JP5046536B2 - リニアドライブ走行システム及び自動車 - Google Patents

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Description

本発明は、車輌のホイルに車輪駆動用モータが内蔵されたリニアドライブ走行システム、及びそのリニアドライブ走行システムが装備された自動車に関し、特に、ステータを複数備えて、ドラムロータの駆動トルクを最大トルクに調整可能とするとともに、そのトルクの調整を容易に行なえるリニアドライブ走行システム及び自動車に関する。
従来から自動車の動力源としてエンジンが用いられてきたが、近年、そのエンジンに代わる車輪の動力源として、ホイルモータが注目されている。
ホイルモータは、動力の伝達効率が高く、また、各車輪ごとに独立して応答性の良い制御が行えるという特徴を有している。
さらに、ホイルモータを4輪のそれぞれに搭載することで、複雑な駆動系(トランスミッション、ドライブシャフト、デファレンシャルギヤ等)が不要となり、フロア下のレイアウトの自由度を高めることができる。
このような様々な利点を有したホイルモータに関しては、従来から種々の提案がなされている。
例えば、リム部とディスク部とを有したディスクホイルと、ハブ支持部に固定されたモータステータとを備えたアウタロータ型のホイルモータであって、リム部とディスク部の少なくとも一方がモータロータを構成し、当該モータが誘導電動機としての構造を有したものがある(例えば、特許文献1参照。)。
また、他の構造の例としては、例えば、リム部の内周側に固定して設けられ、支持軸に向かう方向に突出するとともに、一円周上に位置する複数のロータ突極部を有したモータロータと、支持軸に固定して設けられ、その支持軸から離れる方向に突出するとともに、一円周上に位置する複数のステータ突極部を有したモータステータとを備えて、スイッチトリラクタンスモータとして構成したものがある(例えば、特許文献2参照。)。
さらに他の構造の例としては、例えば、車輪の非回転部に一体的に複列の円弧状あるいは円周状に配備した数個の電磁石と、その両側あるいは片側に前記電磁石に対応した位置で、且つ前記電磁石と微細間隙を保持して接するよう複数個の磁石を円周上等配に取り付けた非磁性材で構成する回転軸と、磁気センサにより回転する磁石に関する磁極および位置を感知し電流切換用半導体を作動して電流の正負を切換え電磁石の磁極を変換して駆動力を発生させ、さらに上記電流の断続の時間および電気量を制御して車輪の回転速度制御を行うようにしたものがある(例えば、特許文献3参照。)。
これらは、モータステータの外側にモータロータを備えたアウタロータ型のホイルモータである。
このアウタロータ型ホイルモータは、出力・トルクを増大させやすく、減速機が不要なため、駆動力のロスを低減でき、しかも、バネ下重量の増加を抑制できる。また、減速機がないため、モータをホイルハウス内に収めやすい。さらに、内側が空洞であることから、ブレーキ等の部品を収納することが可能といったメリットがある。
そして、それら構造上のメリットから、操舵機構が存在する前輪にもモータを装着することができる。これにより、4輪ホイルモータ自動車の実現を可能としている。
特開平10−305735号公報 特開2004−343905号公報 特開平07−101252号公報
しかしながら、自動車の走行中は、車輪の回転数を制御する必要があるものの、特許文献1に記載のホイルモータは、誘導電動機として構成されていたため、その回転数の制御が非常に困難であった。すなわち、従来から、誘導電動機は、回転数を一定とする機器類に主に利用されてきており、回転数の制御を必要とする機器類には不向きとされていた。
これは、誘導電動機の回転制御の困難性と関係する。
誘導電動機は、交流電圧を利用して電気的に回転磁界を発生させ、これに同期して回転子を回転させるものである。ここで、回転子の回転数を制御するためには、交流電圧の電圧値を変化させることが考えられる。
具体的には、例えば、抵抗を挿入して、その抵抗の電圧降下を利用するものや、スイッチング制御つまり位相制御を行うものが挙げられる。
ところが、前者の場合は、損失が大きすぎて実用的ではない。また、後者の場合は、応答性が悪いため、これも実用的ではなかった。
これらのように、誘導電動機は、回転制御を必要とする機器類には不向きなことから、ホイルモータを誘導電動機で構成することは不適切と言わざるを得なかった。
また、特許文献2に記載のホイルモータは、ロータ突極部とステータ突極部の双方が、それぞれU字型のコア体を二つずつ有し、ロータ突極部におけるU字型コアとステータ突極部におけるU字型コアとを「⊂⊃」のように対向させてO字型(環状)の磁路を二つ形成している。この構成において、一つのステータ突極部が有する二つのコア体は、一つのコイルにより発生した磁界を分かち合っているのであって、二つの電磁石が形成されているのではない。このため、コア体ごとに異なる磁界を発生させることはできず、ロータを回転させるためのトルク制御に限界があった。
さらに、特許文献3に記載のホイルモータは、回転軸を中心とする半径方向の複数の円周上に電磁石を分散して配置させたものである。しかし、動作原理は誘導電動機と同様であるため、特許文献1と共通の上記課題を有していた。
加えて、ロータに永久磁石を用いたいわゆるPMモータと呼ばれるモータが提案されているが(例えば、特開2002−281722号公報)、永久磁石を用いると砂鉄や鉄くずの吸着を防ぐための封止構造を採用しなければならず構造が複雑となっていた。
本発明は、上記の事情にかんがみなされたものであり、誘導電動機と異なる新たな構成により車輪の回転数制御を実現するとともに、永久磁石を用いない簡易な構造で、迅速かつ確実に最大トルクの調整を可能とするリニアドライブ走行システム及び自動車の提供を目的とする。
この目的を達成するため、本発明のリニアドライブ走行システムは、ドラムロータを有するホイルと、このホイルの内側に配置されたステータとを備えたリニアドライブ走行システムであって、ホイルは、当該ホイルの回転の中心となる回転軸を有し、ステータは、回転軸を中心とする円周上に複数個配置されるとともに、複数個を一列として回転軸方向に複数列で配置された電磁石を有し、ドラムロータが、回転軸を中心とする円周上に複数配置された円弧状のコアを有し、これらコアの各間にスリットを有し、リニアドライブ走行システムは、電磁石に流す電流を制御する制御手段を備え、この制御手段が、複数列の電磁石のうちの一部の列の電磁石を、コアを磁化するための磁化用コイルとして制御するとともに、他の一又は二以上の列の電磁石を、ドラムロータを回転させるための回転用コイルとして制御する構成としてある。
