JP2869926B2 - ホイールモータ - Google Patents

ホイールモータ

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JP2869926B2
JP2869926B2 JP20282994A JP20282994A JP2869926B2 JP 2869926 B2 JP2869926 B2 JP 2869926B2 JP 20282994 A JP20282994 A JP 20282994A JP 20282994 A JP20282994 A JP 20282994A JP 2869926 B2 JP2869926 B2 JP 2869926B2
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    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62BHAND-PROPELLED VEHICLES, e.g. HAND CARTS OR PERAMBULATORS; SLEDGES
    • B62B5/00Accessories or details specially adapted for hand carts
    • B62B5/0026Propulsion aids
    • B62B5/0033Electric motors
    • B62B5/0036Arrangements of motors
    • B62B5/004Arrangements of motors in wheels

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

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば電気自動車、フ
ォークリフト、ゴルフカート等の電動車輌に用いられる
ホイールモータに関し、特に減速機を介してモータを連
結して駆動する減速機付ホイールモータに関する。
【0002】
【従来の技術】この種の減速機付ホイールモータでは、
車輪の上下動や旋回時に車輌本体とモータや減速機とが
互いに干渉することがないように、取り付けにあたって
特に工夫する必要があり、これに対してホイールの内側
空間部分に電動機と遊星歯車減速機を配設し、この電動
機の回転出力を前記遊星歯車減速機を介して前記ホイー
ルに伝達することにより、このホイールを回転駆動する
ように構成したホイールモータも既に提案されている
(例えば特開平2−11419号公報及び特開平4−1
85207号公報)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これら従来の
ものは、減速機として遊星歯車減速機を採用していて、
電動機の回転子の回転出力を遊星歯車減速機を介してホ
イールに伝達する出力軸は、ホイールモータの軸方向で
一旦分離した後に軸心を合わせて出力を取り出すことに
なるため、構成が複雑で組み立てにくく、また前記出力
軸の支持スパンを短くせざるを得ないめタイヤを含むホ
イールの倒れに対する支持強度が低いという問題があっ
た。
【0004】また、電動機をブラシレスモータで構成す
るに当っては、回転子の位置を検出するセンサの取り付
けにも工夫が必要になり、より構成が複雑化してしまう
という問題があった。
【0005】さらに、電動機を駆動するための制御回路
は、ホイールモータが取り付けられる車体フレーム側に
装着されているため、車体フレーム側に制御回路を装着
するためのスペースを確保する必要があり、しかも車体
フレームとホイールモータとの間に、制御回路と電動機
とを接続する通電線や信号線を多く介装しなければなら
ないと共に、各通電線や信号線の長さが長くなるという
問題点があった。
【0006】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、構成が簡単で組み立てやすく、また磁
石回転子の位置を検出するセンサの環境を良好に保つこ
とができ、さらには前記出力軸の支持スパンが長くとれ
ることから、タイヤの倒れに対する支持強度を高くする
ことができるホイールモータを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1記載の発明は、ホイールの内側空間部分に
電動機と歯車減速機を配設し、この歯車減速機で減速さ
れた前記電動機の回転出力により前記ホイールを回転駆
動するように構成したホイールモータにおいて、前記電
動機は、磁石回転子を有するブラシレスモータで構成す
