JPH09506236A - 効率的な熱交換の可能なハウジングを具備する回転子を有する電気モータを備えたホイール装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電気モータを備えたホイール装置は、装置の外部から導体を受容するための中空のシャフトと、シャフトと同軸で固定的に取付けられる固定子と、固定子と同軸で、固定子の周りを回転するために装着される回転子とを具備する。回転子は、固定子を取り囲み、エアギャップによってそこから離されている磁気手段を具備する内側表面を有する円筒型の壁を有するハウジングを具備し、前記ハウジングは、円筒型の壁の一方の側部上に配置される内側の壁と、円筒型の壁の他方の側部上に配置される外側の壁とを具備し、シャフトは内側の壁の中心部分を通って延在し、ハウジングの外側の壁は、その円周方向に沿って交互の凸部分と凹部分とを具備して、回転子が回転する時に、空気循環が凸部分によってハウジング内で行われ、また空気循環が凹部分の外部の部分に沿って行われ、それによって効率的な熱交換が外側の壁に沿って達成されることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 効率的な熱交換の可能なハウジングを具備する回転子を有する電気モータを備え たホイール装置 本発明は、効率的な熱交換の可能なハウジングを具備する回転子を有する電気 モータを備えたホイール装置に関する。発明の背景 従来知られている技術において、１９９０年４月３日に譲渡されたヒロシ サ クライ氏、他の米国特許第 4,913,258号明細書において、外側回転子型式のモー タホイールが説明され、それはナックル、ナックルと同軸で相互にロックされた ハブ、ハブの周辺に回転可能に取付けられたホイールディスク、ホイールディス クの周辺に固定されたホイール、ホイールディスクの外側側部上に装着された回 転子、および回転子と同軸であり、小さい間隙を置いてそれと間隔を隔てられ、 ハブ上に装着された固定子を具備する。この外側回転子型式のモータホイールに 関する１つの欠点は、高トルクを有する強力なモータホイールを得るために、高 電流が、ゼロ速度でも電機子コアのコイルにエネルギを与えるために電力ライン に供給されなければならないことである。この外側回転子型式のモータホイール には、変換器が具備されなければならない。この変換器は車両内に装着され、非 常にじゃまである。電力ラインを循環するそのような高電流は熱を発生し、エネ ルギの損失である。そのうえ、電力ラインはかなり重くなる可能性がある。変換 器がモータのハウジング内に設置されて いないので、モータのハウジングを通る効率的な熱交換手段は設けられていない 。 同じく従来の技術において、１９０４年３月１５日に譲渡されたFerdinand PO RSHE氏、他の米国特許第 754,802号明細書では、軸、ホイール、ホイールのため の中空の軸受け、軸受けへ突出している軸端部、ホイールの平面に鋭角に配置さ れるそれ自身の軸ラインを有する軸受けと軸との間の中心接続の結合が記載され ている。繰返すが、強力なモータホイールを作るために、滑動ブラシに供給され 、モータホイールの外部から導かれる電流は、高電流でなければならない。この 高電流は、エネルギ損失を減らすために、大きい直径のケーブル或いはワイヤを 通して導かれなければならないであろう。変換器がモータのハウジング内に設置 されていないので、モータのハウジング介しての効率的な熱交換のための手段は 具備されていない。 同じく従来の技術において、１９４４年５月２日に譲渡されたI．E．BOWKER氏 の米国特許第 2,348,053明細書において、改良された電気動作のモータ車両が説 明され、それは駆動されるように配置された複数のホイールと、そのような各ホ イールの一体構成部分を形成する発電動機、および選択装置のスイッチの位置に 従ってモータとして発電動機の動作を制御するための、スイッチバンクと発電動 機とバッテリとの間の電気回路の接続とを具備する。繰返すが、強力なモータを 作るために、電機子の巻線に高電流エネルギを供給しなければならず、そのよう な高電流は、車両のバッテリから電機子の 巻線へエネルギを導くために大きい直径のケーブルを必要とするであろう。その ような大きい直径のケーブル或いはワイヤは、剛性で、扱い難く、不便である。 同じく公知の技術において、異なる種類のモータホイールは米国特許第 638,6 43号、643,854号、2,506,146号、2,506,460号、2,581,551号、2,608,598号、3,5 66,165号、3,704,759号、3,792,742号、3,812,928号、3,892,300号、3,897,843 号、4,021,690号、4,346,777号、4,389,586号、1,709,255号、2,335,398号、3,5 48,965号明細書に説明されている。 