リニアドライブ走行システムをこのような構成とすると、電磁石が回転軸方向に複数列で配置されることから、ステータを複数備えたリニアドライブ走行システムを実現できる。
しかも、各電磁石は、各列ごとに異なる電流制御を行うことができる。例えば一の列の電磁石をロータの磁化用とし、他の列の電磁石をその磁化されたロータの回転制御用として、それら磁化用電磁石と回転制御用電磁石とを適切にコントロールすることで、永久磁石を用いない簡易な構造により、迅速かつ確実に最大トルクの調整を実現できる。
また、リニアドライブ走行システムをこのような構成とすれば、ロータに永久磁石を用いることなく簡易な構造でリニアドライブ走行システムを実現できる。しかも、磁化用電磁石により磁化されるとともに、回転制御用電磁石との反発力又は吸引力をもってドラムロータを回転させることができる。
また、リニアドライブ走行システムをこのような構成とすると、ロータに永久磁石を用いない構造においても、ロータコアを磁化し回転制御してドラムロータを回転させることができる。このため、誘導電動機と異なる新たな構成で、車輪の回転数制御を実現できる。
さらに、磁化用コイルと回転用コイルのそれぞれについて適切な電流制御を行うことで、迅速かつ確実に最大トルクを調整できる。
また、本発明のリニアドライブ走行システムは、制御手段が、磁化用コイルとして制御する電磁石が配置された一の列における複数の電磁石について、隣り合う電磁石にそれぞれ逆方向の電流を流してU字型に磁界を発生させ、一方をN極とし、他方をS極とする場合と、複数の電磁石のうち一つおきに電流を流す場合とを切り換えて制御する構成とすることができる。
リニアドライブ走行システムをこのような構成とすれば、自動車の走行状態に応じて適切なコアの磁化を実現できる。例えば、自動車の発進時には、U字型磁界を発生させてコアを磁化する。一方、自動車の走行時は、トルクをそれほど必要としないことから、一つおきに電磁石に電流を流す。このような制御を行うことで、自動車の走行状態に応じてトルクを発生させることができ、無駄な電流消費を抑えることができる。
さらに、一つおきに電磁石に電流を流した場合には、電流を流さなかった電磁石は走行中のブレーキ操作時の逆起電力発電作用などを用いて発電機として電力を発電するため、これをバッテリの充電にあてることができる。
また、本発明のリニアドライブ走行システムは、制御手段が、回転用コイルとして制御する電磁石が配置された一の列における複数の電磁石について、複数の電磁石を複数の組に分けておき、各組ごとに一つの電磁石に電流を流して、他の電磁石に電流を流さない場合と、各組ごとに複数の電磁石に電流を流して、他の電磁石に電流を流さない場合と、すべての電磁石に電流を流す場合とを切り換えて制御する構成とすることができる。
リニアドライブ走行システムをこのような構成とすれば、自動車の走行状態に応じて適切なトルクを発生させることができる。例えば、自動車の発進時には、すべての電磁石に電流を流す。一方、自動車の走行時は、トルクをそれほど必要としないことから、各組一つずつの電磁石に電流を流す。このような制御を行うことで、自動車の走行状態に応じてトルクを発生させることができ、無駄な電流消費を抑えることができる。
しかも、磁化用コイルに流す電流と回転用コイルに流す電流との双方を、自動車の走行状態に応じて適切に制御することで、迅速かつ確実に最大トルクの調整を行うことができる。
また、本発明のリニアドライブ走行システムは、運転者により操作されるアクセル装置と、このアクセル装置が操作された量を検知する操作量検知手段と、この操作量検知手段から検知信号を受けると、この検知信号の示す操作量に応じた周波数のパルス信号を生成して出力するパルス発生器と、このパルス発生器からのパルス信号にもとづいて、電磁石の駆動用信号を生成して出力する駆動用信号出力手段とを有し、制御手段が、駆動用信号にもとづいて複数の電磁石に流す電流を制御する構成とすることができる。
リニアドライブ走行システムをこのような構成とすれば、アクセル装置の操作量(変化量)が大きい場合は、パルス信号の周波数を上げ、回転用コイルの誘導スイッチング動作を上昇させて、回転速度を上げることができる。一方、アクセル装置の操作量が小さい場合は、パルス信号の周波数を下げ、回転用コイルの誘導スイッチング動作を下降させて、回転速度を下げることができる。このように、アクセル装置の操作量に応じて、車輪の回転速度を適切に制御することができる。
また、本発明のリニアドライブ走行システムは、モータステータが、電磁石が外周に取り付けられるとともに、回転軸を通すための貫通孔が形成されたステータ基体と、このステータ基体の貫通孔に嵌合されるとともに、内輪に回転軸が通る複数のベアリングと、これら複数のベアリングのうちの二つのベアリングの間に取り付けられた回転センサとを有した構成とすることができる。
リニアドライブ走行システムをこのような構成とすれば、二つのベアリングの間に回転センサを取り付けることができる。
また、本発明の自動車は、複数の車輪を備えた自動車であって、一又は二以上の車輪が、前述のリニアドライブ走行システムを搭載した構成としてある。
自動車をこのような構成とすると、車輪部分に搭載したリニアドライブ走行システムにおいて迅速かつ確実に最大トルクを調整することができる。
また、本発明の自動車は、加温又は冷却された空気を車内へ送り込む空調装置を備え、この空調装置が、車内に露出して備えられ、空気を車内へ吐き出す吹出口と、この吹出口より内側に備えられ、吹出口から車内へ空気を送り出すファンと、このファンが送り出す空気を加温又は冷却するペルチェ素子とを有した構成とすることができる。
自動車をこのような構成とすれば、ペルチェ素子の電圧変換により空気を加温又は冷却して、その空気を車内に送り込むことができる。
以上のように、本発明によれば、ステータを複数有した構成とするため、一部を磁化用コイルとして制御してコアを磁化し、他を回転用コイルとして制御して回転磁界を発生させることで、迅速かつ確実に最大トルクの調整を行うことができる。
しかも、コアは、円弧状の板部材を複数枚連ねて環状に形成されたものを用いるため、永久磁石を用いない簡易な構造を実現できる。
以下、本発明に係るリニアドライブ走行システム及び自動車の好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
