JP4751134B2 - 誘導子型モータおよびそれを備えた車両 - Google Patents

Description

本発明は、誘導子型モータおよびそれを備えた車両に関し、詳しくは、磁束を所要位置に誘導する磁性体（誘導子）を備えたモータに関するものである。

従来、特開昭５４−１１６６１０号公報や特開平６−８６５１７号公報に開示された発電機では、図１０に示すように、回転軸１が外筒となるブラケット２にベアリング３を介して貫通し、回転軸１に外嵌固定された継鉄４の外周に界磁巻線５を設けていると共に界磁巻線５の左右から交互に突出する爪形磁極６、７を設け、全体として回転子を形成している。一方、ブラケット２には、爪形磁極６、７に対向して固定子巻線８を設けている。また、界磁巻線５への電力供給は、スリップリング９を介して摺動自在に給電する構成としている。

前記構成によれば、スリップリング９を介して界磁巻線５に直流を供給することで界磁巻線５の図中右側にＮ極が発生し、図中左側にＳ極が発生する場合を考えると、右側から突出する爪形磁極６にＮ極が誘導され、左側から突出する爪形磁極７にＳ極が誘導される。即ち、回転軸１を中心として巻回された界磁巻線５を１つ設けるだけで、回転子の外周側に複数のＮ極およびＳ極を周方向の交互に発生させることが可能となる。

しかしながら、界磁巻線５は回転子の一部として形成されており、回転運動を行う界磁巻線５への給電はスリップリング９を介して摺動接触にて行わねばならず、構造が複雑化してしまうと共に、スリップリング９での接触摩耗による低寿命化の問題や、スリップリング９での摺動接触が不安定化すると給電も安定しないという問題がある。
また、界磁巻線５で発生する磁束はブラケット２との対向側である外周側の磁極しか利用されておらず、回転軸１側の内周に発生する磁極はトルクに寄与しないため、Ｎ極・Ｓ極の片側しか利用されず非効率となる問題がある。

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１１に示すように、１軸モータＭからの出力をディファレンシャルギアＤ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Ｄ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１２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Ｍ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Ｍと車輪との間に減速機Ｇを介設するため、減速機Ｇ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。
特開昭５４−１１６６１０号公報 特開平６−８６５１７号公報

本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、コイルへの給電構造等を簡素化可能にすると共に、磁束利用効率を向上させて小型化を図りロスを低減することを課題としている。

前記課題を解決するため、本発明は第１に、界磁体と電機子コイルとを駆動軸の軸線方向に空隙をあけて対向配置するアキシャルギャップ構造のモータであって、
前記駆動軸の軸線回りの内周側と外周側とで互いに逆極性となる同心円状の磁極が軸線方向の両側に励磁される界磁体を有する界磁側固定子と、
前記界磁側固定子の軸線方向の両側にそれぞれ一側端面が対向して配置されると共に、前記駆動軸に中心軸穴が固定される一対の回転子と、
前記各回転子の他端面にそれぞれ対向して配置される一対の電機子側固定子とを備え、
前記一対の電機子側固定子は、前記駆動軸の軸線回りの周方向に交互に逆極性が励磁される複数の電機子コイルを有し、
前記両側の電機子側固定子と中央の界磁側固定子との間に配置された前記一対の回転子には、それぞれ一端面が前記界磁体の外周側に対向すると共に他端面が前記電機子コイルに対向する磁性体からなる第１誘導子と、一端面が前記界磁体の内周側に対向すると共に他端面が前記電機子コイルに対向する磁性体からなる第２誘導子とが、周方向に交互に配置されていることを特徴とする誘導子型モータを提供している。

前記構成とすると、界磁側では円環状の内周側と外周側とに逆極性が同心円上に励磁されるため、回転子が回転しても、第１誘導子の一端面は界磁側固定子の例えばＮ極発生地点の円周上を移動すると共に、第２誘導子の一端面は界磁側固定子の例えばＳ極発生地点の円周上を移動するので、第１誘導子と第２誘導子の他端面には互いに逆極性の一定磁極が誘導される。よって、電機子コイルの極性を周期的に変化させるように給電することで、各誘導子と電機子コイルとの間で吸引／反発力が発生して回転子の駆動力が生成される。
さらに、界磁体と電機子コイルとの両方が固定子に取り付けられるので、コイルへの給電にスリップリング等の摺接部材を用いる必要がなくなり、構造を簡素化できると共に、スリップリング等での接触摩耗による低寿命化の問題や給電不安定の問題も解消することが可能となる。
また、界磁体で生じる磁束は界磁側固定子の両側に磁極を発生させるが、界磁側固定子の両側に回転子および電機子側固定子を配置しているので界磁をトルク発生に無駄なく有効利用できる。かつ、一対の回転子を回転駆動させるための界磁側固定子を１つで共用化しているので、部品点数の削減および小型化を図ることができる。しかも、後述するように界磁体に超電導材を用いた場合には、高価な超電導材を共用化できコストダウンを図ることもできる。

