(57)【要約】【課題】  駆動装置において、簡易かつ低廉な構造により電動機の冷却効率を向上させ、電動機の効率を向上させることにある。【解決手段】  電動機駆動車両の駆動装置１であって、電動機３と、電動機３の駆動軸４が連結される減速装置５と、減速装置５の減速出力軸６が連結される差動装置７と、差動装置７から左右に延びる一対の差動出力軸８と、各差動出力軸８に連結される一対の車輪１２と、電動機３と減速装置５と差動装置７とを覆うハウジング９とを備えている。電動機３は、ＳＲモータ１３を採用しており、円筒状のステータ１４と、駆動軸４の外周部に相対回転不能に固定され、ステータ１４の内部に回転可能に配置された円筒状のロータ１７とを有している。ロータ１７は、電動機３を空冷するために第１羽根車１９及び第２羽根車２０を有しており、第１羽根車１９及び第２羽根車２０はロータ１７に相対回転不能に固定されている。【選択図】      図１
2005224084.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機駆動車両の駆動装置であって、
電動機と、
前記電動機の駆動軸が連結される減速装置と、
前記減速装置の減速出力軸が連結される差動装置と、
前記差動装置から左右に延びる一対の差動出力軸と、
前記各差動出力軸に連結される一対の車輪と、
前記電動機と減速装置と差動装置とを覆うハウジングとを備え、
前記電動機は、ＳＲモータであり、
円筒状のステータと、
前記駆動軸の外周部に相対回転不能に固定され、前記ステータの内部に回転可能に配置された円筒状のロータと、
前記電動機を空冷するための、前記ロータに相対回転不能に固定された羽根車とを有する、
駆動装置。
【請求項２】
前記羽根車は、前記ロータの軸方向両端に配置された、請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記羽根車は、前記ロータの軸方向に向かって一方向にのみ空気が流れるよう配置された、請求項１または２に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記羽根車は、非磁性体で構成される、請求項１から３のいずれかに記載の駆動装置。
【請求項５】
前記ハウジングは、内部の空気を排出するための排気口を有している、請求項１から４のいずれかに記載の駆動装置。
【請求項６】
前記ハウジングは、外部から空気を吸い込むための吸気口を有している、請求項１から５のいずれかに記載の駆動装置。
【請求項７】
前記電動機駆動車両は、フォークリフトである、請求項１から６のいずれかに記載の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機にて駆動する車両の駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両の駆動装置として内燃機関を採用するのが一般的であったが、近年、環境問題がクローズアップされたことに伴い、排気ガスによる大気汚染や騒音の少ない電気自動車が注目され始めている。電気自動車は、電力により回転する電動機を動力源としているため、排気ガスの排出がなく内燃機関に比べて騒音も小さい。よって、自動車だけに限らず、フォークリフトなど従来から内燃機関と電動機の両方を駆動装置として採用している分野についても、作業環境の改善などを目的として電動機の採用される割合が年々高くなってきている。
【０００３】
フォークリフトなどの電動機駆動車両の駆動装置は、通常、電動機の回転数を減速装置にて減速し、減速された回転を減速出力軸により差動装置へ伝え、さらに差動装置を介して差動出力軸から各駆動輪に伝達する方式が一般的である。電動機や減速装置は、差動出力軸の軸方向側方に配置される場合、電動機や減速装置の占めるスペースが大きく、駆動装置自体が大型化すると共に重量も増大する。自動車の場合は、車両の重量の一部、フォークリフトの場合は、車両の重量以外にも、荷物を運搬するための可動式フォーク部や運搬物の重量もかかってくるため、負荷が大きくなる。よって、小型化、軽量化を目的として、減速装置に遊星歯車を採用することにより、電動機の駆動軸と減速装置の減速出力軸と差動出力軸とを同軸状に配置する同軸タイプの技術が考案されている。
【０００４】