[リニアドライブ走行システム(車輪の構造)]
まず、本発明のリニアドライブ走行システムの実施形態について、図1(i),(ii)を参照して説明する。
同図(i),(ii)は、本実施形態における自動車の車輪部分の構造を示す図であって、同図(i)は、自動車の側方から見たときの車輪の正面図(ホイルのディスク部を外した状態の図)、同図(ii)は、自動車の前方(又は後方)から見たときの車輪の断面図(同図(i)のA−A断面図)である。
同図(i),(ii)に示すように、車輪10は、ほぼドーナツ状に形成されたタイヤ11と、ほぼ円筒形状に形成されて外周面にタイヤ11が取り付けられるとともに、その一部又は全部がリニアドライブ走行システムのドラムロータ(従動部)を構成するホイル20と、このホイル20の内側に備えられたステータ30と、ホイル20の回転の中心軸となる回転軸40と、この回転軸40とステータ30との間に取り付けられた軸受(ベアリング)50(50−1〜50−3)とを有している。
ホイル20は、同図(ii)に示すように、ほぼ円筒形状に形成されてタイヤ11をそのドーナツ状の内円内側から支持するリム部21と、円板状に形成されてリム部21をその円筒形状の内側面から支持するディスク部22と、リム部21の内側面に沿って環状に配置された複数のコア(ドラムコア)23(23−1〜23−n)とを有している。
一枚のコア23は、円弧状に形成された板部材である。このコア23を複数枚連ねて並べると、図2(i)に示すような環状体が形成される。この環状体は、リム部21の内側面に沿って配置する。
なお、図2(i),(ii)において、環状体は、複数のコア23を一列に並べて形成しているが、一列に限るものではなく、複数列並べて形成することもできる。
また、このコア23が電磁石32(後述)により磁化され回転力を受けることで車輪10が回転する。このため、コア23は、ドラムロータとしての機能を有している。
環状体を形成する複数のコア23の各間には、スリット(間隙)24(24−1〜24−n)が設けられている。各スリット24は、それぞれ同一の幅となっている。
なお、コア23は、ホイル20のリム部21と一体構造とすることができる。つまり、リム部21の一部又は全部をコア23として形成することができる。また、コア23は、リム部21と別個に製造され、リム部21の内側面に取り付ける構造とすることもできる。さらに、コア23は、リム部21に接して備えることができ、あるいは、リム部21から離間した位置に備えることもできる。
ステータ30は、リニアドライブ走行システムの駆動部であって、図1(i),(ii)に示すように、支持部材31と、複数の電磁石32(32−11〜32−mn)とを有している。
支持部材(ステータ基体)31は、車体ボディ(シャーシ)50に固定されるとともに、電磁石32を支持する。特に、支持部材31のうち、円筒形状に形成されてその外周面に電磁石32が取り付けられた部分を電磁石支持部材(円筒形部材)33という。
また、この支持部材31には、電磁石支持部材33の円筒形状の中空に通じる貫通孔34が穿設されている。この貫通孔34には軸受50が嵌合されており、この軸受50の外輪の外周と貫通孔34の側面とが接している。
電磁石32は、台部35と、鉄心36と、電磁コイル37とを有している。
台部35は、円筒形状に形成されており、回転軸40を中心とする円周上に位置している。
また、台部35は、支持部材31の電磁石支持部材33の外側に配置されている。この台部35は、電磁石支持部材33の外周に接して備えることもでき、また、その外周から離間した位置に備えることもできる。
鉄心36は、回転軸40の径方向外側に向かって台部35から延びる円柱形状(あるいは角柱形状など)の磁極部材である。通常、この鉄心36は、電磁石32一つにつき一つずつ備えられている。ただし、特開2004−343905号公報に記載された鉄心(コア)のような構造とすることもできる。
これら台部35や鉄心36は、例えば、方向性珪素鋼板などを用いて形成することができる。
電磁コイル37は、鉄心36に巻かれるコイルである。この電磁コイル37に流れる電流は、コンピュータ制御される。この電流制御の具体例については、後記の「電磁コイルの制御」で詳述する。
さらに、電磁石32(鉄心36と電磁コイル37との対)は、図1(i),(ii)に示すように、回転軸40を中心とする円周上に複数個配置されるとともに、それら複数個を一列として回転軸40の軸方向に複数列で配置される。具体的には、電磁石32は、電磁石支持部材33の外側に備えられた台部35の外周面に沿って一列を複数個(同図(i)においては、16個)で配置され、さらにそれが複数列(同図(ii)においては、2列)で配置されている。
各列とも、電磁石32の数は同数とすることができる。また、一つの列においては、複数個の電磁石32を等間隔で配置させることができる。このため、車輪10を正面(図1(i)に示す方向)から見ると、手前の列に配置された電磁石32のそれぞれと、奥側の列に配置された電磁石32のそれぞれとは、配置位置が一致する。
ただし、本実施形態においては、図3に示すように、奥側の列に配置された電磁石32のそれぞれが、手前の列に配置された電磁石32のそれぞれに対して、ホイル20の回転方向に少しだけずらした位置に配置されている。これにより、最大トルクが発生するよう調整することができる。
なお、図1(i)においては、電磁石32が一列に16個配置されているが、16個に限るものではなく、任意の数だけ配置することができる。
また、同図(ii)においては、16個の電磁石32を一列として2列並んでいるが、2列に限るものではなく、3列以上とすることができる。
回転軸40は、図1(ii)に示すように、一端がホイル20のハブ穴(センターボア)などに接続されており、他端がホイル20の回転を制動するためのブレーキディスク41に接続されている。ホイル20は、この回転軸40を中心に回転する。
軸受50は、支持部材31の貫通孔34に嵌合されて外輪が固定されている。一方、内輪には回転軸40が通されている。この軸受50を介在させることで、支持部材31を車体ボディ50に固定した状態で、ホイル20を回転させることができる。
この軸受50は、本実施形態においては、三つ備えられる。これにより、ホイル20の回転数などを検知するセンサ(回転センサ)を、支持部材31の貫通孔34の内部であって二つの軸受50の間に収めることができる。
