JP5933398B2

JP5933398B2 - 可変界磁モータ及び電動車両

Info

Publication number: JP5933398B2
Application number: JP2012192199A
Authority: JP
Inventors: 政秀味村
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2032-08-31
Also published as: JP2014050251A

Description

この発明は、界磁特性を変更できる可変界磁モータとその可変界磁モータを用いる電動車両に関するものである。

電動車両の駆動源として用いられるモータは、低速運転時の高トルク特性と、高速運転時の高回転特性が要求される。このような要求を満たすモータとして、ステータの磁気作用部とロータの磁気作用部のオーバーラップ量を運転状況に応じて可変操作できるようにした可変界磁モータが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の可変界磁モータは、ステータとロータが軸方向に相対変位可能に設けられ、両者の相対変位がレバー機構を介して、アクチュエータである別のモータによって操作されるようになっている。

特開２００９−０９５０７８号公報

しかし、この従来の可変界磁モータは、アクチュエータであるモータによってステータとロータの相対位置を操作するものであるため、操作用のモータの他にセンサ類や制御手段が必要となり、構造が複雑になるとともに部品点数の増加を来してしまう。このため、装置の大型・重量化と製品コストの高騰を避けることができない。

そこでこの発明は、運転状況に応じた界磁特性の変更を簡単な構成によって実現できるようにして、装置の小型・軽量化と製品コストの低減を図ることのできる可変界磁モータとその可変界磁モータを用いる電動車両を提供しようとするものである。