従来、電動機には、直流モータまたは交流モータが採用されている。直流モータは高回転時はトルクが小さくなり、交流モータは、トルクに比べて電動機本体が大きくなる。よって、必要トルクを得るために電動機は大型のものが採用されており、駆動装置も大型化する傾向にあった。そこで、低回転時に高トルクが得られるＳＲモータを電動機として採用する場合も考えられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電動機は、コイルへ通電することによりコイルが発熱するため、冷却が必要である。ＳＲモータもその例外ではない。駆動装置の電動機は、ハウジング内部に設置されていることが一般的であり、ハウジング内部に熱がこもりやすいため、電動機の冷却効率が低下する傾向にある。冷却効率が低下すると、電動機の効率も低下する。また、電動機内部に巻かれたコイルが、過熱により焼損する可能性もある。電動機として採用しているＳＲモータは、ステータ側にコイルを巻いているため、従来の直流モータに比べて比較的冷却は容易であるが、コイルからの発熱は避けられないため、何らかの方法で冷却する必要がある。冷却方法としては、別途電動ファンを設けたり、水または油を循環させる等が考えられるが、構造の複雑化、製造コストの上昇が問題となっていた。
【０００６】
本発明の目的は、駆動装置において、簡易かつ低廉な構造により電動機の冷却効率を向上させ、電動機の効率を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の駆動装置は、電動機駆動車両の駆動装置である。駆動装置は、電動機と、電動機の駆動軸が連結される減速装置と、減速装置の減速出力軸が連結される差動装置と、差動装置から左右に延びる一対の差動出力軸と、各差動出力軸に連結される一対の車輪と、電動機と減速装置と差動装置とを覆うハウジングとを備えている。電動機は、ＳＲモータを採用しており、円筒状のステータと、駆動軸の外周部に相対回転不能に固定され、ステータの内部に回転可能に配置された円筒状のロータとを有している。ロータは、電動機を空冷するために羽根車を有しており、羽根車はロータに相対回転不能に固定されている。
【０００８】
この駆動装置では、電動機に空冷するための羽根車が備えられているため、電動機の冷却効率が向上し、電動機の効率を向上させることができる。また、コイルが過熱により焼損するのを防止できる。
【０００９】
請求項２に記載の駆動装置は、請求項１において、羽根車がロータの軸方向両端に配置されている。
【００１０】
この駆動装置では、羽根車がロータの軸方向両端に取り付けられているため、冷却空気量が多くなり、電動機の空冷を確実に行うことができる。
【００１１】
請求項３に記載の駆動装置は、請求項１または２において、羽根車がロータの軸方向に向かって一方向にのみ空気が流れるよう配置されている。
【００１２】
この駆動装置では、羽根車がロータの軸方向の一方向にのみ空気が流れるよう配置されているため、冷却空気の流れが安定し、電動機の冷却効率が向上する。
【００１３】
請求項４に記載の駆動装置は、請求項１から３のいずれかにおいて、羽根車が非磁性体で構成される。
【００１４】
この駆動装置では、羽根車が非磁性体で構成されるため、電動機で発生する磁力の影響を受けず、ロータの回転に悪影響を及ぼさない。
【００１５】
請求項５に記載の駆動装置は、請求項１から４のいずれかにおいて、ハウジングが内部の空気を排出するための排気口を有している。
【００１６】
この駆動装置では、ハウジングが排気口を有しているため、電動機で発生した熱をハウジングの外部に排出することができ、電動機の冷却効率がより向上する。
【００１７】
請求項６に記載の駆動装置は、請求項１から５のいずれかにおいて、ハウジングが外部の空気を吸い込むための吸気口を有している。
【００１８】
この駆動装置では、ハウジングが吸気口を有しているため、排気が容易となり電動機の冷却効率がより向上する。
【００１９】
請求項７に記載の駆動装置は、請求項１から６のいずれかにおいて、電動機駆動車両がフォークリフトである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明にかかる駆動装置であれば、簡易かつ低廉な構造により電動機の冷却効率を向上させ、電動機の効率を向上させることにある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
（１）電動機駆動車両の駆動装置の構造