ると共に、ホイールの内側空間部分に前記電動機を収容
する第1のケースと前記歯車減速機を収容する第2のケ
ースと該第1のケースと第2のケースとの間を仕切る仕
切板とにより構成されたハウジングを設け、前記仕切板
の電動機収容側には、前記電動機の固定子の取付部、お
よび前記磁石回転子の位置を検出するセンサの取付部、
前記仕切板の歯車減速機収容側には、前記電動機の出力
軸とは偏心配置された歯車減速機の所定段の歯車の回転
軸を支持する支持部を形成し、前記電動機の出力軸は、
前記仕切板を貫通した状態で、前記電動機を収容する第
1のケースと前記歯車減速機を収容する第2のケースと
にそれぞれ支承されるように構成されている。
【0008】上記目的を達成するため、請求項2記載の
発明は、請求項1において、前記歯車減速機を収容する
第2のケースと前記仕切板との間に前記歯車減速機の配
置されない離隔された空間を形成するための壁部を該第
2のケースまたは前記仕切板の少なくとも一方に一体形
成し、前記空間内に前記電動機を駆動するための制御回
路を収容するように構成されている。
【0009】上記目的を達成するため、請求項3記載の
発明では、請求項2における前記壁部は、前記第2のケ
ースの外壁と前記仕切板とにより前記制御回路を収容す
る馬蹄形の空間を形成すると共に、前記電動機の出力軸
と歯車減速機は、前記馬蹄形の空間の内側に形成される
空間部分に配設するように構成されている。
【0010】
【作用】請求項1記載の発明では、前記電動機は、磁石
回転子を有するブラシレスモータで構成すると共に、ホ
イールの内側空間部分に前記電動機を収容する第1のケ
ースと前記歯車減速機を収容する第2のケースと該第1
のケースと第2のケースとの間を仕切る仕切板とにより
構成されたハウジングを設け、前記仕切板の電動機収容
側には、前記電動機の固定子の取付部、および前記磁石
回転子の位置を検出するセンサの取付部、前記仕切板の
歯車減速機収容側には、前記電動機の出力軸とは偏心配
置された歯車減速機の所定段の歯車の回転軸を支持する
支持部を形成し、前記電動機の出力軸は、前記仕切板を
貫通した状態で、前記電動機を収容する第1のケースと
前記歯車減速機を収容する第2のケースとにそれぞれ支
承されるように構成されている。これにより、構成が簡
単で組み立てやすく、また磁石回転子の位置を検出する
センサの環境を良好に保つことができ、さらには前記出
力軸の支持スパンが長くとれることから、タイヤの倒れ
に対する高い支持強度を得ることが可能となる。
【0011】請求項2記載の発明は、請求項1におい
て、前記歯車減速機を収容する第2のケースと前記仕切
板との間に前記歯車減速機の配置されない離隔された空
間を形成するための壁部を該第2のケースまたは前記仕
切板の少なくとも一方に一体形成し、前記空間内に前記
電動機を駆動するための制御回路を収容するように構成
されているので、請求項1の上記の作用の他に、制御回
路はホイールおよび第2のケースによって、雨水、泥等
から保護され、また壁部によって電動機の出力軸、歯車
減速機等の回転による潤滑油、歯車の摩耗粉等からも保
護されることとなる。
【0012】請求項3記載の発明では、請求項2におけ
る前記壁部は、前記第2のケースの外壁と前記仕切板と
により前記制御回路を収容する馬蹄形の空間を形成する
と共に、前記電動機の出力軸と歯車減速機は、前記馬蹄
形の空間の内側に形成される空間部分に配設するように
構成されているので、請求項1の上記の作用の他に、特
に、限られたハウジング内の空間において、制御回路用
の収容空間を広く採ることができる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1〜図4に基づ
いて説明する。
【0014】図1は、本実施例に係わるホイールモータ
の構成を示す縦断面図であり、同図中、1はホイールモ
ータで、このホイールモータ1は、タイヤ(車輪)2を
装着したホイール3の内側に配置されたハウジング6内
に電動機4と歯車減速機5とを内蔵してなり、電動機4
の回転出力によりホイール3を回転駆動するように構成
されている。
【0015】ハウジング6は、略椀形の外側ケース6a
と内側ケース6bの間に仕切板6cを介挿した構成とな
っており、内側ケース6bと仕切板6cとはボルト10
により締結され、外側ケース6aと仕切板6cとは図3
に示したように、ボルト11により締結されている。な
お、外側ケース6a,内側ケース6b,仕切板6cは、
ダイカストにより鋳造される。
【0016】外側ケース6aの中央には軸挿通孔6aa
が形成されると共に、外側ケース6aの内側(ハウジン