なお、本実施形態においては、軸受50が三つ備えられているが、三つに限るものではなく、二つ、あるいは四つ以上であってもよい。
また、回転センサは、ホイル20又は回転軸40の回転に関する数値を検知するセンサであればよい。例えば、それらホイル20等の回転数あるいは回転速度などを検知するセンサを含む。
以上説明したように、車輪10は、ドラムロータ(コア23)と、ステータ30とを備えている。さらに、後述する制御系80を含めてリニアドライブ走行システムを構成する。
そして、以上説明した車輪10は、従来公知の自動車に装着可能である。この場合、自動車が有する複数の車輪のうちの一部又は全部を、本実施形態の車輪10で構成することができる。
[電磁石の電流制御]
次に、電磁石の電流制御について、図4、図5を参照して説明する。
図4は、電磁コイルAの制御に関する説明図、図5は、電磁コイルBの制御に関する説明図である。また、図4(i)は、電磁コイルAの配置を示す側面図、図4(ii)は、電磁コイルAの電流制御の例を示す制御パターンである。さらに、図5(i)は、電磁コイルBの配置を示す側面図、図5(ii)は、電磁コイルBの電流制御の例を示す制御パターンである。
また、図3に示すように、一の列(手前側の列)を構成する複数の電磁石32の各電磁コイルを電磁コイルAとし、他の一の列(奥側の列)を構成する複数の電磁石32の各電磁コイルを電磁コイルBとする。このとき、電磁コイルAは、コア23を誘導磁化するための誘導電磁コイル(磁化用コイル)、電磁コイルBは、駆動磁気による回転力誘導コイル(回転駆動用コイル、回転用コイル)とすることができる。このように、本実施形態の車輪10は、誘導電磁コイルと回転力誘導コイルの二つのステータを備えた構成となっている。
これら二つのステータの電流制御について、次に説明する。
(電磁コイルAの制御)
まず、電磁コイルA(誘導電磁コイルA)は、図4(i)に示すように、16個の電磁コイルA1〜A16で構成されている。
これら電磁コイルAに電流を流すパターンには、同図(ii)に示すように、第一パターン(ii−1)と第二パターン(ii−2)がある。
(1)第一パターン
第一パターンは、隣り合う二つの電磁コイルを一組として電流を流す(ONにする)。具体的には、同図(ii−1)に示すように、「A1・A2」、「A3・A4」、「A5・A6」、「A7・A8」、「A9・A10」、「A11・A12」、「A13・A14」、「A15・A16」をそれぞれ組として電流を流す。
ここで、一組とされた二つの電磁コイルにはそれぞれ逆方向の電流を流す。例えば、「A1・A2」においては、電磁コイルA1に流す電流と電磁コイルA2に流す電流を逆方向にする。これにより、「電磁コイルA1が巻かれた鉄心36」−「台部35」−「電磁コイルA2が巻かれた鉄心36」を通してU字型の磁界を発生させることができる。そして、電磁コイルA1が巻かれた鉄心36のうちコア23に近い方(磁極側)はN極となり、電磁コイルA2が巻かれた鉄心36の磁極側はS極となる(電流を流す方向によっては、電磁コイルA1が巻かれた鉄心36がS極、電磁コイルA2が巻かれた鉄心36がN極となる)。なお、それら極性は、電磁コイル37が巻かれた方向と電流を流す方向によって決まる。
そして、コア23は、対向する鉄心36の極性に応じた極性に磁化される。例えば、電磁コイルA1の巻かれた鉄心36の磁極側がN極の場合、この鉄心36に対向する位置にあるコア23はN極に磁化される。また、電磁コイルA2の巻かれた鉄心36の磁極側がS極の場合、この鉄心36に対向する位置にあるコア23はS極に磁化される。
(2)第二パターン
第二パターンは、複数の電磁コイル37のうち一つおきに電流を流す。具体的には、同図(ii−2)に示すように、「A2」、「A4」、「A6」、「A8」、「A10」、「A12」、「A14」、「A16」の各電磁コイル37には電流を流さないようにし(OFFにし)、「A1」、「A3」、「A5」、「A7」、「A9」、「A11」、「A13」、「A15」の各電磁コイル37には電流を流すようにする(ONにする)。
前述の第一パターンは、発進時など高トルクを必要とするときの制御パターンである。これに対し、第二パターンは、走行中など、それほどトルクを必要としないときの制御パターンである。
この第二パターンで電流を流すと、コア23を磁化する磁力は、第一パターンに比べて低下する。しかし、走行中であればおよそ慣性で自動車が前に進むため、高トルクは必要としない。
ここで、電流を流さない電磁コイル37においては、走行中のブレーキ操作時の逆起電力発電作用などを用いて、発電機の原理で電力が発生される。この発生した電力は、リニア発電DCスタビライザ83及び電源制御装置81(図12参照)を介して、バッテリ82の充電に用いられる。
(電磁コイルBの制御)
電磁コイルB(回転力誘導コイルB)は、電磁コイルAと同様、図5(i)に示すように、16個の電磁コイルB1〜B16で構成されている。
これら電磁コイルBに電流を流すパターンには、同図(ii)に示すように、第一パターン(ii−1)、第二パターン(ii−2)、第三パターン(ii−3)、第四パターン(ii−4)がある。
そして、電磁コイルBは、例えば、同図(ii)に示すように、隣り合う四つの電磁石32を一組とし、全体を四つの組(「B1・B2・B3・B4」、「B5・B6・B7・B8」、「B9・B10・B11・B12」、「B13・B14・B15・B16」)に分けて、制御を行う。
(1)第一パターン
各組ごとに一つの電磁コイルBにのみ電流を流して、他の電磁コイルBには電流を流さないパターンである。
具体的には、同図(ii−1)に示すように、「B1」、「B5」、「B9」、「B13」に電流を流す。そして、「B2・B3・B4」、「B6・B7・B8」、「B10・B11・B12」、「B14・B15・B16」には電流を流さない。
(2)第二パターン
各組ごとに二つの電磁コイルBに電流を流して、他の電磁コイルBには電流を流さないパターンである。
同図(ii−2)に示すように、「B1・B2」、「B5・B6」、「B9・B10」、「B13・B14」に電流を流す。そして、「B3・B4」、「B7・B8」、「B11・B12」、「B15・B16」には電流を流さない。
(3)第三パターン
各組ごとに三つの電磁コイルBに電流を流して、他の電磁コイルBには電流を流さないパターンである。
同図(ii−3)に示すように、「B1・B2・B3」、「B5・B6・B7」、「B9・B10・B11」、「B13・B14・B15」に電流を流す。そして、「B4」、「B8」、「B12」、「B16」には電流を流さない。