具体的には、前記界磁体は軸線回りの円環状に導体線が巻回された界磁コイルとし、
前記第１誘導子の一端面は前記界磁コイルの外周側に対向すると共に、前記第２誘導子の一端面は前記界磁コイルの内周側に対向し、かつ、前記第１誘導子および前記第２誘導子の他端面は同一円周上に配置していると好ましい。

前記構成とすると、界磁コイルに通電した場合に、界磁コイルの外周側あるいは内周側のいずれか一方にＮ極が発生し、いずれか他方にＳ極が発生することになり、Ｎ極とＳ極とを同心円上に発生させることが可能となる。よって、１つの界磁コイルだけで第１誘導子および第２誘導子により複数極の界磁を発生させることができ、コイル巻回作業が簡素化でき製造効率が向上する。
さらに、前記第１誘導子および前記第２誘導子の一端面は前記界磁コイルに沿った円弧状としていると好ましい。

本発明は第２に、界磁体と電機子コイルとを駆動軸の軸線方向に空隙をあけて対向配置するアキシャルギャップ構造のモータであって、
前記駆動軸の軸線回りの周方向に交互に逆極性となる磁極が軸線方向の両側に励磁される複数の界磁体を有する界磁側固定子と、
前記界磁側固定子の軸線方向の両側にそれぞれ一側端面が対向して配置されると共に、前記駆動軸に中心軸穴が固定される一対の回転子と、
前記各回転子の他端面にそれぞれ対向して配置されると共に、前記駆動軸の軸線回りの円環状に導体線が巻回された電機子コイルを有する一対の電機子側固定子とを備え、
前記両側の電機子側固定子と中央の界磁側固定子との間に配置された前記一対の回転子には、それぞれ一端面が前記界磁体に対向すると共に他端面が前記電機子コイルの外周側に対向する磁性体からなる第１誘導子と、一端面が前記界磁体に対向すると共に他端面が前記電機子コイルの内周側に対向する磁性体からなる第２誘導子とが、周方向に交互に配置されていることを特徴とする誘導子型モータを提供している。

前記構成とすると、回転子が回転しても第１誘導子の他端面は電機子側固定子の外周に沿って移動するので電機子コイルへの通電方向に応じて所定の極性が誘導される。一方、第２誘導子の他端面は電機子側固定子の内周に沿って移動するので、第１誘導子とは逆の極性が誘導される。よって、電機子コイルの極性を周期的に変化させるように給電することで、第１誘導子と第２誘導子の一端面に誘導される磁極が極性を互いに逆にした状態で周期的に変動し、各界磁体と各誘導子との間で吸引／反発力が発生して回転子が回転する。

前記第１誘導子および前記第２誘導子の他端面は前記電機子コイルに沿った円弧状としていると好ましい。
さらに、前記界磁体は導体線を巻回した界磁コイルとしていると好ましい。
前記構成とすると、界磁コイルに通電した場合に、界磁コイルの外周側あるいは内周側のいずれか一方にＮ極が発生し、いずれか他方にＳ極が発生することになり、Ｎ極とＳ極とを同心円上に発生させることが可能となる。よって、１つの界磁コイルだけで第１誘導子および第２誘導子により複数極の界磁を発生させることができ、コイル巻回作業が簡素化でき製造効率が向上する。

前記一方の回転子に固定される第１駆動軸と、
前記他方の回転子に固定されて前記第１駆動軸に対して独立して回転する第２駆動軸とを備えていると好ましい。

前記構成とすると、各回転子にそれぞれ独立して駆動軸を取り付けているので、電機子コイルへの通電を各電機子側固定子ごとで相違させることで、第１駆動軸と第２駆動軸との夫々の回転数を異ならせることが可能となる。