グ6の内部)には馬蹄形の空間S(図3参照)を形成す
るための仕切壁部6abが形成されている。また、内側
ケース6bは、図2に示したボルト12により図示しな
い車輌本体側へ固定されている。
【0017】電動機4は、内側ケース6b内に収納され
る固定子(ステータ)7と、この固定子7の内側に回転
自在に設けられる回転子(ロータ)8と、この回転子8
の回転出力を歯車減速機5を介してホイール3に伝達す
る出力軸9とを備えている。
【0018】固定子7は、図2に示すように環状部の内
周縁部に周方向に等間隔を存して多数の磁極子用の突起
部を一体に突設してなる磁性薄板を多数枚積層してなる
固定子本体7aの各磁極子7bに、コイルボビン7cを
介して3相の界磁コイル7dを巻回した構造となってお
り、界磁コイル7dにより回転磁界を生成するように構
成されている。固定子7の外周部位の複数箇所は、ボル
ト13により仕切板6cに固定されている。
【0019】回転子8は、その軸長全体に亘って回転中
心孔である軸挿通孔(回転中心孔,中空部)8aを有す
る回転子本体8bの外周部に周方向に等間隔を存して複
数の磁石8cを装着してなる。回転子本体8bの内周部
の軸長は外周部の軸長よりも長くなっており、その部分
には、歯車減速機5の第1の歯車5aを構成する歯が形
成されている。回転子本体8bの軸長の短い外周部は、
固定子7の内周部に回転自在に対向配置され、回転子本
体8bの軸長の短い内周部の両端に圧入されたボールベ
アリング等の軸受14a及び14bを介して出力軸9を
中心として回転するように構成されている。
【0020】出力軸9は、その一端部に一体形成された
取り付けフランジ15がボルト16及びナット17を介
してホイール3のハブ3aに固定されている。出力軸9
の一端部は外側ケース6aの軸挿通孔6aaにボールベ
アリング等の軸受18を介して且つ他端部は内側ケース
6bの中央凹部にボールベアリング等の軸受19を介し
てそれぞれ回転自在に支承されている。なお、出力軸9
は、回転子8の軸挿通孔8a内を非接触状態で挿通(貫
通)されている。また、固定子7と回転子8を主な構成
要素とする電動機4は、その軸方向の長さが短いフラッ
ト型の電動機となっており、ホイールモータ1全体とし
ての出力軸9方向寸法が短くなっている。
【0021】歯車減速機5は、複数(本実施例では4
個)の歯車5a、5b、5c及び5dを備えた2段減速
機となっている。すなわち、第1の歯車5aは、上記の
ように回転子8の他端側(図1において左端側)に同心
状にして一体形成されている。第2及び第3歯車5b、
5cは、同一の回転軸(支持軸)20に固定されて互い
に一体的に回転するもので、第2歯車5bと第1歯車5
aとが互いに噛合している。支持軸20は出力軸9の下
側に位置して該出力軸9と偏心して配設されている。支
持軸20の一端部は仕切板6cの凹部にボールベアリン
グ等の軸受21を介して且つ他端部は外側ケース6aの
凹部にボールベアリング等の軸受22を介してそれぞれ
回転自在に支承されている。
【0022】第4(最終段)歯車5dは、出力軸9に固
定されて該出力軸9と一体的に回転するものである。こ
の第4歯車5dと第3歯車5cとが互いに噛合してい
る。従って、固定子7により生成された回転磁界の作用
により回転子8が回転すると、回転子8に一体形成され
た第1歯車5aが回転子8と同一の回転数で回転する。
すると、第1歯車5aの回転出力は、第2及び第3歯車
5b、5cを介して減速されて第4歯車5dに伝達さ
れ、出力軸9、及びホイール3は第4歯車5dと同一の
減速された回転数で回転子8と同方向に回転する。例え
ば、回転子8が750rpmで正回転すると、回転出力
軸9とホイール3とは、歯車減速機5により減速されて
150rpmで正回転する。
【0023】仕切板6cの中央部には、回転子本体8b
の軸長を非接触状態で挿通(貫通)するための挿通孔6
cbが形成されている。そして、仕切板6cと外側ケー
ス6aの馬蹄形の仕切壁部6abとで形成される空間S
には、電動機4を駆動するための制御回路を形成するた
めのの第1基板23が、ビス24により取り付けられて
いる(図3参照)。また、仕切板6cの裏面(第1基板
23の配設面とは反対の面)にも、制御回路からの信号
で駆動されて電動機4へ駆動電流を供給する駆動回路用
のドーナツ形の第2基板25が取り付けられている(図
4参照)。このように、制御回路用の空間を馬蹄形とし
たのは、限られたハウジング6内の空間において、制御
回路用の収容空間を可能な限り広く採るためである。
【0024】馬蹄形の第1基板23には、電動機4を駆
