(57)【要約】【課題】  電動走行遊びのみならず、先頭車だけを使用した手押し走行遊びにおいても、上述の装飾的機能を楽しむことができ、しかも、十分な走行継続時間を達成することができるようにした電動式列車玩具を提供する。【解決手段】  電動機として交流電動機を使用すると共に、当該交流電動機は車体外殻内の後部空間に収容され、減速歯車列を構成する一連の歯車は、後輪車軸上方の空間に上下に分散して集合配置され、電池は、電池ボックス内に並置された２本の１．５Ｖ乾電池であって、直流３Ｖ電源を構成し、電池ボックスは前記車体外殻内の前部空間に縦向きで収容され、さらに前記車体外殻内には、前記直流３Ｖ電源を直交変換して交流電源を生成して前記交流電動機に供給する直交変換回路部が収容されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先頭車を摸した車体外殻の内部に、電動機と、前記電動機の駆動軸から得られる回転動力を減速して後輪車軸に伝達する減速歯車列と、電池で構成される直流電源とを少なくとも収容してなる電動式列車玩具であって、
前記電動機として交流電動機を使用すると共に、当該交流電動機は前記車体外殻内の後部空間に収容され、
前記減速歯車列を構成する一連の歯車は、後輪車軸上方の空間に上下に分散して集合配置され、
前記直流電源は、前記車体外殻内の前部空間に収容され、さらに
前記車体外殻内には、前記直流電源を直交変換して交流電源を生成して前記交流電動機に供給する直交変換回路部が収容されている、電動式列車玩具。
【請求項２】
前記交流電動機が、始動時の回転方向が不定の同期電動機であって、その駆動軸を横向きにして前記後部空間に収容され、
前記同期電動機の駆動軸、前記減速歯車列を構成する一連の歯車軸、及び前記後輪車軸は、互いに平行な関係にあり、さらに
前記同期電動機の始動時の回転方向を時計回り又は反時計回りのいずれか一方向に規制するための方向規制部が含まれている、請求項１に記載の電動式列車玩具。
【請求項３】
前記同期電動機が、
前記駆動軸と垂直な第１の仮想平面上であって、前記駆動軸を中心とする所定半径の円周上に、それぞれ扁平な永久磁石からなる複数の磁極をその極性を交互に異ならせて等角度間隔で保持して前記駆動軸と一体に回転する回転子と、
前記回転子の第１の仮想平面と正対する第２の仮想平面上であって、前記駆動軸を中心とする所定半径の円周上に静止的に配置される１又は２以上の渦巻状コイルとを含んでいる、請求項２に記載の電動式列車玩具。
【請求項４】
前記直流電源で動作し、かつ１又は２以上の付加的機能を実現するマイクロプロセッサをさらに含んている、請求項１に記載の電動式列車玩具。
【請求項５】
前記直流電源が、１．５Ｖ単４乾電池を２本並置して電池ボックスに収容してなる直流３Ｖ電源である、請求項４に記載の電動式列車玩具。
【請求項６】
前記付加的機能が、スピーカの駆動を介して音響効果を付与する機能である、請求項４に記載の電動式列車玩具。
【請求項７】
前記付加的機能が、リモートコントローラとの間で無線通信を行う機能である、請求項４に記載の電動式列車玩具。
【請求項８】
前記付加機能が、ＬＥＤの駆動を介して光効果を付与する機能である、請求項４に記載の電動式列車玩具。
【請求項９】
前記付加機能が、イメージセンサの駆動を介して外界を撮影する機能である、請求項４に記載の電動式列車玩具。
【請求項１０】
前記減速歯車列には、所定の操作子の操作により、接続状態と離脱状態とに選択的に設定可能な一対の歯車と、前記一対の歯車が離脱状態のときに、前記電動機への通電を遮断するスイッチとを有する、請求項１に記載の電動式列車玩具。
【請求項１１】
前記電池ボックスの底部であって、車幅方向の中心位置には、前輪車軸に当接する突部が垂下突設されており、かつ前記前輪車輪の両端部は、所定のストローク範囲で上下動可能に支持されている、請求項１に記載の電動式列車玩具。
【請求項１２】
前記スピーカは、前記車体外殻を構成する車体底板の床面に向けて下向きに取り付けられかつ前記スピーカと前記床面との間には共鳴室が介在される、請求項６に記載の電動式列車玩具。
【請求項１３】
前記直交変換回路部が、
電源投入により、固有の長周期で発振し、周期毎に通電方向を変えて、前記渦巻き状コイルに対して通電を行うことにより、前記低周波出力状態を実現する自励発振動作と、前記渦巻き状コイルの誘起電圧パルスが所定値を超えると、当該誘起電圧パルスに同期した短周期にて発振し、周期毎に方向を変えて、前記渦巻き状コイルに対して通電を行うことにより、前記高周波出力状態を実現する他励発振動作とを実行する、請求項１に記載の駆動ユニット。
【請求項１４】
前記直交変換回路部が、
互いに並置された、いずれも第１導電型である、左側、右側の駆動用トランジスタと、
