
イト系のものは、５０〜２７０ｋＡ／ｍ程度の保磁力を
有するものであるのに対し、希土類コバルト系（ＲｅＯ
２）のものは、その保磁力が６８０〜８００ｋＡ／ｍに
もなることからも前記希土類磁石が有効なものであるこ
とは明らかである。

また、前記モータカバー６は、アルミニウム合金等のよ
うな軽量金属よりなり、モータＭの放熱性を向＝ヒする
ために、内周面及び外周面に放熱フィンｆ１が突出され
ている。

このロータ部４と小許の間隙Ｇを介して対設されたステ
ータ部８は、コイルＣが巻回された電機子コア２８の内
周部位をボルト９によりハブ１のフランジ部１ａに固着
されているが、この固着に当り、電機子ホルダ２つも共
締めされている。

この電機子ホルダ２９は、第２図より明らかなように半
断面り字状をしたもので、リング状突部２９ａには山部
が形成され、この山部と前記ハブ１の端部に形成された
山部が噛合するようになっている。

また、前記コイルＣとハブ１内を挿通する動力線（不図
示）とは、板状の端子３０を介して接続されているが、
この接続は、動力線の端部に筒状のコネクタ３１をカシ
メ固定するとともにこのコネクタ３１を絶縁用ブロック
３２中に挿通し、このコネクタ３１の端部にスタッドボ
ルト３３を螺着する場合に前記端子３０を介在して行な
ったものである。

さらに、前記モータカバー６の内面には、モータＭの回
転状態を検知するためのタイミング用グリッド４２が設
けられている。このタイミング用グリッド４２は、ロー
タ部４に取付けられた永久磁石２８の磁極に対応して設
けられており、前記電機子ホルダ２つの一端に取付けら
れたフォトセンサー４３からの光信号を図示しない受光
素子に向かって反射するものである。

前記ホイールディスク５の内方側端面には、第２図に示
すようにドラム型ブレーキ１０のブレーキドラム１１が
ボルト１２により取（−Ｊけられている。このドラム型
ブレーキ１０は、ブレーキドラム１１の内周面にカム機
構３４を作動させることにより拡開して接触するブレー
キシュー３５が取付けられており、カム機構３４をブレ
ーキを開放した位置に戻せば、リターンスプリング３６
により前記ブレーキシュー３５とブレーキドラム１１と
は接触しなくなる。したがって、このようなドラム型ブ
レーキ１０を電気自動車に適用すれば、通常走行時には
ブレーキドラム１１とブレーキシュー３５との摩擦−抵
抗はないことから、常にブレーキディスクにブレーキパ
ッドが接触しているディスクブレーキに比べて、モータ
Ｍの機械損失が向上することになる。なお、第１図中「
３７」はブレーキバックプレートである。

上述したように、モータＭを構成するステータ部８が収
容された空間Ｓは、前記ハブ１、ホイールディスク２、
ロータ部４、ロータカラー２６、モータカバー６および
ブレーキドラム１１をそれぞれボルト締結することによ
って形成されているため、前記車輪３外側から塵埃等が
当該空間Ｓ内に侵入することはない。ただし、前記モー
タＭにより回転するハブ１の外周面とブレーキドラム１
１との隙間には、リング状のダストシール１３が取付け
られている。したがって、本実施例に係る電動輪１４に
あっては、複数のダストシールを使用していた従来のも
のと比べて、ダストシール１３と回転体（本実施例にあ
っては、ハブ１）との接触により生じるｌ？擦低抵抗極
力低減することができ、これによってもモータ出力の機
械損失の向−Ｌを図ることかできるようになっている。

前記ホイールディスク２を回動可能に支持するナックル
及びハブ１内には、第１図に示すような比較的大きな連
通路３８が形成され、この連通路３８を利用して、前記
モータＭへ給電する動力線を挿通したり、モータ冷却用
空気を流通することかできるようにしている。つまり、
大きな連通路３８を中心に形成しているので、動力線を
挿通する場合には動力線の配線が極めて容易になり、ま
た、この連通路３８は、単に前記動力線が挿通されるの
みでなく、内部に空気を流通させることもできるので、
モータＭを冷却することができる。

なお、空気の自然流通による冷却効果をさらに高めるた
め、この連通路３８に外気を導入する、例えば、小型モ
ータにより回転する軸流ファン装置等の空冷手段を設け
てもよい。

