JP4982530B2

JP4982530B2 - 電動車両用推進電動機

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Publication number: JP4982530B2
Application number: JP2009160374A
Authority: JP
Inventors: 哲夫関谷; 喜代次成田
Original assignee: 哲夫関谷
Priority date: 2008-10-24
Filing date: 2009-07-07
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2029-07-07
Also published as: JP2010124679A

Description

本発明は磁気発生機構部と回転機構部とが扁平状に組み立てられた電動車両用推進電動機に関するものである。

従来より、回転磁界を発生する固定子で構成される磁気発生機構部と、この磁気発生機構部から発生する回転磁界により回転駆動される回転子を有する回転駆動機構部とを、磁気的空隙を隔てて組み付けた電気エネルギ変換器が提案されている（特許文献１）。

この特許文献１における電気エネルギ変換器は、回転子が軟磁性回転板に良導体表層部が積層されてなり、この良導体表層部には同心円状に配設された複数の凹部内周縁が磁性的に１巻コイル列を構成し、上記固定子の駆動用コイル列に所定周波数の電源で駆動された回転磁界が作用した際に、上記良導体表層部の１巻コイル列と軟磁性回転板に電流が発生し、この電流発生に伴う磁界と回転磁界の相互作用で発生する誘導性電磁エネルギによって電気エネルギを機械エネルギに変換し機械的回転駆動力を得るようにした扁平状の構成である

特開２００１−６９７３４号公報

しかしながら上記特許文献１の電気エネルギ変換器に使用されている従来の磁気発生機構部と回転機構部は、１組の磁気発生機構と回転機構部とが対向配置された構造であり、発生する回転駆動力は、電動車両用の推進電動機として利用するには不十分であった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、電動自動車、電動自転車、電動アシスト自転車等の電動車両においてそれぞれに十分な駆動力が確保できる電動車両用推進電動機を提供することを目的とするものである。

本発明の電動車両用推進電動機は、磁性コアに導線を巻回した複数の駆動用コイルが絶縁基部に同心円状に配設された駆動コイル列を有し、所定周波数の電源により駆動され、円形面に回転磁界を発生する固定子を有する磁気発生機構部と、
回転自在な軟磁性回転板の平面に、同心円状に配設された複数の凹部内周縁により磁性的に１巻コイル列が構成される良導体表層部が形成された回転子を有する回転機構部とを備え、
前記固定子の回転磁界が発生される平面と前記回転子の良導体表層部とが互いに磁気的空隙を隔てて対向配置され、前記固定子から発生する回転磁界を前記回転子に作用させて該回転子を回転駆動する電動車両用推進電動機であって、
前記回転子の回転中心に、筐体に回転自在に保持された回転軸を備え、
該回転軸に固着された少なくとも１つの前記回転子は、両面に前記１巻コイル列が構成される良導体表層部が形成され、
該回転子の両側にはそれぞれ前記固定子が配設され、該回転子の各良導体表層部に磁気的空隙を隔ててそれぞれ前記固定子の回転磁界生成面が対向配置されてなることを特徴とするものである。

その際、複数の回転子が平行に配設されている場合には、１つの固定子の両側に該回転子が配置されてなるものでもある。

本発明の電動車両用推進電動機は、前記１巻コイル列が構成される良導体表層部を両面に備えた前記回転子において、片面の１巻コイル列の配置に対し、反対面の１巻コイル列の配置は、その位相が角度方向にずれて設置されていることもよいし、同位相に設置されてもよい。

また、前記良導体表層部が両面に配設された前記軟磁性回転板は、２枚の軟磁性回転板の板材が互いに絶縁材層を介して貼り合わせられてなるものが好ましい。

また、前記軟磁性回転板は、軟磁性材料による巻鉄芯で構成するか、軟磁性材料による平板で構成するものである。

また、前記回転軸は、中央部で左右の回転軸に２分割され、該左右の回転軸には、それぞれ前記回転子が少なくとも１つずつ互いに平行に固着され、各回転子の両側にそれぞれ前記固定子を設置するように構成してもよい。

また、前記回転軸の出力側に減速機構が介装されていてもよい。その際、上記回転軸が２分割されている場合には、左右の回転軸の出力側に、遊星歯車機構による減速機構がそれぞれ介装されていてもよい。

