JPH08289501A - 電気自動車の駆動機構 - Google Patents

電気自動車の駆動機構

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JPH08289501A
JPH08289501A JP7088990A JP8899095A JPH08289501A JP H08289501 A JPH08289501 A JP H08289501A JP 7088990 A JP7088990 A JP 7088990A JP 8899095 A JP8899095 A JP 8899095A JP H08289501 A JPH08289501 A JP H08289501A
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浩 清水
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孝司 小泉
Yoshihiro Matsumura
好浩 松村
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秀夫 小津
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KOGAI KENKO HIGAI HOSHIYOU YOB
KOGAI KENKO HIGAI HOSHIYOU YOBOU KYOKAI
OKUBO GEAR
OOKUBO HAGURUMA KOGYO KK
Meidensha Corp
Koyo Seiko Co Ltd
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Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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KOGAI KENKO HIGAI HOSHIYOU YOB
KOGAI KENKO HIGAI HOSHIYOU YOBOU KYOKAI
OKUBO GEAR
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 モータ効率を向上させると共に小型・軽量に
し車体スペースを有効利用する。 【構成】 交流のモータ200と減速歯車機構300と
ブレーキ400が一体構造となったホイールインモータ
方式の駆動機構となっており車体スペースが有効利用で
きる。モータ200の回転子240は中空となり小型・
軽量となる。モータ200のシャフト270の回転は、
減速歯車機構300で減速されて、ブレーキ400のホ
イール軸410に伝達されるため、モータ効率が向上す
る。減速歯車機構300は、モータ200とブレーキ4
00との連結部の空スペースに配置され、小型となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電気自動車の駆動機構に
関し、モータ効率を向上させ、小型・軽量になるように
工夫したものである。
【0002】
【従来の技術】電気自動車は、内燃機関(ガソリンエン
ジンやディーゼルエンジン)を用いる通常の自動車と異
なり、排気ガスを発生することがないので無公害車(Ze
ro Emission Vehicle )と称され注目されている。電気
自動車の駆動方式としては、従来では次に説明する各種
方式が採用されていた。
【0003】図4はコンベンショナル方式であり、ガソ
リン自動車のガソリンエンジンをモータMに置き換えた
方式であり、現在市販されている電気自動車の多くがこ
の方式となっている。この方式では、モータMによる駆
動力は、トランスミッションT/M、推進軸1、ディフ
ァレンシャルギア2、アクスル3を介して駆動輪4a,
4bに伝達され、走行が行なわれる。なお5a,5bは
操舵輪である。
【0004】図5はノートランスミッション方式であ
り、前記コンベンショナル方式からトランスミッション
を取り外した方式である。この方式では、車速の増減
は、モータMの回転数を増減することのみによって行な
われる。なお前記コンベンショナル方式では、トランス
ミッションT/Mの変速段をシフトすることによって
も、車速の調整ができる。
【0005】図6はデフレス方式(2モータ方式)であ
り、独立した2台のモータM1 ,M 2 を備え、モータM
1 ,M2 により駆動輪4a,4bをそれぞれ個別に回転
駆動させる。旋回走行(カーブ走行)をするときには、
左右の駆動輪4a,4bの回転差が生じるように、モー
タM1 ,M2 の回転数を異ならせている。
【0006】図7はダイレクトドライブ方式(ホイール
インモータ方式)であり、独立した4台のモータM1
2 ,M3 ,M4 を、4つの車輪(駆動輪4a,4b及
び操舵輪5a,5b)のハブ部分にそれぞれ組み込んだ
方式である。この方式では各モータM1 ,M2 ,M3
4 の回転駆動により個々の車輪4a,4b,5a,5