請求項１に係る発明は、ステータ（５１）の磁気作用部（ＭＳ）とロータ（５２）の磁気作用部（ＭＲ）のオーバーラップ量を操作することによって界磁特性を変更する可変界磁モータであって、設置ベース（１２）に固定された前記ステータ（５１）と、前記設置ベース（１２）に回転可能に支持され、前記ロータ（５２）の軸心位置に同軸に設けられたモータ動力の取り出し部である回転軸（４３）と、前記回転軸（４３）に同期して回転可能なモータ出力軸部材（６２）と、を備え、該モータ出力軸部材は、前記回転軸（４３）に回転可能、かつ軸方向変位不能に支持されるとともに、前記回転軸（４３）に対して動力伝達可能とする第１のモータ出力軸部材（５４）と、前記ロータ（５２）と一体に設けられ、該第１のモータ出力軸部材（５４）に軸方向変位可能に支持される第２のモータ出力軸部材（５３）の二部材からなり、前記ステータ（５１）の磁気作用部（ＭＳ）と前記ロータ（５２）の磁気作用部（ＭＲ）のオーバーラップ量が最小になる基準位置に向けて前記ロータ（５２）と前記第２のモータ出力軸部材（５３）を軸方向に付勢する付勢部材（５９）を有し、前記第１のモータ出力軸部材（５４）と前記第２のモータ出力軸部材（５３）の間に動力伝達可能に介装されるとともに、前記第１のモータ出力軸部材（５４）と前記第２のモータ出力軸部材（５３）の間に作用する回転トルクに応じて前記第１のモータ出力軸部材（５４）と前記第２のモータ出力軸部材（５３）を相対回転させつつ、前記第２のモータ出力軸部材（５３）を前記付勢部材の付勢力に抗して、前記ステータ（５１）と前記ロータ（５２）の磁気作用部（ＭＳ，ＭＲ）同士のオーバーラップ量が最大となるように、軸方向に変位させるトルクカム機構（５６）をさらに備えていることを特徴とするものである。
これにより、ロータ（５２）が基準位置にある状態から第１のモータ出力軸部材（５４）と第２のモータ出力軸部材（５３）の間に作用する回転トルクが増大すると、トルクカム機構（５６）の機能により、付勢部材（５９）の付勢力に抗して第１のモータ出力軸部材（５４）と第２のモータ出力軸部材（５３）が一方向に相対回転するとともに、第２のモータ出力軸部材（５３）とロータ（５２）が磁気作用部（ＭＳ，ＭＲ）のオーバーラップ量を増大させる方向に変位する。この結果、ステータ（５１）とロータ（５２）の間の界磁が強まり、大きなモータトルクを得ることが可能になる。また、この状態から回転軸（４３）の回転速度が高まり、第１のモータ出力軸部材（５４）と第２のモータ出力軸部材（５３）の間に作用する回転トルクが減少すると、トルクカム機構（５６）の付勢部材（５９）の付勢力により第１のモータ出力軸部材（５４）と第２のモータ出力軸部材（５３）が他方向に相対回転するとともに、第２のモータ出力軸部材（５３）とロータ（５２）が磁気作用部（ＭＳ，ＭＲ）のオーバーラップ量を減少させる方向に変位する。この結果、ステータ（５１）とロータ（５２）の間の界磁が弱まり、モータの回転速度の増大が可能になる。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る可変界磁モータにおいて、前記第１のモータ出力軸部材（５４）と前記第２のモータ出力軸部材（５３）はいずれも円筒状に形成され、前記第１のモータ出力軸部材（５４）は、前記第２のモータ出力軸部材（５３）の内周部に摺動自在に嵌合され、前記トルクカム機構（５６）は、前記第１のモータ出力軸部材（５４）と前記第２のモータ出力軸部材（５３）のうちの一方の周壁に設けられた長孔状のカム溝（５７）と、前記第１のモータ出力軸部材（５４）と前記第２のモータ出力軸部材（５３）のうちの他方の周壁に突設されて、前記カム溝（５７）に摺動自在に係合される係合ピン（５８）と、を備えていることを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項２に係る可変界磁モータにおいて、前記オーバーラップ量が最小になる前記ロータ（５２）の基準位置は、前記係合ピン（５８）が前記カム溝（５７）の一端に当接することによって規定されることを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、請求項２または３に係る可変界磁モータにおいて、前記オーバーラップ量が最大になる前記ロータ（５２）の最大変位位置は、前記係合ピン（５８）が前記カム溝（５７）の他端に当接することによって規定されることを特徴とするものである。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか１項に係る可変界磁モータにおいて、前記第１のモータ出力軸部材（５４）と前記回転軸（４３）の間には遠心クラッチ（４０）が介装され、前記遠心クラッチ（４０）は、前記回転軸（４３）に結合された従動側回転部材（４１）と、前記第１のモータ出力軸部材（５４）に取り付けられ、前記第１のモータ出力軸部材（５４）が設定回転速度以上の速度で回転したときに遠心力によって前記従動側回転部材（４１）に接続される駆動側回転部材（４２，４４）と、を備えていることを特徴とするものである。
これにより、第１のモータ出力軸部材（５４）が回転を停止している可変界磁モータの始動時には遠心クラッチが遮断状態になり、回転軸（４３）と第１のモータ出力軸部材（５４）の間が動力遮断状態となる。このとき、ロータ（５２）は磁気作用部（ＭＳ，ＭＲ）のオーバーラップ量が最小となる基準位置に位置されているが、第１のモータ出力軸部材（５４）には回転軸（４３）の負荷が作用しないため、可変界磁モータは容易に始動を行うことができる。この状態からロータ（５２）の回転速度が増大して第１のモータ出力軸部材（５４）の回転速度が設定回転速度以上になると、遠心クラッチ（４０）の駆動側回転部材（４２，４４）が従動側回転部材（４１）に接続され、第１のモータ出力軸部材（５４）の回転が遠心クラッチ（４０）を介して回転軸（４３）に伝達される。このとき、回転軸（４３）の負荷が第１のモータ出力軸部材（５４）に作用すると、第１のモータ出力軸部材（５４）と第２のモータ出力軸部材（５３）の間に作用する回転トルクが増大し、トルクカム機構（５６）の機能により、第２のモータ出力軸部材（５３）とロータ（５２）が磁気作用部（ＭＳ，ＭＲ）のオーバーラップ量を増大させる方向に変位する。したがって、可変界磁モータは、大きなトルクでモータ出力部を回転させることができる。

請求項６に係る発明は、請求項５に係る可変界磁モータにおいて、前記駆動側回転部材は、前記第１のモータ出力軸部材（５４）に一体に取り付けられたドライブプレート（４２）と、このドライブプレート（４２）に保持され、前記第１のモータ出力軸部材（５４）が設定回転速度以上の速度で回転したときに遠心力によって前記従動側回転部材（４１）に摩擦接触する摩擦部材（４４）と、を備え、前記付勢部材（５９）は、前記ドライブプレート（４２）と前記第２のモータ出力軸部材（５３）の間に介装されていることを特徴とするものである。

請求項７に係る電動車両の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に係る可変界磁モータ（５０）が車輪駆動用のモータとして用いられていることを特徴するものである。

請求項１に係る発明によれば、モータ動力の取り出し部である回転軸に接続される第１のモータ出力軸部材と、ロータと一体に設けられた第２のモータ出力軸部材がトルクカム機構を介して接続されるため、ステータの磁気作用部とロータの磁気作用部のオーバーラップ量を、第１のモータ出力軸部材と第２のモータ出力軸部材の間に作用するトルクに応じて自動的に可変操作することができる。したがって、この発明によれば、装置の大型・重量化や製品コストの高騰を招くことのない簡単な構成でありながら、界磁特性を要求トルクに応じて変更することができる。