本発明の電動車両用推進電動機は、前記回転機構部に、永久磁石を備えた回生発電機構が連係設置されてなるものであってもよい。

その場合に、上記永久磁石を速度センサとして使用してもよく、またそのセンサを用いて無刷子直流モータを構成するようにしてもよい。

また、前記回転軸に、前記回転子と平行に、第２の回転子がさらに保持され、該第２の回転子の両側にそれぞれ第２の固定子が配設され、前記第２の回転子に永久磁石が取り付けられ、該永久磁石の両側表面にそれぞれ磁気的空間を隔てて対向する駆動用コイルが前記第２の固定子に配設されてなるように構成してもよい。

また、本発明の他の電動車両用推進電動機は、磁性コアに導線を巻回した複数の駆動用コイルが絶縁基部に同心円状に配設された駆動コイル列を有し、所定周波数の電源により駆動され、円形面に回転磁界を発生する固定子を有する磁気発生機構部と、
回転自在な軟磁性回転板の平面に、同心円状に配設された複数の凹部内周縁により磁性的に１巻コイル列が構成される良導体表層部が形成された回転子を有する回転機構部とを備え、
前記固定子の回転磁界が発生される平面と前記回転子の良導体表層部とが互いに磁気的空隙を隔てて対向配置され、前記固定子から発生する回転磁界を前記回転子に作用させて該回転子を回転駆動する電動車両用推進電動機であって、
前記回転子の回転中心に、筐体に回転自在に保持された回転軸を備え、
該回転軸に前記回転子が、前記筐体に前記固定子が保持され、前記回転子の良導体表層部に磁気的空隙を隔てて前記固定子の回転磁界生成面が対向配置された組合せを１セルとして、複数セルを軸方向に扁平状に重ね段組みしてなることを特徴とするものである。

上記セルのマルチ化に伴い、磁気発生機構部の駆動用コイルは、駆動電源の状況に応じて、すべて並列化接続、すべて直列接続、またはグループに分けて直並列の組合せなどが行われる。

本発明の電動車両用推進電動機によれば、駆動コイル列を備え回転磁界を発生する固定子を有する磁気発生機構部と、軟磁性回転板の平面に磁性的に１巻コイル列が構成される良導体表層部を有する回転子を備えた回転機構部とが、磁気的空隙を隔てて対向配置され、前記回転磁界を作用させて回転子を回転駆動するについて、回転軸に固着された少なくとも１つの回転子は両面に１巻コイル列が構成される良導体表層部を備え、該回転子の両側にはそれぞれ前記固定子が配設され、各良導体表層部に磁気的空隙を隔ててそれぞれ固定子の回転磁界生成面が対向配置されてなることにより、両面に良導体表層部を有する１つの回転子には、両側の固定子からの回転磁界の作用による回転力の和が駆動力として作用し、この回転子と固定子との組合せを扁平状に重ね段組みすることにより、発生駆動力を増大することができ、各種電動車両に適した駆動能力の推進電動機をコンパクトに構成することができるとともに、磁気発生機構部および回転機構部には磁石を不要として高温環境下での駆動性能を維持することができる。

また、回転子の両側に固定子が配置されていることで、回転磁界の作用によって両側の固定子からの軸方向吸引力のバランスが取れて、回転子の偏位が抑制されるために回転が安定し、特に高速回転における振動の発生を防止することができる。

また、前記良導体表層部が両面に配設され回転子における片面の１巻コイル列の配置に対し、反対面の１巻コイル列の配置を、その位相が角度方向にずれて設置すると、回転子の１回転中の駆動力変動が両側で平均化され、脈動の少ない駆動力を軸に伝える。一方、両面の１巻コイル列の配置を同位相とした場合には、両側の固定子からの軸方向吸引力のバランスがさらに取れて、回転子の偏位がより一層抑制されるために回転が安定し、騒音の発生をさらに低減することができる。

また、前記良導体表層部が両面に配設された前記軟磁性回転板を、２枚の軟磁性回転板の板材が互いに絶縁材層を介して貼り合わせて構成すると、両側の固定子から作用する回転磁界がそれぞれの側の板材に作用し、１枚の板材に両側の回転磁界が作用して互いに干渉して分散するのを防止でき、駆動効率を向上することができる。