前記電機子側固定子の軸線方向の外側にさらに前記回転子および前記界磁側固定子を配置していると好ましい。
即ち、前記構成のように多段化することで、界磁が強化されて出力トルクの増大を図ることができる。また、前記のように多段化されたモータでは、ヨークの役目を少なくとも両端の固定子に持たせればよく、単純にモータを複数連結するよりもヨークを低減することが可能となり、鉄損低減および漏れ磁束低減を図ることが可能となる。

前記界磁体および前記電機子コイルの少なくとも一方を超電導材で形成していると好ましい。

各誘導子を構成する磁性体は、通常は空気に比べて比透磁率が３桁以上大きく、界磁体で生成される磁束は主に誘導子内を通過する。しかし、界磁体と各誘導子との間や各誘導子と電機子コイルとの間には所定の空隙（ギャップ）が設けられるために磁気抵抗が増大し、想定外の方向に磁束が流れる漏れ磁束が発生して、出力に寄与する磁束が小さくなる場合がある。
そこで、界磁体および電機子コイルの一方あるいは両方を超電導材で形成することで、発熱の心配がなく大電流を給電することが可能となり、発生する磁束を大幅に強化できる。よって、漏れ磁束が発生したとしても磁束全体が増加しているために出力に寄与する磁束も増大し、高出力化を図ることができる。また、超電導化を図ることで大電流密度が得られるため、界磁体および電機子コイルを小さくすることができ、モータを小型軽量化できる。なお、超電導材としてはビスマス系やイットリウム系等の高温超電導材を用いると好適である。ただし、界磁体として超電導バルク磁石を用いてもよい。

また、所要の超電導性能を発揮させるため超電導材を冷却する構造を設ける場合を考えても、前述したように、界磁体と電機子コイルとの両方が固定子に取り付けられて動かないので、冷媒供給路やシール構造等の設計が簡単になり、冷却構造を簡素化できる。

前記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配置される磁心は圧粉磁性体で形成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。

また、前記第１誘導子および前記第２誘導子は圧粉磁性体で形成されていると、複雑な三次元形状の誘導子も容易に成形することができ好適である。

前記第１誘導子と前記第２誘導子の断面積は互いに同一とし、かつ、断面積は一端から他端まで一定としていると好ましい。
即ち、各誘導子の断面積を互いに同一にすることで、電機子コイルとの間で発生する吸引力／反発力が一定となり、回転子の回転バランスを安定化することができる。また、誘導子の断面積を一端から他端まで均一にすることで、界磁体で発生して各誘導子に導入された磁束が誘導子内で飽和しにくくなり、電機子コイル側に効率良く磁束を導くことができる。

本発明は第３に、前記誘導子型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。

前記構成の誘導子型モータによれば、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。

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。

以上の説明より明らかなように、第１、第２の発明によれば、界磁体と電機子コイルとの双方がそれぞれ固定子に取り付けられるので、コイルへの給電にスリップリング等の摺接部材が不要となり、構造の簡素化、長寿命化、給電安定化を図ることができる。また、界磁側固定子の両側に（回転子を介して）電機子側固定子を配置しているので、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。さらに、第１駆動軸と第２駆動軸とを独立して設けることで、夫々の出力回転数を相違させることが可能となる。また、界磁体（界磁コイル）および電機子コイルの一方あるいは両方を超電導材で形成することで、発熱の心配なく大電流を給電でき磁束を大幅に強化できる。よって、漏れ磁束の発生があっても出力に寄与する磁束を増大でき、高出力化を実現できる。
また、第３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。

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実施形態の誘導子型モータ１０を示す。
誘導子型モータ１０はアキシャルギャップ構造であり、電機子側固定子１１、回転子１２、界磁側固定子１３、回転子１４、電機子側固定子１５の順番に並設し、一方の回転子１２に第１駆動軸１６を固定すると共に、他方の回転子１４には第２駆動軸１７を固定している。電機子側固定子１１、１５および界磁側固定子１３は設置面Ｇに固定すると共に第１駆動軸１６および第２駆動軸１７と空隙をあけている。