請求項２に係る発明によれば、第２のモータ出力軸部材の内周部に第１のモータ出力軸部材が摺動自在に嵌合され、トルクカム機構が、第１のモータ出力軸部材と第２のモータ出力軸部材のうちの一方の周壁に設けられた長孔状のカム溝と、第１のモータ出力軸部材と第２のモータ出力軸部材のうちの他方の周壁に突設されて前記カム溝に摺動自在に係合される係合ピンと、を備えた構成とされているため、トルクカム機構の小型・計量化と製品コストの低減を図ることができる。

請求項３に係る発明によれば、トルクカム機構の係合ピンがカム溝の一端に当接することによってロータの基準位置が規定されるため、簡単な構成でありながら、ロータの基準位置を確実に規定することができる。

請求項４に係る発明によれば、トルクカム機構の係合ピンがカム溝の他端に当接することによってロータの最大変位位置が規定されるため、簡単な構成でありながら、ロータの最大変位位置を確実に規定することができる。

請求項５に係る発明によれば、第１のモータ出力軸部材の回転速度に応じて第１のモータ出力軸部材と回転軸の間を断接する遠心クラッチを備え、第１のモータ出力軸部材の回転速度が設定回転速度に満たない間は遠心クラッチが遮断状態に維持されるため、低負荷状態で容易に始動を行うことができるとともに、始動後にロータの回転速度が高まった状態でロータから回転軸に動力を伝達することができる。

請求項６に係る発明によれば、第１のモータ出力軸部材に取り付けられた遠心クラッチのドライブプレートと第２のモータ出力軸部材との間に付勢部材が介装されるため、ロータと第２のモータ出力軸部材を基準位置方向に付勢する付勢部材を簡単な構成によって設置することができる。

請求項７に係る発明によれば、装置の大型・重量化や製品コストの高騰を招くことなく、車輪駆動用のモータの界磁特性を運転状況に応じて変更することができる。特に、この発明によれば、第１のモータ出力軸部材と第２のモータ出力軸部材の間の回転トルクが小さい状況では、モータの界磁特性が自動的に弱め界磁に変更されるため、車両の慣性走行時等に動力ロスを低減することができる。
また、第１のモータ出力軸部材と回転軸の間に遠心クラッチを介装した場合には、低負荷状態でモータを始動することができるとともに、ロータの回転速度が上がったところで車輪に動力を伝達でき、坂道等で発進を容易に行うことができる。さらに、モータが始動されない状態では、遠心クラッチが遮断状態にされるため、特別な操作をすることなくモータを停止した状態で車両の押し歩きをすることができる。

この発明の一実施形態に係る電動車両の側面図である。この発明の一実施形態に係る電動車両の斜視図である。この発明の一実施形態に係る電動車両の図１のＡ−Ａ断面に対応する断面図である。この発明の一実施形態に係る可変界磁モータの図３の一部を拡大して示した断面図である。この発明の一実施形態に係る可変界磁モータの第１のモータ出力軸部材と第２のモータ出力軸部材の係合状態を示す側面図である。この発明の一実施形態に係る可変界磁モータの図３の一部を拡大して示した断面図である。この発明の一実施形態に係る可変界磁モータの第１のモータ出力軸部材と第２のモータ出力軸部材の係合状態を示す側面図である。この発明の一実施形態に係る可変界磁モータのトルク−回転数特性を示すグラフである。

以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電動車両１の側面図であり、図２は、外装部品を取り外した状態の電動車両１の後方斜視図である。
電動車両１は、低床フロアを有するスクータ型の自動二輪車であり、スイングアーム１２に内設された可変界磁モータ５０（以下「モータ５０」と呼ぶ）の回転駆動力で後輪ＷＲを駆動するように構成されている。なお、モータ５０に電力を供給する高電圧バッテリ３１は、車体に設けられた不図示の充電口に外部電源を接続することによって充電される。

メインフレーム２の上方側の端部には、ステアリングステム７ａを回動自在に軸支するヘッドパイプ３が結合されている。ステアリングステム７ａの上部には操向ハンドル７が取り付けられ、下部には左右一対のフロントフォーク４が取り付けられている。左右のフロントフォーク４の下端部には、前輪ＷＦが回転自在に軸支されている。

