JP2012010445A - アキシャルギャップ型電動車用モータ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、励磁コイルで発生する磁束の漏れを低減することで回転トルクをより大きくし得るアキシャルギャップ型の電動車用モータを提供する。
【解決手段】本発明の電動車用モータＭＴａは、駆動輪と、永久磁石片１２を備えるロータ１０と、ロータ１０の軸方向の両端面に間隔を空けてそれぞれ対向する第１および第２励磁コイル２０、３０と、第１および第２励磁コイル２０、３０におけるロータ１０に対向する第１および第２励磁コイル一方端面と対向する第１および第２励磁コイル他方端面に対向する第１および第２ステータコア４０、５０と、第１ステータコア４０と第２ステータコア５０とを連結する連結コア６０とを備え、ロータ１０は、その回転トルクを前記駆動輪に直接伝達可能に駆動輪に組み込まれ、第１ステータコア４０、第２ステータコア５０および連結コア６０は、軸を含み軸方向に平行な断面形状が略Ｈ字形状となっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両の駆動輪に直接的に設けられ、前記駆動輪を駆動するアキシャルギャップ型電動車用モータに関する。

近年、地球環境への負荷を低減するべく、総合的な燃費を向上させ、トータルな二酸化炭素の排出を抑制することができることから、モータ（電動機）を用いた、いわゆるハイブリッド自動車や電気自動車が盛んに研究開発されている。また、モータを用いた車両には、このようなハイブリッド自動車や電気自動車だけでなく、電動オートバイ（電動バイク）、電動スクータおよびアシスト自転車等の電動二輪車あるいは電動車椅子等も知られている。

このようなモータを搭載した車両には、共通の課題として、例えば乗り心地を悪くするコギングトルクの問題や体積当たりのトルクの増大化の問題がある。このような問題を解消するために、例えば、特許文献１に電動二輪車用モータが提案されている。

例えば、特許文献１に開示の電動二輪車用モータは、電動二輪車の駆動輪を減速機を介して駆動する電動モータを有し、前記電動モータは、固定子を外囲する回転子が配設されたアウターロータ型ブラシレスモータであり、かつ前記固定子の外形が１５０〜２００ｍｍであり、前記固定子にコイルが集中巻きされ、前記回転子の極数が２４であり、かつ前記固定子のスロット数が２７であり、主磁気回路として前記回転子に周方向に配設された複数の円弧状マグネットがネオジマグネットであり、前記固定子と前記回転子との間のエアギャップが前記ネオジマグネットの厚さの０．５〜１．５倍であり、前記固定子に設けられたティースの巻線部分の周方向幅が当該ティースの先端部分の周方向幅の０．４〜０．６倍であるものである。前記特許文献１によれば、このような構成の電動二輪車用モータは、コギングトルクの影響を小さくすることができ、大きなトルクを発生させることができる一方、コンパクト化することができる。

特開２００９−２８４７２６号公報

ところで、前記特許文献１に開示の電動二輪車用モータは、減速機を介して駆動輪を駆動するため、機械損失を生じてしまい、効率的に駆動輪を駆動することが難しい。そのため、モータを駆動輪に組み込んだインホイール方式とすることが考えられるが、ラジアルギャップ型であってアウターローラ型であるため、固定子のサイズ等から生じる制約によってそのラジアルギャップ位置は、駆動輪における比較的大きな半径位置、例えば、半径の中央に位置し、そこで回転トルクを発生することになるので、大きな回転トルクを得るためには、比較的大きな電流を必要としてしまう。

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、励磁コイルで発生する磁束の漏れを低減することによって回転トルクをより大きくすることができるアキシャルギャップ型電動車用モータを提供することである。

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかるアキシャルギャップ型電動車用モータは、車輪と、永久磁石片を備えるロータと、前記ロータにおける軸方向の端面に間隔を空けて対向する励磁コイルと前記励磁コイルによって生じた磁束を通すコアとを備えるステータとを備え、前記ロータは、その回転トルクを前記車輪に直接伝達することができるように前記車輪に組み込まれ、前記ステータの励磁コイルは、前記ロータにおける軸方向の一方端面に前記間隔を空けて対向する第１励磁コイルと、前記ロータにおける軸方向の他方端面に前記間隔を空けて対向する第２励磁コイルとを備え、前記ステータのコアは、前記第１励磁コイルにおける前記ロータに対向する第１励磁コイル一方端面と対向する第１励磁コイル他方端面に対向する第１ステータコアと、前記第２励磁コイルにおける前記ロータに対向する第２励磁コイル一方端面と対向する第２励磁コイル他方端面に対向する第２ステータコアと、前記第１ステータコアと前記第２ステータコアとを連結する連結コアとを備えることを特徴とする。

このような構成のアキシャルギャップ型電動車用モータでは、第１および第２励磁コイルの第１および第２励磁コイル他方端面は、磁束線の開放端となるが、これら第１および第２励磁コイルの第１および第２励磁コイル他方端面にそれぞれ対向する第１および第２ステータコアで磁束を収集し、これら第１および第２ステータコアでそれぞれ収集した磁束を連結コアに通すことによって、磁束線を閉ループとすることができる。この結果、このような構成のアキシャルギャップ型電動車用モータは、漏れ磁束を低減することができ、回転トルクをより大きくすることができる。

また、他の一態様では、上述のアキシャルギャップ型電動車用モータにおいて、前記車輪は、円板状のホイールベースを備え、前記ロータの前記永久磁石片は、複数であって、前記車輪の前記ホイールベースの中心から所定の距離だけ離れた位置であって周方向に所定の間隔で前記ホイールベースに直接嵌め込まれていることを特徴とする。