また、前記軟磁性回転板を軟磁性材料による巻鉄芯で構成すると、閉磁路材には渦電流が生成されにくい構造となる。

また、前記軟磁性回転板を軟磁性材料による平板で構成すると、渦電流が生成される構造となり、特に平板の板厚を選定することにより渦電流の大きさが調整できるものである。

また、前記回転軸を中央部で左右の回転軸に２分割し、この左右の回転軸にそれぞれ回転子を少なくとも１つずつ互いに平行に固着し、各回転子の両側にそれぞれ固定子を設置するように構成すると、左右の回転軸を独立して駆動することができるとともに、両回転軸の回転周差を回転磁界に対する滑りによって許容することができる。

その際、前記左右の回転軸の出力側に、遊星歯車機構による減速機構をそれぞれ介装すると、上記両回転軸の回転周差の許容を確保するとともに、減速による駆動力の増大を図ることができる。

また、前記回転機構部に、永久磁石を備えた回生発電機構を連係設置すると、減速走行時のエネルギ回生による走行距離の増大を図ることができる。その際は、回生発電機構の永久磁石の耐熱性に応じた許容温度環境となる。

また、前述の駆動コイル列を備え回転磁界を発生する固定子と、軟磁性回転板の平面に磁性的に１巻コイル列が構成される良導体表層部を有する回転子とによる誘導電動機構に加えて、その回転軸に上記回転子と平行に保持され、永久磁石が取り付けられた第２の回転子と、該第２の回転子の両側に配設され、それぞれ駆動用コイルを有する第２の固定子とによる同期電動機構を備えて構成すると、発生トルク特性が異なる２種類の電動機構による駆動特性を得ることができる。例えば永久磁石（主に希土類磁石）回転子による低速高トルク特性と常温誘導電磁石回転子による高速低トルク特性等を運転状態の変動に適応した駆動特性の電動車両用の推進電動機を実現することができる。

本発明の第１の実施形態に係る電動自動車用の推進電動機の縦断面図である。図１の固定子の平面図である。図１の回転子の平面図である。図１の回転子の変形例を示す平面図である。図１の回転子の他の変形例を示す一部端面図である。本発明の第２の実施形態に係る電動３輪自転車用の推進電動機の縦断面図である。本発明の第３の実施形態に係る電動アシスト自転車用の推進電動機の縦断面図である。本発明の第４の実施形態に係る電動自動車用の推進電動機の縦断面図である。図８の実施形態に係る推進電動機の駆動制御例を示す図である。

以下、本発明にかかる電動車両用推進電動機の第１の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は電動自動車用の推進電動機の縦断面図、図２は図１の固定子の平面図、図３は図１の回転子の平面図、図４は該回転子の変形例を示す平面図、図５は該回転子の他の変形例を示す一部端面図である。

本実施形態の電動車両用推進電動機１は、固定子21を有する磁気発生機構部２と、回転子31を備えた回転機構部３と、筐体４に回転自在に保持された左右の回転軸５，６と、減速機構７とを備え、１組の磁気発生機構部２と回転機構部３をセルとして、パラレル状に多重扁平構造に組み立てて構成されている。図１では上方端、下方端にある回転子は中央部分にある双回転子構成に対して単回転子構成（非貼り合せ回転子）になっている。

全体構造としては、筐体４の内部に、３列の固定子21のそれぞれ両側に４枚の回転子31が配置されて磁気発生機構部２と回転機構部３が設置され、前記回転子31が２枚ずつ固着された左右の回転軸５，６を独立して回転駆動するものであり、この左右の回転軸５，６には、遊星歯車機構による減速機構７，７がそれぞれ設置されて、減速された駆動力が出力軸部76，76から不図示の電動車両の駆動輪に出力される。

次に各機構部を具体的に説明する。まず、磁気発生機構部２は、円盤状の固定子21で構成されるもので、磁性コア22（巻鉄芯コア）に導線23（巻線）を巻回した駆動用コイル24が、図２に示すような円盤状の絶縁基部25に同心円状に複数個（例えば８個）が埋設されて、磁性コア22の両端面がそれぞれ絶縁基部25の平面（側面）と一致するように設置されている。この同心円状に均等配置された８個の駆動用コイル24によって回転磁界を生成する駆動コイル列R1が構成されてなる。上記磁性コア22は両鍔ボビン状に形成され、上記絶縁基部25は絶縁性樹脂（尚、樹脂は特に熱伝導性があるとよい）によって形成される。

