(57)【要約】【課題】簡易な構成で充電を行うことが可能な電動車両を提供する。【解決手段】蓄電装置１３と、車輪２０のホイール２１内に設けられたモータ１２と、蓄電装置とモータとを接続する導線３４と、電流制御装置２３と、を備えた電動車両１０であって、モータは、ステータコア３１と、ステータコアの内周側と外周側の間を架け渡すコイル３２と、を有するステータ３３と、ステータから発生する磁界によって回転可能に構成されたロータ３５と、を有するとともに、ステータコアの軸方向を車両の幅方向に揃えて、ホイールにおける車両外側端面にコイルの架け渡し部分４５が面するようにホイール内に配されており、電流制御装置は、車両の停止中において、外部機器５０を車両外側端面に対向配置して発生させたステータの軸方向と揃った回転磁界により、コイルの架け渡し部分に発生した誘起電圧に伴ってコイルに流れる電流を、蓄電装置に送電する充電制御を行う。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に設けられた蓄電装置と、
車輪のホイール内に設けられたモータと、
前記蓄電装置と前記モータとを電気的に接続する導線と、
前記車輪を駆動させるために前記導線に通流する電流を制御する駆動制御、および、前記車両の減速時または降坂時に発生する回生電流を前記蓄電装置に送電する回生制御を実行可能に構成された電流制御装置と、を備えた電動車両であって、
前記モータは、
円環状のステータコアと、該ステータコアの内周側と外周側との間を架け渡すように径方向に巻き回されたコイルと、を有するステータと、
該ステータから発生する磁界によって回転可能に構成されたロータと、を有するとともに、
前記ステータコアの軸方向を前記車両の幅方向に揃えて、前記ホイールにおける車両外側端面に前記コイルの架け渡し部分が面するように前記ホイール内に配されており、
前記電流制御装置は、
前記車両の停止中において、外部機器を前記車両外側端面に対向配置して発生させた前記ステータの軸方向と揃った回転磁界により、前記コイルの架け渡し部分に発生した誘起電圧に伴って前記コイルに流れる電流を、前記蓄電装置に送電する充電制御を行うことを特徴とする電動車両。
【請求項２】
前記車輪の非駆動手段を備え、
前記電流制御装置は、前記非駆動手段が動作しているときに前記充電制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の電動車両。
【請求項３】
前記ホイールは、非導電性物質で形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、モータを駆動源とする電気自動車が知られている。この種のモータを駆動源とする自動車においては、一般的に、バッテリに蓄電された電力によってモータを駆動させるため、バッテリの電力が無くなったときにはモータを駆動することができなくなり、自動車が自走できなくなってしまう。なお、バッテリを充電する方法としては、外部充電器を利用して充電する方法やモータの回生電力を充電する方法などがある。
ここで、車両の車輪ごとに別々の駆動用モータを設け、このモータをホイール内に配置するインホイールモータが開発されており、このインホイールモータを利用して充電する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１の車両の電源装置は、車両の外部から与えられる電力を受けて蓄電装置に充電を行うコネクタが車輪のホイール部分に設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−６８３４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、インホイールモータを利用して充電するために充電用のコネクタが設けられている。