このような構成のアキシャルギャップ型電動車用モータは、車輪のホイールベースにロータの永久磁石片が直接嵌め込まれることによって車輪とロータとが一体化されているので、部品点数を削減でき、また構造が簡素なので、製造コストを低減することが可能となる。

また、他の一態様では、これら上述のアキシャルギャップ型電動車用モータにおいて、前記第１および第２励磁コイルのうちの少なくとも一方には、軸方向に積層され、直列に接続されるサブ励磁コイルをさらに備えることを特徴とする。

このような構成のアキシャルギャップ型電動車用モータは、軸方向に積層されるとともに直列に接続されたサブ励磁コイルをさらに備えるので、サブ励磁コイルの励磁によって回転トルクをさらに増やすことができる。このため、このような構成のアキシャルギャップ型電動車用モータは、例えば、起動の際等の比較的大きな回転トルクを必要とする場合にサブ励磁コイルを励磁する一方、起動の際等ほど回転トルクを必要としない走行の際等にサブ励磁コイルの励磁を停止することで、効率よくアキシャルギャップ型電動車用モータを運用して省電力化することができる。

また、他の一態様では、これら上述のアキシャルギャップ型電動車用モータにおいて、前記第１および第２励磁コイルのそれぞれは、帯状の導体部材であって、前記帯状の導体部材の幅方向が前記ロータの永久磁石によって形成される磁束の方向と略一致するように、渦巻き状に巻き回されていることを特徴とする。

このような構成のアキシャルギャップ型電動車用モータでは、第１および第２励磁コイルのそれぞれは、帯状（テープ状、リボン状）の導体部材であって、前記帯状の導体部材の幅方向が前記ロータの永久磁石によって形成される磁束の方向と略一致するように、渦巻き状に巻き回されているので、磁束に直交する面における前記導体部材の断面積が小さくなる。このため、このような構成のアキシャルギャップ型電動車用モータは、その渦電流損を小さくすることができ、その効率を向上することができる。

また、他の一態様では、これら上述のアキシャルギャップ型電動車用モータにおいて、前記ステータのコアは、磁気的に等方性を有し、軟磁性粉末を成型したものであることを特徴とする。

このような構成のアキシャルギャップ型電動車用モータは、所望の磁気特性が比較的容易に得られるとともに、比較的容易に所望の形状に成形され得る。

本発明にかかるアキシャルギャップ型電動車用モータは、励磁コイルで発生する磁束の漏れを低減することによって回転トルクをより大きくすることができる。

第１実施形態における電動車用モータを搭載した車輪の外観構成を示す図である。 図１に示す電動車用モータの構成を示す図である。 図１に示す電動車用モータにおけるヨーク部（コア部）を説明するための図である。 第２実施形態における電動車用モータを搭載した車輪の外観構成を示す図である。 第３実施形態における電動車用モータを示す図である。

以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。また、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。

（第１実施形態）
本実施形態におけるアキシャルギャップ型電動車用モータを用いた電動車両の一例として、電動スクータの場合について説明する。

図１は、第１実施形態における電動車用モータを搭載した車輪の外観構成を示す図である。図１（Ａ）は、内部を透視することができるように示され、図１（Ｂ）は、ヨーク部を取り外した状態で示され、図１（Ｃ）は、さらにコイル部を取り外した状態で示している。図２は、図１に示す電動車用モータの構成を示す図である。図２（Ａ）は、全体構成を示す透視斜視図であり、図２（Ｂ）は、組み立て斜視図である。図３は、図１に示す電動車用モータにおけるヨーク部（コア部）を説明するための図である。図３（Ａ）は、全体構成を示す透視斜視図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示すＡＡ線での断面図である。

電動スクータは、大略、車体フレームと、前記車体フレームの進行方向前方に操舵可能に設けられたフロントフォーク（フロントアーム）に回転自在に支持された前輪（操舵輪）と、前記車体フレームの進行方向後方に設けられたリアフォーク（リアアーム）に回転自在に支持された後輪と、前記フロントフォークの上端に設けられ前記前輪を操舵するハンドルと、前記車体フレームに設けられ運転者が着座するシートと、電動車用モータＭＴａとを備えて構成されている。この電動車用モータＭＴａは、前記前輪および前記後輪の少なくとも一方の車輪（ホイール）に直接的に設けられる（インホイール方式）。すなわち、この電動車用モータＭＴａによって発生した回転トルクを例えばギア等の減速機を介することなく直接前記車輪に伝達して前記車輪を駆動することができるように電動車用モータＭＴａが前記車輪に組み込まれて、これら前記車輪および電動車用モータＭＴが構成される。

このような車輪（ホイール）ＷＨａは、例えば、図１に示すように、ホイールベースＷＢａと、ホイールベースＷＢａの外周に配置されたタイヤＴＹと、ホイールベースＷＢａの中心部位（軸部位）に配置された電動車用モータＭＴａとを備えて構成されている。

ホイールベースＷＢａは、円板状のホイールディスクＷＤａと、ホイールディスクＷＤａの外周に一体的に設けられた略円筒状のホイールリムＷＲとを備えて構成されており、ホイールリムＷＲの外周にタイヤＴＹが組み付けられている。