bが個別に回転して走行する。
【0007】図8はダイレクトドライブ方式(図7の方
式)における駆動機構を示す。同図に示すように車体側
の車軸11にはベアリング12を介してディスクホイー
ル13が回転自在に取り付けられており、ディスクホイ
ール13のリム部にはタイヤ14が取り付けられてい
る。更に車軸11には鉄心15及びコイル16が取り付
けられており、ディスクホイール13には永久磁石17
が取り付けられている。そして鉄心15,コイル16及
び永久磁石17によりモータが構成されている。なお2
0は路面である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで図4に示すコ
ンベンショナル方式では、モータMを除く他のほとんど
の部分は、ガソリン自動車の機構を流用したものである
ため、有効スペースは少なく、重量は大きく、ガソリン
自動車を改造するのに要する工数が多く、更にトランス
ミッションT/M及びディファレンシャルギア2がある
ため伝達効率が悪いという問題がある。
【0009】図5に示すノートランスミッション方式で
は、トランスミッションT/Mはないがディファレンシ
ャルギア2は残っているため、伝達効率は、前記コンベ
ンショナル方式に比べて改善されてはいるものの、いぜ
んとして低いままとなっている。またモータMが車体内
部(電気自動車の中で車輪を除く部分という意味)に搭
載されているため、有効スペースが狭い。
【0010】図6に示すデフレス方式では、旋回走行時
における駆動輪4a,4bの回転差が旋回半径に応じた
最適値となるように、モータM1 ,M2 の回転数を微妙
に制御しなければならず、モータ制御が難しい。またモ
ータM1 ,M2 が車体内部に搭載されるので、有効スペ
ースは狭い。
【0011】図7に示すダイレクトドライブ方式では、
モータM1 ,M2 ,M3 ,M4 を車輪4a,4b,5
a,5bに備えたため有効スペースは広くなり、またト
ランスミッションやディファレンシャルギアがないため
伝達損失は零となる。しかし、減速ギヤ機構を用いるこ
となくモータM1 ,M2 ,M3 ,M4 により車輪4a,
4b,5a,5bを直接回転駆動するため、加速時及び
回生時のモータ効率を高くすることができない。
【0012】本発明は、上記従来技術に鑑み、モータ効
率が高いとともに有効スペースを広くとれ、しかも小型
・軽量な、電気自動車の駆動機構を提供することを目的
とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の構成は、交流電動機であって、アウターフレームと
このアウターフレームの内部に同心状に配置された円筒
状のインナーフレームを有するケーシングと、前記アウ
ターフレームの内周面に固定された固定子と、前記イン
ナーフレームの外周面にモータベアリングを介して回転
自在に取り付けられた円筒状の回転子と、前記インナー
フレームの内部空間に配置され前記回転子から回転を受
けて回転するシャフトとを有するモータと、前記モータ
のブラケット部に連結されており、前記シャフトに対し
同一軸線上に配置されたホイール軸と、このホイール軸
に取り付けられておりブレーキシューが接触するブレー
キドラムとを有するブレーキと、前記モータと前記ブレ
ーキとの連結部の空スペースに配置されており、前記シ
ャフトの回転を減速して前記ホイール軸に伝える減速歯
車機構と、で構成されていることを特徴とする。
【0014】また本発明の構成は、前記減速歯車機構は
遊星歯車機構であり、遊星歯車機構のキャリアと前記ホ
イール軸とをセレーション結合し、前記シャフトとホイ
ール軸とをピボット支持したことを特徴とする。
【0015】また本発明の構成は、前記ケーシングのア
ウターフレームには、サスペンションの支点に連結され
る支持リングが取り付けられていることを特徴とする。
【0016】また本発明の構成は、前記減速歯車機構
は、前記インナーフレームのブラケット部と前記ブレー
キのホイール軸管とで囲まれるスペース内に収納されて
いることを特徴とする。
【0017】また本発明は、交流電動機として同期モー
タまたは永久磁石式交流モータを用いたことを特徴とす
る。
【0018】また本発明は、前記減速歯車機構の外径の
寸法は、前記回転子の内周径よりも大きいことを特徴と
する。
【0019】また本発明は前記減速歯車機構の外径の寸
法は、前記固定子の内周径よりも大きいことを特徴とす
る。
【0020】また本発明は前記減速歯車機構の外径の寸
法は、前記固定子の外周径よりも大きいことを特徴とす
る。
【0021】
【作用】本発明ではモータと減速歯車機構とブレーキを
一体構造としたため小型・軽量となり、減速することに
よりモータ効率が向上し、ホイールインモータ方式とし
たことにより車体空間の有効利用ができる。
【0022】
【実施例】以下に本発明の実施例を図面に基づき詳細に
説明する。図1は、本発明の実施例に係る駆動機構を適
用した電気自動車の駆動系を概念的に示す。この電気自
動車では、駆動輪4a,4bに駆動機構100,100