したがって、部品点数が多くなるとともに、コネクタを設けるためにモータの構成を変更する必要があり、構成が複雑化するという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、簡易な構成で充電を行うことが可能な電動車両を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、車両に設けられた蓄電装置（例えば、実施形態におけるバッテリ１３）と、車輪（例えば、実施形態における車輪２０）のホイール（例えば、実施形態におけるホイール２１）内に設けられたモータ（例えば、実施形態における駆動モータ１２）と、前記蓄電装置と前記モータとを電気的に接続する導線（例えば、実施形態における導線３４）と、前記車輪を駆動させるために前記導線に通流する電流を制御する駆動制御、および、前記車両の減速時または降坂時に発生する回生電流を前記蓄電装置に送電する回生制御を実行可能に構成された電流制御装置（例えば、実施形態におけるＰＣＵ２３）と、を備えた電動車両（例えば、実施形態における電気自動車１０）であって、前記モータは、円環状のステータコア（例えば、実施形態におけるステータコア３１）と、該ステータコアの内周側と外周側との間を架け渡すように径方向に巻き回されたコイル（例えば、実施形態におけるコイル３２）と、を有するステータ（例えば、実施形態におけるステータ３３）と、該ステータから発生する磁界によって回転可能に構成されたロータ（例えば、実施形態におけるロータ３５）と、を有するとともに、前記ステータコアの軸方向を前記車両の幅方向に揃えて、前記ホイールにおける車両外側端面に前記コイルの架け渡し部分（例えば、実施形態における渡り部４５）が面するように前記ホイール内に配されており、前記電流制御装置は、前記車両の停止中において、外部機器（例えば、実施形態における外部機器５０）を前記車両外側端面に対向配置して発生させた前記ステータの軸方向と揃った回転磁界により、前記コイルの架け渡し部分に発生した誘起電圧に伴って前記コイルに流れる電流を、前記蓄電装置に送電する充電制御を行うことを特徴としている。
【０００８】
請求項２に記載した発明は、前記車輪の非駆動手段（例えば、実施形態におけるブレーキ４６）を備え、前記電流制御装置は、前記非駆動手段が動作しているときに前記充電制御を行うことを特徴としている。
【０００９】
請求項３に記載した発明は、前記ホイールは、非導電性物質で形成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載した発明によれば、モータのロータを回転させることなくステータへ回転磁界を印加することができるため、車両が静止した状態であってもコイルの架け渡し部分に誘起電圧が発生する。したがって、誘起電圧に伴ってコイルには電流が流れ、その電流を蓄電装置に送電することで充電することが可能となる。つまり、外部機器を用いて非接触給電を行うことができ、かつ、この給電行為は走行時の回生電力の充電動作と略同一の行為であるため、車両側に２次コイルやコネクタなどの充電用の付帯部品の設置が不要となる。結果として、簡易な構成で充電を行うことができる。
【００１１】
請求項２に記載した発明によれば、非駆動手段を動作させることにより、充電時に発生する回生トルクによって停止中の車両が動いてしまうのを確実に防止することができる。
【００１２】
請求項３に記載した発明によれば、充電中にホイールに電流が流れず、かつ、磁束は通過させることができるため、充電中にホイールが発熱してしまうのを防止することができる。また、ホイールに渦電流が流れて損失が生じるのを防止することができるため、充電効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態における電気自動車の概略構成側面図である。
【図２】本発明の実施形態における電気自動車の概略構成正面図である。
【図３】本発明の実施形態における駆動モータの正面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図６】本発明の実施形態における外部機器の概略構成側面図（一部断面図）である。
【図７】図６の正面図である。
【図８】本発明の実施形態におけるバッテリへの充電方法を説明するフローチャートである。
【図９】本発明の実施形態における充電中の状態を示す概略構成正面図である。
【図１０】本発明の実施形態における外部機器の別の態様を示す概略構成側面図（一部断面図）である。
【図１１】図１０の正面図である。
【図１２】図１０の外部機器を用いたときの充電中の状態を示す部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明の実施形態を図１〜図１２に基づいて説明する。なお、本実施形態では電動車両として電気自動車を用いて説明する。
【００１５】
（電気自動車）