上に記載された特許の何れも、電気モータを備えたホイールのハウジングを介 しての効率的な熱交換を可能にするための必要な手段を示していない。 本発明の目的は、前記のモータを備えたホイールが動作している時に、それを 冷却するための手段を具備する電気モータを備えたホイールを提供することであ る。発明の概要 本発明によると、 第１の端部に第１の開口部を、第２の端部に第２の開口部を有し、前記第１ の開口部が装置の外側からの導体を受ける中空のシャフトと、 前記シャフトと同軸で、それに固定的に取付けられ、コイルを具備し、且つ 前記シャフトに固定される中心部分と開口部を備えて前記中心部分から放射方向 に延在している支持体と前記コイルが巻回されている周辺の円形磁極部材とを具 備し、前記磁極部材が前記支持体の周辺端部に固定されている固定子と、 前記固定子と同軸で、前記固定子の周りで回転するように装着され、前記固 定子を取り囲み、エアギャップによってそこから分離されている磁気手段を具備 する内側表面を有する円筒型の壁を有するハウジングを具備する回転子であって 、前記ハウジングは、前記円筒型の壁の一方の側部上に配置される内側の壁と、 前記円筒型の壁の他方の側部上に配置される外側の壁とを具備し、前記シャフト は前記内側の壁の中心部分を通って延在し、前記ハウジングの前記外側の壁はそ の円周方向に沿って交互の凸部分と凹部分を具備し、この回転子が回転する時、 空気循環が前記凹部分によって前記ハウジング内で生成され、且つ空気循環が前 記凹部分の外側部分に沿って生成され、それによって効率的な熱交換が前記外側 の壁を通して達成できる回転子とを具備するモータを備えたホイール装置が提供 される。図面の簡単な説明 図１は、リム、タイヤ、およびナックルで接合された接続ロッドと協同する、 本発明のモータを備えたホイール装置の実施例の部分断面側面図である。 図２は、図１に示されるモータを備えたホイール装置の回転子および固定子の 中心部分の詳細な部分を含む断面正面図である。 図３は、図１の詳細な拡大図である。 図４は、図３の線４−４に沿う断面図である。 図５は、図１のモータを備えたホイール装置の部分正面図である。 図６は、図１の部分的拡大図である。 図７は、図５の線７−７に沿う断面図である。 図８は、図１に示されるタイヤを備えたリムの正面図である。 図９は、図８の線９−９に沿う断面図である。 図１０は、図９の部分的拡大図である。 図１１は、図９の部分的拡大図である。 図１２は、図１の部分的拡大図である。 図１３は、図１２に示される要素の背面図である。 図１４は、図１に示されるナックルで接合された接続ロッドの一部断面で示し た背面図である。 図１５は、ナックルで接合された接続ロッドが接続された図１の要素の背面図 である。 図１６は、図１に示されるモータを備えたホイール装置の背面図の一部断面で 示した上面図である。 図１７は、ディスクブレーキと協同するナックルで接合された接続ロッドの背 面図である。 図１８は、本発明の電気変換システムの概略ブロック図である。 図１９は、本発明のモータを備えたホイール装置の別の実施例の一部断面で示 した側面図である。 図２０は、本発明のモータを備えたホイール装置の別の実施例の一部断面で示 した側面図である。 図２１は、本発明の電気変換手段の別の実施例の概略ブロック図である。 図２２は、本発明のモータを備えたホイール装置の別の実施例の一部断面で示 した側面図である。 図２３は、図２２に示されるモータを備えたホイール装置の固定子および回転 子の一部断面で示した正面図である。 図２４は、図１に示されるモータを備えたホイール装置の実施例の別の一部断 面で示した正面図である。 図２５は、図１の部分的拡大図である。図面の詳細な説明 図面の各図において、対応する要素は同じ参照番号で示されている。 ここで図１および２を参照すると、それぞれ、図１にはリム28、タイヤ32、お よびナックルで接合された接続ロッド50と協同するモータを備えたホイール装置 の実施例の一部断面で示した側面図が示され、図２には図１に示されるモータを 備えたホイール装置の回転子10および固定子６の一部断面で示した正面図が示さ れている。電気モータを備えたホイール装置は、その一方の端部の第１の開口部 と、第２の開口部とを有する中空のシャフト２を具備する。第１の開口部は構造 の外側からの導体４を受ける。固定子６は、シャフト２と同軸でそれに固定的に 取付けられ、中空部分11およびコイル８を具備する。 図２において、幾つかのコイル部分のみが、参照番号８によって示されている が、固定子６の周りの全てのコイルを示 すことを意味する。固定子６はシャフト２に固定的に取付けられるが、それは装 置が動作していない時、そこから取り除くことができる。 回転子10は固定子６と同軸であり、固定子６の周りで回転するように装着され る。固定子６は、その重量を減らすために放射状の腕部13の間に中空部分11を形 成する開口部を具備する。構造は入力電流を可変ＡＣ電流へ変換するための変換 システムも具備する。