上記駆動用コイル24による駆動コイル列R1には、不図示の電源より所定周波数の電流が通電されて回転磁界を発生する。この電源からの通電回路は、図示しないが、駆動用コイル24を１つおきに使用して、その発生する磁束の向きが交互に逆となるように直列接続し、一方を電源のｓｉｎ側に、他方をｃｏｓ側に夫々接続し、駆動コイル列R1を２相駆動して、円盤面に回転磁界を発生するように通電される。

上記回転機構部３は、円盤状の回転子31で構成されるもので、例えば鉄や鉄とアルミニウム等で形成された回転自在な軟磁性回転板32の両面に、例えば銅等で形成された１巻コイル列R2が構成される良導体表層部33を有してなる。この良導体表層部33には、図３に示すように、同心円状に均等配設された複数（前記駆動用コイル24と同数の８個）の凹部34が形成され、複数の凹部34の内周縁により磁性的に軟磁性回転板32をコアとした１巻コイル列R2が構成される。

前記固定子21の回転磁界が発生される平面と前記回転子31の良導体表層部33とが互いに磁気的空隙を隔てて対向配置され、固定子21から発生する回転磁界を回転子31に作用させて回転子31を回転駆動する。

なお、本実施形態においては、上記軟磁性回転板32は、図３に示すように、細帯状の軟磁性材料がコイル状に巻き付けられた巻鉄芯（カットコア）によって構成されている。この巻鉄芯による軟磁性回転板32においては、前記固定子21による回転磁界が作用した際に閉磁路を構成して渦電流が生成しにくい構造である。

また、上記軟磁性回転板32は、図４に示すように、軟磁性材料による平板で構成することもできる。この場合には、該平板内に渦電流が生成される構造であり、特に平板の板厚を選定することにより渦電流の大きさが調整できる。所定の厚みは例えば2.0ｍｍである。

前記回転子31の回転中心に、筐体４に回転自在に保持された左右の回転軸５，６を備え、各回転軸５，６にそれぞれ２枚の回転子31が固着されている。各回転軸５，６における内部側の回転子31は両面に良導体表層部33を備え、両側に固定子21が設置されるのに応じ、両側の回転磁界を受けて２ヶ所の回転トルクで回転駆動される。一方、各回転軸５，６における端部側の回転子31は片面に良導体表層部33を備え、片側に固定子21が設置されているのに応じ、片側の回転磁界を受けて上記の１ヶ所の回転トルクで駆動される。

そして、上記軟磁性回転板32の両面に良導体表層部33を備えた回転子31においては、図３に示すように、実線で示す片面の良導体表層部33の凹部34による片面の１巻コイル列R2の配置に対し、破線で示す反対面の良導体表層部33の凹部34による他面の１巻コイル列R2の配置は、位相が角度方向にずれて設置されている。図示の場合には、半ピッチ分の位相が互いにずれている。

これにより、回転子31が１回転する間の駆動力変動が両側で平均化され、脈動の少ない駆動が行える。

上記左右の回転軸５，６は、筐体４の中心軸の部分に、左右に保持されている。左右回転軸５，６は、前記固定子21の絶縁基部25の中心部に設置された固定部分としてのボス部41の中心部に、ベアリングによって回転可能に支持されている。また、左右回転軸５，６の対向端部間には、両軸回転差を許容するスラストベアリング、ボール接合などが介装されている。

上記ボス部41は、前記固定子21を介して筐体４と一体に固定部分を構成するものである。つまり、３列の前記固定子21は絶縁基部25の外周部分が、筐体４の外ケーシング部42の内面に固着されて固定状態に保持され、上記ボス部41が該絶縁基部25の内周部に固着されて筐体４の一部を構成している。

上記筐体４は、その他、後述の両側の減速機構７，７を覆う、内カバー部43および外カバー部44を備えてなる。

また、上記のように、固定子21の回転トルクを受ける回転軸が中央部で左右の回転軸５，６に分離してそれぞれ独立して回転可能に構成され、この左右の回転軸５，６にそれぞれ回転子31を少なくとも１つずつ互いに平行に固着し、各回転子31の両側にそれぞれ固定子21を設置するように構成したことで、左右の回転軸５，６を独立して駆動することができるとともに、両回転軸５，６の回転周差を回転磁界に対する滑りによって許容する構造となっている。これにより、電動車両の内輪差等を吸収できる。なお、電動車両の内輪差は左右以外に前後もある。