そして、車輪ＷＨａのホイールベースＷＢａには、電動車用モータＭＴａが直接的に設けられる。より具体的には、本実施形態では、ホイールベースＷＢａにおけるホイールディスクＷＤａの中心部分（軸部分）には、電動車用モータＭＴａにおけるロータ１０のロータベース１１の外形と略同形である円形の開口部ＷＤＡが形成されており、この開口部ＷＤＡにロータベース１１が嵌め込まれて固定されることで、電動車用モータＭＴａのロータ１０が、その回転トルクを車輪ＷＨａのホイールベースＷＢａに直接伝達することができるように車輪ＷＨａのホールベースＷＢａに組み込まれ、直接的に設けられている。これによって電動車用モータＭＴａにおけるロータ１０の回転トルクが直接的にホールディスクＷＤａに伝達され、ホールディスクＷＤａは、電動車用モータＭＴａのロータ部１１と一体的に回転し、車輪ＷＨａは、電動車用モータＭＴａによって回転運動する。この電動車用モータＭＴａを組み込んだ車輪ＷＨａは、駆動輪となる。なお、前記開口部ＷＤＡは、円形の凹部であってもよい。

このような車輪ＷＨａに直接的に設けられる電動車用モータＭＴａは、アキシャルギャップ構造の電動機（アキシャルギャップ型電動機）であり、永久磁石片を備えるロータと、前記ロータにおける軸方向の端面に間隔を空けて対向する励磁コイルと前記励磁コイルによって生じた磁束を通すコアとを備えるステータとを備えて構成される。例えば、図２および図３に示すように、電動車用モータＭＴａは、ロータ（回転子）１０と、第１および第２励磁コイル２０、３０と、第１および第２ステータコア（ヨーク）４０、５０と、連結コア６０とを備えて構成され、ロータ１０（ロータ１０の軸に垂直な面）に対し左右対称に構成されている。第１および第２ステータコア４０、５０と連結コア６０とから前記コアが構成され、これら第１および第２励磁コイル２０、３０と第１および第２ステータコア４０、５０と連結コア６０とから前記ステータ（固定子）が構成されている。

ロータ１０は、略円板状のロータベース１１と、略円板状（略円柱形状）複数の永久磁石片１２（１２−１〜１２−４）とを備えて構成されている。ロータベース１１には、ロータベース１１の中心（軸）から所定の距離だけ離れた位置を中心とする略円形状（円柱形状）の複数の開口部が周方向に等間隔で形成されており、前記複数の永久磁石片１２のそれぞれは、これら各開口部に嵌め込まれ、例えば接着によって固定される。これら複数の永久磁石片１２は、その磁極を軸方向に向けており（ロータベース１１の各表面に磁極Ｓおよび磁極Ｎがあり）、周方向で互いに隣接する各永久磁石片１２の各磁極は、互いに逆方向を向いている。なお、永久磁石片１２は、この例では円板状であるが、その形状は、特に限定されない。

第１および第２励磁コイル２０、３０は、それぞれ、絶縁被覆した長尺の導体部材を所定の回数だけ巻き回したものであり、通電することによって、磁場を発生するものである。

本実施形態の電動車用モータＭＴａでは、３相交流電力によって駆動されるために、その励磁コイルの個数（スロット数）は、３×ｎ（ｎは正整数）であり、永久磁石片１２の個数（極数）は、コギングトルクを低減するために、スロット数：極数＝３：４の比率となるように、４×ｎに設定されている。図１ないし図３に示す例では、スロット数が３であって極数が４に設定されており、第１励磁コイル２０は、Ｕ相第１励磁コイル２０ｕと、Ｖ相第１励磁コイル２０ｖと、Ｗ相第１励磁コイル２０ｗとを備え、第２励磁コイル３０は、Ｕ相第２励磁コイル３０ｕと、Ｖ相第２励磁コイル３０ｖと、Ｗ相第２励磁コイル３０ｗとを備え、そして、永久磁石片１２は、４個の永久磁石片１２−１〜１２−４を備えている。

これらＵ相、Ｖ相およびＷ相第１励磁コイル２０ｕ、２０ｖ、２０ｗは、それぞれ、コイル２１ｕ、２１ｖ、２１ｗと、コイル２１ｕ、２１ｖ、２１ｗにＵ相、Ｖ相およびＷ相の各相の三相交流を給電するために、一対の接続端子２２ｕ−１、２２ｕ−２；２２ｖ−１、２２ｖ−２；２２ｗ−１、２２ｗ−２を備えて構成され、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相第２励磁コイル３０ｕ、３０ｖ、３０ｗは、それぞれ、コイル３１ｕ、３１ｖ、３１ｗと、コイル３１ｕ、３１ｖ、３１ｗにＵ相、Ｖ相およびＷ相の各相の三相交流を給電するために、一対の接続端子３２ｕ−１、３２ｕ−２；３２ｖ−１、３２ｖ−２；３２ｗ−１、３２ｗ−２を備えて構成される。