(4)第四パターン
すべての電磁コイルBに電流を流すパターンである。
同図(ii−4)に示すように、「B1・B2・B3・B4」、「B5・B6・B7・B8」、「B9・B10・B11・B12」、「B13・B14・B15・B16」のすべての電磁コイル37に電流を流す。
このような制御を行うことにより、例えば、発進時には、第四パターンで制御して最大トルクを発生させるようにし、走行時は、第一〜第三パターンで制御して省電力化を図ることができる。
また、第一〜第三パターンで制御する場合、電流を流さない電磁コイルBにおいては、走行中のブレーキ操作時の逆起電力発電作用などを用いて、発電機の原理で電力が発生する。この発生した電力は、リニア発電DCスタビライザ83及び電源制御装置81(図12参照)を介して、バッテリ82の充電に用いられる。
なお、本実施形態においては、16個の電磁コイルBを四つの組に分けたが、組は四つに限るものではなく、二つ、三つ、あるいは五つ以上であってもよい。
また、本実施形態においては、一組を四つの電磁コイルで構成したが、四つに限るものではなく、二つ、三つ、あるいは五つ以上であってもよい。
[取付部分の構造]
次に、車輪の取り付け部分の構造について、図6、図7を参照して説明する。
図6は、自動車を上から見たときの車輪の取り付け部分の構造を示す上面図、図7は、自動車を側方から見たときのその取り付け部分の構造を示す正面図である。
図6、図7に示すように、自動車1には、ディスクブレーキユニット51と、ショックアブソーバ52と、テンションアーム53と、モートルコントロールケーブル54とを備えている。
ディスクブレーキユニット51は、ブレーキ装置の構成要素であるブレーキシリンダ、ブレーキテコ機構、すきま調整器、制輪子取り付け機構など(これらは図示せず)を、1個のハウジングの小空間の中にまとめた機構である。
ショックアブソーバ52は、スプリング(図示せず)の復元力による車体の振動を吸収する。
テンションアーム(テンションロッド、コンプレッションロッド)53は、アッパーアームよりも細いロアアームを固定する補助的な働きをする。
モートルコントロールケーブル54は、リニアドライブ走行システムの各電磁石32について電流制御するためにリニア走行制御装置85(後述)から信号を送るためのケーブルである。
次に、前輪リニアシステムと方向切替機構について、図8、図9を参照して説明する。
図8は、方向切替機構の構造を示す後方側面図、図9は、方向切替機構の構造を示す上面図である。
車輪10においてリニアシステムが搭載されている場合であっても、従来の方向切替機構を利用することができる。
図8及び図9に示すように、本実施形態の車輪10が搭載された自動車1においては、アッパーアーム55と、ロアアーム56と、スベイルハブ57と、走行ユニット58と、ハンドルアーム59と、ストラット60とを備えている。
アッパーアーム55、ロアアーム56、スベイルハブ57、そしてアッパーアーム55とロアアーム56が接続された車体部分とによりクランクが構成されている。
また、アッパーアーム55には、上方にショックアブソーバ52が接続されている。これにより、車輪10の上下動の衝撃を吸収する。
ハンドルアーム59は、前輪の両輪を結ぶとともに、その途中でハンドルに接続されている。これにより、ハンドルを右に切ると前輪が右に振れ、ハンドルを左に切ると前輪が左に振れる。
なお、図10に示すように、回転軸40を延長してエンジン61を繋げることにより、ハイブリッド車を実現できる。
[自動車の他の構成]
次に、本実施形態の自動車の構成のうち、後述の制御系に関係する構成について、図11を参照して説明する。
同図は、自動車全体の外観構成を示す斜視図である。
自動車1は、ソーラ電池71と、エアー口72と、ファン発電機73と、方向指示器74と、ヘッドライト75とを備えている。
ソーラ電池71は、図11に示すように、車体のルーフ(屋根部),ボンネットフード,トランクフードなどに備えることができ、太陽等から受けた光を光電変換し電気エネルギーとして出力する。この変換された電気エネルギーは、電源制御装置81へ送られる。
エアー口72は、フロントガラスの下方にあって、外気を取り込む開口である。
ファン発電機73は、ボンネット内部の前方においてファンをフロントグリル(ラジエーターグリル)の方に向けて備えられており、そのフロントグリルで取り込まれた外気(エアー)の風力によってファンが回転し、この回転力により発電機本体で発電する。この発電した電力は、電源制御装置81へ送られる。
方向指示器74は、自動車1の前方や後方の各サイドに取り付けられており、内蔵された高輝度LEDを点滅させることで、当該自動車1が進もうとする方向を指示する。
ヘッドライト75は、夜間走行のための照明灯であって、高輝度LEDとハロゲンランプとのハイブリッドを用いることができる。
テールランプ75は、自動車1の車輌後部にあるランプのことである。このテールランプ75には、例えば、バックギヤにシフトしたときに点灯するバックアップランプ、ブレーキングしているときに点灯するストップランプ(ブレーキランプ)、リアターンシグナルランプなどがある。
[制御系]
次に、本実施形態のリニアドライブ走行システム及び自動車の制御系について、図12を参照して説明する。
同図は、制御系の構成を示すブロック図である。
同図に示すように、リニアドライブ走行システム及び自動車の制御系(制御手段)80は、電源制御装置81と、バッテリ(主バッテリ)82と、リニア発電DCスタビライザ83と、走行装置84と、リニア走行制御装置85と、コンピュータ制御システム86とを備えている。
電源制御装置81は、ソーラ電池71,ファン発電機73,バッテリ82,リニア発電DCスタビライザ83からそれぞれ電力を受けると、その電力を、リニア走行制御装置85へ供給する。また、電源制御装置81は、リニア発電DCスタビライザ83(走行装置84の電磁石32)から受け取った電力を、バッテリ82の充電に用いることができる。
なお、電源制御装置81においては、バッテリ82の使用を少しでも抑えるため、ソーラ電池71,ファン発電機73,リニア発電DCスタビライザ83(走行装置84の電磁石32)からの電力を、バッテリ82からの電力に優先してリニア走行制御装置85へ送ることができる。
また、電源制御装置81は、図13に示すように、主バッテリ82の他に、補助電源(補助バッテリ、予備バッテリ)90から電力の供給を受けることができる。