変換システム12は、マイクロプロセッサ装置44、中空部分 11内に固定的に装着された電子用電子装置14を有するＤＣ／ＡＣ変換器、導体４ によって導かれる入力電流を受けるための入力端子15、および可変ＡＣ電流を出 力するための出力端子16も具備する。変換システムは構造を発電機として使用で きるように可逆であるということを理解すべきである。可変ＡＣ電流の周波数は 、回転子10の所望の回転速度に関連し、可変ＡＣ電流の位相角度は、構造がモー タとして或いは発電機として動作し、可変ＡＣ電流の振幅が所望のトルクに関連 するか否かを決定する。 電子用電子装置14が構造内にあるので、そのような電力が高電圧によって生成 されるならば、本発明の構造の使用者は、構造内に電力を導くために比較的に小 さい直径の導体を使用することができる。そのような電子用電子装置14は可変Ａ Ｃ電流を固定子のコイル８へ供給するために高電圧低電流の入力信号を高電流信 号へ変換する。電子用電子装置14は既に構造内にあるので、変換システム12から 固定子のコイル８へ電流を導くために必要な大きい直径のワイヤは比較的に短い で あろう。電子用電子装置14は、当業者に良く知られているように、キャパシタ、 トランジスタ、ダイオード、およびその他の部品を具備することが理解されるで あろう。 電気導体の重量或いは直径を減少するために、高電圧電源は関係式Ｐ＝ＩＶに 従って使用できるが、ここでＰは電力、Ｉは電流、Ｖは電圧である。Ｖが増加す ると、Ｉは減少する。低速度で、電力が小さい場合、これは、電圧が一定である ために、変換器に供給する電流も小さいことを意味する。しかし、高トルクが要 求される場合は、固定子のコイルに供給する電流も高くなければならない。ハウ ジング内に変換器の電子用電子装置を装着することによって、低速度での高トル クを可能にする一方で、所望のモータパワーに対して電源導体を選択することが できる。さらに、変換器は、高電圧電源の１つに対してモータのインピーダンス を整合させることができる。 固定子６は、シャフト２に取付けられた中心部分、中心部分から半径方向に延 在している腕部13、およびコイル８に巻き付けられた金属ストリップ27を具備す る周辺磁極部材を具備する。磁極部材は、腕部13の周辺端部上に固定される。 回転子10は、固定子６を取り囲みエアギャップによってそこから離されている 磁気手段26を具備する内側表面を備えた円筒型の壁を有するハウジングを具備す る。エアギャップが比較的に小さいので、図１および２では確認できないが、そ の位置はＲ₁によって図２５に示されている。ハウジングは、円筒型の壁17の一 方の側部上の内側の壁18と、円筒型の壁17 の他方の側部上の他方の壁20とを具備する。シャフト２は、内側の壁18を通り、 その中心に延在する。 回転子10と一体構成のハウジングは、シャフト２、固定子６、および変換シス テム12を封止的に囲い込む。気密の継ぎ手123が設けられる。その構造は、内側 の壁18に結合された第１の軸受け22と、外側の壁20に結合された第２の軸受け24 を具備する。軸受け22および24は、回転子10が軸受け22および24によって固定子 ６に関して回転できるように、シャフト２の両側にそれぞれ装着される。ねじ込 みボルト23は、シャフト２に対して固定子６を固定するために具備される。停止 リング21も設けられる。圧縮リング127は、軸受け22を固定するために設けられ る。 固定子６は、固定子６の磁極部材を支持するために、開口部の間に少なくとも ２つの腕部を必要とする。加えて、支持体は、回転子６の周辺端部まで半径方向 に延在する３つの均等に間隔を隔てられた腕部を具備することができる。図２に おいて、回転子６が４つの均等に間隔を隔てられた腕部13を具備していることが 分かる。これらの図１および２に示される実施例において、回転子10の磁気手段 は、一連の永久磁石26を具備する。図２において、幾つかの磁石だけが参照番号 26によって指示されているが、、これらの磁石26は固定子６の全周に亘って具備 されていることを理解されたい。固定子６は、軽量の良熱伝導材料から部分的に 作られている。この材料はアルミニウム合金であることが好ましい。構造はさら に、ハウジングの外側表面の周りに固定されたリム28、弾性 体で作られ、リム28とハウジングとの間に装着された層30も具備する。リム28は 、タイヤ32を受容するように適応させられている。リム28は平坦である。磁石26 はネオジム、鉄、および硼素から作られるのが好ましい。層30は、ハウジングと リム28との間に水或いは埃が侵入するのを防いで、ホイールの超過重量腐食を避 ける。 腕部13の周辺端部は、腕部13の周辺端部と一体構成の円形部材34によって固定 子６の磁極部材に固定される。円形部材34は、切欠き部36を具備する外側表面を 有する。固定子６の円形磁極部材は、円形部材34に固定子６の磁極部材を固定す るための切欠き部36に嵌合可能な相補的形状の突出舌状体37を備えた内側表面を 有する。