電動機駆動車両の駆動装置の構造について説明する。図１に電動機駆動車両の駆動装置の構造図を示す。電動機駆動車両の駆動装置１は、主に、電動機３と、減速装置５と、差動装置７と、軸支持機構２と、車輪１２と、ハウジング９とから構成される。電動機３は、駆動軸４を電力により回転させる車両の動力源であり、電動機３から駆動軸４が左右へ延びている。駆動軸４は中空の円筒状部材で、一端が減速装置５に連結されている。
【００２２】
減速装置５は、駆動軸４の回転数を減速するためのもので、内部は遊星歯車で構成されている。減速装置５の減速出力軸６は、差動装置７に連結されており、減速装置５にて減速された回転が差動装置７に伝達される。差動装置７は、減速出力軸６の回転を左右の車輪１２へ別個独立に伝達するためのもので、差動装置７からは２本の差動出力軸８が車輪１２に向かって左右に延びている。一方の差動出力軸８は、減速装置５と駆動軸４とを同軸状に貫通している。車輪１２は、環状の部材であり、駆動装置１の両端に配置されている。車輪１２の内周部には、各差動出力軸８の一端が相対回転不能に固定されており、差動出力軸８の回転が伝達される。
【００２３】
電動機３、減速装置５、差動装置７は、ハウジング９により覆われており、電動機３と減速装置５はハウジング９内部に固定されている。差動装置７は、周辺の軸受により回転可能に支持されている。ハウジング９は、一対のアクスルブラケット１０と、ケーシング１１とで構成されている。また、ケーシング１１は、一対のアクスルブラケット１０の間に配置されており、アクスルブラケット１０とそれぞれ固定されている。
【００２４】
アクスルブラケット１０は、差動出力軸８が電動機３側から左右の車輪１２側へ向かってハウジング９を貫通する部分に配置されている。また、アクスルブラケット１０と差動出力軸８と車輪１２とを同軸状に支持するために、軸支持機構２がアクスルブラケット１０を貫通している。各軸支持機構２は、内部に設けられた軸受により、駆動軸４の一端と、差動出力軸８の一端とを回転可能に支持している。これらの構造により、ハウジング９と車輪１２と軸支持機構２とは、車両等の重量を支持しつつ、電動機３で発生する回転を車輪１２に伝達することができる。
【００２５】
（２）電動機の構造
前述の駆動装置の電動機として、本発明ではＳＲモータを採用している。図２にＳＲモータを採用した場合の電動機の軸方向断面図の一例を示す。ＳＲモータ１３は、主に、ステータ１４と、ロータ１７とから構成される。ステータ１４は、円筒状部材であり、外周部がケーシング１１に相対回転不能に固定されている。ステータ１４の内周部には、円周方向に複数配置された突極１５が径方向内側へ向かって形成されている。各突極１５は、軸方向に延びた板状の部材であり、径方向に対してコイル１６が巻かれている。コイル１６には、車両に搭載されたバッテリー等の電力供給源により通電を可能としている。
【００２６】
ロータ１７は、磁性体で構成される円筒状部材であり、駆動軸４の外周側に相対回転不能に固定されている。ロータ１７の外周部には、円周方向に複数配置された突起１８が径方向外側へ向かって形成されている。突起１８は、軸方向に延びた板状の部材である。ロータ１７は、ステータ１４の内部に相対回転可能に収容されている。具体的には、ロータ１７は、突起１８の外周面が、突極１５及びコイル１６の内周面と接触しないよう、微少隙間を保った状態で回転可能に支持されている。図２では、ステータ１４の突極１５は３相式の６極ステータ、及び４極ロータの例を示している。
【００２７】
ＳＲモータ１３は、ステータ１４の突極１５に巻かれたコイル１６にロータ１７の位置情報に基づいて電流を供給し、突極１５に生ずる連続的な磁気吸引力により回転運動を作り出す。具体的には、ステータ１４の向かい合った突極１５に電流を流すと磁力が発生し、一方のロータ１７の突起１８は一方のステータ１４の突極１５に吸引され、もう一方のロータ１７の突起１８はもう一方のステータ１４の突極１５に吸引され、時計回りにトルクが発生する。ロータ１７の突起１８とステータ１４の突極１５が完全に重なる位置になると、磁気回路のリラクタンス（磁気抵抗）が最小となり、吸引力は径方向のみとなってトルクは発生しなくなる。この状態で、通電しているコイル１６に対して、ロータ１７の回転と逆方向に位置する向かい合ったコイル１６へ通電を切り換えて突極１５に磁力を発生させると、その突極１５に近接している突起１８が磁力により吸引されて、ロータ１７は時計回りに回転する。よって、通電させるコイル１６を切り換えていく方向は、ロータ１７の回転方向と逆となる。このように、通電するコイル１６の位置を順次切り換えることにより、ロータ１７を回転させている。
