JP2010260523A - セルフローター式ホイールモーター - Google Patents

Abstract

【課題】シンプルな構造で変速機能を有する、機械摩耗の少ないホイールモーターを提供する。
【解決手段】磁化されたホイールディスク２をホイール構造に含み、電磁石を配設したホイールカバー６で挟む（もしくは一方から当てる）ことで、リニアモータによる駆動力を得る車輪を作成する。
【選択図】図７

Description

この発明は、磁化したホイールディスクを有するホイールを、電磁石の配設されたホイールカバーで挟む（もしくは当てる）ことで駆動力を得る、主に電気自動車などの電動車輌に用いられるホイールモーターに関するものである。

自動車の動力源としてインホイールモーターが提案されて久しいが、そのすべてはホイール内に別途モーターを組み込むという仕組みのものであった。

インホイールモーターはホイール内に動力源を収納するため、実施のためにはコンパクトにまとめる必要があった。それゆえ構造が複雑になり、部品点数が多くなってしまいバネ下重量が増加する。

本発明は、ホイールにモーターを組み込むのでなく、ホイールそのものを動力源とすることで、部品点数の削減、重量の減少をはかることができる。ホイールのディスク部分を磁石にし、固定子であるホイールカバーで挟む、もしくは一面に当てる。ディスクカバー内には電磁石が設置されており、リニアモーターの原理でホイールを回転させる。

自動車が走行するためにはホイールディスクはなくてはならないものである。その必要不可欠であるホイールディスクを動力源とするのであるから、必然的に重量の軽減が期待できる。また、固定子の電磁石を内周から外周にかけて分割して設置するというきわめて単純な仕組みにより、簡単に変速機能を持たせることが可能となる。また、機械の摩擦部分は基本的に車軸とホイールベアリングのみなので、装置の寿命延長やメンテナンスフリーが実現する。

本発明のホイールモーターは、大きく分けてタイヤ（１）を含むホイール部分（可動子・回転部分）（２８）とカバー部分（固定子）（６）から構成される。従来の車両のホイールにおいては強度確保をその主目的としているディスク部分（２）に永久磁石（９）を配置する。磁石は、円周上にＳとＮが交互に並ぶよう配置する。ディスクは磁化させたものでもよいし、別に磁化させたプラッター（１３）を用意し、ホイール（２７）に取り付けてもよい（図４）。
本発明の固定子であるホイールカバー内の円周上に電磁石（１０）を平行に円形に配置する。数量は自由であるが、一般的には可動子の磁石と同数を配置する。ただし、外周と内周では間隔が異なることから、設置数が異なることもある。図３は設置数を異にした一例である。また、中心から外周にかけて、電磁石を分割して配置することで、低速／発進時は外周部に、高速時は内周部に電流を流し、変速機能を実現し、効率的な動力の提供を可能とする
本発明のホイールカバーは、通常ディスク部分を挟む形で配設される。その場合、両方のカバーから磁力を発するが、片方をダミーとし、空洞の中にブレーキなどを配置することも出来る。
図５は本発明に係わるホイールモーターの断面図である。ａとｂの間には磁界が発生し、リニアモーターの原理で可動子を回転させる。
本発明を実施する際、電磁波や磁力を外部に漏らさぬよう、磁界面ではないカバー部分などには防磁シート等を貼るようにする。

図１は本発明に係わるホイールモーターの可動子（２８）である、ディスク面の正面図である。円周上に磁石（９）がＳ極とＮ極が交互に配設されている。図２は本発明に係わるホイールモーターの固定子（６）である、ホイールカバーの正面図（透過図）である。基本的に円周上に可動子の磁石と同数のステー（１１）を設置し、電磁石（１０）を配設する。一本のステー上には電磁石は複数配設してもよい。電磁石への電源供給は電線等によるが、ステーそのものを電導体としてもよい。またステーを介すことなく、ディスクカバーに直接電磁石を取り付けてもよい。

図５は本発明のホイールモータの断面図（一部省略）である。大きくわけて、電磁石部分（１６）と空洞部分（２９）に分けられる。電磁石部分には図２で示された電磁石ならびにステー一式が配設され、空洞部分はブレーキ一式や電線（１７）、電源ユニット等が設置されることもある。もちろん、カバー内にそれらの設置の必要がなければ、空洞部分は必ずしも設ける必要はない。
電線はふつうそのまま切り込み口（２５）から外部へと排出する。
車軸が固定子としてホイールカバーと固定関係にある場合、電磁石へ配線されたコードは車軸内を通してホイール外へ導くこともできる（図６）。