円形部材34は、突出部38を具備する内側表面を有し、それによって空気 循環がハウジング内で行われる時、突出部38によって効率的な熱交換を達成する ことができる。図２に書き込み過ぎないように、幾つかの突出部だけが参照番号 38によって示されている。固定子６の支持体および円形部材34はアルミニウム合 金から作られ、一方で固定子６の磁極部材は鋼鉄から作られる。 固定子６の腕部13によって形成される十字部の端部は、構造上の理由のために 切欠き部36と整列していることに注意しなければならない。従って、前記円形部 材34に沿って配置される突出部38は、長手方向の寸法に関して、それを機械的に 強化するために部材34の周辺方向に沿ってモータを備えたホイール装置のシャフ トの軸に対してずらされていることが好ましい。 ここで図１、２および２５を参照すると、エアギャップは、シャフト２の中心 軸３から予め決められた距離Ｒ₁において位置する。リム28は、シャフト２の中 心軸から予め決められた距離Ｒ₂において位置するタイヤ32を受けるための表面2 9を有する。Ｒ₂／Ｒは、有効な構造を有するためにほぼ０．６５乃至０．９１で あるべきである。比率Ｒ₁／Ｒ₂が一層高くなると、構造の効率がより良くなる。 しかし、物理的限界があるので、図１および図２に示される構造のＲ₁／Ｒ₂の割 合は、ほぼ０．９１である。 半径方向のエアギャップを有するモータに対して、トルクＴは、Ｌ・Ｒ₁ ²・Ｉ_B に比例し、ここでＬは磁極の幅であり、Ｒ₁はエアギャップの半径であり、Ｉ_B はコイル電流である。本発明の構造を設計する際に、磁極部材の幅Ｌは最大にさ れる。多くの磁極を有することによって、磁気回路の磁極部材の重量は減少され 、その結果回転子の重量および回転子の慣性能率を下げて、空洞部にブレーキ手 段を装着することが可能になる。本発明の構造は、幅の広い磁極部材、および高 い比率のＲ／₁Ｒ₂（その理論的限界は１であるが、それは達成不可能である）に よってトルクＴを増加させる。本発明の構造は、Ｌ・Ｒ₁ ²・Ｉ_B・ωに比例する 高電力Ｐ＝Ｔ・ωを与え、ここでωは回転子の角周波数である。本発明の構造は 、構造の重量を減少させるために十字型の固定子を具備して、コイルの冷却を可 能にし、中空部分11内の空間に変換システムを装着を可能にする。十字型の固定 子は、変換システムを支持し、ヒートシンクとして使用される。 構造は３２個の磁極を有することが好ましい。この構造は１６個の磁極で動作 することも可能であるが、構造の重量を減少させるために可能な限り多くの磁極 を有することが好ましい。導体４は、光ファイバを具備する同軸のケーブルから 作られるのが好ましい。同軸のケーブルは、放射線の放出を防ぐ。 以下の説明において、同じ参照番号は、全図面に亘って同様の要索を示すこと に留意されたい。 ここで図１、２、および１８を参照すると、変換システムは、入力端子15から 直流電流を受ける入力40を有するＤＣ／ＡＣ変換器と、出力端子16へ向って３相 ＡＣ電流を発生するための３つの出力42とを具備する。ＡＣ電流は、３相電流で る必要はなく、異なる多相電流も使用可能である。変換システムは、その動作を 制御するために変換器の腕部41ａ、41ｂ、および41ｃに接続されるマイクロプロ セッサ装置44も具備する。マイクロプロセッサ装置は、モータホイール装置の外 側に配置できる。図１８に示される変換システムは、回転子に電流を供給する必 要がない時に使用することができる。図２から分かるように、固定子６は十字型 であり、４つの腕部13を有する。変換器は、それぞれ３相ＡＣ電流を発生する３ つの変換器の腕部41ａ、41ｂ、および41ｃを具備し、３つの腕部41ａ、41ｂ、お よび41ｃは、固定子６の４つの腕部13の３つにそれぞれ固定される。これらの３ つの変換器の腕部41ａ、41ｂ、および41ｃは、図２に示される電子用電子装置14 の部分である。 図２に示される電子用電子装置は、図１８に示される変換器の腕部41ａ、41ｂ 、および41ｃを具備するが、加えて図１８に示されるキャパシタ43も具備する。 この図１８において、図１８を簡単にするために１つのキャパシタ43だけが示さ れているが、図２に示される実施例において、キャパシタ43は、図２に示される ４つの腕部13の３つの上にそれぞれ配置される３つのキャパシタに分散している 。命令増幅器91がハウジングに内部にあるということは重要ではない。変換器の 腕部41ａ、41ｂ、および41ｃの各々は、スイッチング部分と、命令増幅器91の命 令部分とを具備する。マイクロプロセッサ装置44は、第４の腕部13上に固定され る。マイクロプロセッサ装置44は、高電流を発生しないので構造の外側にも装着 できる。構造は、変換器の腕部41ａ、41ｂ、41ｃ、およびマイクロプロセッサ装 置44に接続される２つの円形の電源分配バス48も具備し、それによって導体によ って導かれる直流電流は、バス48によって変換器の腕部41ａ、41ｂ、41ｃ、およ びマイクロプロセッサ装置44に分配されることができる。