図１は電気自動車の概略構成図である。図１に示すように、電気自動車１０は、駆動モータ１２と、該駆動モータ１２に電力を供給するために車両の床下一面に配されたバッテリ１３と、電気自動車１０の走行を制御する制御ユニット１４と、を備えている。
【００１６】
上記のように構成された電気自動車１０は、通常はバッテリ１３に電力が充電された状態で駆動モータ１２に対して電力を供給することにより自走することができる。しかしながら、バッテリ１３の残量が無くなった場合は、電気自動車１０は自走することができなくなる。したがって、バッテリ１３には常に電力を充電しておく必要がある。
【００１７】
ここで、図２に示すように、電気自動車１０に搭載された駆動モータ１２は、車輪２０のホイール２１内に収容されたインホイールモータで構成されている。なお、車輪２０は、例えばＳＵＳや樹脂材料などの非導電性物質で形成されたホイール２１と、ホイール２１の周縁を覆うように配されたタイヤ２２と、を備えている。駆動モータ１２は、例えば、電気自動車１０の前側の両輪にそれぞれ設けられている。また、駆動モータ１２は、ＰＣＵ（電流制御装置）２３を介してバッテリ１３に接続されている。そして、ＰＣＵ２３からの指示により、バッテリ１３から駆動モータ１２に電力を供給することで駆動モータ１２を駆動したり、駆動モータ１２から発生する回生電力をバッテリ１３に充電したりすることができるように構成されている。また、ホイール２１内側には、駆動軸２５の回転を規制するブレーキ４６が設けられている。
【００１８】
次に、駆動モータ１２の構成について説明する。
図３に示すように、駆動モータ１２は、正面視円環状の磁性板材が積層されたステータコア３１と、該ステータコア３１の内周側と外周側との間を架け渡すように径方向に巻き回されたコイル３２と、を有するステータ３３と、該ステータ３３から発生する磁界によって回転可能に構成されたロータ３５と、を備えている。
【００１９】
図３、図５に示すように、ステータコア３１には、正面視において周方向略等間隔にティース３６が径方向内周側および外周側に突出するように複数（本実施形態では１２個）形成されている。また、隣り合うティース３６，３６間に形成されたスロット３７には２つのコイル３２が配されている。一つのスロット３７に配された２つのコイル３２は、互いに巻き回し方向が異なるコイル３２が距離を開けて配されている。つまり、本実施形態の駆動モータ１２は、所謂トロイダル巻線を有した駆動モータ１２である。なお、コイル３２には導線３４が接続されている。この導線３４はＰＣＵ２３を介してバッテリ１３に接続されている。
【００２０】
また、図４に示すように、ロータ３５は、車輪２０の駆動軸２５に連結されたハウジング３８と、ステータ３３に対向するように配された永久磁石３９と、を備えている。本実施形態のロータ３５は、正面視でステータ３３の内周面に対向するように配された内周側ハウジング４１と、ステータ３３の外周面に対向するように配された外周側ハウジング４２とを有し、内周側ハウジング４１には内周側永久磁石３９Ａがステータ３３の内周面に対向するように設けられ、外周側ハウジング４２には外周側永久磁石３９Ｂがステータ３３の外周面に対向するように設けられている。また、内周側ハウジング４１と外周側ハウジング４２とは連結部４３により連結され、ハウジングとして一体化されている。なお、この連結部４３は車幅方向内側部分に形成されており、ハウジング３８における車幅方向外側は開放されている。
【００２１】
内周側永久磁石３９Ａおよび外周側永久磁石３９Ｂは、それぞれ異なる磁極（Ｎ極、Ｓ極）が着磁された永久磁石が周方向に沿って交互に複数（本実施形態では８個）配されている。つまり、本実施形態のロータ３５は、所謂二重ロータ構造のロータである。
【００２２】
そして、駆動モータ１２は、ステータ３３（ステータコア３１）の軸方向を電気自動車１０の車幅方向（駆動軸２５の軸方向）に揃えるとともに、車輪２０のホイール２１内における車両外側端面にコイル３２の渡り部４５が面するように配されている（図２参照）。
【００２３】
このように構成された駆動モータ１２は、ステータ３３から発生する磁界によってロータ３５が回転することにより、ロータ３５に連結された駆動軸２５が回転し、それに伴って車輪２０を回転させて電気自動車１０を前進・後退させることができるように構成されている。
【００２４】
次に、バッテリ１３に電力を充電する方法について説明する。