次に、上記減速機構７は、前記左右の回転軸５，６の出力側に、遊星歯車機構によって構成されている。左右の回転軸５，６には、その外側端部に両端部の回転子31に隣接して駆動ギヤ71が一体に回転するように設置され、この駆動ギヤ71は遊星減速機構のサンギヤとなるものであり、該駆動ギヤ71の外周に複数の遊星ギヤ72が配設されて噛合され、さらに外周のアウターギヤ73に遊星ギヤ72が噛合されて、遊星減速機構が構成されている。そして、上記遊星ギヤ72は、筐体４の内カバー部43に固着されたキャリア軸74に保持され、各遊星ギヤ72の回転中心が固定されている。

上記アウターギヤ73が形成された円盤部材75の中心部分の出力軸部76は、上記左右の回転軸５，６の端部外周にベアリングを介して回転自在に保持され、この出力軸部76が電動車両（自動車）の駆動輪に対し駆動力を出力するもので、不図示の伝達機構を介して推進力を伝達する。

上記のように構成された推進電動機１は、誘導電動機として駆動力を発生するものであり、固定子21が造る強い閉磁気回路内の磁気空隙に動く回転子31を配した構成である。その動作原理を簡単に説明すれば、固定子21から発生した回転磁界（磁束）が所定周波数で発生移動することにより、それに伴って良導体表層部33の凹部34の内周縁における１巻コイル列R2に誘起電圧が発生し、電流が流れる。そして、固定子21から発生した磁束と、１巻コイル列R2に流れる電流の相互作用で回転トルクが発生し、回転子31が回転運動するものである。

左右の回転軸５，６における軸トルクは、各回転子31の発生トルクの和で決まり、固定子21と回転子31との対向組数にほぼ比例する。

上記第１の実施形態においては、全部で６組の磁気的空隙を隔てた回転子31の良導体表層部33と、固定子21の回転磁界生成面との対向配置が構成され、左右の回転軸５，６にそれぞれ３組分の駆動トルクが作用する。さらに減速機構７が配置されていることにより駆動トルクが増大し、電動自動車において必要とされる駆動トルクが十分に得られる推進電動機１が実現できる。この構成の最大の利点は、スペースファクターに優れていることである。

さらに、大きな駆動トルクが必要とされる場合には、磁気発生機構部２と回転機構部３との組合せを軸方向にパラレルに付加すればよいものである。また、磁気発生機構部２の固定子21に配設する駆動用コイル24の設置数も上記の８個に限らず、その外径、要求トルク等に応じて設置数が適宜変更可能である。その際、駆動用コイル24を二重の同心円状に配置するように構成してもよい。その具体的構成は、本願発明者による特開２００１−６９７３４号公報の記載内容を参照されたい。

次に、図５は、前記回転子31の変形例を示し、良導体表層部33，33が両面に配設された軟磁性回転板32は、２枚の板材32A，32Bが互いに絶縁材層32Cを介して貼り合わせられてなる。

上記図５の回転子31の構成によれば、両側の固定子21から作用する回転磁界がそれぞれ片側の板材32A，32Bに作用し、反対側板材32B，32Aには絶縁材層32Cで遮断されて渦電流は進入せず、両側の回転磁界が互いに干渉して分散するのをその磁気抵抗を大きくして防止でき、駆動効率を向上することができる。

図６は、本発明の第２の実施形態にかかる電動車両用推進電動機11を示すものであって、特に電動３輪自転車に適合する推進電動機である。つまり、第１の実施形態の電動自動車に適合する推進電動機１よりも要求駆動力が低い場合の例である。

本実施形態における磁気発生機構部２および回転機構部３は、多少図面上の形態が異なっている部分があるが、前述の第１の実施形態と同様の構成であり、同一機能部品には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。左右の回転軸５，６も同様である。