【００２８】
ＳＲモータ１３を直流及び交流モータと比較すると、直流モータは、磁界中に通電したコイルをおき、コイルに発生する電磁力を利用してロータを回転させている。交流モータは、交流により回転磁界を作り出し、電磁誘導により発生した電磁力を利用してロータを回転させている。一方、ＳＲモータ１３は、コイル１６に通電した際に発生する磁気吸引力を利用してロータ１７を回転させている。
【００２９】
直流モータは、電圧と電流で回転数とトルクを制御するため、低回転時には電磁力が大きくなり高トルクが得られるが、高回転時には電磁力が小さくなるため、得られるトルクも小さくなる。交流モータは、直流モータに比べてトルクが小さく、回転数は周波数で、トルクは電流で制御するため、制御性がコストアップにつながる。トルクが小さいため、電動機も大型のものを選定せざるを得ない。
【００３０】
しかし、ＳＲモータ１３は、コイル１６への通電を切り換えるタイミングを変えることで回転数を調整でき、電流によってトルクを調整できるため、回転数とトルクを別個独立に制御できる。特に、低回転時に多くの電流を流すことができ高トルクが得られるため、車両の低速域の必要トルクにより電動機３が大きくなっていた直流及び交流モータに比べて、小さい電動機３を選定できる。
【００３１】
また、直流モータは、ロータにコイルが巻かれているため、コイルに電流が流れることでロータが発熱する。ロータの発熱により電動機本体も熱を帯びるため、ロータにファンを取り付け、ロータの回転を利用してステータ外部を空冷している。しかし、発熱するロータ自体の冷却は構造上困難であるため、ロータに固定されている駆動軸や軸受が熱伝導により熱を帯びることとなり、駆動装置全体が熱を帯びた状態となる。電動機本体の温度が高くなると、コイルの破損につながるため好ましくない。
【００３２】
しかし、本発明にて採用しているＳＲモータ１３は、ステータ１４にコイル１６が巻かれているため、ロータ１７の発熱がなく、駆動軸や軸受等を介して熱が伝わることもない。また、ステータ１４がコイル１６により発熱するが、ステータ１４は回転しないため、ロータ１７が発熱する場合に比べて冷却が容易である。
【００３３】
（３）電動機周辺の構造
図３に電動機周辺の構造図を示す。駆動装置の電動機３は、通常ハウジング９により覆われているため、前述の如く、電動機３の冷却を行う際には、ハウジング９内部に熱がこもらないよう、冷却後の空気をハウジング９外部へ排出する必要がある。よって、ハウジング９には、冷却後の空気を排出するための排気口２２と、排気口２２から排出された分の空気を補充するための吸気口２３とが設けられている。排気口２２は、軸支持機構２とアクスルブラケット１０との係合部周辺に複数設けられた孔である。吸気口２３は、ケーシング１１の円周方向に複数設けられた孔である。
【００３４】
図４に図２のＡ−Ａ断面図を示す。ロータ１７の軸方向端部周辺に、第１羽根車１９及び第２羽根車２０が駆動軸４と相対回転不能に固定されている。具体的には、第１羽根車１９は、ロータ１７の軸方向減速装置５側に、第２羽根車２０は、第１羽根車１９の反対側にそれぞれ配置されている。第１羽根車１９及び第２羽根車２０は、内周部に環状のハブ１９ａ及び２０ａを有している。ハブ１９ａ及び２０ａは、駆動軸４の外周部に相対回転不能に固定されている。また、ハブ１９ａ及び２０ａは、ロータ１７の軸方向端部に近接している。
【００３５】
ハブ１９ａ及び２０ａは、外周部に複数のブレード１９ｂ及び２０ｂを有している。ブレード１９ｂ及び２０ｂは、ハブ１９ａ及び２０ａの外周部から径方向外側に突出した複数の板状部材であり、ロータ１７の回転により軸方向へ空気を送り出せるように形状が決定されている。これにより、ハブ１９ａ及び２０ａがロータ１７と駆動軸４と一体で回転すると、ブレード１９ｂ及び２０ｂにより軸方向へ空気を送ることができる。空気の流れる効率を考慮して、第１羽根車１９と第２羽根車２０とは、互いに同じ方向に空気を流せるよう配置されている。本実施形態では、電動機３に対して軸方向減速装置５側と反対側に空気が流れるよう配置されている。
【００３６】