界磁側固定子１３は、設置面Ｇに固定された磁性体からなるヨーク２４と、ヨーク２４に埋設された真空断熱構造の断熱冷媒容器２５と、断熱冷媒容器２５に収容された超電導材からなる巻線である界磁コイル２６とを備えている。
ヨーク２４は、中心穴２４ｂに第１駆動軸１６の先端を支持する第１軸受部２７と第２駆動軸１７の先端を支持する第２軸受部２８とを左右に内蔵していると共に、軸受部２７、２８を中心として円環状に凹設された取付穴２４ａを形成している。断熱冷媒容器２５には液体窒素を循環させた状態で界磁コイル２６を収容しており、その断熱冷媒容器２５を取付穴２４ａに埋設している。即ち、界磁コイル２６の中空部にはヨーク２４と一体である磁心が配置されることになる。

なお、ヨーク２４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。しかしながら、ヨーク２４の代わりにＦＲＰやステンレス等の非磁性材料で形成してもよい。また、界磁コイル２６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。

回転子１２、１４は左右対称であり、図２（Ａ）〜（Ｄ）には一方の回転子１２について代表して記載している。
回転子１２は、円盤形状で非磁性材料からなり第１駆動軸１６の固定用の中心軸穴２１ａを有する支持部２１と、中心軸穴２１ａを中心として点対称位置に埋設された一対のＮ極誘導子２２（第１誘導子）と、Ｎ極誘導子２２から９０°回転した位置に埋設された一対のＳ極誘導子２３（第２誘導子）とを備えている。Ｎ極誘導子２２およびＳ極誘導子２３は、電機子側固定子１１と対向する扇形状の他端面２２ａ、２３ａをそれぞれ同一円上の等間隔に配置すると共に互いに同一面積としている。

Ｎ極誘導子２２の一端面２２ｂは、界磁コイル２６のＮ極発生位置に対向するように配置され、例えばＮ極誘導子２２の一端面２２ｂは、図５（Ｂ）に示すように、界磁コイル２６の外周側に対向配置される円弧状としている。
Ｓ極誘導子２３の一端面２３ｂは、界磁コイル２６のＳ極発生位置に対向するように配置され、例えばＳ極誘導子２３の一端面２３ｂは、図５（Ｃ）に示すように、界磁コイル２６の内周側に対向配置される円弧状としている。

即ち、Ｎ極誘導子２２およびＳ極誘導子２３は、円弧状の一端面２２ｂ、２３ｂから軸線方向に向けて断面形状を変化させることで他端面２２ａ、２３ａでは扇形状となる立体形状としている。また、Ｎ極誘導子２２およびＳ極誘導子２３の断面積は、一端面２２ｂ、２３ｂから他端面２２ａ、２３ａまで一定としている。また、Ｎ極誘導子２２の一端面２２ｂは、Ｓ極誘導子２３の一端面２３ｂと同一面積としている。なお、支持部２１は、ＦＲＰやステンレス等の非磁性材料で形成している。また、各誘導子２２、２３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。

電機子側固定子１１と電機子側固定子１５とは左右対称であり、図４では一方の電機子側固定子１１について代表して記載している。
電機子側固定子１１は、図１（Ａ）（Ｂ）および図４に示すように、設置面Ｇに固定された磁性体からなるヨーク１８と、ヨーク１８に埋設された真空断熱構造の断熱冷媒容器１９と、断熱冷媒容器１９に収容された超電導材からなる巻線である電機子コイル２０とを備えている。ヨーク１８は、中央に第１駆動軸１６の外径より大きく穿設された遊嵌穴１８ｂと、遊嵌穴１８ｂを中心として周方向に等間隔に穿設された４つの取付溝１８ａとを備えている。即ち、取付溝１８ａは内側対向面から凹設されて外側面には貫通していない。断熱冷媒容器１９には液体窒素を循環させた状態で電機子コイル２０を収容していると共に電機子コイル２０の中空部には磁性体からなるフラックスコレクタ部１８ｃ（磁心部）を配置している。内部に電機子コイル２０を収容した４つの断熱冷媒容器１９を各コイル取付溝１８ａにそれぞれ埋設している。
なお、ヨーク１８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。また、電機子コイル２０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。