メインフレーム２の下方には、左右一対のサイドフレーム５が連結されており、この左右のサイドフレーム５に挟まれるように、モータ５０に電力を供給する高電圧バッテリ３１（例えば、７２Ｖ）が配設されている。サイドフレーム５は、その後方側で車体上方に屈曲して、荷室１７等を支持するリヤフレーム６に連結されている。

左右のサイドフレーム５の後部には、スイングアームピボット１１を有するピボットプレート２０がそれぞれ取り付けられている。スイングアームピボット１１には、車幅方向左側のアームのみで後輪ＷＲを支持する片持ち式のスイングアーム１２の前端部が揺動自在に軸支されている。スイングアーム１２の後部には、後輪ＷＲが車軸１９を介して回転自在に軸支されており、スイングアーム１２の後方端部は、リヤショックユニット１３（図２では省略。）によってリヤフレーム６に吊り下げられている。

スイングアーム１２の前端部の下部には、高電圧バッテリ３１から供給される直流電流を、交流電流に変換してモータ５０へ供給するモータドライバ（または、ＰＤＵ：パワー・ドライブ・ユニット）３５が配設されている。モータドライバ３５からの供給電力は、３本の電力供給ラインＬ（Ｕ相配線，Ｖ相配線，Ｗ相配線）を介してモータ５０に供給される。モータ５０の後方側には、減速機構７０の第１減速歯車４６及び第２減速歯車４７が配設されている。後輪ＷＲは、第２減速歯車４７の回転軸である車軸１９によって駆動される。また、モータドライバ３５の近傍には、電圧波形の振動を除去するための平滑コンデンサ３６が配設されている。

操向ハンドル７の車体前方側には、外装部品としてのフロントカウル９が設けられており、フロントカウル９の上部には、速度計等を含むメータユニット８が取り付けられている。フロントカウル９の車体前方側には前照灯１０が設けられている。また、高電圧バッテリ３１の上部には、乗員が足を乗せる低床フロアが形成されており、リヤフレーム６の外方にはシートカウル１５が設けられている。シートカウル１５の上部には、車体前方側のヒンジで開閉するシート１４が取り付けられている。また、シートカウル１５の後端部には、尾灯装置１６が取り付けられている。ピボットプレート２０には、車幅方向に離間した２本の脚部を有するセンタースタンド１８が取り付けられている。

ヘッドパイプ３の車幅方向右側には、前照灯１０等の補機類や制御装置等に電力を供給する低電圧バッテリ３０（例えば、１２Ｖ）が配設されている。低電圧バッテリ３０は、高電圧バッテリ３１の電力によって充電することができる。シートカウル１５の内側で荷室１７の前方には、高電圧バッテリ３１の高電圧（７２Ｖ）を低電圧（１２Ｖ）に変換するＤＣ−ＤＣコンバータ３２と、ヒューズやリレー等を収納するコンタクターボックス３３が配設されている。さらに、車幅方向右側のリヤフレーム６の外側には、モータドライバ３５等を制御する制御装置（ＭＧＵ：マネージングユニット）３４が、取付ステー３４ａ（図２参照。）を介して取り付けられている。

図３は、図１のＡ−Ａ断面に対応する断面図である。
図３に示すように、スイングアーム１２は、スイングアームピボット１１に回動可能に支持されるボス部２２ａ，２２ｂが前端部の車幅方向に離間した二か所に設けられ、その前端部の車幅方向の左側に偏倚した領域からは、後輪ＷＲの左側方に向かって延出するアーム部２３が延設されている。アーム部２３は、車幅方向の内側のベース壁２４と、ベース壁２４の外側を覆うアームカバー２５と、を備え、後端側のベース壁２４とアームカバー２５とに囲まれた空間部内にモータ５０が設置されている。また、ベース壁２４の後縁部の外面（車幅方向内側の面）には減速機ケース２６が取り付けられ、その減速機ケース２６内に前述した減速機構７０（第１減速歯車４６及び第２減速歯車４７）が収容されている。減速機ケース２６からは、第２減速歯車４７の回転軸である車軸１９が突出している。

図４，図６は、モータ５０を中心とする図３の一部を拡大した図であり、図５，図７は、モータ５０の構成部品の係合状態を示す側面図である。
モータ５０は、略円筒状のステータ５１の内側にロータ５２が回転自在に配置されたインナーロータ式のモータである。ステータ５１は、スイングアーム１２のベース壁２４に突設された環状の保持壁３８にボルト３９によって固定されている。なお、この実施形態においては、スイングアーム１２（ベース壁２４，アームカバー２５）がモータ５０の設置ベースを構成している。