これらコイル２１ｕ、２１ｖ、２１ｗ；３１ｕ、３１ｖ、３１ｗは、それぞれ、例えば断面丸形（○形）や断面矩形（□形）等の絶縁被覆した長尺な導体部材を巻回することによって構成されてもよいが、本実施形態では、これらコイル２１ｕ、２１ｖ、２１ｗ；３１ｕ、３１ｖ、３１ｗは、それぞれ、絶縁被覆した帯状の導体部材（帯状の線材）を、該導体部材の幅方向がコイル２１ｕ、２１ｖ、２１ｗ；３１ｕ、３１ｖ、３１ｗの軸方向に沿うように巻回することによって構成される。帯状とは、導体部材の厚さ（径方向の長さ）ｔよりも幅（軸方向の長さ）Ｗの方が大きい場合をいい、すなわち、幅Ｗと厚さｔとの間に、Ｗ＞ｔ（Ｗ／ｔ＞１）の関係が成り立つ。このように本実施形態の第１および第２励磁コイル２０（２０ｕ、２０ｖ、２０ｗ）、３０（３０ｕ、３０ｖ、３０ｗ）は、いわゆるフラットワイズ巻線構造であり、いわゆる渦電流損失を低減する点で有利である。そして、好ましくは、これらコイル２１ｕ、２１ｖ、２１ｗ；３１ｕ、３１ｖ、３１ｗは、それぞれ、絶縁被覆した帯状の導体部材であって、この帯状の導体部材の幅方向がロータ１０の永久磁石片１２によって形成される磁束の方向と略一致するように、渦巻き状に巻き回される。このように構成することによって、磁束に直交する面における前記導体部材の断面積が小さくなるため、その渦電流損を小さくすることができ、その効率を向上することができる。

このような帯状の導体部材を用いる場合では、導体層と絶縁層とをその厚み方向に積層して、コイル２１ｕ、２１ｖ、２１ｗ；３１ｕ、３１ｖ、３１ｗが形成される。前記帯状の導体部材（導体層の部材）は、たとえば、銅、アルミ、またはその合金等から形成される。前記帯状の導体部材は、絶縁性の樹脂等により被覆され、テープ面同士が電気的に接触しないように絶縁が確保される。なお、絶縁シートを挟むことで絶縁性が確保されてもよい。

一般に、コイルに流れる交流電流は、導体部材の表皮厚みδまでの範囲しか流れず、導体部材断面全体に一様に電流が流れていない。この表皮厚みδは、一般に、コイルに流れる交流電流の周波数（角周波数）をωとし、コイルの導体部材の透磁率をμとし、その電気電導率をσとする場合に、δ=（２／ωμσ）^１／２で表わされる。ここで、前記帯状の導体部材の厚みを前記表皮厚みδより厚くすると、導体部材において電流が流れない無効な部分が存在し、その導体部材の体積が無駄に増加することになって、コイルの巻線効率が低下してしまう。さらに、磁場がテープ状の導体平面に平行にかかる場合でも、導体部材に流れる渦電流の損失が増加することになる。これに対して、前記導体部材の厚みを前記表皮厚みδ以下にすると、電流の流れない無駄な導体部材の部分が無くなり、導体部材全体に電流が流れてコイル巻線の効率が向上し、コンパクトにコイルを構成することが可能となる。さらに、磁場がテープ状の導体平面に平行にかかるようにすれば、導体部材に流れる渦電流の損失を大幅に低減できる。したがって、前記コイル２１ｕ、２１ｖ、２１ｗ；３１ｕ、３１ｖ、３１ｗには、前記表皮厚みδ以下の厚みの導体部材が前記線材として用いられることが好ましい。

また、前記帯状の導体部材の厚みをｔとし、前記帯状の導体部材の幅をＷとする場合に、幅Ｗは、前記帯状の導体部材に流す電流の大きさによって決まるが、ｔ／Ｗ≦１の条件を満足することが好ましく、さらに好ましくは、ｔ／Ｗ≦１／１０の条件を満足することである。上記一例では、その限界のｔ／Ｗ＝１／３０である。ｔ／Ｗ≦１／１０とすると、実効的な導体部材の占積率を向上させることができ、かつ、渦電流損を大幅に低減することが可能である。

また、これら第１および第２励磁コイル２０、３０は、コギングトルクを低減するべく、空芯コイルであって、コアレスである。

第１および第２ステータコア４０、５０は、それぞれ、例えば、その外形が六角柱形状であり、その軸方向の内側面（ロータ１０に対向する面側）には、凹所が形成されている。第１ステータコア４０の前記凹所は、それぞれ、正三角形の各頂点にＵ相、Ｖ相およびＷ相第１励磁コイル２０ｕ、２０ｖ、２０ｗのコイル軸を一致させてＵ相、Ｖ相およびＷ相第１励磁コイル２０ｕ、２０ｖ、２０ｗを嵌め込むことができ、前記正三角形の幾何重心が前記六角柱の軸に一致するような、角を丸めた三角柱形状である。そして、第１ステータコア４０には、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相第１励磁コイル２０ｕ、２０ｖ、２０ｗにおける前記一対の接続端子２２ｕ−１、２２ｕ−２；２２ｖ−１、２２ｖ−２；２２ｗ−１、２２ｗ−２を挿通するために、適所に複数の貫通孔が形成されている。同様に、第２ステータコア５０の前記凹所は、それぞれ、正三角形の各頂点にＵ相、Ｖ相およびＷ相第２励磁コイル３０ｕ、３０ｖ、３０ｗのコイル軸を一致させてＵ相、Ｖ相およびＷ相第２励磁コイル３０ｕ、３０ｖ、３０ｗを嵌め込むことができ、前記正三角形の幾何重心が前記六角柱の軸に一致するような、角を丸めた三角柱形状である。そして、第２ステータコア５０には、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相第２励磁コイル３０ｕ、３０ｖ、３０ｗにおける前記一対の接続端子３２ｕ−１、３２ｕ−２；３２ｖ−１、３２ｖ−２；３２ｗ−１、３２ｗ−２を挿通するために、適所に複数の貫通孔が形成されている。

