JP2007060748A - Superconducting multishaft motor and vehicle equipped therewith - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超電導多軸モータおよびそれを備えた車両に関し、詳しくは、超電導材料を用いたモータに独立して回転する駆動軸が複数存在するものに関する。 The present invention relates to a superconducting multi-axis motor and a vehicle including the superconducting multi-axis motor, and more particularly to a motor having a plurality of drive shafts rotating independently of a motor using a superconducting material.
近年、ガソリン等の化石燃料の枯渇や排気ガスによる環境悪化を改善すべく、電気エネルギーによりモータを駆動して走行する電気自動車やハイブリッド自動車の開発が進められている。この場合、常電導モータを使用した場合には、電気抵抗による銅損が発生して低効率となると共に通電電流に限界があるために高出力化が困難となる問題がある。一方、特開平6−6907号公報、特開平5−276734号公報等に開示されているように、超電導モータを採用すれば、超電導材料での銅損がなくなり高効率になると共に小型化および高出力化を図ることが可能となる。図5に示す超電導モータ1は、超電導材料で形成された回転子2を駆動軸3に外嵌固定していると共に、回転子2の外周側に所要の空隙をあけて断面円筒状の固定子4を配置し、磁束方向が径方向に向くようにしている。
In recent years, in order to improve the exhaustion of fossil fuels such as gasoline and the deterioration of the environment due to exhaust gas, the development of electric vehicles and hybrid vehicles that run by driving a motor with electric energy has been promoted. In this case, when a normal conducting motor is used, there is a problem that copper loss occurs due to electrical resistance, resulting in low efficiency and a difficulty in increasing output because of a limit in the energization current. On the other hand, as disclosed in JP-A-6-6907, JP-A-5-276734, etc., if a superconducting motor is employed, copper loss in the superconducting material is eliminated and high efficiency is achieved, while miniaturization and high performance are achieved. It is possible to achieve output. A
しかしながら、超電導モータ1では回転子2の超電導材料で強力な磁束を発生させているにも関わらず、N極・S極の片側しか有効利用されていない。即ち、固定子4との対向側である回転子2の外周側の磁極しか利用されておらず、回転子2の内周側に発生する磁極はトルクに寄与しないため非効率となる問題がある。
However, although the
また、近年の自動車では、走行状況に合せて左右の両輪の回転数を相違させ、走行安定性を向上させたものが現れているが、このような自動車では、図6に示すように、1軸モータ1からの出力をディファレンシャルギア5を介して各車輪に伝達することで、各車輪に回転差を発生させている。しかしながら、ディファレンシャルギア5は重量・体積ともに大きく車両の小型軽量化に反すると共に、ギアで発生する伝達ロス(モータ出力の約3〜7%のロス)も大きいため好ましくない。
図7に示すように、四輪の夫々のタイヤホイール内に1軸モータ1を内蔵する所謂インホイールモータも現れているが、モータ数が多くなるため車両重量およびコストが増大する。また、トルクを稼ぐためにモータ1と車輪との間に減速機6を介設するため、減速機6のギアで発生する伝達ロス(モータ出力の約1〜3%のロス)も存在する。
As shown in FIG. 7, a so-called in-wheel motor that incorporates the single-
本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、超電導モータの磁束利用効率を向上させると共に、小型化を図り且つ伝達ロスも低減することを課題としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to improve the magnetic flux utilization efficiency of a superconducting motor, to reduce the size, and to reduce transmission loss.
前記課題を解決するため、本発明は第1に、磁束方向を軸線方向に向けた超電導界磁体を有するステータと、
前記ステータの軸線方向の一側に対向配置され、磁束方向を軸線方向に向けた電機子コイルを有する第1ロータと、
前記ステータの軸線方向の他側に対向配置され、磁束方向を軸線方向に向けた電機子コイルを有する第2ロータと、
前記第1ロータに固定された第1駆動軸と、
前記第2ロータに固定されて前記第1駆動軸とは独立して回転する第2駆動軸とを備えていることを特徴とする超電導多軸モータを提供している。
In order to solve the above problems, the present invention firstly, a stator having a superconducting field magnet with the magnetic flux direction oriented in the axial direction,
A first rotor having an armature coil disposed opposite to one side in the axial direction of the stator and having a magnetic flux direction in the axial direction;
A second rotor having an armature coil disposed opposite to the other axial direction of the stator and having a magnetic flux direction in the axial direction;
A first drive shaft fixed to the first rotor;
A superconducting multi-axis motor is provided, comprising a second drive shaft fixed to the second rotor and rotating independently of the first drive shaft.