前記左側、右側の駆動用トランジスタのそれぞれと直列接続されるようにして、互いに並置され、前記左側、右側の駆動用トランジスタのうちの、互いに反対側の駆動用トランジスタと同期してオンオフ制御される、いずれも第２導電型である、左側、右側の従動用トランジスタと、
前記左側の駆動用トランジスタの出力側と前記右側の駆動用トランジスタの出力側との間に架け渡された架橋電流路と、
前記左側、右側の駆動用トランジスタの負荷素子として前記架橋電流路に介在される前記１もしくは２以上の渦巻状コイルと、
通電開始直後に、前記左側、右側の駆動用トランジスタを交互に所定の長周期でオンオフさせるための始動時補助手段とを含む、ことを特徴とする請求項１３に記載の駆動ユニット。
【請求項１５】
前記複数個の磁極は４個の磁極からなり、かつ前記渦巻状コイルは１８０度の角度間隔で配置された、互いに巻方向の同一な２個の渦巻状コイルからなる、請求項１４に記載の駆動ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、先頭車を摸した車体外殻の内部に、電動機と、前記電動機から得られる回転動力を減速して後輪車軸に伝達する減速歯車列と、電源となる電池とを少なくとも収容してなる電動式列車玩具に関する。
【背景技術】
【０００２】
先頭車を摸した車体外殻の内部に、電動機と、前記電動機から得られる回転動力を減速して後輪車軸に伝達する減速歯車列と、電源となる電池とを少なくとも収容してなる電動式列車玩具は、例えば、出願人会社が提供する登録商標「プラレール」等の製品により広く知られている。
【０００３】
従来、この種の電動式列車玩具においては、車体外殻内部の前部空間に電動機としての直流電動機をその駆動軸が後ろ向きとなるようにして縦置き状態で収容すると共に、車体外殻内部の中央から後輪車軸に至る空間には、初段のクラウン歯車とそれに続く一連の平歯車列とからなる減速歯車列を収容し、さらに、それらの電動機及び減速歯車列と車体外殻天井との狭い空間には、電池ボックスを縦置き状態で収容すると言う部品レイアウト構成が採用されている。
【０００４】
すなわち、この部品レイアウト構成は、前部に配置される電動機の駆動軸を車体の後方へ向けることで、幅狭車体への電動機収容を可能とする一方、電動機の駆動軸と後輪車軸とを繋ぐ減速歯車列の中に、クラウン歯車を介在させることで、電動機の駆動軸と後輪車軸とのなす角度差（９０度）を吸収するように構成されるのである（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
上述の部品レイアウトによると、電池ボックスは、電動機や減速歯車列と車体外殻天井との間に形成される狭小な空間に収まる必要があるため、現状、電池の容量及びその本数としては１．５Ｖの単三乾電池１本が限界である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５０−１０７２９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
電動式列車玩具を販売するデパート、大規模乃至中規模玩具専門店等々においては、店舗の一角に無端状軌道（円形軌道や楕円形軌道等々）を敷設し、その上を、販売対象となる列車玩具を実際に展示走行させて、顧客である子供達の注意を惹き付けると言った販売促進手法がしばしば採用される。
【０００８】
このような展示走行による販売促進手法においては、その店舗の営業時間中、列車玩具を連続的に走行させ続けねばならないから、その間に、店側としては、できるだけ電池交換の手間が少ないことが望ましい。
【０００９】
しかしながら、上述の部品レイアウト構成を有する電動式列車玩具の連続走行時間は高々３〜４時間程度が限界であるから、この種の販売促進手法を店の営業時間中に亘り継続的に有効に機能させるためには、複数台数を同時に走行させようとすると、１日当たり少なくとも数回の電池交換が必要となり、店側の担当者が電池交換の手間を惜しめば、無担軌道上には、電池切れ車両が停止状態で放置される結果となる。
【００１０】
殊に、電動機の駆動軸と車軸とを繋ぐ減速歯車列の中に、クラウン歯車を介在する電動列車玩具の場合、動力伝達系における損失が無視し難く電池の消耗が激しいことに加えて、そもそも、この種の玩具に採用される直流電動機のブラシは、このような長時間走行に耐え得るように設計されていないため、比較的に短時間でブラシの損耗による故障を来たし、走行不能に陥る結果となる。
【００１１】
加えて、昨今、この種の電動式列車玩具においては、スピーカからお喋り音声や模擬走行音を流したり、前照灯を点滅させたり、無線送受信回路を搭載してリモートコントロールを可能としたり、カメラを搭載して車内から外を撮影を可能としたりと言った装飾的機能の付加が求められている。このような装飾的機能の実現にはマイクロプロセッサの搭載が不可欠であるが、マイクロプロセッサの作動には、１．５Ｖの単三乾電池１本では電源電圧が不足する。