第１および第２ステータコア４０、５０は、それぞれ、所定の磁気特性を有する材料で構成される。第１および第２ステータコア４０、５０は、磁束線をよりよく収集するために、比較的高透磁率であることが好ましい。第１および第２ステータコア４０、５０は、それぞれ、例えば、珪素鋼板や電磁鋼板によって形成してもよいが、本実施形態では、所望の磁気特性の実現容易性および所望の形状の成形容易性の観点から、例えば、磁気的に等方性を有し、軟磁性体粉末と非磁性体粉末との混合物を成形したものであることが好ましい。軟磁性体粉末と非磁性体粉末との混合率比を比較的容易に調整することができ、前記混合比率を適宜に調整することによって、第１および第２ステータコア４０、５０の磁気特性を所望の磁気特性に容易に実現することが可能となる。また、軟磁性体粉末と非磁性体粉末との混合物であるので、様々な形状に成形することができ、第１および第２ステータコア４０、５０の形状を所望の形状に容易に成形することが可能となる。

この軟磁性粉末は、強磁性の金属粉末であり、より具体的には、例えば、純鉄粉、鉄基合金粉末（Ｆｅ−Ａｌ合金、Ｆｅ−Ｓｉ合金、センダスト、パーマロイ等）およびアモルファス粉末、さらには、表面にリン酸系化成皮膜などの電気絶縁皮膜が形成された鉄粉等が挙げられる。これら軟磁性粉末は、例えば、アトマイズ法等によって微粒子化する方法や、酸化鉄等を微粉砕した後にこれを還元する方法等によって製造することができる。また、一般に、透磁率が同一である場合に飽和磁束密度が大きいので、軟磁性粉末は、例えば上記純鉄粉、鉄基合金粉末およびアモルファス粉末等の金属系材料であることが特に好ましい。

このような第１および第２ステータコア４０、５０は、それぞれ、例えば、公知の常套手段を用いることによって、軟磁性体粉末としての鉄粉と、非磁性体粉末としての樹脂とを混合して成形、例えば圧粉成形したものである。

連結コア６０は、略円筒形状であり、所定の磁気特性を有する材料で構成され、第１および第２ステータコア４０、５０と同様に形成される。そして、第１ステータコア４０には、連結コア６０の一方端部を嵌め込むための連結コア６０の外径に対応する径を持つ円柱形状の貫通孔がその軸位置に軸方向沿って形成され、第２ステータコア５０には、連結コア６０の他方端部を嵌め込むための連結コア６０の外径に対応する径を持つ円柱形状の貫通孔がその軸位置に軸方向沿って形成され、ロータ１０のロータベース１１には、相対的に回転可能な状態で連結コア６０を挿通するための連結コア６０の外径に対応する径を持つ円柱形状の貫通孔がその軸位置に軸方向沿って形成されている。

そして、第１ステータコア４０には、その前記凹所に、前記正三角形の各頂点にそのコイル軸を一致させるように、かつ、前記一対の接続端子２２ｕ−１、２２ｕ−２；２２ｖ−１、２２ｖ−２；２２ｗ−１、２２ｗ−２のそれぞれが前記各貫通孔から外部に臨むように、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相第１励磁コイル２０ｕ、２０ｖ、２０ｗのそれぞれが嵌め込まれて例えばエポキシ系等の接着剤によって固定され、同様に、第２ステータコア５０には、その前記凹所に、前記正三角形の各頂点にそのコイル軸を一致させるように、かつ、前記一対の接続端子３２ｕ−１、３２ｕ−２；３２ｖ−１、３２ｖ−２；３２ｗ−１、３２ｗ−２のそれぞれが前記各貫通孔から外部に臨むように、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相第２励磁コイル３０ｕ、３０ｖ、３０ｗのそれぞれが嵌め込まれて例えば接着剤によって固定される。第１ステータコア４０の前記貫通孔に、連結コア６０の一方端部が、嵌め込まれて固定され、第１ステータコア４０の第１励磁コイル２０がその第１励磁コイル一方端面でロータ１０のロータベース１１における軸方向の一方端面に所定の間隔を空けて配置されるように、連結コア６０が、ロータ１０のロータベース１１の前記貫通孔に相対的に回転自在に挿通され、そして、第２ステータコア５０の第２励磁コイル３０がその第２励磁コイル一方端面でロータ１０のロータベース１１における軸方向の他方端面に所定の間隔を空けて配置されるように、連結コア６０の他方端部が、第２ステータコア５０の前記貫通孔に嵌め込まれて固定される。ここで、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相第１励磁コイル２０ｕ、２０ｖ、２０ｗのそれぞれは、同相のＵ相、Ｖ相およびＷ相第２励磁コイル３０ｕ、３０ｖ、３０ｗがロータ１１を介して互いに対向するように配置される。また、ロータ１０のロータベース１１と連結コア６０との間には、ボールベアリング７２が設けられる。

これによって第１励磁コイル２０（２０ｕ、２０ｖ、２０ｗ）が、ロータ１０のロータベース１１における軸方向の一方端面に前記間隔を空けて対向し、第２励磁コイル３０（３０ｕ、３０ｖ、３０ｗ）が、ロータ１０のロータベース１１における軸方向の他方端面に前記間隔を空けて対向するように、電動車用モータＭＴａは、構成される。さらに、第１ステータコア４０が、第１励磁コイル２０（２０ｕ、２０ｖ、２０ｗ）におけるロータ１０のロータベース１１に対向する第１励磁コイル一方端面と対向する第１励磁コイル他方端面に覆うように対向し、第２ステータコア５０が、第２励磁コイル３０（３０ｕ、３０ｖ、３０ｗ）におけるロータ１０のロータベース１１に対向する第２励磁コイル一方端面と対向する第２励磁コイル他方端面に覆うように対向し、第１ステータコア４０、第２ステータコア５０および連結コア６０から成るコアが、軸を含み軸方向に平行な断面で略Ｈ字形状となるように、電動車用モータＭＴａは、構成される。