バッテリ１３に電力を充電する際には、図６に示すように、外部機器５０を用いる。外部機器５０は、モータ５１と、モータ５１に連結された回転軸５２と、回転軸５２の先端に配された円板部材５３と、円板部材５３の表面に周方向に沿って配された複数の永久磁石５４と、を備えている。つまり、外部機器５０は、所謂アキシャルギャップ型ロータを有している。なお、回転軸５２は軸方向に伸縮可能に構成されている。
【００２５】
図７に示すように、永久磁石５４は、それぞれ異なる磁極（Ｎ極、Ｓ極）が着磁された永久磁石が周方向に沿って交互に複数（本実施形態では８個）配されている。また、複数の永久磁石５４が円板部材５３に取り付けられた状態で、永久磁石５４は円環状になっており、この永久磁石５４とステータコア３１とは正面視で略同一形状の円環になっている。このように構成することで、磁束漏れを少なくすることができ、かつ、最小の大きさで効率よく磁束が鎖交し、充電効率を向上させることができる。さらに、本実施形態のように、駆動モータ１２の永久磁石３９の極数と、外部機器５０の永久磁石５４の極数と、を同一とすることにより、効率よく誘起電圧を発生させることができる。
【００２６】
続いて、バッテリ１３への充電方法を、フローチャートを用いて説明する。
図８に示すように、電気自動車１０側の流れとして、ステップＳ１１で車両が停止状態か否かを判定する。車両が停止状態の場合にはステップＳ１２へ進み、車両が停止状態で無い場合にはそのまま処理を終了する。
【００２７】
ステップＳ１２では、外部機器５０が所定の位置にセットされたか否かを判定する。外部機器５０がセットされていればステップＳ１３へ進み、セットされていなければステップＳ１２を繰り返す。外部機器５０を用いてバッテリ１３に充電をするには、図９に示すように、外部機器５０を駆動モータ１２の直近に配置する。具体的には、ホイール２１の表面２１ａに外部機器５０の永久磁石５４が対向するように配置する。このとき永久磁石５４とステータコア３１とが対向する位置になるように外部機器５０の設置位置を調整する。
【００２８】
ステップＳ１３では、車両のブレーキ４６がかけられているか否かを判定する。ブレーキ４６がかけられていればステップＳ１４へ進み、ブレーキ４６がかけられていなければステップＳ１３を繰り返す。このとき、ブレーキ４６を動作させておくことにより、充電中に駆動軸２５が回転して電気自動車１０が動いてしまうのをより確実に防止することができる。
【００２９】
ステップＳ１４では、ＰＣＵ２３がバッテリ１３への充電を開始してもよいと判定し、ステップＳ１５へ進む。
【００３０】
ステップＳ１５では、外部機器５０を駆動させてバッテリへの充電が開始されたか否かを判定する。充電が開始されたらステップＳ１６へ進み、充電が開始されていない場合はステップＳ１５を繰り返す。具体的には、外部機器５０の位置が固定された状態で、モータ５１を駆動させて永久磁石５４を回転軸５２を中心に回転させる。すると、永久磁石５４からコイル３２に向かって鎖交磁束が発生する。このように軸方向に沿って磁束が発生することで、コイル３２の渡り部４５に誘起電圧が発生する。この誘起電圧がＰＣＵ２３の制御に基づいてバッテリ１３に充電されるように構成されている。つまり、車輪２０を回転駆動させずに、バッテリ１３に電力を充電することができる。
【００３１】
また、駆動モータ１２のコイル３２に発生する誘起電圧Ｖは、以下の式で表される。
【００３２】
【数１】
2011167044.tif 000003
【００３３】
なお、Ｐは極数、Ｎはコイルの巻数、φは１極コイル鎖交磁束、ｔは時間を示す。上記（１）式より、鎖交磁束数が小さくても、変化時間が短ければ（周波数が高ければ）、高い誘起電圧Ｖが得られることが分かる。
【００３４】
ステップＳ１６では、ＰＣＵ２３によりバッテリ１３へ供給する電力（電流）を調整する充電制御を行い、バッテリ１３の充電が完了したら処理を終了する。
【００３５】
一方、外部機器５０側の流れとしては、ステップＳ２１で外部機器５０が電気自動車１０を検知したか否かを判定する。電気自動車１０を検知した場合にはステップＳ２２へ進み、車両を検知していない場合はそのまま処理を終了する。
【００３６】
ステップＳ２２では、外部機器５０を所定の位置にセットしたか否かを判定する。所定の位置にセットしたらステップＳ２３へ進み、セットしていない場合にはステップＳ２２を繰り返す。