前述したナックルの頂部と下部には、第３〜４図に示す
ように、ブラケットを介してアッパアームと、ロアーア
ームとがボール軸受により揺動自在に取付けられており
、このアッパアーム及びロアーアームの他端は車体１５
に取付けられたナイトハルト３９に回動可能に取付けら
れ、このナイトハルＩ・３９と車体１５との間にはショ
ックアブソーバ４０が設けられている。このナイトハル
ト３９の一端は、車体１５に対して回動可能に取付けら
れており、ナイトハルト３９およびアッパアーム、ロア
アーム、ショックアブソーバ４０からなるサスペンショ
ン機構２０により、前記電動輪１４．１４が車体１５に
対してスウィングし得るようになっている。

第３〜４図の電気自動車の平面概略図及び側面概略図に
示すように、この電気自動車１５の電動輪１４は、アウ
ターロータ式のモータによるダイレクトドライブ式のも
のであるので、減速装置等の種々の付帯装置が不要とな
ることから、車体１５には、かなりの空スペースを確保
できることになる。

したがって、電動輪１４に電力を供給するバッテリＢは
、図示のように、この空スペースに均等な重量配分で設
置することができる。本実施例にあっては、車体１５を
構成するシャーシフレーム４１の前後輪１４．１７の中
央部に都合２つのバッテリＢ、Ｂを搭載している。

また、電動輪１４のトルク等を制御する制御装置１６は
、電動輪１４の近傍、かつ、バッテリＢの−に部位置に
、このバッテリＢの電極（＋端子。

一端子）と制御装置１６との動力線の配線距離及びこの
制御装置１６と電動輪１４との動力線の配線距離が共に
最短になるような位置に配置している。また、制御装置
１６もバッテリＢと同様に夫々の電動輪１４にかかる荷
重が均等になるような位置に載置している。

この制御装置１６には、電気自動車１５を運転するに当
っての制御信号、例えば、アクセルペダルあるいはブレ
ーキペダルの踏込み量、走行トルク、バッテリの充電量
、電動輪の発熱量等から演算された制御信号が人力され
る制御信号入力装置が接続されている。

このように、バッテリＢと制御装置１６とを前記したよ
うな位置を選択して搭載すると、制御装置１６から電動
輪１４に至るまでの動力線の所要距離及びバッテリＢか
ら制御装置１６に至るまでの動力線の所要距離を共に必
要最小限にした場合、重量の節減の点できわめて有利な
ものとなる。

周知のように、電気自動車１５の性能を左右する最も大
きな要素は電池であると言われているが、この電池の性
能不足は、車両形状を研究することによって空気抵抗係
数ｃｄを極めて小さな値にし、重量を軽減し、バッテリ
からモータへ至る配線路の損失電力を低減する等々、各
種の小さな改善を積重ねることによって補うことができ
る。

したがって、動力系の配線重量を所要電線長さを短縮す
ることによって軽減し、また、所要電線長さの短縮によ
って動力系での損失電力を減少した本実施例の技術は、
電気自動車においては、電池の性能不足を補う有効な策
の一つになるものである。

次に作用を説明する。

まず、電動輪１４を組み立てるには、ナックルにハブ１
、ブレーキバックプレート３７、ブレーキドラム１１を
取付ける。そして、このハブ１にステータ部８を外方か
らボルト９により締付けた後に、動力線と、前記ステー
タ部８のコイルＣとを接続する。最後にロータ部４とロ
ータカラー２６とをボルト５により外方から前記ホイー
ルディスク２に取付け、ついでロータカラー２６にモー
タカバー６をボルト７により締め付ける。

このように電動輪１４を組み立てる作業を行なう場合に
は、外方からハブ１、ドラム型ブレーキ１０、ステータ
部８、ロータ部４等と、次々といわは積み重ね方式で取
付ければよいことになり、組み立て手順よく、簡単に行
なうことができる。

したがって、これを分解する保守点検時にもその作業が
容易となり、整備性も向上することになる。

次に、図示しない始動スイッチをオンすると、バッテリ
Ｂからの所定の電流が制御装置１６を介して動力線に導
かれ、この動力線よりコネクタ３１、スタッドボルト３
３、端子３０を介してコイルＣに導かれる。この電流は
、タイミング用グリッド４２によりフォトセンサー４３
からの反射光を受光素子が検知することによって制御さ
れる。

これによりロータ部４側の希土類磁石２８により形成さ
れている磁界を電流が横切ることによりロータ部４が回
転する。この回転はボルト５を介してホイールディスク
２に伝達され車輪３が回転する。

つまり、この電動輪１４では、ステータ部８により直接
ロータ部４を回転させるダイレクトドライブ方式として
いるので、減速機、差動装置、ドライブシャフト等の動
力伝達装置を必要とすることなく、電動輪１４に所望の
動作をさせることができ、これにより車軸部分の構造が
簡素となる。

しかも、これにより車体１５全体の軽量化、コンパクト
化を達成することができ、バッテリー充電当りの走行距
離も伸び、さらには、電動輪１４の組立性、整備性も向
上することになる。