前記構成とすると、超電導界磁体で発生する強力な磁束はステータの両側にN極とS極を発生させるが、ステータの両側にロータを配置しているので、超電導界磁体で発生する界磁をトルク発生に有効利用することができる。また、第1ロータと第2ロータにはそれぞれ独立して駆動軸を取り付けているので、各ロータの電機子コイルへの通電を相違させて各ロータの回転数を相違させることで、第1駆動軸と第2駆動軸との夫々の回転数を独立して異ならせることが可能となる。なお、前記超電導界磁体は、超電導界磁コイルあるいは超電導界磁バルクとしていると好ましい。 With the above configuration, the strong magnetic flux generated in the superconducting field magnet generates N and S poles on both sides of the stator, but since the rotor is disposed on both sides of the stator, the magnetic field generated in the superconducting field magnet is not generated. It can be used effectively for torque generation. In addition, since the drive shafts are independently attached to the first rotor and the second rotor, the first drive can be achieved by making the energization to the armature coil of each rotor different to make the rotation speed of each rotor different. The rotational speeds of the shaft and the second drive shaft can be made different independently. The superconducting field body is preferably a superconducting field coil or a superconducting field bulk.
前記超電導界磁コイルあるいは/および前記電機子コイルの中空部には圧粉磁性体を磁心として配置していると好ましい。
前記構成とすると、圧粉磁性体は金型による成形が容易であり加工性に優れると共に、磁気特性が等方的となる利点がある。また、圧粉磁性体は、磁性粉末を絶縁樹脂で結合し、あるいは、被膜で覆った磁性粉末を絶縁樹脂で結合した構成とすることで、個々の磁性粉末の間が樹脂で絶縁され、一般の軟磁性材料よりも渦電流損失が低減されて磁気特性に優れる磁心が得られ、コイルの磁束を強化することができる。
It is preferable that a powder magnetic material is disposed as a magnetic core in the hollow portion of the superconducting field coil and / or the armature coil.
With the above-described configuration, the dust magnetic body is advantageous in that it is easy to mold with a mold and has excellent workability and isotropic magnetic characteristics. In addition, the magnetic powder body has a structure in which the magnetic powder is bonded with an insulating resin, or the magnetic powder covered with a coating is bonded with an insulating resin, so that the individual magnetic powders are insulated with a resin. As compared with the soft magnetic material, eddy current loss is reduced and a magnetic core having excellent magnetic characteristics can be obtained, and the magnetic flux of the coil can be strengthened.
前記第1ロータおよび前記第2ロータの前記電機子コイルは超電導材で形成していると好適である。
即ち、電機子コイルも超電導化することで大電流を流すことが可能となり、電機子コイルの巻数を大幅に低減することができる。したがって、コイル中心に中空部を大きく形成できるため、該中空部に配置する磁心も大きくでき、磁束を強化してトルクアップを図ることが可能となる。
The armature coils of the first rotor and the second rotor are preferably formed of a superconducting material.
That is, by making the armature coil superconductive, a large current can flow, and the number of turns of the armature coil can be greatly reduced. Therefore, since the hollow portion can be formed large in the center of the coil, the magnetic core disposed in the hollow portion can be increased, and the magnetic flux can be strengthened to increase the torque.
本発明は第2に、前記超電導多軸モータを搭載した車両であって、
前記第1駆動軸を第1車輪に接続していると共に、前記第2駆動軸を第2車輪に接続していることを特徴とする車両を提供している。
Second, the present invention is a vehicle equipped with the superconducting multi-axis motor,
The vehicle is characterized in that the first drive shaft is connected to a first wheel and the second drive shaft is connected to a second wheel.