そして、第１ステータコア４０と第２ステータコア５０とが、例えばボルトとナット等の締結部材７３（７３−１〜７３−６）によって締結される。また、連結コア６０の筒内には、ロット状の軸７１が挿通されて固定される。そして、例えば後輪が駆動輪である場合には、この軸７１の両端部がリアフォークによって支持される。

このような構成の電動車用モータＭＴａでは、例えば、蓄電池の直流電力がインバータによって３相交流電力に変換され、この変換されたＵ相、Ｖ相およびＷ相の各交流電力が第１励磁コイル２０ｕ、２０ｖ、２０ｗのそれぞれに給電されるとともに、第２励磁コイル３０ｕ、３０ｖ、３０ｗのそれぞれに給電される。この３相交流電力の給電によって第１および第２励磁コイル２０ｕ、２０ｖ、２０ｗ；３０ｕ、３０ｖ、３０ｗのそれぞれには、所定の位相差で電磁力が生じ、この電磁力によってロータ１０の永久磁石片１２（１２−１〜１２−４）との間で吸引および反発されて、ロータ１０が回転する。

ここで、第１励磁コイル２０（２０ｕ、２０ｖ、２０ｗ）の第１励磁コイル他方端面から出る磁束線は、図３（Ｂ）に破線で示すように、第１ステータコア４０によって収集され、この収集された磁束線は、第１ステータコア４０から連結コア６０を通り、第２ステータコア５０から出て、第２励磁コイル３０（３０ｕ、３０ｖ、３０ｗ）の第２励磁コイル他方端面に入り、第２励磁コイル３０（３０ｕ、３０ｖ、３０ｗ）の第２励磁コイル一方端面からロータ１０を介して第１励磁コイル２０（２０ｕ、２０ｖ、２０ｗ）の第１励磁コイル一方端面に環流する。あるいは、第２励磁コイル３０（３０ｕ、３０ｖ、３０ｗ）の第２励磁コイル他方端面から出る磁束線は、図３（Ｂ）に破線で示すように、第２ステータコア５０によって収集され、この収集された磁束線は、第２ステータコア５０から連結コア６０を通り、第１ステータコア４０から出て、第１励磁コイル２０（２０ｕ、２０ｖ、２０ｗ）の第１励磁コイル他方端面に入り、第１励磁コイル２０（２０ｕ、２０ｖ、２０ｗ）の第１励磁コイル一方端面からロータ１０を介して第２励磁コイル３０（３０ｕ、３０ｖ、３０ｗ）の第２励磁コイル一方端面に環流する。

このように本実施形態の電動車用モータＭＴａでは、第１および第２励磁コイル２０、３０の第１および第２励磁コイル他方端面は、磁束線の開放端となるが、磁束線は、これら第１および第２励磁コイル２０、３０の第１および第２励磁コイル他方端面にそれぞれ対向する第１および第２ステータコア４０、５０で収集され、これら第１および第２ステータコア４０、５０でそれぞれ収集された磁束線は、連結コア６０に通すことによって、環流され、磁束線が閉ループとなる。この結果、第１実施形態の電動車用モータＭＴａは、漏れ磁束を低減することができ、回転トルクをより大きくすることができる。

そして、上述のように構成される本実施形態の電動車用モータＭＴａでは、コイル２１ｕ、２１ｖ、２１ｗ；３１ｕ、３１ｖ、３１ｗの導体部材が円柱状の線材では表皮効果で電流の流れが少なくなる部分があるのに対して、上述のように、帯状の線材を用いることによって、線材の断面（電流の流路断面）において、内部側の面積を減少させて電流密度を向上し、さらに渦電流も少なくすることができ、より大きなトルクを得ることができるとともに、ＡＴ（アンペアターン）が小さく、組立て（リサイクル時の分解も）が容易であり、かつ巻線自体の構造が強固になり、断線や磁歪による疲労にも強くすることができる。

なお、上述の電動車用モータＭＴａにおいて、コイル２１ｕ、２１ｖ、２１ｗ；３１ｕ、３１ｖ、３１ｗとそれを搭載するステータ側の第１および第２ステータコア４０、５０との隙間に充填される熱伝導性の部材をさらに備えることが好ましい。同じ厚みに巻いても、円柱状の線材では、線間に空気が入り込み、熱伝導が悪くなるのに対して、このような構成では、帯状の線材を用い、さらにいわゆるシングルパンケーキ巻き構造を採用することによって、コイル２１ｕ、２１ｖ、２１ｗ；３１ｕ、３１ｖ、３１ｗの内部で発生した熱を、銅などの線材の良好な熱伝導性によって、該コイル２１ｕ、２１ｖ、２１ｗ；３１ｕ、３１ｖ、３１ｗの端部まで伝導させ、前記熱伝導性の部材を介して第１および第２ステータコア４０、５０にまで良好な熱伝導性で伝導することができ、該コイル２１ｕ、２１ｖ、２１ｗ；３１ｕ、３１ｖ、３１ｗの放熱性を向上することができる。これによって、界磁電流を大きくして大きなトルクを得ることができ、或いは同じトルクでは小型化することができる。次の第２および第３実施形態においても同様である。なお、一般に、熱絶縁体の伝導度が１Ｗ／ｍＫ程度以下であるのに対して、前記熱伝導性の部材としては、１００Ｗ／ｍＫ以上の高熱伝導度を有するものであればよい。