本実施形態においては、左右の回転軸５，６にはそれぞれ１枚の回転子31が互いに平行に固着され、この回転子31は軟磁性回転板32の両面に良導体表層部33が形成されている。上記回転子31の両側にそれぞれ固定子21が合計３個配設され、中央の固定子21は２枚の回転子31の間に、外側の２つの固定子21は２枚の回転子31のそれぞれ外面に対向して設置されている。上記構造により、合計４組の磁気発生機構部２と回転機構部３とが組み合わせられている。

また、筐体14は、上記左右の回転軸５，６をベアリングを介して保持するための両側のディスク部45と、外側のケーシング部46と、カバー部47とで構成されている。なお、両側のディスク部45は下記回生発電機構8A，8Bにおける磁路材の機能を持つ。

なお、この図６の実施形態においては、固定子21および回転子31の外径が前述の図１の実施形態におけるものより、小さいサイズに形成され、複数の駆動用コイル24による駆動コイル列から発生される回転磁界の強度、それに伴う回転子31での1巻コイル列での発生電流値等が低い値となり、１組の磁気発生機構部２と回転機構部３による回転トルクは小さく設定されている。

また、本実施形態においては減速機構に代えて、回生発電機構8A，8Bが左右の回転軸５，６にそれぞれ異なる形式（円筒型、扁平型）のものが例示的に設置されている。実際は、左右の回転軸５，６に同じ形式の回生発電機構が設置され、同等の抵抗が作用するように設定される。

そして、上記左右の回転軸５，６の回転トルクはその外端部より直接に電動車両（電動３輪自転車）の左右駆動輪に伝達機構を介して出力される。

図６で上側に示されている円筒型の第１の回生発電機構8Aについて説明する。この回生発電機構8Aにおける回転部材81のボス部が、回転軸５に固着されて一体に回転し、この回転部材81の外周部にリング状の永久磁石82が取り付けられ、該永久磁石82の外周に発電用コイル83が設置されている。この発電用コイル83は大リング状で、前記筐体14におけるカバー部47の外周内面に、磁性ヨーク材（図示せず）に覆われて設置されている。この磁性ヨーク材は対面する永久磁石の磁束を発電用コイル83に効率よく鎖交させるように構成されている。

図６で下側に示されている扁平型の第２の回生発電機構8Bについて説明する。この回生発電機構8Bにおけるディスク状の回転部材84のボス部が、回転軸６に固着されて一体に回転し、この回転部材84の平面に円盤状の永久磁石85が取り付けられ、該永久磁石85の対向面に発電用コイル86が設置されている。この発電用コイル86は小リング状で、磁性ヨーク材（図示せず）に覆われて前記筐体14におけるディスク部45の平面に複数設置されている。

上記のような回生発電機構8A，8Bを備えた推進電動機11においては、電動車両の減速時等で車両側からの駆動力によって回転軸５，６が回転される場合に、永久磁石82，85の回転に伴って発電用コイル83，86から発生する電力を蓄電して駆動時に利用するものである。

なお、上記回生発電機構8A，8Bの永久磁石82，85と、前記固定子21，21の駆動コイル24，24との間には、円板状の軟磁性材料27，27が介装され、磁気発生機構部２の駆動コイル24が作る磁束の閉磁路材として機能している。

次に、図７は、本発明の第３の実施形態にかかる電動車両用推進電動機111を示すものであって、特に電動アシスト自転車に適合する推進電動機である。

本実施形態の推進電動機は、１本の回転軸５を備えて構成され、この回転軸５に１枚の回転子31が固着されて回転機構部３が構成され、この回転子31の両側に２つの固定子21が配置されて磁気発生機構部２が構成されている。上記回転子31は軟磁性回転板32の両面に良導体表層部33が形成されてなる。上記構造により、合計２組の磁気発生機構部２と回転機構部３とが組み合わせられている。

その他は、図６に示す第２の実施形態と同様に構成され、同一機能部品には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。

また、筐体114は、上記回転軸５をベアリングを介して保持するための両側のディスク部45と、外側のケーシング部46と、カバー部47とで構成されている。

なお、この図７の実施形態においては、固定子21および回転子31の外径が前述の図６の実施形態におけるものと同等のサイズに形成され、１組の磁気発生機構部２と回転機構部３で構成されることより、図６の実施形態のほぼ半分の回転トルクが得られる。