前記構成とすると、前記超電導多軸モータによれば1台のモータで2つの駆動軸の回転速度を独立して制御することが可能なため、第1車輪と第2車輪とに異なる回転数を与えることができる。したがって、2台のモータで2つの車輪を駆動するよりも全体としてモータの小型化が図れると共に、従来のようなディファレンシャルギア等を介設する必要がなくなり、動力伝達ロスを低減することが可能となる。また、ディファレンシャルギア等を廃止できることで、車両の小型軽量化にも貢献する。なお、第1車輪は右輪で第2車輪は左輪としていると好ましい。 With the above configuration, according to the superconducting multi-axis motor, the rotational speeds of the two drive shafts can be controlled independently by a single motor, so different rotation speeds are applied to the first wheel and the second wheel. Can be given. Therefore, it is possible to reduce the size of the motor as a whole rather than driving two wheels with two motors, and it is not necessary to use a differential gear or the like as in the prior art, and it is possible to reduce power transmission loss. Become. In addition, the ability to eliminate the differential gear and the like contributes to a reduction in the size and weight of the vehicle. The first wheel is preferably a right wheel and the second wheel is a left wheel.
前記第1駆動軸は第1車輪に直結接続していると共に、前記第2駆動軸は第2車輪に直結接続していると好ましい。
即ち、従来のインホイールモータの場合は減速機を介設してトルクを向上させていたが、モータの超電導化を行うことでトルクが増大するため、減速機なしのダイレクトドライブで車両を駆動することができ、重量低減、スペース増と共に動力伝達率の向上を図ることができる。
Preferably, the first drive shaft is directly connected to the first wheel, and the second drive shaft is directly connected to the second wheel.
In other words, in the case of the conventional in-wheel motor, the torque is improved through the reduction gear, but the torque is increased by superconducting the motor, so the vehicle is driven by the direct drive without the reduction gear. It is possible to improve the power transmission rate as well as reducing the weight and increasing the space.
以上の説明より明らかなように、第1の発明によれば、ステータの両側にロータを配置しているので、超電導界磁体で発生する界磁の両極をトルク発生に有効利用できる。また、一対のロータはそれぞれ独立して駆動軸を取り付けているので、各ロータの回転数を相違させることで、第1駆動軸と第2駆動軸との夫々の出力回転数を異ならせることができる。
また、第2の発明によれば、ディファレンシャルギア等による動力伝達ロスを無くしつつ、1台のモータで2つの車輪に異なる回転数を与えることができると共に、車載モータ数の低減および車両の小型軽量化にも貢献する。
As apparent from the above description, according to the first invention, since the rotor is arranged on both sides of the stator, both poles of the field generated in the superconducting field body can be effectively used for torque generation. Further, since the pair of rotors are independently attached with the drive shafts, the output rotational speeds of the first drive shaft and the second drive shaft can be made different by changing the rotational speed of each rotor. it can.
In addition, according to the second invention, it is possible to give different rotational speeds to two wheels with one motor while eliminating a power transmission loss due to a differential gear or the like, and to reduce the number of on-vehicle motors and reduce the size and weight of the vehicle. Contribute to the realization.