界磁コイル２６と電機子コイル２０、３４には配線を介して給電装置３７が接続され、界磁コイル２６には直流を供給すると共に、電機子コイル２０、３４には三相交流を供給している。この際、図６に示すように、左側の電機子コイル２０に給電する電流周波数と、右側の電機子コイル３４に給電する電流周波数とを相違させている。なお、電流波形を正弦波からトルクムラが生じにくい高調波を含めた波形にすれば、発生トルクの平滑化が図れて好適である。また、断熱冷媒容器１９、２５、３３には断熱配管を介して液体窒素タンク３６が接続され、液体窒素を冷媒として循環している。

次に、誘導子型モータ１０の動作原理について説明する。
界磁コイル２６に直流を給電すると、界磁コイル２６の軸線方向左側において外周側にＮ極が発生すると共に内周側にＳ極が発生する。すると、図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、Ｎ極側の磁束が一端面２２ｂよりＮ極誘導子２７内に導入され、他端面２２ａにＮ極磁束が現れる。また、図５（Ａ）（Ｃ）に示すように、Ｓ極側の磁束は一端面２３ｂよりＳ極誘導子２３内に導入され、他端面２３ａにＳ極磁束が現れる。ここで、各誘導子２２、２３の一端面２２ｂ、２３ｂは界磁コイル２６の内外周に沿った同心円上に配置されているので、回転子１２、１４が回転してもＮ極誘導子２２の他端面２２ａには常にＮ極が現れ、Ｓ極誘導子２３の他端面２３ａには常にＳ極が現れることとなる。

この状態から電機子コイル２０、３８と電機子コイル３４、３９とに三相交流を給電すると、三相間の給電位相ズレにより電機子側固定子１１、１５の軸線回りに回転磁界が発生し、この回転磁界の影響で回転子１２、１４のＮ極誘導子２２、３０およびＳ極誘導子２３、３１に軸線回りの回転力が発生し、回転子１２、１４が夫々回転して第１駆動軸１６と第２駆動軸１７とが独立して回転駆動される。この際、図６に示すように、電機子コイル２０、３８と電機子コイル３４、３９とで電流周波数を相違させることで、第１駆動軸１６と第２駆動軸１７とで回転数を相違させることが可能となる。

以上の構成とすると、界磁コイル２６が取り付けられた界磁側固定子１３と、電機子コイル２０、３４、３８、３９が取り付けられた電機子側固定子１１、１５とは回転せず、各誘導子２２、２３、３０、３１が固定された回転子１２、１４のみが駆動軸１６、１７と共に回転するので、各コイル２２、２６、３４、３８、３９への給電にスリップリング等の摺接部材が不要となり、給電構造の簡素化および給電安定化を図ることができると共に、モータの長寿命化にも貢献する。また、液体窒素タンク３６からの液体窒素の供給対象である断熱冷媒容器１９、２５、３３は、全てモータ動作中にも固定されて動かないので、冷媒供給路やシール構造等の設計が容易となり、冷却構造を簡素化することも可能となる。

また、界磁コイル２６および電機子コイル２０、３４、３８、３９を超電導材で形成しているので、大電流を給電でき磁束を大幅に強化できる。したがって、想定外の方向に磁束が流れる漏れ磁束の発生があっても、出力トルクに寄与する磁束を増大することができ、モータの高出力化を実現できる。
さらに、Ｎ極誘導子２２およびＳ極誘導子２３の断面積は一端面２２ｂ、２３ｂから一端面２２ａ、２３ａまで一定としているので、誘導子２２、２３内で磁束が飽和しにくく、電機子コイル２０、３８側に効率良く磁束を導くことができる。
また、Ｎ極誘導子２２の断面積とＳ極誘導子２１の断面積とは同一であるので、電機子コイル２０、３８との間で発生する吸引力／反発力が一定となり、回転子１２、１４の回転バランスが安定化する。

また、界磁側固定子１３の両側に回転子１２、１４および電機子側固定子１１、１５を配置することで、超電導材からなる界磁コイル２６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２６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、界磁コイル２６あるいは電機子コイル２０、３４、３８、３９のいずれか一方は、銅線等の常電導材で形成してもよく、その場合には常電導線について冷却構造を不要とすることができる。なお、超電導の界磁コイル２６の代わりに公知の超電導界磁バルクや永久磁石を用いてもよい。

次に、誘導子型モータ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７に示すように、バッテリー４１と、バッテリー４１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４２、４３と、バッテリー４１およびインバータ４２、４３から供給される電力により駆動される誘導子型モータ１０とを備えている。誘導子型モータ１０の第１駆動軸１６には左車輪４４を直結接続している一方、第２駆動軸１７には右車輪４５を直結接続している。なお、界磁側固定子１３の界磁コイル２６には直流電流を給電し、電機子側固定子１１、１５には交流電流を給電している。