ステータ５１は、モータドライバ３５を通して電流が供給されるステータコイル７１を備えている。ロータ５２は、略円筒状に形成され、外周面の近傍に図示しない複数の永久磁石が円周方向に沿って保持されている。
また、円筒状のロータ５２の軸心位置には、減速機構７０の第１減速歯車４６に接続されるモータ動力の取り出し部である回転軸４３が配置されている。回転軸４３は、図３に示すように、軸受２７，２８を介してスイングアーム１２のベース壁２４とアームカバー２５とに回転自在に支持されている。回転軸４３の一端部はベース壁２４を貫通して減速機ケース２６内に突出し、減速機構７０の第１減速歯車４６に噛合されている。

図４，図６に示すように、ロータ５２の内周側には、回転軸４３と同期して回転可能なモータ出力軸部材６２が設けられている。モータ出力軸部材６２は、軸受５５を介して回転軸４３に回転可能、かつ軸方向変位不能に支持された円筒状の第１のモータ出力軸部材５４と、ロータ５２の内周部に圧入等によって一体に固定され、第１のモータ出力軸部材５４の外周面に摺動可能（回動可能、かつ軸方向変位可能）に支持された第２のモータ出力軸部材５３と、から構成されている。第２のモータ出力軸部材５３は、第１のモータ出力軸部材５４に対し、後述するトルクカム機構５６を介して動力伝達可能に接続されている。
また、第１のモータ出力軸部材５４の第２のモータ出力軸部材５３に係合される側と逆側の軸方向の端部は、遠心クラッチ４０を介して回転軸４３と接続可能とされている。

遠心クラッチ４０は、回転軸４３の端部に結合される有底円筒状のクラッチアウタ４１と、クラッチアウタ４１の周壁の内側において第１のモータ出力軸部材５４に一体に固定された円板状のドライブプレート４２と、ドライブプレート４２に保持され、遠心力によって径方向外側に変位してクラッチアウタ４１の周壁の内面に摩擦接触するクラッチシュー４４（摩擦部材）と、を備えている。この遠心クラッチ４０では、クラッチアウタ４１が従動側回転部材を構成し、ドライブプレート４２とクラッチシュー４４が駆動側回転部材を構成している。

ところで、第１のモータ出力軸部材５４と第２のモータ出力軸部材５３を動力伝達可能に接続する上記のトルクカム機構５６は、第２のモータ出力軸部材５３の周壁に形成された長孔状のカム溝５７と、第１のモータ出力軸部材５４の周壁の外面から径方向外側に突出し、カム溝５７に摺動自在に係合される係合ピン５８と、第１のモータ出力軸部材５４と一体のドライブプレート４２と第２のモータ出力軸部材５３の間に介装され、第２のモータ出力軸部材５３とロータ５２をドライブプレート４２から離間する方向に付勢する付勢部材であるスプリング５９（図４，図６参照。）と、を備えている。

この実施形態のカム溝５７は、第２のモータ出力軸部材５３の周壁を貫通して形成され、略一定幅の溝（孔）が第２のモータ出力軸部材５３の軸線ａ（図５，図７参照。）に対して傾斜して延出している。ここで、第２のモータ出力軸部材５３の遠心クラッチ４０に近接する側の端部を一端部と呼び、逆側の端部を他端部と呼ぶものとすると、カム溝５７は、第２のモータ出力軸部材５３の一端部側から他端部側に向かってロータ５２の駆動回転方向Ｒ（図５，図７参照。）と逆側に傾斜している。

図４，図５は、第１のモータ出力軸部材５４と第２のモータ出力軸部材５３の間に作用する回転トルクが設定値に満たないときにおける状態を示している。
この状態では、第１のモータ出力軸部材５４がスプリング５９の付勢力を受けて第２のモータ出力軸部材５３に対して軸方向の他端部側に最大に変位し、カム溝５７の一端部に係合ピン５８が当接している。このとき、第２のモータ出力軸部材５３と一体のロータ５２は、図４に示すように、ステータ５１に対する軸方向のずれ量が最大になり、ステータ５１の磁気作用部ＭＳとロータ５２の磁気作用部ＭＲの軸方向のオーバーラップ量は最小になる。この状態では、モータ５０における界磁が最も弱くなる。以下、この状態を弱め界磁状態と呼び、このときのロータ５２の位置を基準位置と呼ぶものとする。

トルクカム機構５６は、第１のモータ出力軸部材５４と第２のモータ出力軸部材５３の間に作用する回転トルクに応じてスプリング５９の付勢力に抗して両モータ出力軸部材５４，５３を一方向に相対回転させつつ、第２のモータ出力軸部材５３を軸方向の一端部側に変位させる。