動するための制御回路を構成する各種の回路素子23a
(IC等)が取り付けられ、ドーナツ形の第2基板25
には、後述の界磁コイル7cに電流を供給するためのパ
ワートランジスタ(パワーMOSFET)25a等が取
り付けられている。なお、仕切板6cと第1基板23、
第2基板25との間には、絶縁シートフィルムが介挿さ
れている。
【0025】電動機4は永久磁石回転子8および3相の
固定子巻線(界磁コイル7c)を有するブラシレス電動
機で構成されており、この回転子8の位置を検出する位
置検出部26を有している。位置検出部26は、回転子
8の上面に埋設されたリング状マグネット26aと、こ
のリング状マグネット26aと対向する第2基板25上
の位置に所定角度(例えば120度)間隔で取り付けら
れた磁極センサ26bとにより構成されている。
【0026】なお、この磁極センサ26bは、ホール素
子等の磁気センサを使用することができ、また位置検出
部26は、光センサによる位置検出等の種々の公知手段
を使用して構成することが可能である。
【0027】次に、ホイールモータ1の組み立て手順を
説明する。ホイールモータ1を組み立てる場合、まず、
シール部材27、軸受18,22が圧入された外側ケー
ス6aに、回転軸9を取り付ける。そして、外側ケース
6aに減速段の歯車、すなわち第2、第3、第4歯車5
b,5c,5dを取り付ける。
【0028】次に、仕切板6cに第1基板23、第2基
板25、および固定子7を取り付け、固定子7との配線
を行う。そして、この仕切板6cをボルト11により外
側ケース6aに固定する。次に、軸受14b,14bが
圧入された回転子8を固定子7に挿入する。そして、仕
切板6cに軸受19が圧入された内側ケース6bをボル
ト10により取り付ける。
【0029】本実施例によれば、電動機4の出力軸9
を、歯車減速機5の最終段である第4歯車5dの回転中
心孔及び回転子8の軸挿通孔8aを貫通した状態でハウ
ジング6の両端部分で回転自在に支承したことにより、
ホイール3の内側空間部分に電動機4と歯車減速機5と
を配設するにも拘らず、構成が簡単となる。また、出力
軸9を基準として、外側ケース6a、歯車減速機5の構
成部品、仕切板6c、電動機4の構成部品、内側ケース
6bを順次嵌合して組み立てることができるので、組み
立てが容易となり、また、ホイールモータ1全体として
の出力軸9方向寸法が短いにも拘らず、出力軸9の支持
スパンを最大限長くとれるので、タイヤ2を含むホイー
ル3の倒れに対する十分な支持強度を得ることが可能と
なる。
【0030】また、ハウジング6の空間内であって、馬
蹄形の仕切壁部6abにより隔離された空間S内に電動
機4を駆動するための制御回路を配設したので、ホイー
ルモータ1を取り付ける車両本体のフレーム側に制御回
路を装着するためのスペースが不要になり、また制御回
路は雨水、泥等から保護されると共に、回転軸9、歯車
減速機5等の回転による潤滑油、歯車の摩耗粉等からも
保護され、さらに電動機4からの放射熱からも保護され
る。しかも車体フレームとホイールモータ1との間の電
力系の配線数が少なくて済むため(電動機4が3相なら
ば、電力線は3本を2本に、ボディアースならば1本に
できる)、ホイールモータ1として、車両本体へ取り付
けるにあたっての取付け対象車体への制約をできるだけ
少なくして、車両搭載性を良好にするとか、車両以外の
ものにも使用途を拡げるというように、その汎用性を高
めることが可能となる。更に、電動機4を、永久磁石回
転子8を有するブラシレス電動機で構成し、回転子8の
位置を検出する位置検出部26を回転子8側に設けたの
で、すなわち、位置検出部26を仕切板6cにより歯車
減速機5から隔離すると共に、回転子8に近接配置した
ので、位置検出部26の環境を良好に保ちつつ、制御回
路とセンサとの間のノイズの乗りやすいセンサ信号線を
短くすることができる。
【0031】また、回転子8を軸受14a,14bを介
して出力軸9に支承したので、回転子8を支承する軸受
14a,14bの径が小さくて済み、更に歯車減速機5
を2段減速とすることによって回転子8と出力軸9とは
同方向回転となるため、軸受14a,14bは回転子8
と出力軸9との小さな相対回転差分だけを支承すればよ
いので、耐摩耗性も向上する。
【0032】本発明は、上記の実施例に限定されること
なく、例えば、馬蹄形の仕切壁部は、外側ケース6aに
一体形成することなく、仕切板6cに一体形成すること
も可能である。また、馬蹄形の仕切壁部を半分ずつ、外
側ケース6aと仕切板6cに一体形成することも可能で
ある。
【0033】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明のホイール