を一体的に組み込んだ構成(ホールインモータ方式の一
種)となっている。なお5a,5bは操舵輪である。
【0023】上記電気自動車用の駆動機構100は新た
に開発したものであって、その詳細を、図2を参照して
説明する。この駆動機構100は、モータ200と、減
速歯車機構300とブレーキ400を組み合わせて一体
のユニット機構としたものであり、タイヤ500が装着
される。
【0024】モータ200は永久磁石式交流モータであ
る。このモータ200のケーシング210は、アウター
フレーム211とインナーフレーム212と端リング2
13と端板214とで構成されている。アウターフレー
ム211は円筒状となっており図中右側部にブラケット
部211aを有している。インナーフレーム212はア
ウターフレーム211の内側に同心状に配置された円筒
状部材であり図中右側部にブラケット部212aを有し
ている。そしてブラケット部211aとブラケット部2
12aがボルト結合されることにより、アウターフレー
ム211とインナーフレーム212が連結されている。
アウターフレーム211の左端面には端リング213が
ボルト付され、この端リング213には端板214がボ
ルト付されている。
【0025】アウターフレーム211の内周面には、固
定子鉄心221及びコイル222で形成した固定子22
0が取り付けられている。またインナーフレーム212
の外周面にはモータベアリング230を介して円筒状の
回転子240が回転自在に取り付けられている。回転子
240は回転子鉄心241及び永久磁石242により形
成されている。
【0026】回転子鉄心241には回転ブロック250
がボルト付され、回転ブロック250の左端には回転速
度検出器260が取り付けられ、回転ブロック250の
右部にはシャフト270がセレーション結合されてい
る。
【0027】モータ200のコイル222にはケーブル
280を通じて交流電流が供給され、回転速度検出器2
60で検出した回転速度信号はケーブル281を介して
出力される。
【0028】なおアウターフレーム211に形成した支
持リング290,291がサスペンションの支点に連結
されて、この駆動機構100が電気自動車のシャーシへ
取り付けられる。
【0029】減速歯車機構300は遊星歯車機構で構成
されており、シャフト270の回転を減速してホイール
軸410に伝える。この場合、減速歯車機構300のキ
ャリア301は、ホイール軸410にセレーション結合
しており、ホイール軸410の軸方向移動を許容しつつ
回転力を伝えるようにしている。更に図2の例では、減
速車歯機構300の外径の寸法は、回転子240の内周
径よりも大きくなっている。またホイール軸410が貫
通しているホイール軸管411は、ブラケット部211
a,212aに固定されている。そして、モータ200
とブレーキ400との連結部分の空スペース、具体的に
はインナーフレーム212のブラケット部212aとホ
イール軸管411とで囲むスペースに、前記減速歯車機
構300を配置するようにしている。更にシャフト27
0の端面とホイール軸410との端面はピボット412
によりピボット支持されている。
【0030】ブレーキ400はドラムを用いた液圧ブレ
ーキである。即ち、ホイール軸410にはホイールハブ
420がボルト付され、このホイールハブ420にはブ
レーキドラム430がボルト付されている。またホイー
ル軸管411とホイールハブ420との間にはハブベア
リング440が介装されている。
【0031】このブレーキ400では、ブレーキペダル
が踏まれて液圧が高くなると、ホイールシリンダ401
の作用によりブレーキシュー402が押し広げられてブ
レーキドラム430に接触し、ブレーキが作用する。
【0032】タイヤ500はディスクホイール505の
リム510に取り付けられている。このリム510はデ
ィスクホイール505の車輪円板を介してブレーキドラ
ム430に連結されている。
【0033】上記構成となっている駆動機構100で
は、モータ200が駆動して回転子240が回転する
と、この回転は回転ブロック250及びシャフト270
に伝わり、減速歯車機構300で減速されてホイール軸
410に伝わる。このためホイール軸410に連結され
たタイヤ500及びブレーキドラム430が回転し、こ
れにより電気自動車が走行する。
【0034】かかる本実施例では次に述べるような利点
がある。
【0035】まず本実施例では減速歯車機構300を用
いているため、モータ200の効率が向上する。ここで
その理由を説明する。なお説明を簡略化するため、モー
タ損失として銅損のみを考慮する。 減速歯車機構300の減速比をiとすると、交流の
モータ200の電源周波数fはi倍となる。 モータ200の端子電圧Va は減速比iの如何によ
らず、次式(1)に示すように出力軸(シャフト27
0)の回転数に応じてほぼ一定の値としなければならな
い。 Va =(π/21/2 )Φ・f・(K・W) ………(1) ここで Φ:磁束 K:巻線係数 W:直列導体数 上式(1)より、減速歯車機構300により電源周