本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図1は第1実施形態のアキシャルギャップ型の超電導多軸モータ10を示し、ステータ11の軸線方向の一側に第1ロータ12を対向配置していると共に、他側に第2ロータ13を対向配置している。また、第1ロータ12には第1駆動軸27を固定していると共に、第2ロータ13には第2駆動軸28を同一軸線上に固定している。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an axial gap type superconducting
ステータ11は略円盤形状で、ケーシング等の固定部Gに固定された樹脂等の非磁性体からなる支持部14の中心に左右一対の軸受18、19を配置し、その外周側には周方向に等間隔をあけてコイル取付穴14aを複数設けている。これらコイル取付穴14aに円環状で真空断熱構造の断熱冷媒容器15を埋設し、断熱冷媒容器15に超電導材からなる巻線である超電導界磁コイル16を収容している。即ち、超電導界磁コイル16の軸線を各駆動軸27、28の軸線と平行に配置することで、コイル16の磁束方向を軸線方向に向けている。また、断熱冷媒容器15の中空部には磁性体からなる磁心17を配置している。このように、複数の超電導界磁コイル16を軸線回りの周方向に間隔をあけて取り付け、夫々の超電導界磁コイル16の磁束方向が軸線方向を向くように配置している。
The
磁心17は、磁性粉末(鉄粉等)を絶縁樹脂でプレス結合して加熱処理を施した圧粉磁性体、あるいは、被膜(燐酸化合物被膜等)で覆った磁性粉末(鉄粉等)を絶縁樹脂で結合して加熱処理を施した圧粉磁性体としている。圧粉磁性体の結合用樹脂としては、ポリフェニレンサルファイドや可溶性ポリイミド等の樹脂が好適に用いられる。
超電導界磁コイル16を形成する超電導材としては、ビスマス系やイットリウム系等の超電導材を用いている。断熱冷媒容器15には、図示しない冷媒供給部から液体窒素等の極低温の冷媒が供給されている。また、超電導界磁コイル16には、図示しない電源装置から給電がなされている。
The
As a superconducting material for forming the
第1ロータ12と第2ロータ13とは左右対称の略円盤形状で、第1ロータ12のヨーク21の中心に第1駆動軸27が固定されており、ヨーク21より若干延出する第1駆動軸27の端部をステータ11の軸受18に内嵌している。一方、第2ロータ13のヨーク24の中心に第2駆動軸27が独立して固定されており、ヨーク24より若干延出する第2駆動軸28の端部をステータ11の軸受19に内嵌している。
The
ヨーク21、24の外周側のステータ11との対向面側には周方向に等間隔をあけてコイル取付穴21a、24aを設け、これらコイル取付穴21a、24aに銅等の常電導材からなる複数の電機子コイル22、25を埋設している。即ち、電機子コイル22、25の軸線を各駆動軸27、28の軸線と平行に配置することで、コイル22、25の磁束方向を軸線方向に向けている。また、電機子コイル22、25の中空部には磁性体からなる磁心23、26を配置している。このように、複数の電機子コイル22、25を軸線回りの周方向に間隔をあけて取り付け、各電機子コイル22、25の磁束方向が軸線方向を向くように配置している。なお、ヨーク21、24および磁心23、26は、磁性粉末(鉄粉等)を絶縁樹脂でプレス結合して加熱処理を施した圧粉磁性体、あるいは、被膜(燐酸化合物被膜等)で覆った磁性粉末(鉄粉等)を絶縁樹脂で結合して加熱処理を施した圧粉磁性体としている。圧粉磁性体の結合用樹脂としては、ポリフェニレンサルファイドや可溶性ポリイミド等の樹脂が好適に用いられる。
以上の構成とすると、第1ロータ12の電機子コイル22と、第2ロータ13の電機子コイル25とに異なった電流をそれぞれ給電することにより、左右のロータ12、13が別々に独立して回転し、第1駆動軸27と第2駆動軸28との回転数を相違させることができる。
また、ステータ11の両側にロータ12、13を配置することで、超電導界磁コイル16で発生する強力な左右の磁極の両方をトルク発生に有効利用することができる。即ち、超電導界磁コイル16の有効利用を図ることで、高価な超電導材の使用量を抑えることができ、コストパフォーマンスが向上する。なお、超電導界磁コイル16の代わりに公知の超電導界磁バルクを用いてもよい。
With the above configuration, by feeding different currents to the
Further, by arranging the
次に、超電導多軸モータ10を搭載した車両Cについて説明する。
車両C(電気自動車)は、図3に示すように、バッテリー30と、バッテリー30からの直流電流を所定電圧の交流に変換する2つのインバータ31、32と、バッテリー30およびインバータ31、32から供給される電力により駆動される超電導多軸モータ10とを備えている。超電導多軸モータ10の第1駆動軸27には左車輪33を直結接続している一方、第2駆動軸28には右車輪34を直結接続している。なお、ステータ11の超電導界磁コイル16には直流電流を給電し、第1ロータ12および第2ロータ13には交流電流を給電している。
Next, the vehicle C equipped with the
As shown in FIG. 3, the vehicle C (electric vehicle) is supplied from the
以上の構成とすると、モータ10と車輪33、34との間に従来のようなディファレンシャルギア等を介設する必要がなくなり、動力伝達ロスを低減できる。また、ディファレンシャルギア等を廃止できることで、車両Cが小型軽量化されると共に車載スペースに余裕をもたせることができる。さらに、ギア系統を削減できることにより、ギア摩擦による騒音も無くすことができ車両Cの静寂性向上にも寄与する。また、従来のインホイールモータに比べて、車載するモータ数を半減することが可能となる。