以上の構成とすると、モータ１０と車輪４４、４５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。

図８は第２実施形態を示す。
第１実施形態との相違点は、回転子５３、５４および界磁側固定子５５、５６を両側に追加して多段状としている点である。

界磁側固定子１３および回転子１２、１４は第１実施形態と同構造であるため説明を省略する。
一対の電機子側固定子５１、５２は互いに対称形状であり、設置面Ｇに固定された非磁性体からなる支持部５７、６１と、支持部５７、６１に埋設された円環状の真空断熱構造の断熱冷媒容器５９、６３と、断熱冷媒容器５９、６３に収容された超電導材からなる巻線である電機子コイル５８、６２とを備えている。支持部５７、６１は、中央に第１駆動軸１６および第２駆動軸１７の外径より大きく穿設された遊嵌穴５７ａ、６１ａと、遊嵌穴５７ａ、６１ａを中心として周方向に等間隔に穿設された４つの取付穴５７ｂ、６１ｂとを備えている。取付穴５７ｂ、６１ｂにそれぞれ埋設された断熱冷媒容器５９、６３には液体窒素を循環させた状態で電機子コイル５８、６２を収容していると共に、電機子コイル５８、６２および断熱冷媒容器５９、６３の中空部には磁性体からなるフラックスコレクタ６０、６４を配置している。

回転子５３、５４は、第１実施形態の回転子１２、１４と同構造であり、左側の回転子５３は回転子１４と同じ向きで第１駆動軸１６に外嵌固定している一方、右側の回転子５４は回転子１２と同じ向きで第２駆動軸１７に外嵌固定している。

両端の界磁側固定子５５、５６は、設置面Ｇに固定された磁性体からなるヨーク６８、７１と、ヨーク６８、７１に埋設された真空断熱構造の断熱冷媒容器７０、７３と、断熱冷媒容器７０、７３に収容された超電導材からなる巻線である界磁コイル６９、７２とを備えている。ヨーク６８、７１は、中央に第１駆動軸１６および第２駆動軸１７の外径より大きく穿設された遊嵌穴６８ａ、７１ａと、遊嵌穴６８ａ、７１ａを中心として円環状に穿設された取付溝６８ｂ、７１ｂとを備えている。即ち、取付溝６８ｂ、７１ｂは内側対向面から凹設されて外側面には貫通していない。円環状の断熱冷媒容器７０、７３には液体窒素を循環させた状態で界磁コイル６９、７２を収容しており、その断熱冷媒容器７０、７３を取付溝６８ｂ、７１ｂに埋設している。

界磁コイル２６、７０、７２と電機子コイル５８、６２には配線を介して給電装置３７が接続され、界磁コイル２６、７０、７２には直流を供給すると共に、電機子コイル５８、６２には三相交流を供給している。この際、左側の電機子コイル５８に給電する電流周波数と、右側の電機子コイル６２に給電する電流周波数とを相違させることで、第１駆動軸１６と第２駆動軸１７との回転数を異ならせている。
断熱冷媒容器２５、５９、６２、７０、７３には断熱配管を介して液体窒素タンク３６が接続され、液体窒素を冷媒として循環している。
なお、支持部５７、６１は、ＦＲＰやステンレス等の非磁性材料で形成している。また、ヨーク２４、６８、７１や誘導子２２、３０、６５、６７やフラックスコレクタ６０、６４は、パーメンダー、珪素鋼板、鉄、パーマロイ等の磁性体で形成している。

以上の構成のように多段化すれば、第１実施形態に比べて界磁が強化されて出力トルクの増大を図ることができる。また、多段化されたモータでは、ヨーク６８、７１の役目を少なくとも両端の固定子５５、５６に持たせればよく、単純にモータを複数連結するよりもヨーク数を低減することが可能となり、鉄損低減および漏れ磁束低減を図ることが可能となる。

図９は第３実施形態を示す。
第１実施形態との相違点は、界磁側固定子８０の界磁コイル８５を周方向に等間隔に４つ配置していると共に、電機子側固定子８１、８２の電機子コイル９１、９４は軸線回りに巻回して配置している点である。