図６，図７は、第１のモータ出力軸部材５４と第２のモータ出力軸部材５３の間に作用する回転トルクが設定値以上になって、両モータ出力軸部材５４，５３が一方向に相対回転し、第２のモータ出力軸部材５３が軸方向の一端部側に最大に変位したときにおける状態を示している。
この状態では、カム溝５７の他端部に係合ピン５８が当接している。このとき、第２のモータ出力軸部材５３と一体のロータ５２は、図６に示すように、ステータ５１に対する軸方向のずれ量が最小になり、ステータ５１の磁気作用部ＭＳとロータ５２の磁気作用部ＭＲの軸方向のオーバーラップ量は最大となる。この状態では、モータ５０における界磁が最も強くなる。以下、この状態を強め界磁状態と呼び、このときのロータ５２の位置を最大変位位置と呼ぶものとする。

この実施形態のトルクカム機構５６では、ロータ５２の基準位置は係合ピン５８がカム溝５７の一端に当接することによって規定され、ロータ５２の最大変位位置は係合ピン５８がカム溝５７の他端に当接することによって規定される。
なお、第２のモータ出力軸部材５３の周壁に形成されるカム溝５７のプロファイルは、第１のモータ出力軸部材５４と第２のモータ出力軸部材５３の間に回転トルクが作用した場合における界磁強さの変化特性を決める部分であり、得たい界磁強さの変化特性に応じて湾曲形状や屈曲形状としても良い。また、この実施形態においては、カム溝５７が第２のモータ出力軸部材５３の周壁に形成され、カム溝５７に摺動自在に係合される係合ピン５８が第１のモータ出力軸部材５４の周壁に突設されているが、逆に、カム溝５７が第１のモータ出力軸部材５４の周壁に形成され、係合ピン５８が第２のモータ出力軸部材５３の周壁に突設されるようにしても良い。
また、図４及び図６において、符号６０は、ロータ５２の回転速度を検出するための回転センサであり、６０ａは、第２のモータ出力軸部材５３の他端部に嵌合固定された回転センサ６０の非検出体、６０ｂは、スイングアーム１２に一体に固定されて非検出体６０ａの回転変化を検出する回転センサ６０のセンサ本体である。

図８は、モータ５０のトルク−回転数特性を示すグラフである。以下、このグラフを適宜参照して電動車両１の発進・走行時におけるモータ５０の作動について説明する。
電動車両１が停止した状態でモータ５０が始動されると、遠心クラッチ４０が遮断状態のまま、ロータ５２が回転を開始するようになる。このとき、第１のモータ出力軸部材５４は回転軸４３に対して非接続状態とされているため、ロータ５２には後輪ＷＲ側の負荷が作用しない。一方、このとき第２のモータ出力軸部材５３とロータ５２はスプリング５９の付勢力を受けて基準位置に位置されており、モータ５０の界磁は弱め界磁状態とされている。しかし、このときロータ５２には上述のように後輪ＷＲ側の負荷が作用しないため、ロータ５２はスムーズに回転を開始する。

こうして、ロータ５２の回転速度が上昇し、第１のモータ出力軸部材５４とドライブプレート４２の回転速度が設定速度以上になると、遠心クラッチ４０のクラッチシュー４４が遠心力によってクラッチアウタ４１に摩擦接触し、第１のモータ出力軸部材５４が回転軸４３と接続されるようになる。こうして、第１のモータ出力軸部材５４が回転軸４３と接続されると、回転軸４３側の負荷が第１のモータ出力軸部材５４に作用し、第１のモータ出力軸部材５４と第２のモータ出力軸部材５３の間の回転トルクが急増する（図８中の（ａ）参照。）。

こうして第１のモータ出力軸部材５４と第２のモータ出力軸部材５３の間の回転トルクが設定値以上に上昇すると、トルクカム機構５６の機能により、第２のモータ出力軸部材５３がスプリング５９の付勢力に抗して軸方向の一端部側に変位し、第２のモータ出力軸部材５３と一体のロータ５２が最大変位位置まで移動する。この結果、ステータ５１の磁気作用部ＭＳとロータ５２の磁気作用部ＭＲのオーバーラップ量が増大し、モータ５０の界磁状態が弱め界磁状態から強め界磁状態に変更される（図８中の（ｂ）参照。）。
したがって、このときモータ５０は大きなトルクで回転軸４３を回転させ、接地した後輪ＷＲを駆動することが可能になる。