【００１２】
第１の解決策としては、単三乾電池１本から得られる１．５Ｖの直流電源とマイクロプロセッサとの間に昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを介在して、マイクロプロセッサに必要な電源電圧にまで電源電圧を昇圧することが考えられる。
【００１３】
第２の解決策としては、上述の新機能の実現に必要な電気部品（マイクロプロセッサ、スピーカ、無線送受信回路、ＬＥＤ、カメラ）及びそれらの駆動に必要な直流電源（例えば、１．５Ｖの単三乾電池２本による３Ｖ直流電源）を先頭車に牽引される２両目車両（例えば、客車や貨物車）に搭載することが考えられる。
【００１４】
しかし、第１の解決策によると、電動走行遊びのみならず、先頭車だけを使用した手押し走行遊び（所謂手転がし）においても、上述の装飾的機能を楽しめる利点はあるものの、装飾的機能実現のための電池消耗のために、電池による走行可能時間が一層短くなると言う不具合がある。
【００１５】
一方、第２の解決策によると、別途専用の電源を確保したことにより、走行に支障を来すことなく、上述の装飾的機能を実現できるが、先頭車だけを単独使用した手押し走行遊び（所謂手転がし）にあっては、後続の電源車は切り離されてしまうため、上述の装飾的機能を実現することはできないと言う不具合がある。
【００１６】
この発明は、上述の技術的課題に着目してなされたものであり、その目的とするところは、電動走行遊びのみならず、先頭車だけを使用した手押し走行遊びにおいても、上述の装飾的機能を楽しむことができ、しかも、十分な走行継続時間を達成することができるようにした電動式列車玩具を提供することにある。
【００１７】
この発明のさらに他の目的並びに作用効果については、明細書の以下の記述を参照することにより、当業者であれば容易に理解されるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述の技術的課題は、以下の部品レイアウト構成を有する電動式列車玩具により解決できるものと考えられる。
【００１９】
すなわち、この電動式列車玩具は、先頭車を摸した車体外殻の内部に、電動機と、前記電動機の駆動軸から得られる回転動力を減速して後輪車軸に伝達する減速歯車列と、電池で構成される直流電源とを少なくとも収容してなる電動式列車玩具であって、前記電動機として交流電動機を使用すると共に、当該交流電動機は前記車体外殻内の後部空間に収容され、前記減速歯車列を構成する一連の歯車は、後輪車軸上方の空間に上下に分散して集合配置され、前記直流電源は、前記車体外殻内の前部空間に収容され、さらに前記車体外殻内には、前記直流電源を直交変換して交流電源を生成して前記交流電動機に供給する直交変換回路部が収容されている、ものである。
【００２０】
このような構成によれば、消耗部品であるブラシの存在しない交流電動機を使用することで耐久性が向上すると共に、当該交流電動機を前記車体外殻内の後部空間に収容し、かつ前記減速歯車列を構成する一連の歯車を、後輪車軸上方の空間に上下に分散して集合配置することで、車体外殻内のほぼ前半分に広い空の空間を確保することができる。そのため、ここに例えば、２本の１．５Ｖ単４乾電池を並置収容してなる電池ボックスを収容することで、比較的に大容量の３Ｖ直流電源が得られるから、これを直交変換して交流電動機を駆動することで長時間走行を可能ならしめ、併せて、マイクロプロセッサに直接に給電することで、先頭車単独であっても装飾的機能を実現することが可能となるのである。
【００２１】
そのため、本発明によれば、電動走行遊びのみならず、先頭車だけを使用した手押し走行遊びにおいても、上述の装飾的機能を楽しむことができ、しかも、十分な走行継続時間を達成することができる。
【００２２】
本発明の好ましい実施の態様においては、前記交流電動機が、始動時の回転方向が不定の同期電動機であって、その駆動軸を横向きにして前記後部空間に収容され、前記同期電動機の駆動軸、前記減速歯車列を構成する一連の歯車軸、及び前記後輪車軸は、互いに平行な関係にあり、さらに前記同期電動機の始動時の回転方向を時計回り又は反時計回りのいずれか一方向に規制するための方向規制部が含まれていてもよい。
【００２３】
このような構成によれば、始動時の回転方向が不定であるものの、その分、構造の簡単な同期電動機を使用しつつも、方向規制部を別途設けて始動時の回転方向を規制することで、特定の回転方向を以て始動する交流電動機を安価に提供することができ、さらに減速歯車列を平歯車列のみにより構成できることから、電動機の出力を効率よく後輪車軸に伝えることで、消費電力を削減することができる。