変換器は、高電圧のＡ Ｃ電流が導体によって導かれるＡＣ／ＡＣ変換器であっても良いことに注意され たい。 ここで図１、１２、１３、１４、および１５を参照すると、シャフト２は第１ の端部に接続手段を具備し、それによって構造は支持部材に接続できることが分 かるであろう。この支持部材は、ナックルで接合された接続ロッド50である。こ の接続手段は突出部56と互い違いになっている切欠き部54を一定の間隔で具備す る外側縁部を有する環状部材52から作られ ているので、環状部材52はナックルで接合された接続ロッド50の相補部分53と係 合してロックされることができる。 外側縁部の突出部の幅は、円周方向において変化する。ナックルで接合された 接続ロッド50の相補部分は十分な直径を有する環状部分58を有するので、環状部 分58はシャフト２の外側縁部上を摺動できる。環状部分58は、環状部材52の外側 縁部の対応する突出部56と切欠き部54と協同するように適合させられた相補的な 形状の切欠き部60および突出部62を有する。環状部分58の突出部62の幅は、円周 方向において変化するので、環状部分58は組立て位置において外側縁部上を摺動 して、外側縁部に関して回転に対するくさびとして作用する。加えて、環状部分 58をシャフト２の外側縁部に関して回転させて、ナックルで接合された接続ロッ ド50に関してシャフト２をロックする時に生成される窪部55へ挿入可能な舌状体 68を有するキー部材66が具備される。孔63はディスクブレーキを固定するために 設けられる（図１６および１７参照）。 ナックルで接合された接続ロッド50は、環状部分58に隣接する第１の端部と、 前記環状部分58から離れている第２の端部とを有する内側の細長いスロット70を 具備し、それによって導体４は細長いスロット70に沿ってシャフト２へ導かれる 。キー部材66は、内側の細長い切欠き部を設けられた細長い部分72を有し、この 細長い部分72は導体４を保護するためにその長さの一部分に沿ってロッド50の内 側スロット70と協同している。細長い部分72によって保護されていないスロット 70の部分は、導体４を被覆するために保護要素（図示されてい ない）を具備する。舌状体68の側部縁部（inferior edge）は、空洞55内に舌状 体68を容易に挿入してロックすることができるように僅かにバイアスされている ことに注意しなければならない。孔65はシャフト２上にキー部材66を固定するた めに設けられる。ねじ孔67は、キー部材66を容易に取り外すために具備される。 ここで一層詳しく図１５を参照すると、シャフトの第１の端部は、正方形の角 部の形状で鋭利な縁部76を有する空洞74を設けられた内側部分を有し、その結果 それはシャフトを回転するためのキー（図面には示されていない）を受けること ができる。 ここで一層詳しく図１、１８、および２５を参照すると、固定子６に関する回 転子10の回転速度と位置を測定するための測定手段が具備され、それはマイクロ プロセッサ装置44に接続される第１の端部と、回転子10に隣接して位置する第２ の端部を有する光ファイバ80を具備する。測定手段は回転子10上に装着された円 形の光反射鏡82を具備し、回転子10が回転する時に、その反射鏡82がファイバ80 の第２の端部の前を通り、それによって固定子６に関する回転子10の回転速度と 位置をマイクロプロセッサ装置44によって計算することができる。円形の反射鏡 82は、固定子６に対する回転子10の位置を何時でも決定できるように、異なる反 射特徴を有する一連の反射鏡から作られることに注意しなければならない。光フ ァイバ80は少なくとも１つのファイバを具備する。 ここで一層詳しく図１８を参照すると、光ファイバ80およ び反射鏡82はエンコーダを形成し、それはマイクロプロセッサ装置44の位置デコ ーダ83に接続されている。位置デコーダ83は、光カップラ、光源、光検出器、お よびその他の電子要素を具備する。マイクロプロセッサ装置44は、更に固定子の コイル８内の電流を検出するための入力87と、命令増幅器91によって前記変換器 の腕部41ａ、41ｂ、および41ｃをトリガするための出力89とを有する制御装置85 も具備する。マイクロプロセッサ装置44は、それを別のコンピュータ装置と連結 するための通信インターフェイス93も具備する。命令増幅器91がハウジング内に あるということは重要ではない。 ここで図１、１６、および１７を参照すると、ハウジングの内側の壁18は、回 転子10が回転する時に、内側の壁18の周辺へ向って空気循環を行うために凹型の 外側の壁を有することが分かるであろう。外側の壁はシャフト２の方向に延在し ている一連の平行な細長いストリップ90を具備する。ストリップは自由側部を有 して、ブレーキ手段94の一部分を装着できる空間92を形成し、それによって効率 的な熱交換を内側の壁18を通して達成することができ、ブレーキ手段94は内側の 壁18に沿って行われる空気循環によって冷却されることができる。 