補助電源90は、電源制御装置81との間がコネクタ91で接続されている。つまり、補助電源90は、電源制御装置81との間が脱着可能となっている。このため、例えば長時間の駐車時などにおいては、補助電源90を電源制御装置81から取り外し、家庭に持ち運んで、家庭用電源(AC100V)に接続された充電器92により充電することができる。
さらに、電源制御装置81は、図14に示すように、発電機93を接続することができる。
発電機93は、自動車1の後部トランクに装着されており、電源制御装置81との間がコネクタ94で接続されている。つまり、発電機93は、電源制御装置81との間が脱着可能となっている。
この発電機93は、例えば、走行中、バッテリ82が85%まで電圧低下した場合に、自動でセルスタートするための小型発電機である。
この発電機93の排気は、外部へ排出される。
この図14に示すような構成は、バッテリの技術革新により将来、必要に応じるためのものである。
リニア発電DCスタビライザ83は、走行装置84の電磁石32で発電された電力を発電系ハーネス87を介して受け取り、この受け取った電力を交流から直流に整流し、安定化して電源制御装置81へ送る。つまり、リニア発電DCスタビライザ83は、安定充電装置であって、監視コントロールともいい得るものである。
また、リニア発電DCスタビライザ83は、リニア走行制御装置85からその動作のリモート信号を受けて動作基準とする。
走行装置84は、各車輪10と、これら各車輪10に搭載されたドラムロータ(コア23)と、ステータ30とを含む。
この走行装置84の電磁石32で発電された電力は、発電系ハーネス87を介してリニア発電DCスタビライザ83へ送られる。
また、走行装置84は、駆動ハーネス88を介してリニア走行制御装置85から電磁石32の制御信号(制御電流)を受ける。これにより、前述の[電磁石の電流制御]で説明した内容が実現される。
リニア走行制御装置85は、コンピュータ制御システム86とともに制御系80の中心となる装置であって、パルスインバータ部85−1と、走行制御部85−2と、発電制御部85−3と、システム監視部85−4とを有している。
パルスインバータ部85−1は、アクセル装置(図示せず)の操作量に応じた制御信号を受け、この直流信号を交流信号(パルス信号)に変換する。
走行制御部85−2は、パルスインバータ部85−1で生成されたパルス信号にもとづき駆動用信号を生成し、この駆動用信号を駆動ハーネス88を介して走行装置84へ送ることにより、走行装置84を制御する。
なお、これらパルスインバータ部85−1と走行制御部85−2の各動作の詳細については、後記の[回転制御]で詳述する。
発電制御部85−3は、走行装置84の電磁石32で発電される電力を制御する。
システム監視部85−4は、このリニア走行制御装置85を中心とする制御系80のシステム全体を監視する。
コンピュータ制御システム86は、リニア走行制御装置85とともに制御系80の中心となる装置であって、図15に示すように、各車輪10(前輪右側10−1、前輪左側10−2、後輪右側10−3、後輪左側10−4)の各ステータ30の制御、走行駆動制御部86−1、ブレーキ制御部86−2、ハンドル操作制御部86−3、コーナリング制御部86−4、走行充電コイル切り替え制御部86−5、補助充電逆起電力制御部86−6、Aコイル制御部86−7、Bコイル制御部86−8などを行う。
走行駆動制御部86−1は、リニア走行制御装置85の走行制御部85−2とともに、走行装置84の各電磁石32に流す電流を制御してドラムロータに加わるトルクを調整し、走行速度を変化させる。
ブレーキ制御部86−2は、ブレーキ(図示せず)が踏まれたこと又は手動ブレーキ95が操作されたことにより、ディスクブレーキユニット51へ制御信号を送り、ブレーキディスク41を動作させるなどして、車輪10の制動制御を行う。
ハンドル操作制御部86−3は、例えば、EHPS(Electro Hydraulic Powwer Steering)を行う。すなわち、電動モータで油圧ポンプを回し、作動させるパワーステアリングで車のスピードに応じて油圧を制御し、適切なハンドルの重さに電子制御する。
コーナリング制御部86−4は、ハンドル(図示せず)の回動角度にもとづくタイヤの角度を調整する。
また、コーナリング制御部86−4は、例えば、ESP(エレクトロニック・スタビリティ・プログラム)を行う。すなわち、障害物を避けたりするために急ハンドルを切ったときに、タイヤ11がフリップを失って道路から飛び出したり、スピンしたりするのを防ぐ。
さらに、コーナリング制御部86−4は、それぞれ4輪リニアドライブ走行時の方向転換などのハンドル操作時に車輪回転数に応じて内側と外側の車輪のセンサによる路面グリップ制御を行う。
すなわち、ハンドルを右に切ると、その回転半径により前輪の左の車輪Aと前輪の右の車輪Bの回転比率が変わる。そこで、すべての車輪A〜Dのそれぞれの回転数を検知し、走行安定度をたもつためのシステムコントロールを行い、ハンドル角度と車輪A〜Dの回転数の設定をコントロールする。
例えば、ハンドルを右に切ると、車輪A→車輪C(後輪の左の車輪)→車輪D(後輪の右の車輪)→車輪Bの順に回転数が多くなる。この回転数の設定制御を行う。
走行充電コイル切替制御部86−5は、走行に必要なトルクを発生させるために電流を流すべき電磁石32を選択し、その電磁石32に電流を流すようリニア走行制御装置85に指示を出す。
補助充電逆起電力制御部86−6は、発電をさせる電磁石32に電流を流さないようリニア走行制御装置85に指示を出す。
Aコイル制御部86−7は、走行充電コイル切替制御部86−5や補助充電逆起電力制御部86−6で行われる制御を特にAコイルに対して行う。
Bコイル制御部86−8は、走行充電コイル切替制御部86−5や補助充電逆起電力制御部86−6で行われる制御を特にBコイルに対して行う。
[回転制御]
次に、車輪の回転制御について、図16、図17を参照して説明する。
図16は、車輪の回転制御に関する制御系の構成を示すブロック図、図17は、アクセル装置の操作量(踏み込み量)とパルス信号と駆動用信号との関係を示す図である。
図16に示すように、アクセル制御に関する制御系は、アクセル装置96と、操作量検知手段97と、パルス発生器(パルスインバータ部)85−1と、制御電圧比較手段85−21と、コイル切替給電制御手段85−22と、駆動コイルユニット(走行装置84のステータ)と、システム制御手段(システム監視部)85−4とを備えている。