次ぎに、別の実施形態について説明する。

（第２実施形態）
図４は、第２実施形態における電動車用モータを搭載した車輪の外観構成を示す図である。第１実施形態における電動車用モータＭＴａは、ロータ１０のロータベース１１をホイールディスクＷＤａの中心部位に形成された開口部ＷＤＡに嵌め込んで固定することによって、車輪ＷＨａに直接的に設けられたが、第２実施形態における電動車用モータＭＴｂは、図４に示すように、ロータ１０の永久磁石片１２（１２−１〜１２−４）をホイールベースＷＢｂに直接嵌め込んで固定することによって、車輪ＷＨｂに直接的に設けられるものである。このため、第２実施形態における残余の構成は、第１実施形態における電動車用モータＭＴａと同様であるので、その説明を省略する。

第２実施形態の電動車用モータＭＴａを組み込んだ駆動輪となる車輪ＷＨｂは、例えば、ホイールベースＷＢｂと、ホイールベースＷＢｂの外周に配置されたタイヤＴＹと、ホイールベースＷＢｂの中心部位（軸部位）に配置された電動車用モータＭＴｂとを備えて構成されている。

ホイールベースＷＢｂは、例えば、図４に示すように、円板状のホイールディスクＷＤｂと、ホイールディスクＷＤｂの外周に一体的に設けられた略円筒状のホイールリムＷＲとを備えて構成されており、ホイールリムＷＲの外周にタイヤＴＹが組み付けられている。

そして、車輪ＷＨｂのホイールベースＷＢｂには、電動車用モータＭＴｂが直接的に設けられる。より具体的には、本実施形態では、ホイールベースＷＢｂにおけるホイールディスクＷＤｂには、その中心（軸）から所定の距離だけ離れた位置であって周方向（動径方向）に等間隔で、永久磁石片１２の外形と略同形である円形の開口部ＷＤＢが永久磁石片１２の個数に対応した個数（図４に示す例では４個）だけ形成されており、この開口部ＷＤＢ（ＷＤＢ−１〜ＷＤＢ−４）に永久磁石片１２（１２−１〜１２−４）が嵌め込まれて固定される。ここで、これら複数の永久磁石片１２−１〜１２−４は、その磁極を軸方向に向けており（ホイールディスクＷＤｂの各表面に磁極Ｓおよび磁極Ｎがあり）、周方向で互いに隣接する各永久磁石片１２−１〜１２−４の各磁極は、互いに逆方向を向いている。これによって、ホイールディスクＷＤｂ自体が電動車用モータＭＴｂのロータベースとなり、電動車用モータＭＴｂの回転トルクを車輪ＷＨｂのホイールベースＷＢｂに直接伝達することができるように電動車用モータＭＴｂが車輪ＷＨｂのホールベースＷＢｂに組み込まれ、車輪ＷＨｂに直接的に設けられる。この電動車用モータＭＴｂを組み込んだ車輪ＷＨｂは、駆動輪となる。

第２実施形態における電動車用モータＭＴｂは、第１実施形態における電動車用モータＭＴａと同様に、漏れ磁束を低減することができ、回転トルクをより大きくすることができる。そして、第２実施形態における電動車用モータＭＴｂは、駆動輪ＷＨｂのホイールベースＷＢｂにロータ１０の永久磁石片１２（１２−１〜１２−４）が直接嵌め込まれることによって駆動輪ＷＨｂとロータ１０とが一体化されているので、部品点数を削減でき、また構造が簡素なので、製造コストを低減することが可能となる。

次ぎに、別の実施形態について説明する。

（第３実施形態）
図５は、第３実施形態における電動車用モータを示す図である。図５（Ａ）は、第１励磁コイルおよび第１ステータコアの部分を示す斜視図であり、図５（Ｂ）は、励磁コイルの回路図である。

第１実施形態における電動車用モータＭＴａでは、第１および第２励磁コイル２０、３０におけるコイル２０ｕ、２０ｖ、２０ｗ；３０ｕ、３０ｖ、３０ｗは、１個のコイルであったが、第２実施形態における電動車用モータＭＴｃでは、図５に示すように、第１励磁コイル８０および第２励磁コイル９０（図略）のうちの少なくとも一方には、軸方向に積層され、直列に接続されるサブ励磁コイルをさらに備えているものである。このため、第３実施形態における残余の構成は、第１実施形態における電動車用モータＭＴａと同様であるので、その説明を省略する。

第１励磁コイル８０がサブ励磁コイルをさらに備えている場合について説明すると、第１励磁コイル８０は、絶縁被覆した長尺の導体部材を所定の回数だけ巻き回したものであり、通電することによって、磁場を発生するものであって、図５に示すように、主コイル８１と、主コイル８１に対し軸方向で積層されるとともに主コイル８１に直列に接続されるサブコイル８６とを備えて構成されている。そして、第１励磁コイル８０は、直列接続された主コイル８１およびサブコイル８６の両端に、給電するための一対の接続端子を備えるとともに、主コイル８１とサブコイル８６との接続点から引き出された中間タップ端子を備えている。

また、本実施形態の電動車用モータＭＴｃは、第１実施形態の電動車用モータＭＴａと同様に、３相交流電力によって駆動されるために、第１励磁コイル８０は、Ｕ相第１励磁コイル８０ｕと、Ｖ相第１励磁コイル８０ｖと、Ｗ相第１励磁コイル８０ｗとを備えている。第２励磁コイル９０も同様である。