さらに、ステータ部８が収容された空間Ｓは、モータカ
バー６、ロータ部４、ホイールディスク２およびハブ１
がそれぞれボルト締めされており、ダストシール１３を
ハブ１とブレーキドラム１１との間のみに介装したため
、車輪３の転がり摩擦抵抗か減少し、これによりモータ
Ｍの機械損失が向１−することになる。しかも、ドラム
型ブレーキ１０を備えていることから、ブレーキを作動
していない状態ではブレーキドラム１１とブレーキシュ
ー３５とは接触しておらず、これによっても車輪３の転
がり摩擦抵抗が減少し、モータ出力の機械損失が向上す
る。

しかも、電動輪１４の近傍にこの電動輪１４に電力を供
給するバッテリＢ及び前記電動輪１４の制御装置１６を
配置して、当該バッテリＢ、当該制御装置１６及び前記
電動輪１４を夫々接続する動力線の所要距離を最短とす
れば、車両の小量配分が良好となり、かつ、配電損失及
び配線重量の低減を図ることができ、−充電走行距離を
向上させることができる。

［発明の効果］ 以上述べたように、゛本発明によれば、電動輪を、ダイ
レクトドライブ方式でかつアウターロータ式としたので
、減速機、差動装置、ドライブシャフト等の動力伝達装
置が不要となり、車軸部分の構造が簡素になり、車体の
軽量化、コンパクト化を達成することができ、バッテリ
ー充電当りの走行距離も伸び、電動輪の組立性、整備性
も向上することになる。

さらに、ステータ部が収容された空間は、モータカバー
、ロータ部、ホイールディスクおよびハブがそれぞれボ
ルト締めされており、ダストシールをハブとブレーキド
ラムとの間のみに介装したため、車輪の転がり摩擦抵抗
が減少し、これにょリモータの機械損失が向上すること
になる。しかも、ドラム型ブレーキを備えていることか
ら、ブレーキを作動していない状態ではブレーキドラム
とブレーキシューとは接触しておらず、これによっても
車輪の転がり摩擦抵抗が減少し、モータの機械損失が向
上する。

しかも、電動輪の近傍に前記電動輪に電力を供給するバ
ッテリ及び前記電動輪の制御装置を配置して、当該バッ
テリ、当該制御装置及び前記電動輪を夫々接続する動力
線の所要距離を最短とすれば、車両の重量配分が良好と
なり、かつ、配電損失及び配線重量の低減を図ることが
でき、−充電走行距離を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、第１の発明の一実施例に係る電動輪を示す要
部断面図、第２図は、同電動輪の分解斜視図、第３図は
、第２の発明の一実施例に係る三輪電気自動車を示す平
面図、第４図は、同三輪電気自動車の側面図である。 ４・・・ロータ部、５，７，９．１２・・・ボルト、６
・・・モータカバー、８・・・ステータ部、１０・・・
ドラム型ブレーキ、１１・・・ブレーキドラム、１３・
・・ダストシール、１４・・・電動輪、１５・・・車体
、１６・・・制御装置、Ｂ・・・バッテリ、Ｇ・・・間
隙、Ｓ・・・空間、Ｍ・・・モータ。 特許出願人　　新日本製鐵株式會社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ハブ（１）の外周にホイールディスク（２）を回動
   可能に取付け、このホイールディスク（２）の外周に車
   輪（３）を装着するとともに、このホイールディスク（
   ２）の外側にモータ（Ｍ）のロータ部（４）を前記車輪
   （３）の外側からボルト（５）締めにより固着し、さら
   にこのロータ部（４）の外側にモータカバー（６）を前
   記車輪（３）の外側からボルト（７）締めにより固着し
   、前記ロータ部（４）と小許の間隙（Ｇ）を介して対設
   されるステータ部（８）を前記ハブ（１）に前記車輪（
   ３）の外側からボルト（９）締めにより固着し、一方、
   前記ホイールディスク（２）の内側にドラム型ブレーキ
   （１０）のブレーキドラム（１１）を前記車輪（３）の
   内側からボルト（１２）締めするとともに、当該ブレー
   キドラム（１１）と前記ハブ（１）との間にダストシー
   ル（１３）を介装することにより前記ステータ部（８）
   が収容された空間（Ｓ）を密閉したことを特徴とする電
   気自動車の電動輪（１４）。 ２）請求項１記載の電動輪（１４）を車体（１５）の後
   部左右に配設した三輪電気自動車であって、前記電動輪
   （１４）の近傍に前記電動輪（１４）に電力を供給する
   バッテリ（Ｂ）と、前記電動輪（１４）の制御装置（１
   ６）とを配設したことを特徴とする三輪電気自動車。