以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。

図７は本発明に係わるホイールモータの構成を示す縦断面図（実施例その１）である。
ディスク（７）をホイールカバー（６）で挟んでいる。カバー部には電磁石（電磁石ユニット・１６）が配設されているが、必ずしも両方に設置する必要はなく、一方はダミーとして空洞（２９）にし、その中にブレーキ等を配設することも出来る（図１２参照）。図７のような、左右対称の形状は一般的に二輪車への装備を想定するが、その限りではない。
なお、本実施例におけるその他の構成および動作は、上述［０００６］〜［０００８］と同様であるから、その説明を省略する。

図８（図９）は縦断面図（実施例その２）である。四輪車など、外側と車両本体側では形状が異なる場合に用いられる。今後、同様の例を挙げるにあたり、便宜上車体外側に配設するカバーをアウターホイールカバー（４）、車体内側に配設するカバーをインナーホイールカバー（５）と呼ぶ。図８においては、カバー部分は固定子としていたが、図９においてはアウターカバーはディスク部分と一体となった可動子となっており、（単なる）ホイールカバー（３）が一般的な車輪に見られるようなエクステリアの要素のみ（もしくはせいぜいブレーキ、ディスク面の保護）に限定された用途となっている。いわゆる固定子としてはインナーカバー部分に機能が集約されている。
なお、本実施例におけるその他の構成および動作は、上述［０００６］〜［０００８］と同様であるから、その説明を省略する。

図１０は縦断面図（実施例その３）である。ディスク面とアウターカバーを一体化させた構成となっている（７）。アウターカバーの内側に磁石を配設する。
なお、本実施例におけるその他の構成および動作は、上述［０００６］〜［０００８］と同様であるから、その説明を省略する。

図１１は縦断面図（実施例その４）である。固定子たる電磁石ユニット（１６）の両側から（ディスクと一体化した）ホイールカバー（７）で挟む。つまり、上記の実施例とは可動子と固定子の位置関係が逆転した構造である。
なお、本実施例におけるその他の構成および動作は、上述［０００６］〜［０００８］と同様であるから、その説明を省略する。

ブレーキの実施例

ブレーキは通常、入力位相を反転させる発電（回生）ブレーキにて制動力を得る。
ただし発電ブレーキの損傷等により制動力が得られない可能性に備え、いくつかのブレーキ装置を用意する（あくまでも緊急用であるので、発電ブレーキの信用性が高いと判断されれば、必ずしも設置の必要はない）。

図２２は電磁石（１０）とバッテリー（１８）との関係を示したイメージ図（一部省略）である。バッテリーは一ヶ所から供給しても問題はないが、このように独立して配線することで、仮にひとつのバッテリーに不備があった場合でも、その他のバッテリーから電気を供給することでその円周上の発電ブレーキを作動させることにより、確実な発電ブレーキの提供が可能となる。

図１２は本発明におけるブレーキの実施例である。上述した通り、ディスクを挟むカバーの両方を固定子とせず、片方を空洞とした場合はそこにブレーキシステムを組み込めばよいが、より強大な走行パワーを求めるとカバーの両方を固定子とすることとなる。その場合の実施例をいくつか挙げる。

図１３はホイール（ディスク）（２）、車軸（８）を可動子、とした場合の実施例である。
車軸はディスクとともに回転するから、車軸の回転を止めることでホイール（ディスク）も制止する。
ホイールカバー（６）内は、大きくわけて電磁石ユニット（１６）と、ブレーキ配設部（空洞部）（２９）になっている。車軸にブレーキディスク（２１）を設置し、それを挟む形でキャリパー（１９）を設置する。
ブレーキの動作そのものは、一般的なディスクブレーキに準ずるため、その説明を省略する。

図１４、１５は車軸（８）とホイールカバー（６）が固定子、ホイールディスク（２）が可動子とした場合の実施例である（図１４は縦断面図、図１５は正面透過図）。
ホイール（２７）内周にブレーキパッド（２０）を設置し、ブレーキシュー（２２）を押し当てることで制止する。
動作そのものは、一般的なドラムブレーキに準ずるため、その説明を省略する。

図１６、１７は［００１７］の条件で、ブレーキパッド（２０）をベアリング部分に設置し、ブレーキシュー（２０）を車軸（８）内に設置している。
動作そのものは、一般的なドラムブレーキに準ずるため、その説明を省略する。