また、こうして電動車両１が発進すると、モータ５０は強め界磁の状態で加速が行われるが、安定した高速走行時等では、ロータ５２側の第２のモータ出力軸部材５３と後輪ＷＲ側の第１のモータ出力軸部材５４の間に作用するトルクが次第に小さくなるため、トルクカム機構５６の機能により、ロータ５２がスプリング５９の付勢力を受けて基準位置方向に移動する。この結果、モータ５０の界磁状態が、高トルクを得るのに有利な強め界磁から、高回転を得るのに有利な弱め界磁に次第に変更される（図８中の（ｃ）参照。）。

以上のように、この実施形態の電動車両１で採用するモータ５０は、ロータ５２と一体の第２のモータ出力軸部材５３と、回転軸４３に接続される第１のモータ出力軸部材５４とがトルクカム機構５６を介して接続され、両モータ出力軸部材５３，５４間の回転トルクに応じてステータ５１の磁気作用部ＭＳとロータ５２の磁気作用部ＭＲのオーバーラップ量が自動的に変更されるため、装置の大型・重量化や製品コストの高騰を招くことのない簡単な構成でありながら、界磁特性を運転状況に応じて適切に変更することができる。

そして、このモータ５０を採用した電動車両１においては、第１のモータ出力軸部材５４と第２のモータ出力軸部材５３の間の回転トルクが小さい状況ではモータ５０の界磁特性が自動的に弱め界磁に変更されるため、慣性走行時等に動力のロスをより低減することができる。

また、この実施形態のモータ５０では、第２のモータ出力軸部材５３の内周部に第１のモータ出力軸部材５４が摺動自在に嵌合され、トルクカム機構５６が、第２のモータ出力軸部材５３の周壁に設けられたカム溝５７と、第１のモータ出力軸部材５４の周壁に突設されてカム溝５７内を摺動する係合ピン５８と、を備えた構成とされているため、トルクカム機構５６自体を小型・計量で低コストでの製造が可能なものとすることができる。

さらに、この実施形態のモータ５０においては、トルクカム機構５６の係合ピン５８がカム溝５７の一端に当接することによってロータ５２の基準位置が規定され、他端に当接することによってロータ５２の最大変位位置が規定されるようになっているため、極めて簡単な構成によってロータ５２の基準位置と最大変位位置とを確実に規定することができる。

また、この実施形態のモータ５０においては、第１のモータ出力軸部材５４の回転速度に応じて、第１のモータ出力軸部材５４と回転軸４３の間の動力の断接を行う遠心クラッチ４０が設けられているため、回転軸４３をロータ５２側から切り離して低負荷状態でモータ５０を容易に始動することができるうえ、始動後にロータ５２の回転速度が高まった状態で遠心クラッチ４０を接続してロータ５２から回転軸４３にスムーズに動力を伝達することができる。

そして、このモータ５０を採用した電動車両１においては、遠心クラッチ４０によって負荷が遮断された状態でモータ５０の始動を行うことができるとともに、ロータ５２の回転速度が上がったところで遠心クラッチ４０によって後輪ＷＲ側に動力を伝達することができる。したがって、上りの坂道等であっても容易に車両の発進を行うことができる。
また、この電動車両１では、モータ５０が始動されない状態では、遠心クラッチ４０が遮断状態に維持されるため、モータ５０の停止状態で押し歩きを行う場合に、モータ５０の回転抵抗が後輪ＷＲに伝達されることがない。このため、容易に押し歩きを行うことができる。

また、この実施形態のモータ５０では、第１のモータ出力軸部材５４の軸方向の端部から径方向外側にフランジ状に延出するドライブプレート４２と第２のモータ出力軸部材５３との間にコイル状のスプリング５９が介装されるため、第１のモータ出力軸部材５４側にスプリング５９を支持させるための専用の部品を設けることなく、遠心クラッチ４０の付勢部材であるスプリング５９を簡単な構成によって容易に配置することができる、という利点がある。

なお、この発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば、上記の実施形態においては、可変界磁モータを電動式の自動二輪車の駆動部に適用したが、可変界磁モータは電動式の三輪車両や四輪車両の駆動部に適用することも可能である。

１電動車両
１２スイングアーム（設置ベース）
４０遠心クラッチ
４１クラッチアウタ（従動側回転部材）
４２ドライブプレート（駆動側回転部材）
４３回転軸
４４クラッチシュー（駆動側回転部材）
５０モータ（可変界磁モータ）
５１ステータ
５２ロータ
５３第２のモータ出力軸部材
５４第１のモータ出力軸部材
５６トルクカム機構
５７カム溝
５８係合ピン
５９スプリング（付勢部材）
ＭＳ，ＭＲ磁気作用部