With the above configuration, there is no need to provide a conventional differential gear or the like between the
図4は第2実施形態を示す。
第1実施形態との相違点は、第1ロータ12’と第2ロータ13’の電機子コイル41、44を超電導材で形成している点である。
第1ロータ12’および第2ロータ13’は、ヨーク21、24の外周側のステータ11との対向面側には周方向に等間隔をあけてコイル取付穴21a、24aを設け、これらコイル取付穴21a、24aに円環状で真空断熱構造の断熱冷媒容器40、43を埋設し、断熱冷媒容器40、43に超電導材からなる巻線である超電導電機子コイル41、44を収容している。また、断熱冷媒容器40、43の中空部には磁性体からなる磁心42、45を配置している。このように、複数の超電導電機子コイル41、44を軸線回りの周方向に間隔をあけて取り付け、各超電導電機子コイル41、44の磁束方向が軸線方向を向くように配置している。また、磁心42、45は、鉄粉等の磁性粉末に樹脂等で絶縁被覆を施した粉末磁性体を用いてプレス成形されたものとしている。
FIG. 4 shows a second embodiment.
The difference from the first embodiment is that the armature coils 41 and 44 of the first rotor 12 'and the second rotor 13' are formed of a superconducting material.
The
以上の構成とすると、電機子コイル41、44も超電導化して大電流を通電可能としているため、巻数を大幅低減することができ、コイル中心に大きな空間を形成することが可能となる。したがって、コイル中空部により大きな磁心42、45を配置することができ、磁束の強化が図られてトルクアップに貢献する。なお、ステータ11は第1実施形態と同様であるため同一符号を付して説明を省略する。
With the above configuration, the armature coils 41 and 44 are also superconducting to allow a large current to flow, so that the number of turns can be greatly reduced and a large space can be formed at the center of the coil. Therefore, the large
10 超電導多軸モータ
11 ステータ
12 第1ロータ
13 第2ロータ
15 断熱冷媒容器
16 超電導界磁コイル
17、23、26 磁心
18、19 軸受
21、24 ヨーク
22、25 電機子コイル
27 第1駆動軸
28 第2駆動軸
C 車両
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記ステータの軸線方向の一側に対向配置され、磁束方向を軸線方向に向けた電機子コイルを有する第1ロータと、
前記ステータの軸線方向の他側に対向配置され、磁束方向を軸線方向に向けた電機子コイルを有する第2ロータと、
前記第1ロータに固定された第1駆動軸と、
前記第2ロータに固定されて前記第1駆動軸とは独立して回転する第2駆動軸とを備えていることを特徴とする超電導多軸モータ。 A stator having a superconducting field with the magnetic flux direction in the axial direction;
A first rotor having an armature coil disposed opposite to one side in the axial direction of the stator and having a magnetic flux direction in the axial direction;
A second rotor having an armature coil disposed opposite to the other axial direction of the stator and having a magnetic flux direction in the axial direction;
A first drive shaft fixed to the first rotor;
A superconducting multi-axis motor comprising: a second drive shaft fixed to the second rotor and rotating independently of the first drive shaft.
前記第1駆動軸を第1車輪に接続していると共に、前記第2駆動軸を第2車輪に接続していることを特徴とする車両。 A vehicle equipped with the superconducting multi-axis motor according to any one of claims 1 to 4,
A vehicle having the first drive shaft connected to a first wheel and the second drive shaft connected to a second wheel.
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