したがって、より具体的には、これらＵ相、Ｖ相およびＷ相第１励磁コイル８０ｕ、８０ｖ、８０ｗは、それぞれ、主コイル８１ｕ、８１ｖ、８１ｗと、サブコイル８６ｕ、８６ｖ、８６ｗと、一対の接続端子８２ｕ−１、８２ｕ−２；８２ｖ−１、８２ｖ−２；８２ｗ−１、８２ｗ−２と、中間タップ端子８３ｕ、８３ｖ、８３ｗとを備えて構成されている。

これら主コイル８１ｕ、８１ｖ、８１ｗおよびサブコイル８６ｕ、８６ｖ、８６ｗは、それぞれ、例えば断面丸形（○形）や断面矩形（□形）等の絶縁被覆した長尺な導体部材を巻回することによって構成されてもよいが、本実施形態では、これら主コイル８１ｕ、８１ｖ、８１ｗは、それぞれ、絶縁被覆した帯状の導体部材を、該導体部材の幅方向が主コイル８１ｕ、８１ｖ、８１ｗの軸方向に沿うように巻回することによって構成され、これらサブコイル８６ｕ、８６ｖ、８６ｗは、それぞれ、同様に、絶縁被覆した帯状の導体部材を、該導体部材の幅方向がサブコイル８６ｕ、８６ｖ、８６ｗの軸方向に沿うように巻回することによって構成される。

そして、これら主コイル８１ｕ、８１ｖ、８１ｗおよびサブコイル８６ｕ、８６ｖ、８６ｗは、それぞれ、互いにそのコイル軸が一致するように、軸方向に積層され、第１ステータコア４０の前記凹所に収容される。なお、第１ステータコア４０の前記凹所は、第３実施形態では、主コイル８１ｕ、８１ｖ、８１ｗおよびサブコイル８６ｕ、８６ｖ、８６ｗが互いに積層されているため、これに対応して第１実施形態より深く形成されている。

第３実施形態における電動車用モータＭＴｃは、第１実施形態における電動車用モータＭＴａと同様に、漏れ磁束を低減することができ、回転トルクをより大きくすることができる。そして、第３実施形態における電動車用モータＭＴｃは、軸方向に積層されるとともに直列に接続されたサブコイル８６をさらに備えるので、サブコイル８６の励磁によって回転トルクをさらに増やすことができる。このため、このような構成の第３実施形態における電動車用モータＭＴｃは、例えば、起動の際等の比較的大きな回転トルクを必要とする場合に一対の接続端子８２−１、８２−２で給電することによって主コイル８１およびサブコイル８６を励磁する一方、起動の際等ほど回転トルクを必要としない走行の際等に接続端子８２−１と中間タップ端子８３とで給電することによってサブコイル８６の励磁を停止して主コイル８１のみを励磁することで、効率よく電動車用モータＭＴｃを運用して省電力化することができる。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

ＭＴａ、ＭＴｂ、ＭＴｃ アキシャルギャップ型電動車用モータ
１０ ロータ
１１ ロータベース
１２ 永久磁石片
２０、２０ｕ、２０ｖ、２０ｗ、８０、８０ｕ、８０ｖ、８０ｗ、 第１励磁コイル
３０、３０ｕ、３０ｖ、３０ｗ 第２励磁コイル
４０ 第１ステータコア
５０ 第２ステータコア
６０ 連結コア

Claims (5)

1. 車輪と、
   永久磁石片を備えるロータと、
   前記ロータにおける軸方向の端面に間隔を空けて対向する励磁コイルと前記励磁コイルによって生じた磁束を通すコアとを備えるステータとを備え、
   前記ロータは、その回転トルクを前記車輪に直接伝達することができるように前記車輪に組み込まれ、
   前記ステータの励磁コイルは、前記ロータにおける軸方向の一方端面に前記間隔を空けて対向する第１励磁コイルと、前記ロータにおける軸方向の他方端面に前記間隔を空けて対向する第２励磁コイルとを備え、
   前記ステータのコアは、前記第１励磁コイルにおける前記ロータに対向する第１励磁コイル一方端面と対向する第１励磁コイル他方端面に対向する第１ステータコアと、前記第２励磁コイルにおける前記ロータに対向する第２励磁コイル一方端面と対向する第２励磁コイル他方端面に対向する第２ステータコアと、前記第１ステータコアと前記第２ステータコアとを連結する連結コアとを備えること
   を特徴とするアキシャルギャップ型電動車用モータ。
2. 前記車輪は、円板状のホイールベースを備え、
   前記ロータの前記永久磁石片は、複数であって、前記車輪の前記ホイールベースの中心から所定の距離だけ離れた位置であって周方向に所定の間隔で前記ホイールベースに直接嵌め込まれていること
   を特徴とする請求項１に記載のアキシャルギャップ型電動車用モータ。
3. 前記第１および第２励磁コイルのうちの少なくとも一方には、軸方向に積層され、直列に接続されるサブ励磁コイルをさらに備えること
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載のアキシャルギャップ型電動車用モータ。
4. 前記第１および第２励磁コイルのそれぞれは、帯状の導体部材であって、前記帯状の導体部材の幅方向が前記ロータの永久磁石によって形成される磁束の方向と略一致するように、渦巻き状に巻き回されていること
   を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型電動車用モータ。
5. 前記ステータのコアは、磁気的に等方性を有し、軟磁性粉末を成型したものであること
   を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型電動車用モータ。

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