Claims

ステータ（５１）の磁気作用部（ＭＳ）とロータ（５２）の磁気作用部（ＭＲ）のオーバーラップ量を操作することによって界磁特性を変更する可変界磁モータであって、
設置ベース（１２）に固定された前記ステータ（５１）と、
前記設置ベース（１２）に回転可能に支持され、前記ロータ（５２）の軸心位置に同軸に設けられたモータ動力の取り出し部である回転軸（４３）と、
前記回転軸（４３）に同期して回転可能なモータ出力軸部材（６２）と、を備え、
該モータ出力軸部材は、前記回転軸（４３）に回転可能、かつ軸方向変位不能に支持されるとともに、前記回転軸（４３）に対して動力伝達可能とする第１のモータ出力軸部材（５４）と、前記ロータ（５２）と一体に設けられ、該第１のモータ出力軸部材（５４）に軸方向変位可能に支持される第２のモータ出力軸部材（５３）の二部材からなり、
前記ステータ（５１）の磁気作用部（ＭＳ）と前記ロータ（５２）の磁気作用部（ＭＲ）のオーバーラップ量が最小になる基準位置に向けて前記ロータ（５２）と前記第２のモータ出力軸部材（５３）を軸方向に付勢する付勢部材（５９）を有し、前記第１のモータ出力軸部材（５４）と前記第２のモータ出力軸部材（５３）の間に動力伝達可能に介装されるとともに、前記第１のモータ出力軸部材（５４）と前記第２のモータ出力軸部材（５３）の間に作用する回転トルクに応じて前記第１のモータ出力軸部材（５４）と前記第２のモータ出力軸部材（５３）を相対回転させつつ、前記第２のモータ出力軸部材（５３）を前記付勢部材の付勢力に抗して、前記ステータ（５１）と前記ロータ（５２）の磁気作用部（ＭＳ，ＭＲ）同士のオーバーラップ量が最大となるように、軸方向に変位させるトルクカム機構（５６）をさらに備えていることを特徴とする可変界磁モータ。
前記第１のモータ出力軸部材（５４）と前記第２のモータ出力軸部材（５３）はいずれも円筒状に形成され、
前記第１のモータ出力軸部材（５４）は、前記第２のモータ出力軸部材（５３）の内周部に摺動自在に嵌合され、
前記トルクカム機構（５６）は、前記第１のモータ出力軸部材（５４）と前記第２のモータ出力軸部材（５３）のうちの一方の周壁に設けられた長孔状のカム溝（５７）と、前記第１のモータ出力軸部材（５４）と前記第２のモータ出力軸部材（５３）のうちの他方の周壁に突設されて、前記カム溝（５７）に摺動自在に係合される係合ピン（５８）と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載の可変界磁モータ。
前記オーバーラップ量が最小になる前記ロータ（５２）の基準位置は、前記係合ピン（５８）が前記カム溝（５７）の一端に当接することによって規定されることを特徴とする請求項２に記載の可変界磁モータ。
前記オーバーラップ量が最大になる前記ロータ（５２）の最大変位位置は、前記係合ピン（５８）が前記カム溝（５７）の他端に当接することによって規定されることを特徴とする請求項２または３に記載の可変界磁モータ。
前記第１のモータ出力軸部材（５４）と前記回転軸（４３）の間には遠心クラッチ（４０）が介装され、
前記遠心クラッチ（４０）は、前記回転軸（４３）に結合された従動側回転部材（４１）と、前記第１のモータ出力軸部材（５４）に取り付けられ、前記第１のモータ出力軸部材（５４）が設定回転速度以上の速度で回転したときに遠心力によって前記従動側回転部材（４１）に接続される駆動側回転部材（４２，４４）と、を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の可変界磁モータ。
前記駆動側回転部材は、前記第１のモータ出力軸部材（５４）に一体に取り付けられたドライブプレート（４２）と、このドライブプレート（４２）に保持され、前記第１のモータ出力軸部材（５４）が設定回転速度以上の速度で回転したときに遠心力によって前記従動側回転部材（４１）に摩擦接触する摩擦部材（４４）と、を備え、
前記付勢部材（５９）は、前記ドライブプレート（４２）と前記第２のモータ出力軸部材（５３）の間に介装されていることを特徴とする請求項５に記載の可変界磁モータ。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の可変界磁モータ（５０）が車輪駆動用のモータとして用いられていることを特徴する電動車両。