空気注入の実施例

本発明において、タイヤへの空気充填は一つの課題である。
現在一般的に走っている乗用車は、エア注入口はホイールの外側に向けて設置されている。しかしながら、本発明では図９、図１０、図１１を除いてはエア注入口はカバーに隠れてしまっている。もちろん、空気を注入する必要のないタイヤを利用すればなんの問題はないが、今の段階では現実的ではない。そのため、次のような設置例を挙げる。

図１８〜２０はエア注入に関する実施例（その１）の正面図である（図１８は分解図）。
エア注入口（２４）はディスク部分（２）に設置されており、注入口への差し込みは、カバー部の切り込み（２５）を合わせることで可能となる。切り込みは複数設け、自動車そのものを移動させることで位置合わせを行なう。
ただし、図２０のように、車軸（８）とホイールカバー（６）部分にロック機能（２６）を設け、ロックを解除することで手動（もしくは自動）でカバーのみを回転させ、位置合わせを行なうことも出来る。

図２１はエア注入に関する実施例（その２）の縦断面図である。車軸とホイールディスクが可動子として固定されている場合である。車軸内部からディスク内部へとチューブ（２３）を通し、エアの注入を可能としている。

本発明のホイールディスクの正面図である。 本発明のホイールカバーの正面透過図である。 電磁石が、外周と内周とで数量が異なったホイールカバーの正面透過図である。 ホイールモーターの磁化プラッターをホイール部分から分離した正面図である。 本発明のホイールモーターの構成を示す断面図である。 本発明の電線の取り扱いを説明した断面図である。 本発明の実施例（その１）に係わるホイールモーターの構成を示す断面図である。 本発明の実施例（その２）に係わるホイールモーターの構成を示す断面図である。 本発明の実施例（その２）に係わるホイールモーターの、一部構成を変更した断面図である。 本発明の実施例（その３）に係わるホイールモーターの構成を示す断面図である。 本発明の実施例（その４）に係わるホイールモーターの構成を示す断面図である。 本発明を実施するにあたり、ブレーキの設置例を示したホイールモータの断面図である。 ホイールカバー内にディスクブレーキの設置例を示したホイールモータの断面図である。 ホイールカバー内にブレーキシューの設置例を示したホイールモータの断面図である。 ホイールカバー内にブレーキシューの設置例を示したホイールモータの正面透過図である。 車軸内にブレーキシューの設置例を示したホイールモータの断面図である。 車軸内にブレーキシューの設置例を示したホイールモータの正面透過図である。 ホイールモーターに空気を注入するための実施例を示した正面分解図である。 ホイールモーターに空気を注入するための実施例を示した正面図である。 ホイールモーターに空気を注入するため、ホイールカバーを回転させる実施例を示した正面図である。 ホイールモーターに空気を注入するため、車軸内にチューブを通した実施例を示した断面図である。 周列ごとの電磁石にバッテリーを配したイメージ図である。

１ タイヤ
２ ホイールディスク
３ （単なる）ホイールカバー
４ （アウター）ホイールカバー
５ （インナー）ホイールカバー
６ ホイールカバー（固定子）
７ （ディスクと一体化した）ホイールカバー
８ 車軸
９ 磁石
１０ 電磁石
１１ ステー（ａ）
１２ ステー（ｂ）
１３ プラッター
１４ リム
１５ フォーク
１６ 電磁石ユニット
１７ 電線
１８ バッテリー
１９ ブレーキキャリパー
２０ ブレーキパッド
２１ ブレーキディスク
２２ ブレーキシュー
２３ エアチューブ
２４ エア注入口
２５ 切り込み口
２６ ロック機構
２７ ホイール
２８ ホイールモーター（可動子）
２９ 空洞部

Claims (3)

1. （１）ホイールディスクに磁石を配設もしくは磁化プラッターを取り付けた可動子であるホイールを、円周上に分割して配設した電磁石を内部に取り付けた固定子であるホイールカバーで両側から挟むことで、容易に変速機能を有するリニアモーターの駆動力を得ることを特徴とするホイールモーター。
   （２）上記（１）の機構を有した、ホイールディスクの一方のみから固定子であるホイールカバーを当てることで、容易に変速機能を有するリニアモーターの駆動力を得ることを特徴とするホイールモーター。
   （３）上記（１）の機構を有した、固定子であるホイールカバーを両側から可動子であるホイールディスクで挟むことで、容易に変速機能を有するリニアモーターの駆動力を得ることを特徴とするホイールモーター。
2. 前記第１項記載のホイールモーターにおける特徴的なブレーキシステム。
3. 前記第１項記載のホイールモーターにおける特徴的なエア注入システム。

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