ここで一層詳しく図１６および１７を参照すると、ブレーキ手段94が内側の壁 18上にボルトで固定されるディスク96を有するディスクブレーキであることが示 される。当業者に良く知られているように、このディスクブレーキは、ディスク 96と協同するように構成されたキャリパ98を具備する。概略 的に示されるように、ステアリングシステムのボール継手100 およびステアリン グ腕部102を有する。ストリップ90の各々は、ディスクブレーキ94の代りにドラ ムブレーキを装着するための雌ねじ孔104 を具備する。ボルト95は内側の壁18上 にディスクを固定するために設けられる。 ディスクブレーキ構造94をロッド50上に固定するための固定具106が示されて いる。さらに、キャリパを支持するためのボルト108、およびパッド99と協同す るように構成させられたピストン110も示されている。図１、１６、および１７ から分かるように、ステアリングシステムのボール継手はシャフト２に非常に近 接しており、そのための装置の回転軸と、ロッド50およびボール継手100によっ て決定される軸との間の角度αが有効である。内側の壁18の幾何学的形状によっ て、モータホイール装置に関してボール継手100 が有効な位置をとることに注意 するべきである。 ここで図１、５、６、および７を参照すると、ハウジングの外側の壁が、その 円周方向に沿って互い違いになっている凸部分112 と凹部分114を 具備し、それ らは回転子10が回転する時に、矢印116 によって示されるようにハウジング内で 凸部分112 によって空気循環が行われ、矢印118 によって示されるように凹部分 114 の外側の部分に沿って空気循環が行われて、効率的な熱交換が外側の壁を通 して得られる。図６は、図５の一部断面で示した側面図である。蓋113 を備えた 孔が、ハウジング内へのアクセスを有するように具備される。ボルト115は、リ ム28を固定するために具備される。 ここで図１、３、および４を参照すると、構造は、ハウジング内に配置される 端部を有するエアパイプ120と、パイプ120 の外側端部に配置されるチャンバ122 と、チャンバ122内に配置される乾燥材料（図示されていない）を具備し、それ によって回転子10が回転する時に、空気循環がパイプ120内で行われ、チャンバ1 22を通って、ハウジング内の空気を乾燥させる。チャンバ122は環状で、細長く 、中空のシャフト２内に配置されている。チャンバ122は、その両方の端部で開 放している。ナックルで接合された接続ロッド50に隣接するシャフトの開口部は 気密である。図１から分かるように、パイプ120の一方の端部は固定子６の周辺 部分に隣接しており、パイプ120は、それがシャフト２の開口部に到達するまで 外側の壁20と固定子６との間に装着され、それからそれは図３および４に示され るように、チャンバの端部に配置される他方の端部124 を備えたチャンバ122 に 沿って配置される。パイプ120 の端部124 は、中空のシャフトの気密の開口部と チャンバ122 との間に配置され、その結果パイプ120 を通る空気循環は、チャン バ122 を通られなければならず、そこでそれは乾燥させられる。 導体４は、その中心部分において、光ファイバ126、第１の電気導体128、絶縁 材料132 によって第１の導体から分離された第２の電気導体130 を具備する。導 体４は、外側のシース134 によって保護されている。 ここで図８、９、１０、および１１を参照すると、この装置の製造中に永久的 にリム28に固定されるタイヤ32が示され る。その構造は、平坦なリム28、リム28上に溶接可能な第１の側部フランジ142 、およびボルト146 とリム28の上に溶接されるＬ型部材148 とによってリム28上 に固定される第２の側部フランジ144 を具備する。リム28とボルト146 の１つと 、Ｌ型部材148 との関係は、図１０においてより容易に認められるであろう。タ イヤ32は、タイヤ32内にアクセスを与えるバルブ150によって膨らますことがで きる。このバルブ150は、図１１においてより詳しく示されている。 リム28が平坦であるので、タイヤ32はリム28から取り外すことができない。こ のようなモータホイール装置に関して、タイヤが磨耗した時、タイヤ32と共にリ ム28を交換しなければならない。 ここで図１９を参照すると、図１に示される構造に類似しているが、乾燥手段 が異なっている構造が示されている。この乾燥手段は、ハウジング内に配置され た一方の端部を有する空気パイプ120 と、ケース127 内に装着された膨脹可能な 風船123 を備え、パイプ120 の他方の端部125 に配置されるチャンバ121 を具備 する。乾燥材料がチャンバ121 内に配置され、それによって温度および気圧が変 化する時、ハウジング内の空気を乾燥するために、空気循環がパイプ120 内でチ ャンバ121 を通って行われる。図面から分かるように、チャンバ121 は構造の外 側に配置される。ナックルで接合された接続ロッド50に隣接するシャフト２の開 口部は気密である。