そして、上記回転軸５の回転トルクは、その一端もしくは両端より直接に電動車両（電動アシスト自転車）の駆動輪に伝達機構を介して出力される。また、図６と同様の回生発電機構8A，8Bを備えている。

なお、本実施形態においては１軸の出力軸であることより、実際には回生発電機構8A，8Bはいずれか一方の形式が1つ設置される。また、図示していないが磁路構成上必要とするヨーク材は図６と同じである。

次に、図８および図９は、本発明の第４の実施形態にかかる電動車両用推進電動機211を示すものであって、特に高トルク運転、高速回転が要求される電動自動車に適合する推進電動機の例である。

本実施形態においては、１軸の出力軸５であり、前述の磁気発生機構部２および回転機構部３によって構成される誘導電動機構を、図８において上下に備え、中間部分には第２の磁気発生機構部12および第２の回転機構部13によって構成される同期電動機構を備えた推進電動機211に構成されている。尚ここで言う同期電動機構とは永久磁石型無刷子電動機構を主に指す。

本実施形態の誘導電動機構における磁気発生機構部２および回転機構部３は、多少図面上の形態が異なっている部分があるが、前述の第１の実施形態と同様の構成であり、同一機能部品には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。

本実施形態においては、１軸の回転軸５には１枚の回転子31が互いに平行に固着され、この回転子31は軟磁性回転板32の両面に良導体表層部33が形成されている。上記回転子31の両側に対向してそれぞれ固定子21が合計４個配設されている。上記構造により、合計４セルの磁気発生機構部２と回転機構部３とが組み合わせられている。尚、図５の回転子構成もある。

また、中間部の同期電動機構における第２の回転機構部13は、２枚の円板131の両側にそれぞれ永久磁石132が支持体133によって保持された第２の回転子231を備える。一方、第２の磁気発生機構部12は、コア122に巻線123が巻回されてなる駆動用コイル124が固定部材125に、その磁界生成面が上記永久磁石132の表面に磁気的空間を隔てて位置するように保持された第２の固定子221を備えてなる。

上記誘導電動機構の２つの回転子31および中間の同期電動機構の１つの第２の回転子231が１つの回転軸５に固着され、４組の固定子21により発生される誘導電動機構と遊星歯車減速機構を経た駆動トルクと、２組の第２の固定子221により発生される同期電動機構と遊星歯車減速機構を経た駆動トルクとがこの回転軸５を介して出力される。

回転軸５の外周には、各固定子21，221が固着されて回転軸５と一体に回転するスリーブ251が装着され、このスリーブ251の外周が筐体214の回転中心に設置された枢支部241に、ベアリングを介して保持されている。

また、本実施形態においては、回転軸５の出力側には、第１の実施形態と同様に構成された、駆動ギヤ71（サンギヤ）、複数の遊星ギヤ72、アウターギヤ73、キャリア軸74、円盤部材75による減速機構７（遊星歯車機構）が設置されている。遊星ギヤ72を保持するキャリア軸74は、筐体214の外ケーシング部242の内側に固着された内カバー部243に固定されている。

前記回転軸５の端部外周にベアリングを介して円盤部材75の中心部分の出力軸部76が回転自在に保持され、この出力軸部76が電動車両（自動車）の駆動輪に対し駆動力を出力するもので、不図示の伝達機構を介して推進力を伝達する。

図９は本実施形態に係る推進電動機211の出力特性を示すものであり、直線Ａおよび破線Ａ′が４セルの固定子21によって回転子31に作用する誘導電動機構による出力特性であり、高回転域においてもトルクを発生する。一方、直線Ｂおよび破線Ｂ′が２セルの第２の固定子221によって回転子231に作用する同期電動機構による出力特性であり、低回転領域において高トルクを発生する。

上記特性に伴い、電動車両の走行状態に応じて、低速高負荷領域で同期電動機構の第２の固定子221に対して交流電流を印加し、高速低負荷領域で誘導電動機構の固定子21に対して交流電流を印加するように制御する。

なお、電源装置については、詳細は図示していないが、それぞれの固定子21，221の駆動用コイル24，124に対して印加する交流電源を発生させるインバータを備え、電動車両の運転状態に応じて電源を切り換える制御機構を備えて構成される。