波数がi倍となれば、磁束一定の場合、直列導体数Wを
(1/i)倍とする必要がある。
【0036】 このため、巻線抵抗Ra は、導体総断
面積(コイル面積のうち導体断面が占める面積)を一定
とした場合、次式(2)のようになる。 Ra =K・(W・i)2 ………(2) また、同一出力、同一電圧でモータを駆動した場合
には、電流もほぼ同一となることから、銅損もi2 に反
比例することになる。 したがって、この場合の効率ηは次式(3)とな
る。 η=出力/(出力+Ra a 2 ) =出力/(出力+K・(W/i)2 a 2 ) ………(3) 上式(3)からわかるように、減速比iを大きくするこ
とによって銅損が小さくできるので、効率を高くできる
ことがわかる。
【0037】また本実施例では、次のような工夫により
小型・軽量化が図られた。 モータ200の回転子240の内部にモータベアリ
ング230を収納し、回転子240を円筒状(内部を中
空)にした。 減速歯車機構300を、インナーフレーム212の
ブラケット部212aとホイール軸管411とで囲んだ
空間、即ち巻き線部の空いたスペース(コイル222が
占位しない部分)に備えた。 ブレーキ400をブレーキドラム430を用いた減
圧ブレーキとし、ブレーキドラム430の中に、ハブベ
アリング440と減速歯車機構300のキャリア301
を収納した。
【0038】本実施例では、ホイールインモータ方式と
なっているので、車体スペースを有効利用することがで
きる。
【0039】本実施例では、タイヤ500の中心とハブ
ベアリング440とのオフセットを最小限に小さくし
た。これは、上記に示したように減速歯車機構300
を空スペースに備えることにより実現した。オフセット
が小さいと、カーブ走行時に生じる横力がハブベアリン
グ440に均等に作用し、耐久性が向上する。
【0040】本実施例を適用した電気自動車では、図1
に示すように、1台の電気自動車について2台の駆動装
置100,100を用いるようにした。このため、図6
に示すダイレクトドライブ方式では4つのモータが必要
であるのに対し、本実施例では2つのモータを用いるだ
けでよく、コストダウン及び車体重量の軽減を図ること
ができる。しかも本実施例では、モータ200の回転力
を減速歯車機構300により減速したため、2モータ方
式であっても、図6に示す4モータ方式と同等以上の駆
動トルクを得ることができる。
【0041】本実施例では、減速歯車機構300のキャ
リア301とホイール軸410とをセレーション結合す
ることにより、ホイールの傾きによるプラネタリギアの
破損を防止することができる。また、ホイール軸410
は、シャフト270にピボット支持されているのでシャ
フト270に対する調心性が良くなる。
【0042】本実施例では、支持リング290,291
をサスペンションの支点に連結するため、サスペンショ
ンアームを十分に長くとっても、サスペンションアーム
と駆動機構100とが干渉することはない。
【0043】図3は駆動機構100の変形例を示す。こ
の例は、小径のタイヤ500に適用するため、軸方向寸
法は長いが径方向寸法が短いモータ200を用いてい
る。このようなモータ200は、径方向寸法が短いので
高速モータを用いることができる。そのため、減速歯車
機構300では、大きな減速比が得られるようにしてお
り、減速歯車機構300の外径の寸法は、固定子220
の内周径よりも大きくなっている。また更に大きな減速
比を得るためには、減速歯車機構300の外径の寸法
を、固定子220の外周径よりも大きくしてもよい。な
おモータ200の軸方向寸法が長くなっても、この方向
にはスペース的に余裕があるので問題はない。
【0044】
【発明の効果】以上実施例と共に具体的に説明したよう
に本発明によれば、交流モータと減速歯車機構とブレー
キを一体としたホイールインモータ方式の構成とし、減
速歯車機構によりモータ回転を減速して伝達するように
したので、モータ効率が向上する。
【0045】また本発明では、交流モータと減速歯車機
構とブレーキを一体構造とし、しかも交流モータの回転
子を円筒状として内部を中空とすると共に、交流モータ
とブレーキとの連結部の空スペースに減速歯車機構を備
えるようにしたため、小型・軽量となる。また車体スペ
ースを有効利用することができる。
【0046】また本発明では減速歯車機構のキャリアと
ホイール軸とをセレーション結合することにより、ホイ
ールが傾いてもギヤの破損を防止でき、またホイール軸
とシャフトとをピポット支持することにより調心性がよ
い。
【0047】更にケーシングに支持リングを備えたこと
により、長いサスペンションアームを採用することがで
きる。
【0048】更に減速歯車機構の外径を最適な寸法にす
ることにより、モータ性能やタイヤ径に応じた良好な減
速比が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した電気自動車の駆動系を示す概
念図。
【図2】本発明の実施例に係る電気自動車の駆動機構を