パイプ120 は、チャンバ121 からの排気口としておよびそこ への入口として使用される。 ここで図２０を参照すると、電気モータを備えたホイール装置が示され、その 回転子はコイル９を巻き付けられた金属ストリップから作られる磁極部材を備え た磁気手段を具備し、固定子は変換システム12の出力に接続されるブラシ111 を 具備する。回転子は、ブラシ111 と協同するように配置される導電性のコンタク ト表面を具備する。コンタクト表面は、回転子10のコイル９に接続される。 ここで一層詳しく図２０および２１を参照すると、変換システム12は、４つの 変換器の腕部41ａ、41ｂ、41ｃ、および41ｄを有するＤＣ／ＡＣ変換器と、入力 端子40から直流電流を受けるための入力と、ＤＣ電流を回転子10のコイル９へ、 ３相ＡＣ電流を固定子６のコイル８へ発生するための４つの出力45および43とを 具備する。変換システムは、その動作を制御するために変換器の腕部41ａ、41ｂ 、41ｃ、および41ｄに接続されるマイクロプロセッサ装置44も具備する。コイル ９および、コイル９が巻き付けられた回転子10のストリップは、導電リングによ って置換可能である。 ここで図２２および２３を参照すると、誘導型回転子を具備するモータを備え たホイール装置が示される。回転子は、コイル９を巻き付けられた金属ストリッ プから作られる磁極部材を含む磁気手段を具備し、それによって電流は、固定子 ６のコイル８に注入される電流によって作られる電磁界によって回転子のコイル ９内に誘導されることができる。 図２３において、参照番号８は、コイルの一部の部分について示されているだ けであるが、固定子の周りに配置される 全てのコイルを示すことを意図する。また、図２３において、参照番号９は、回 転子の全周に配置されるコイルを示すことを意図する。変換システム12は、３つ の変換器の腕部41ａ、41ｂ、および41ｃを有するＤＣ／ＡＣ変換器と、バス48に 接続される入力端子15から直流電流を受けるための入力と、３相ＡＣ電流を出力 端子16へ発生する３つの出力を具備する。また、変換システム12は、その動作を 制御するための変換器に接続されたマイクロプロセッサ装置44を具備する。 図２３から分かるように、固定子は十字型であり、４つの腕部13を有する。変 換器は、３相ＡＣ電流を発生する３つの変換器の腕部から構成される電子用電子 装置14を具備する。変換器の腕部は、４つの腕部13の３つへそれぞれ固定される 。更に構造は、電子用電子装置14およびマイクロプロセッサ装置44に接続される ２つの円形の電源分配バス48を具備する。 エアギャップは、シャフト２の中心軸３から予め決められた距離Ｒ₁に位置す る。リム28はシャフト２の中心軸３から予め決められた距離Ｒ₂に配置されるタ イヤ32を受けるための表面を有する。Ｒ１／Ｒ２の比率は、回転子がコイルを具 備する場合に、ほぼ０．６５乃至０．８０である。比率が一層高くなると、構造 の効率も一層良くなる。図２２および２３に示される場合において、比率はほぼ ０．８０である。 ここで図２４を参照すると、固定子６が円筒型をしており、固定子６のコイル ８を受けるための長手方向の平行なスロット200を具備していることが示される 。図２４を簡単にするために、幾つかのスロットのみが参照番号200によって示 さ れる。スロット200はシャフト２の長手方向の軸に対して曲げられて、構造が動 作している時に、スロット200の各々は、規則正しいトルクを与えるために隣接 するスロットの上方端部とほぼ整列する下方端部を有する。 本発明は、その有効な実施例によって上述のように説明されてきたが、添付の 請求の範囲内のこれらの有効な実施例に対する何等かの変更は、本発明の範囲の 特徴を変化或いは変更しないことが指摘されるべきである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 第１の端部に第１の開口部を、第２の端部に第２の開口部を有し、前記第 １の開口部が装置の外部からの導体を受ける中空のシャフトと、 前記シャフトと同軸で、固定的に取り付けられ、コイルを有し、前記シャフ トに固定される中心部分と開口部を有し前記中心部分から半径方向に延在してい る支持体と前記コイルのコアが巻き付けられた周辺の円形磁極部材とを具備し、 前記磁極部材が前記支持体の周辺端部に固定されている固定子と、 前記固定子と同軸で、前記固定子の周りを回転するために装着され、前記固 定子を取り囲み、そこからエアギャップによって分離されている磁気手段を具備 する内側表面を有する円筒型の壁を有するハウジングを具備する回転子であって 、前記ハウジングは前記円筒型の壁の一方の側部上に配置される内側の壁と、前 記内側の壁の他方の側部上に配置される外側の壁とを具備し、前記シャフトは前 記内側の壁の中心部分を通って延在し、前記ハウジングの前記外側の壁は、その 円周方向に沿って交互の凸部分と凹部分を具備し、この回転子が回転する時、空 気循環が前記凸部分によって前記ハウジング内で生成され、且つ前記空気循環が 前記凹部分の外側部分に沿って生成されて効率的な熱交換が前記外側の壁に沿っ て得られる回転子とを具備していることを特徴とする電気モータを備えたホイー ル装置。 ２．入力電流を可変のＡＣ電流に変換するための変換手段を具備し、前記変換手 段が電子用電子装置と、前記入力電流を受けるための入力端子と、前記可変ＡＣ 電流を前記固定子の前記コイルに供給するための出力端子とを具備する請求項１ 記載の装置。 ３． 前記周辺円形磁極部材が金属ストリップから作られ、 前記固定子が中空の部分を具備し、 前記電子用電子装置が前記中空の部分内に固定的に装着されている請求項２ 記載の電気モータを備えたホイール装置。 ４．前記ハウジングが前記シャフト、前記固定子、および前記変換手段を密閉状 態で収容している請求項２記載の装置。 ５．前記内側の壁と結合した第１の軸受けと、前記外側の壁と結合した第２の軸 受けとを具備し、前記軸受けが前記シャフトの各側部上にそれぞれ装着されて、 前記回転子が前記軸受けによって前記固定子に関して回転可能にされている請求 項２記載の装置。 ６．前記支持体が、前記開口部間に２以上の腕部を具備する請求項２記載の装置 。 ７．前記支持体が、前記支持体の前記周辺端部まで半径方向に延在する３以上の 等間隔で配置された腕部を具備する請求項６記載の装置。 ８．前記等間隔で配置された腕部が、４つの等間隔で配置された腕部を具備する 請求項７記載の装置。 ９．前記回転子が、一連の永久磁石を具備する磁気手段を具備する請求項２記載 の装置。 １０．前記固定子が、軽量の熱伝導材料で構成される請求項２記載の装置。 １１．前記材料がアルミニウム合金である請求項１０記載の装置。 １２．前記ハウジングの外側表面の周辺に固定されたリムと、弾性体から作られ た層を具備し、前記層が前記リムと前記ハウジングとの間に装着され、前記リム がタイヤを受けるように構成されている請求項１記載の装置。 １３．前記リムが平坦である請求項１２記載の装置。 １４．前記変換手段が、 前記入力端子から直流電流を受けるための入力と、３相ＡＣ電流を前記出力 端子へ発生するための３つの出力を有するＤＣ／ＡＣ変換器と、 前記変換器に接続されてその動作を制御するマイクロプロセッサ装置とを具 備する請求項９記載の装置。 １５． 前記固定子が十字型であり、４つの腕部を有し、 前記変換器が、前記３相ＡＣ電流をそれぞれ発生する３つの変換器装置から 構成され、前記装置が前記４つの腕部の３つにそれぞれ固定され、 前記マイクロプロセッサ装置が前記第４の腕部上に固定され、 さらに、前記変換器およびマイクロプロセッサ装置に接続される２つの円形 電源分配バスを具備して、動作において、前記直流電流が前記バスによって前記 変換器およびマイクロプロセッサ装置に分配される請求項１４記載の装置。 １６．前記支持体の前記周辺端部が、前記周辺端部で固定された円形部材によっ て前記固定子の磁極部材上に固着され、前記円形部材が切欠き部を具備する外側 表面を有し、前記固定子の前記円形の磁極部材が、前記円形部材上に前記固定子 の前記磁極部材を固定するために前記切欠き部に嵌合可能な突出舌状体を具備す る内側表面を有し、前記円形部材が突出部を具備する内側表面を有して、動作の 際、空気循環が前記ハウジング内で行われる時に、効率的な熱交換が前記突出部 によって行われる請求項２記載の装置。 １７．前記ハウジングの前記内側の壁が、回転子が回転する時に、前記内側の壁 の周辺へ向って空気循環を生成するために凹型の外側表面を有し、前記外側表面 が、前記シャフトの方向に延在している一連の平行な細長いストリップを具備し 、前記ストリップが、ブレーキ手段を装着できる空間を形成する自由表面を有し 、それによって効率的な熱交換が前記内側の壁を通って達成されることができ、 前記ブレーキ手段が前記内側の壁に沿って行われる空気循環によって冷却される ことができる請求項１記載の装置。 １８．前記ハウジング内に一方の端部が配置された空気パイプと、前記パイプの 他方の端部に配置されたチャンバと、前記チャンバ内に配置された乾燥材料を含 む乾燥手段とを具備し、それによって前記回転子が回転する時に、前記ハウジン グの内部で空気を乾燥するために前記チャンバを通って空気循環が前記パイプ内 で生成される請求項２記載の装置。 １９． 前記チャンバが、前記中空のシャフト内に配置され る環状の細長いチャンバであり、前記チャンバがその端部の両方で開口しており 、 前記シャフトの前記第１の開口部が気密であり、 前記パイプの前記他方の端部が、前記気密の第１の開口部と前記チャンバと の間に配置され、その結果パイプの前記他方の端部から放出する空気が前記チャ ンバへ循環する請求項１８記載の装置。 ２０． 前記チャンバが、前記装置の外部に配置され、 前記シャフトの前記第１の開口部が気密であり、 それによって前記パイプが、前記チャンバからの排出口およびそこへの取入 口として使用される請求項１８記載の装置。