なお、非駆動状態にある同期電動機構においては、第２の回転子231の回転に伴う永久磁石132の駆動用コイル124に対する移動に応じて、回生発電が行われる。

また、駆動用コイル24，124の設置数、永久磁石132の材質および大きさ、設置数などは、電源装置により印加する電圧値とともに定格出力の大きさ等に応じて適宜設計変更されるものである。

なお本実施形態の電動車両用推進電動機は、上記のような構成としたが、本発明はこれ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適宜変更可能である。

１,11,111,211 電動車両用推進電動機
２,12 磁気発生機構部
３,13 回転機構部
４,14,114,214 筐体
５,６回転軸
７減速機構
8A,8B 回生発電機構
21,221 固定子
22 磁性コア
23 導線
24,124 駆動用コイル
25 絶縁基部
31,231 回転子
32 軟磁性回転板
32A,32B 板材
32C 絶縁材層
33 良導体表層部
34 凹部
72 遊星ギヤ
76 出力軸部
82,85,132 永久磁石
83,86 発電用コイル
R1 駆動コイル列
R2 １巻コイル列

Claims

磁性コアに導線を巻回した複数の駆動用コイルが絶縁基部に同心円状に配設された駆動コイル列を有し、所定周波数の電源により駆動され、円形面に回転磁界を発生する固定子を有する磁気発生機構部と、
回転自在な軟磁性回転板の平面に、同心円状に配設された複数の凹部内周縁により磁性的に１巻コイル列が構成される良導体表層部が形成された回転子を有する回転機構部とを備え、
前記固定子の回転磁界が発生される平面と前記回転子の良導体表層部とが互いに磁気的空隙を隔てて対向配置され、前記固定子から発生する回転磁界を前記回転子に作用させて該回転子を回転駆動する電動車両用推進電動機であって、
前記回転子の回転中心に、筐体に回転自在に保持された回転軸を備え、
該回転軸に固着された少なくとも１つの前記回転子は、両面に前記１巻コイル列が構成される良導体表層部が形成され、
該回転子の両側にはそれぞれ前記固定子が配設され、該回転子の各良導体表層部に磁気的空隙を隔ててそれぞれ前記固定子の回転磁界生成面が対向配置されてなり、
前記良導体表層部が両面に配設された前記軟磁性回転板は、２枚の軟磁性回転板の板材が互いに絶縁材層を介して貼り合わせられてなることを特徴とする電動車両用推進電動機。
磁性コアに導線を巻回した複数の駆動用コイルが絶縁基部に同心円状に配設された駆動コイル列を有し、所定周波数の電源により駆動され、円形面に回転磁界を発生する固定子を有する磁気発生機構部と、
回転自在な軟磁性回転板の平面に、同心円状に配設された複数の凹部内周縁により磁性的に１巻コイル列が構成される良導体表層部が形成された回転子を有する回転機構部とを備え、
前記固定子の回転磁界が発生される平面と前記回転子の良導体表層部とが互いに磁気的空隙を隔てて対向配置され、前記固定子から発生する回転磁界を前記回転子に作用させて該回転子を回転駆動する電動車両用推進電動機であって、
前記回転子の回転中心に、筐体に回転自在に保持された回転軸を備え、
該回転軸に固着された少なくとも１つの前記回転子は、両面に前記１巻コイル列が構成される良導体表層部が形成され、
該回転子の両側にはそれぞれ前記固定子が配設され、該回転子の各良導体表層部に磁気的空隙を隔ててそれぞれ前記固定子の回転磁界生成面が対向配置されてなり、
前記１巻コイル列が構成される良導体表層部を両面に備えた前記回転子において、片面の１巻コイル列の配置に対し、反対面の１巻コイル列の配置は、その位相が角度方向にずれて設置されていることを特徴とする電動車両用推進電動機。
前記軟磁性回転板が、軟磁性材料による平板で構成されてなるものであることを特徴とする請求項１または２に記載の電動車両用推進電動機。
前記回転軸に、前記回転子と平行に、第２の回転子がさらに保持され、該第２の回転子の両側にそれぞれ第２の固定子が配設され、前記第２の回転子に永久磁石が取り付けられ、該永久磁石の両側表面にそれぞれ磁気的空間を隔てて対向する駆動用コイルが前記第２の固定子に配設されてなることを特徴とする請求項１または２に記載の電動車両用推進電動機。