アクセル装置96は、自動車1の加速操作を行う際に運転者により操作される装置である。このアクセル装置96には、例えば、運転者の足元に備えられ踏み込む深さにより加速量を調整するアクセルペダル、身障者用としてハンドルの左方に取り付けられて押し出す(又は引き戻す)距離により加速量を調整する操縦桿などが含まれる。
それらのうち、アクセルペダルについては、踏み込み深さ(あるいは、踏み込み長さ、踏み込み角度など)が操作量となる。一方、操縦桿については、押し出す(又は引き戻す)距離が操作量となる。
操作量検知手段97は、アクセル装置96の操作量を検知する。この検知は、例えば、フォトカプラなどを用いて行うことができる。すなわち、フォトカプラを複数個用意し、これを一列に並べて、アクセル装置96の操作方向に据える。アクセル装置96には、フォトカプラを遮る遮断部材が取り付けられており、そのアクセル装置96が操作されるとその操作の量に応じて複数のフォトカプラ内の光が遮断されるようにしておく。そして、その光が遮られたフォトカプラの数(あるいは、光が通じているフォトカプラの数)に応じた制御信号(電圧変化)を出力する。
パルス発生器85−1は、操作量検知手段97から制御信号を受け、その制御信号の電圧値に応じたパルス信号を生成して出力する。
例えば、図17に示すように、アクセル装置96の操作量が少なく(同図(1−1))、制御信号の電圧値が小さいものであれば、周波数の少ないパルス信号を生成して出力する(同図(2−1))。
一方、アクセル装置96の操作量が多く(同図(1−2))、制御信号の電圧値が大きいものであれば、周波数の多いパルス信号を生成して出力する(同図(2−2))。
制御電圧比較手段(駆動用信号出力手段)85−21は、パルス発生器85−1からのパルス信号にもとづき駆動用信号を生成して出力する。
例えば、図17に示すように、パルス信号の周波数が少ないときは(同図(2−1))、電圧値の小さい駆動用信号を生成して出力する(同図(3−1))。
一方、パルス信号の周波数が多いときは(同図(2−2))、電圧値の大きい駆動用信号を生成して出力する(同図(3−2))。
また、制御電圧比較手段85−21は、パルスインバータ電源の強弱や周波数の比較などを行う。システム制御手段85−4との関係では、駆動コイルユニット84での充電可能な時期にシステム制御手段85−4での制御により充電をし、そのタイミングを誤動作しないための信号をシステム制御手段85−4から受けて比較動作する。
コイル切替給電制御手段85−22は、制御電圧比較手段85−21からの駆動用信号にもとづいて駆動コイルユニット84を制御する。
駆動コイルユニット84は、ドラムコア23を回転させるための磁気反発力のコイルで、図3の電磁コイルAと電磁コイルBとの双方を含む。ここで、コイルAは、ドラムロータに磁気形成するものであり、コイルBは、ドラムロータを回転駆動させるものである。
システム制御手段85−4は、 図15のコンピュータ制御システムの一部でアナログ制御ではなく、一体の制御で切り離れた機器ではない。図12のリニア走行制御装置85にあり、その部分という意味である。
[空調装置]
次に、自動車に搭載される空調装置について、図18を参照して説明する。
同図は、自動車の運転席及び助手席を後方から見たときの各座席及びその周辺の構成を示す概略図である。
同図に示すように、フロントウインドウ101の下部後方にあるダッシュパネル102には、サイドベント吹出口103(103a、103b)が備えられている。
サイドベント吹出口103は、車内に露出して備えられ、車外又は車内から取り込まれた空気を車内へ吐き出す。このサイドベント吹出口103は、複数備えることができる。例えば、同図に示すように、一つのサイドベント吹出口103は、運転席から見てハンドル104の右側に備えることができる。また、他のサイドベント吹出口103は、助手席から見てダッシュパネル102の左方に備えることができる。
ただし、サイドベント吹出口103は、それらの位置に備えることに限るものではなく、例えば、ハンドル104の左方や、オーディオ装置105の上方などに備えることもできる。
このサイドベント吹出口103の内側にはユニットドーム104が取り付けられている。このユニットドーム104の構造を図19に示す。
同図に示すように、ユニットドーム104の内部には、ファン105と、ペルチェ素子106とを有している。
ファン105は、ユニットドーム104の内部(サイドベント吹出口103の手前)に備えられ、サイドベント吹出口103から自動車1の車内へ空気を送り出す。
ペルチェ素子106は、ファン105が送り出す空気を電圧変換で加温又は冷却する。
また、自動車1のドア107の車内側の側面には、ドアベント吹出口108(103a、103b)が備えられている。
サイドベント吹出口103は、車内に露出して備えられ、車外又は車内から取り込まれた空気を車内へ吐き出す。
このサイドベント吹出口103の内側にはユニットドーム104が取り付けられている。このユニットドーム104の構造を図20に示す。
同図に示すように、ユニットドーム104は、ファン105と、ペルチェ素子106とを有している。これらファン105及びペルチェ素子106は、サイドベント吹出口103の内側に配置されたファン105及びペルチェ素子106と同様の機能を有している。
このような構成の空調装置を自動車に備えることにより、加温又は冷却された空気を車内へ送り込むことができる。しかも、ファンの手前にペルチェ素子を備えることで、ドア内部などの狭いところにも空調装置を取り付けることができる。
以上、本発明のリニアドライブ走行システム及び自動車の好ましい実施形態について説明したが、本発明に係るリニアドライブ走行システム及び自動車は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
例えば、上述した実施形態では、コアがステータの外側に位置する構造としたが、コアはステータの外側に限るものではなく、ステータの内側に位置する構造とすることもできる。
また、図3においては、ディスク側を電磁コイルA、他方を電磁コイルBとしたが、これに限るものではなく、逆にすることもできる。
さらに、同図においては、電磁コイルAと電磁コイルBをそれぞれ一列ずつとしたが、それらは一列ずつに限るものではなく、複数列であってもよい。
本発明は、車輪のホイルに搭載されるリニアドライブ走行システムに関する発明であるため、ホイルを有する自動車や自転車などの車輌に利用可能である。