界磁側固定子８０は、設置面Ｇに固定された非磁性体からなる支持部８３と、支持部８３に埋設された真空断熱構造の断熱冷媒容器８４と、断熱冷媒容器８４に収容された超電導材からなる巻線である界磁コイル８５とを備えている。支持部８３は、中心穴に第１駆動軸１６を回転自在に支持する第１軸受部８７と第２駆動軸１７を回転自在に支持する第２軸受部８８とを左右に内蔵していると共に、外周側の周方向には等間隔に穿設された４つの取付穴８３ａとを備えている。断熱冷媒容器８４には液体窒素を循環させた状態で界磁コイル８５を収容していると共に界磁コイル８５の中空部には磁性体からなるフラックスコレクタ８６を配置している。内部に界磁コイル８５を収容した４つの断熱冷媒容器８４を各コイル取付穴８３ａにそれぞれ埋設している。

電機子側固定子８１、８２は、設置面Ｇに固定された磁性体からなるヨーク８９、９２と、ヨーク８９、９２に埋設された真空断熱構造の断熱冷媒容器９０、９３と、断熱冷媒容器９０、９３に収容された超電導材からなる巻線である電機子コイル９１、９４とを備えている。ヨーク８９、９２は、中央に第１駆動軸１６および第２駆動軸１７の外径より大きく穿設された遊嵌穴８９ａ、９２ａと、遊嵌穴８９ａ、９２ａを中心として内側対向面より円環状に凹設された溝部８９ｂ、９２ｂとを備えている。断熱冷媒容器９０、９３には液体窒素を循環させた状態で電機子コイル９１、９４を収容しており、その断熱冷媒容器９１、９４を溝部８９ｂ、９２ｂに埋設している。

４つの界磁コイル８５と一対の電機子コイル９１、９４には配線を介して個別に給電装置３７が接続されており、４つの界磁コイル８５には直流を供給して周方向に交互にＮ極とＳ極が定常的に発生する構成としている。また、電機子コイル９１、９４には単相交流を供給して励磁方向を周期的に切替している。この際、左側の電機子コイル９１に給電する電流周波数と、右側の電機子コイル９４に給電する電流周波数とを相違させることで、第１駆動軸１６と第２駆動軸１７との回転数を異ならせている。
断熱冷媒容器８４、９０、９３には断熱配管を介して液体窒素タンク３６が接続され、液体窒素を冷媒として循環している。
なお、回転子１２、１４の構造は第１実施形態と同様であるので、同一符号を付して説明を省略する。

以上の構成とすると、電機子コイル９１、９４に単相交流を給電すれば、あるタイミングではコイル外周にＳ極が発生すると共にコイル内周にＮ極が発生する。すると、Ｎ極側の磁束が誘導子２２内に導入されると共にＳ極側の磁束が別の誘導子３０に導入される。したがって、電機子コイル９１、９４の極性を周期的に変化させることで、各界磁コイル８５と各誘導子２２、３０との間で吸引／反発力が発生して回転子１２、１４が回転し、第１駆動軸１６と第２駆動軸１７とが独立して回転する。この際、電機子コイル９１と電機子コイル９４とで電流周波数を相違させることで、第１駆動軸１６と第２駆動軸１７とで回転数を相違させることが可能となる。

（Ａ）は本発明の第１実施形態の誘導子型モータの断面図、（Ｂ）は９０°回転させた位置における断面図である。 （Ａ）は回転子の正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＩ−Ｉ線断面図、（Ｃ）は背面図、（Ｄ）は（Ａ）のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 （Ａ）は界磁側固定子の正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。 電機子側固定子の正面図である。 （Ａ）は回転子および界磁側固定子を回転軸で貫通した状態の正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＩ−Ｉ線断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 電機子コイルへ給電される電流成分を示す図面である。 誘導子型モータが搭載された車両の概略図である。 第２実施形態の誘導子型モータの断面図である。 第３実施形態の誘導子型モータの断面図である。 従来例を示す図面である。 従来例の車両の概略図である。 別の従来例の車両の概略図である。

符号の説明

１０ 誘導子型モータ
１１、１５ 界磁側固定子
１２、１４ 回転子
１５ 電機子側固定子
１６ 第１駆動軸
１７ 第２駆動軸
１９、２５、３３ 真空断熱容器
２０、３４、３８、３９ 電機子コイル
２２、３１ Ｎ極誘導子（第１誘導子）
２３、３０ Ｓ極誘導子（第２誘導子）
２６ 界磁コイル