ロータ１７には、外周部に突起１８が形成されており、隣接する突起１８同士の間には、軸方向に空気流路２１が形成されている。第１羽根車１９及び第２羽根車２０がロータ１７と一体回転すると、軸方向減速装置５側と反対側に空気が流れる。空気流路２１は、ロータ１７と共に回転しているため、第１羽根車１９により送られた空気もロータ１７と共に回転しながら、空気流路２１を通って第２羽根車２０側まで通り抜ける。これにより、発熱したステータ１４及びコイル１６を空気により冷却することができる。
【００３７】
空気流路２１を通り抜けた空気は、第２羽根車２０によりさらに軸方向へ送られ、排気口２２からハウジング９外部へ排出される。ハウジング９内部の空気が外部へ排出されると、新たに吸気口２３から空気がハウジング９内部に吸い込まれ、第１羽根車１９によりＳＲモータ１３の内部へ送られる。よって、排気口２２及び吸気口２３を設けることで、ＳＲモータ１３で発生した熱をハウジング９の外部に排出しやすくなり、ＳＲモータ１３の冷却効率がより向上する。
【００３８】
また、ロータ１７は、コイル１６への通電により発生した磁界に反応させるため、磁性体で構成されているが、第１羽根車１９及び第２羽根車２０が磁界に反応すると、ロータ１７の回転を阻害する恐れがある。よって、第１羽根車１９及び第２羽根車２０は非磁性体で構成されており、ロータ１７の回転を妨げない。
【００３９】
（４）作用効果
本発明の作用効果を以下にまとめる。
【００４０】
電動機３に空冷するための第１羽根車１９及び第２羽根車２０が備えられているため、電動機３の冷却効率を向上させることができ、電動機３の効率を向上させることができる。また、コイル１６の過熱による焼損を防止できる。
【００４１】
第１羽根車１９及び第２羽根車２０がロータ１７の軸方向両端に取り付けられているため、冷却空気量が多くなり、電動機３の空冷を確実に行うことができる。また、第１羽根車１９及び第２羽根車２０がロータ１７の軸方向の一方向にのみ空気が流れるよう配置されているため、冷却空気の流れが安定し、電動機３の冷却効率が向上する。
【００４２】
第１羽根車１９及び第２羽根車２０は、非磁性体で構成されているため、ロータ１７の回転を妨げない。
【００４３】
ハウジング９が排気口２２を有しているため、電動機３で発生した熱をハウジング９の外部に排出することができ、電動機３の冷却効率がより向上する。また、ハウジング９が吸気口２３を有しているため、排気が容易となり電動機３の冷却効率がより向上する。
【００４４】
（５）その他の実施形態
本発明はかかる上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。
【００４５】
本発明のその他の実施形態を以下に示す。
１）突極及び突起
前述の実施形態では、６極ステータ及び４極ロータにて記載したが、極数はこれに限定されない。また、突極１５及び突起１７の円周方向に均等配置としたが、不均等な配置でもよい。
【００４６】
２）冷却空気の流れ方向
前述の実施形態では、電動機３に対して軸方向減速装置５側と反対側に冷却空気が流れるよう羽根車を配置しているが、軸方向減速装置５側へ向かって流れるように配置してもよい。
【００４７】
３）排気口及び吸気口の位置
前述の実施形態では、アクスルブラケット１０に排気口２２を、ケーシング１１に吸気口２３を設けていたが、その位置は前述のものに限定されるものではなく、電動機３や減速装置５等の配置、冷却空気の流れる方向等に合わせて、その他の位置に設けてもよい。
【００４８】
４）排気口及び吸気口の蓋
前述の実施形態では、排気口２２及び吸気口２３を孔のみで記載したが、内部に異物が混入しないよう網や空気の流路を確保した蓋等を設置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】電動機駆動車両の駆動装置の構造図。
【図２】ＳＲモータを採用した場合の電動機の軸方向断面図。
【図３】電動機周辺の構造図。
【図４】図２のＡ−Ａ断面図。
【符号の説明】
【００５０】
１    駆動装置
３    電動機
５    減速装置
７    差動装置
１２  車輪
１３  ＳＲモータ
１４  ステータ
１７  ロータ
１９  第１羽根車
２０  第２羽根車
２１  空気流路
２２  排気口
２３  吸気口
【図１】
2005224084.tif 000003
【図２】
2005224084.tif 000004
【図３】
2005224084.tif 000005
【図４】
2005224084.tif 000006