【００３７】
ステップＳ２３では、電気自動車１０側からの充電許可信号が入力されたか否かを判定する。充電許可信号が入力されたらステップＳ２４へ進み、入力されていない場合はステップＳ２３を繰り返す。
【００３８】
ステップＳ２４では、外部機器５０を駆動させて、バッテリ１３へ充電を行う。充電が完了したら処理を終了する。
【００３９】
本実施形態によれば、駆動モータ１２のロータ３５を回転させることなくステータ３３へ回転磁界を印加することができるため、車両（電気自動車１０）が静止した状態であってもコイル３２の渡り部４５に誘起電圧が発生する。したがって、誘起電圧に伴ってコイル３２には電流が流れ、その電流をバッテリ１３に送電することで充電することが可能となる。つまり、外部機器５０を用いて非接触給電を行うことができ、かつ、この給電行為は走行時の回生電力の充電動作と略同一の行為であるため、車両側に２次コイルやコネクタなどの充電用の付帯部品の設置が不要となる。結果として、簡易な構成で充電を行うことができる。
【００４０】
また、充電時にブレーキ４６を動作させることにより、充電時に発生する回生トルクによって停止中の車両が動いてしまうのを確実に防止することができる。
【００４１】
さらに、ホイール２１を非導電性物質で形成したため、充電中にホイール２１に電流が流れず、かつ、磁束は通過させることができる。したがって、充電中にホイール２１が発熱してしまうのを防止することができる。また、ホイール２１に渦電流が流れて損失が生じるのを防止することができるため、充電効率を向上することができる。
【００４２】
なお、本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や形状などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
【００４３】
例えば、本実施形態では、外部機器５０として永久磁石５４をモータ５１で回転させることにより磁束を発生するものを採用した場合の説明をしたが、図１０、図１１に示すように、外部機器１５０として、交流電源装置１５１と、交流電源装置１５１に連結された軸部１５２と、軸部１５２の先端に配された円板部材１５３と、円板部材１５３の表面に周方向に沿って略等間隔に形成されたコア１５４と、コア１５４の周縁を覆うように巻き回されたコイル１５５と、を備えている。交流電源装置１５１は、コイル１５５に電流を流すことができるように接続されている。なお、軸部１５２は軸方向に伸縮可能に構成されている。図１２に示すように、このように構成された外部機器１５０を用い、コア１５４がステータ３３（ステータコア３１）に対向するように配置して、交流電源装置１５１より交流電流をコイル１５５に印加することにより、回転磁界を発生させることができ、上記実施形態と略同一の作用効果を得ることができる。また、交流電流の大きさで、鎖交磁束の大きさをコントロールすることができ、駆動モータ１２の誘起電圧を回転磁界の周波数以外でコントロールできる。
【００４４】
また、本実施形態では、ブレーキ４６がかかっているかどうかを確認するように構成したが、ブレーキ４６の動作確認を行わないように構成してもよい。また、ブレーキ４６の動作確認の代わりに、サイドブレーキがかかっているか否かを確認するように構成したり、シフトレバーがパーキングになっているか否かを確認するように構成したりしてもよい。
【００４５】
また、本実施形態では、電動車両として電気自動車（四輪車）を用いて説明したが、電動二輪車や電動カートなどにも採用することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１０…電気自動車（電動車両）  １２…駆動モータ（モータ）  １３…バッテリ  ２０…車輪  ２１…ホイール  ２３…ＰＣＵ（電流制御装置）  ３１…ステータコア  ３２…コイル  ３３…ステータ  ３４…導線  ３５…ロータ  ４５…渡り部（架け渡し部分）  ４６…ブレーキ（非駆動手段）  ５０…外部機器
【図１】
2011167044.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2011167044.tif 000014
【図１２】
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