示す構成図。
【図3】駆動機構の変形例を示す構成図。
【図4】従来のコンベンショナル方式の駆動系を示す概
念図。
【図5】従来のノートランスミッション方式の駆動系を
示す概念図。
【図6】従来のデフレス方式の駆動系を示す概念図。
【図7】従来のダイレクトドライブ方式の駆動系を示す
概念図。
【図8】従来のホイールインモータを示す構成図。
【符号の説明】
1 推進軸 2 ディファレンシャルギア 3 アクスル 4a,4b 駆動軸 5a,5b 操舵輪 11 車軸 12 ベアリング 13 ディスクホイール 14 タイヤ 15 鉄心 16 コイル 17 永久磁石 20 路面 100 駆動機構 200 モータ 210 ケーシング 211 アウターフレーム 212 インナーフレーム 213 端リング 214 端板 211a,212a ブラケット部 220 固定子 221 固定子鉄心 222 コイル 230 モータベアリング 240 回転子 241 回転子鉄心 242 永久磁石 250 回転ブロック 260 回転速度検出器 270 シャフト 280,281 ケーブル 290,291 支持リング 300 減速歯車機構 301 キャリア 400 ブレーキ 401 ホイールシリンダ 402 ブレーキシュー 410 ホイール軸 411 ホイール軸管 412 ピボット 420 ホイールハブ 430 ブレーキドラム 440 ハブベアリング 500 タイヤ 505 ディスクホイール 510 リム M,M1 ,M2 ,M3 ,M4 モータ T/M トランスミッション
フロントページの続き (71)出願人 000004019 株式会社ナブコ 兵庫県神戸市中央区脇浜海岸通1番46号 (71)出願人 000001247 光洋精工株式会社 大阪府大阪市中央区南船場3丁目5番8号 (72)発明者 中島 明 東京都品川区大崎二丁目1番17号 株式会 社明電舎内 (72)発明者 清水 浩 茨城県つくば市二宮3−14−26 (72)発明者 小泉 孝司 神奈川県厚木市上依知3030 大久保歯車工 業株式会社内 (72)発明者 松村 好浩 神奈川県横須賀市東浦賀町2丁目70番58号 (72)発明者 小津 秀夫 大阪府大阪市中央区南船場3丁目5番8号 光洋精工株式会社内

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流電動機であって、アウターフレーム
    とこのアウターフレームの内部に同心状に配置された円
    筒状のインナーフレームを有するケーシングと、前記ア
    ウターフレームの内周面に固定された固定子と、前記イ
    ンナーフレームの外周面にモータベアリングを介して回
    転自在に取り付けられた円筒状の回転子と、前記インナ
    ーフレームの内部空間に配置され前記回転子から回転を
    受けて回転するシャフトとを有するモータと、 前記モータのブラケット部に連結されており、前記シャ
    フトに対し同一軸線上に配置されたホイール軸と、この
    ホイール軸に取り付けられておりブレーキシューが接触
    するブレーキドラムとを有するブレーキと、 前記モータと前記ブレーキとの連結部の空スペースに配
    置されており、前記シャフトの回転を減速して前記ホイ
    ール軸に伝える減速歯車機構と、で構成されていること
    を特徴とする電気自動車の駆動機構。
  2. 【請求項2】 前記減速歯車機構は遊星歯車機構であ
    り、遊星歯車機構のキャリアと前記ホイール軸とをセレ
    ーション結合し、前記シャフトとホイール軸とをピボッ
    ト支持したことを特徴とする請求項1の電気自動車の駆
    動機構。
  3. 【請求項3】 前記ケーシングのアウターフレームに
    は、サスペンションの支点に連結される支持リングが取
    り付けられていることを特徴とする請求項1の電気自動
    車の駆動機構。
  4. 【請求項4】 前記減速歯車機構は、前記インナーフレ
    ームのブラケット部と前記ブレーキのホイール軸管とで
    囲まれるスペース内に収納されていることを特徴とする
    請求項1の電気自動車の駆動機構。
  5. 【請求項5】 前記交流電動機は同期モータであること
    を特徴とする自動車の駆動機構。
  6. 【請求項6】 前記交流電動機は永久磁石式交流モータ
    であることを特徴とする電気自動車の駆動機構。
  7. 【請求項7】 前記減速歯車機構の外径の寸法は、前記
    回転子の内周径よりも大きいことを特徴とする請求項1
    の電気自動車の駆動機構。
  8. 【請求項8】 前記減速歯車機構の外径の寸法は、前記
    固定子の内周径よりも大きいことを特徴とする請求項1
    の電気自動車の駆動機構。
  9. 【請求項9】 前記減速歯車機構の外径の寸法は、前記
    固定子の外周径よりも大きいことを特徴とする請求項1
    の電気自動車の駆動機構。
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