本発明における自動車の車輪部分の構造を示す図であって、(i)は、自動車の側方から見たときの車輪の正面図(ホイルのディスク部を外した状態の図)、(ii)は、自動車の前方(又は後方)から見たときの車輪の断面図(同図(i)のA−A断面図)である。 環状に組み合わされたコアの形状を示す外観斜視図である。 各列における電磁石の配置を示す配置図である。 電磁コイルAの制御に関する説明図であって、(i)は、電磁コイルAの配置を示す側面図、(ii)は、電磁コイルAの電流制御の例を示す制御パターンである。 電磁コイルBの制御に関する説明図であって、(i)は、電磁コイルBの配置を示す側面図、(ii)は、電磁コイルBの電流制御の例を示す制御パターンである。 自動車を上から見たときの車輪の取り付け部分の構造を示す上面図である。 自動車を側方から見たときのその取り付け部分の構造を示す正面図である。 方向切替機構の構造を示す後方側面図である。 方向切替機構の構造を示す上面図である。 回転軸を延長してエンジンを繋げることにより、ハイブリッド車を実現したところを示す図である。 自動車全体の外観構成を示す斜視図である。 制御系の構成を示すブロック図である。 電源制御装置に補助電源を接続する場合の構成を示すブロック図である。 電源制御装置に取り外し可能な発電機を接続する場合の構成を示す概略図である。 コンピュータ制御システムの構成を示すブロック図である。 車輪の回転制御に関する制御系の構成を示すブロック図である。 アクセルの操作量、パルス信号、駆動用信号の関係を示す説明図である。 自動車の運転席及び助手席を後方から見たときの各座席及びその周辺の構成を示す概略図である。 ダッシュパネルに取り付けられるユニットドーム及びその内部の構成を示す断面図である。 ドアに取り付けられるユニットドーム及びその内部の構成を示す断面図である。
符号の説明
1 自動車
10 車輪
20 ホイル
23 コア
30 ステータ
32 電磁石
33 電磁石支持部材
34 貫通孔
35 台部
36 鉄心
37 電磁コイル
40 回転軸
50 軸受
80 制御系
81 電源制御装置
82 バッテリ
83 リニア発電DCスタビライザ
84 走行装置
85 リニア走行制御装置
85−1 パルスインバータ(パルス発生器)
86 コンピュータ制御システム
96 アクセル装置
97 操作量検知手段
103a、103b サイドベント吹出口
104 ユニットドーム
105 ファン
106 ペルチェ素子
108a、108b ドアベント吹出口

Claims (7)

  1. ドラムロータを有するホイルと、このホイルの内側に配置されたステータとを備えたリニアドライブ走行システムであって、
    前記ホイルは、当該ホイルの回転の中心となる回転軸を有し、
    前記ステータは、
    前記回転軸を中心とする円周上に複数個配置されるとともに、前記複数個を一列として前記回転軸方向に複数列で配置された電磁石を有し
    前記ドラムロータが、前記回転軸を中心とする円周上に複数配置された円弧状のコアを有し、
    これらコアの各間にスリットを有し、
    前記リニアドライブ走行システムは、前記電磁石に流す電流を制御する制御手段を備え、
    この制御手段が、
    前記複数列の電磁石のうちの一部の列の電磁石を、前記コアを磁化するための磁化用コイルとして制御するとともに、
    他の一又は二以上の列の電磁石を、前記ドラムロータを回転させるための回転用コイルとして制御する
    ことを特徴とするリニアドライブ走行システム。
  2. 前記制御手段が、
    前記磁化用コイルとして制御する電磁石が配置された一の列における複数の電磁石について、
    隣り合う電磁石にそれぞれ逆方向の電流を流してU字型に磁界を発生させ、一方をN極とし、他方をS極とする場合と、
    前記複数の電磁石のうち一つおきに電流を流す場合と
    を切り換えて制御する
    ことを特徴とする請求項1記載のリニアドライブ走行システム。
  3. 前記制御手段が、
    前記回転用コイルとして制御する電磁石が配置された一の列における複数の電磁石について、
    これら複数の電磁石を複数の組に分けておき、
    各組ごとに一つの電磁石に電流を流して、他の電磁石に電流を流さない場合と、
    各組ごとに複数の電磁石に電流を流して、他の電磁石に電流を流さない場合と、
    すべての電磁石に電流を流す場合と
    を切り換えて制御する
    ことを特徴とする請求項1又は2記載のリニアドライブ走行システム。
  4. 運転者により操作されるアクセル装置と
    このアクセル装置が操作された量を検知する操作量検知手段と、
    この操作量検知手段から検知信号を受けると、この検知信号の示す操作量に応じた周波数のパルス信号を生成して出力するパルス発生器と、
    このパルス発生器からの前記パルス信号にもとづいて、前記電磁石の駆動用信号を生成して出力する駆動用信号出力手段とを有し、
    前記制御手段が、前記駆動用信号にもとづいて前記複数の電磁石に流す電流を制御する
    ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のリニアドライブ走行システム。
  5. 前記ステータが、
    前記電磁石が外周に取り付けられるとともに、前記回転軸を通すための貫通孔が形成されたステータ基体と、
    このステータ基体の前記貫通孔に嵌合されるとともに、内輪に前記回転軸が通る複数のベアリングと、
    これら複数のベアリングのうちの二つのベアリングの間に取り付けられた回転センサとを有した
    ことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のリニアドライブ走行システム。
  6. 複数の車輪を備えた自動車であって、
    一又は二以上の車輪が、請求項1〜5のいずれかに記載のリニアドライブ走行システムを搭載した
    ことを特徴とする自動車。
  7. 加温又は冷却された空気を車内へ送り込む空調装置を備え、
    この空調装置が、
    前記車内に露出して備えられ、前記空気を車内へ吐き出す吹出口と、
    この吹出口より内側に備えられ、前記吹出口から前記車内へ前記空気を送り出すファンと、
    このファンが送り出す空気を加温又は冷却するペルチェ素子とを有した
    ことを特徴とする請求項6記載の自動車。
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