モータによれば、電動機は、磁石回転子を有するブラシ
レスモータで構成すると共に、ホイールの内側空間部分
に前記電動機を収容する第1のケースと前記歯車減速機
を収容する第2のケースケースと該第1のケースと第2
のケースとの間を仕切る仕切板とにより構成されたハウ
ジングを設け、前記仕切板の電動機収容側には、前記電
動機の固定子の取付部、および前記磁石回転子の位置を
検出するセンサの取付部、前記仕切板の歯車減速機収容
側には、前記電動機の出力軸とは偏心配置された歯車減
速機の所定段の歯車の回転軸を支持する支持部を形成
し、前記電動機の出力軸は、前記仕切板を貫通した状態
で、前記電動機を収容する第1のケースと前記歯車減速
機を収容する第2のケースとにそれぞれ支承されるよう
に構成したので、構成が簡単で組み立てやすく、また磁
石回転子の位置を検出するセンサの環境を良好に保つこ
とができ、さらに前記出力軸の支持スパンが長くとれる
ことから、タイヤの倒れに対する高い支持強度を得るこ
とが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係わるホイールモータの構
成を示す断面図である。
【図2】図1における電動機収容部分の断面図である。
【図3】図1における第1基板収容部分の断面図であ
る。
【図4】図1における第2基板収容部分の断面図であ
る。
【符号の説明】
1…ホイールモータ 3…ホイール 4…電動機 5…歯車減速機 5a…第1歯車 5b…第2歯車 5c…第3歯車 5d…第4歯車(最終段歯車) 6…ハウジング 6a…外側ケース 6ab…仕切壁部 6b…内側ケース 6c…仕切板 7…固定子 8…回転子 8a…軸挿通孔(回転中心孔) 9…出力軸 20…支持軸 23…第1基板 25…第2基板 26…位置検出部 26a…リング状マグネット 26b…磁極センサ S…空間
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飯嶋 良洋 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式 会社本田技術研究所内 (56)参考文献 特開 平7−96753(JP,A) 特開 平7−81436(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B60K 7/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ホイールの内側空間部分に電動機と歯車
    減速機を配設し、この歯車減速機で減速された前記電動
    機の回転出力により前記ホイールを回転駆動するように
    構成したホイールモータにおいて、 前記電動機は、磁石回転子を有するブラシレスモータで
    構成すると共に、 ホイールの内側空間部分に前記電動機を収容する第1の
    ケースと前記歯車減速機を収容する第2のケースと該第
    1のケースと第2のケースとの間を仕切る仕切板とによ
    り構成されたハウジングを設け、 前記仕切板の電動機収容側には、前記電動機の固定子の
    取付部、および前記磁石回転子の位置を検出するセンサ
    の取付部、前記仕切板の歯車減速機収容側には、前記電
    動機の出力軸とは偏心配置された歯車減速機の所定段の
    歯車の回転軸を支持する支持部を形成し、 前記電動機の出力軸は、前記仕切板を貫通した状態で、
    前記電動機を収容する第1のケースと前記歯車減速機を
    収容する第2のケースとにそれぞれ支承されるように構
    成したことを特徴とするホイールモータ。
  2. 【請求項2】 前記歯車減速機を収容する第2のケース
    と前記仕切板との間に前記歯車減速機の配置されない離
    隔された空間を形成するための壁部を該第2のケースま
    たは前記仕切板の少なくとも一方に一体形成し、前記空
    間内に前記電動機を駆動するための制御回路を収容する
    ように構成したことを特徴とする請求項1記載のホイー
    ルモータ。
  3. 【請求項3】 前記壁部は、前記第2のケースの外壁と
    前記仕切板とにより前記制御回路を収容する馬蹄形の空
    間を形成すると共に、前記電動機の出力軸と歯車減速機
    は、前記馬蹄形の空間の内側に形成される空間部分に配
    設するように構成されていることを特徴とする請求項2
    記載のホイールモータ。
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