Claims (14)

1. 界磁体と電機子コイルとを駆動軸の軸線方向に空隙をあけて対向配置するアキシャルギャップ構造のモータであって、
   前記駆動軸の軸線回りの内周側と外周側とで互いに逆極性となる同心円状の磁極が軸線方向の両側に励磁される界磁体を有する界磁側固定子と、
   前記界磁側固定子の軸線方向の両側にそれぞれ一側端面が対向して配置されると共に、前記駆動軸に中心軸穴が固定される一対の回転子と、
   前記各回転子の他端面にそれぞれ対向して配置される一対の電機子側固定子とを備え、
   前記一対の電機子側固定子は、前記駆動軸の軸線回りの周方向に交互に逆極性が励磁される複数の電機子コイルを有し、
   前記両側の電機子側固定子と中央の界磁側固定子との間に配置された前記一対の回転子には、それぞれ一端面が前記界磁体の外周側に対向すると共に他端面が前記電機子コイルに対向する磁性体からなる第１誘導子と、一端面が前記界磁体の内周側に対向すると共に他端面が前記電機子コイルに対向する磁性体からなる第２誘導子とが、周方向に交互に配置されていることを特徴とする誘導子型モータ。
2. 前記界磁体は軸線回りの円環状に導体線が巻回された界磁コイルとし、
   前記第１誘導子の一端面は前記界磁コイルの外周側に対向すると共に、前記第２誘導子の一端面は前記界磁コイルの内周側に対向し、かつ、前記第１誘導子および前記第２誘導子の他端面は同一円周上に配置している請求項１に記載の誘導子型モータ。
3. 前記第１誘導子および前記第２誘導子の一端面は前記界磁コイルに沿った円弧状としている請求項２に記載の誘導子型モータ。
4. 界磁体と電機子コイルとを駆動軸の軸線方向に空隙をあけて対向配置するアキシャルギャップ構造のモータであって、
   前記駆動軸の軸線回りの周方向に交互に逆極性となる磁極が軸線方向の両側に励磁される複数の界磁体を有する界磁側固定子と、
   前記界磁側固定子の軸線方向の両側にそれぞれ一側端面が対向して配置されると共に、前記駆動軸に中心軸穴が固定される一対の回転子と、
   前記各回転子の他端面にそれぞれ対向して配置されると共に、前記駆動軸の軸線回りの円環状に導体線が巻回された電機子コイルを有する一対の電機子側固定子とを備え、
   前記両側の電機子側固定子と中央の界磁側固定子との間に配置された前記一対の回転子には、それぞれ一端面が前記界磁体に対向すると共に他端面が前記電機子コイルの外周側に対向する磁性体からなる第１誘導子と、一端面が前記界磁体に対向すると共に他端面が前記電機子コイルの内周側に対向する磁性体からなる第２誘導子とが、周方向に交互に配置されていることを特徴とする誘導子型モータ。
5. 前記第１誘導子および前記第２誘導子の他端面は前記電機子コイルに沿った円弧状としている請求項４に記載の誘導子型モータ。
6. 前記界磁体は導体線が巻回された界磁コイルとしている請求項４または請求項５に記載の誘導子型モータ。
7. 前記一方の回転子に固定される第１駆動軸と、
   前記他方の回転子に固定されて前記第１駆動軸に対して独立して回転する第２駆動軸とを備えている請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の誘導子型モータ。
8. 前記電機子側固定子の軸線方向の外側にさらに前記回転子および前記界磁側固定子を配置している請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の誘導子型モータ。
9. 前記界磁体および前記電機子コイルの少なくとも一方を超電導材で形成している請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の誘導子型モータ。
10. 前記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配置される磁心は圧粉磁性体で形成している請求項２、請求項３、請求項６乃至請求項９のいずれか１項に記載の誘導子型モータ。
11. 前記第１誘導子および前記第２誘導子は圧粉磁性体で形成されている請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の誘導子型モータ。
12. 前記第１誘導子と前記第２誘導子の断面積は互いに同一とし、かつ、断面積は一端から他端まで一定としている請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の誘導子型モータ。
13. 請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の誘導子型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。
14. 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請求項１３に記載の車両。

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