【００２４】
本発明の好ましい実施の態様においては、前記同期電動機が、前記駆動軸と垂直な第１の仮想平面上であって、前記駆動軸を中心とする所定半径の円周上に、それぞれ永久磁石からなる複数の磁極をその極性を交互に異ならせて等角度間隔で保持して前記駆動軸と一体に回転する回転子と、前記回転子の第１の仮想平面と正対する第２の仮想平面上であって、前記駆動軸を中心とする所定半径の円周上に静止的に配置される１又は２以上の渦巻状コイルとを含んでいてもよい。
【００２５】
このような構成によれば、正対する２つの仮想平面の一方に回転界磁となる磁石を円周に沿って配列する一方、他方の平面には固定電機子となる渦巻状コイルを配置することで、駆動軸方向への薄型化を実現すると共に、磁石配列円の直径を増すことで電動機の効率を改善可能とし、連続運転時間をより一層に増大することができる。
【００２６】
本発明の好ましい実施の態様においては、前記直流電源で動作し、かつ１又は２以上の装飾的機能を実現するマイクロプロセッサをさらに含んていてもよい。このとき、前記直流電源が、１．５Ｖ単４乾電池を２本並置して電池ボックスに収容してなる直流３Ｖ電源であってもよい。
【００２７】
このような構成によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータにより無駄に電力を消費することなく、マイクロプロセッサを効率よく駆動して、様々な装飾的機能を実現することが可能となる。
【００２８】
このとき、前記装飾的機能が、スピーカの駆動を介して音響効果を付与する機能であったり、リモートコントローラとの間で無線通信を行う機能であったり、ＬＥＤの駆動を介して光効果を付与する機能であったり、イメージセンサの駆動を介して外界を撮影する機能であってもよい。
【００２９】
このような装飾的機能であれば、単なる電動走行又は手押し走行遊びのみならず、子供達の注意を効果的に喚起することができる。
【００３０】
本発明の好ましい実施の態様においては、前記減速歯車列は、所定の操作子の操作により、接続状態と離脱状態とに選択的に設定可能な一対の歯車と、前記一対の歯車が離脱状態のときに、前記電動機への通電を遮断するスイッチとを有してもよい。
【００３１】
このような構成によれば、所定の操作子を操作することにより、電動機と車軸との間の動力伝達を開放すると共に、電動機自体も停止状態とすることで、手押し遊びに際するスムーズな車輪回転を確保し、また電動機による無駄な電池消耗も回避することができる。
【００３２】
本発明の好ましい実施の態様においては、前記電池ボックスの底部であって、車幅方向の中心位置には、前輪車軸に当接する突部が垂下突設されており、かつ前記前輪車輪の両端部は、所定のストローク範囲で上下動可能に支持されていてもよい。
【００３３】
このような構成によれば、電池ボックス底面から垂下突設される突起をシーソー動の支点とすることで、余計な支持構造物を別途設けることなく、カーブする登坂軌道に差し掛かったときに、左右いずれかの前輪が軌道面を離れて浮き上がることによる脱線を確実に防止することができる。
【００３４】
本発明の好ましい実施の態様においては、前記スピーカは、前記車体外殻を構成する車体底板の床面に向けて下向きに取り付けられかつ前記スピーカと前記床面との間には共鳴室が介在されていてもよい。
【００３５】
このような構成によれば、車体外殻の全体を振動体として周囲に音波を拡散することにより、十分な音量かつ音質で必要な音を車体から放出することかできると共に、車体外殻の天井に放音孔を設ける必要もないため外観体裁を損ねることもなく、また底板の床面に放音孔を設けるものに比較して、音量及び音質を走行状態に拘わらず安定させることができる。
【００３６】
本発明の好ましい実施の態様においては、前記直交変換回路部が、電源投入により、固有の長周期で発振し、周期毎に通電方向を変えて、前記渦巻き状コイルに対して通電を行うことにより、前記低周波出力状態を実現する自励発振動作と、前記渦巻き状コイルの誘起電圧パルスが所定値を超えると、当該誘起電圧パルスに同期した短周期にて発振し、周期毎に方向を変えて、前記渦巻き状コイルに対して通電を行うことにより、前記高周波出力状態を実現する他励発振動作とを実行する、ものであってもよい。
【００３７】
このような構成によれば、直交変換回路部が、所定の長周期発振動作又は回転に同期した低周期発振動作のいずれで動作する場合にも、１又は２以上の渦巻き状コイルのそれぞれには、それらの発振周期に同期して、相異なる方向の通電が交互に行われるから、起動状態、加速状態、定常状態のいずれの状態にあっても、回転子上に配列された各磁極に対して１もしくは２以上の渦巻き状コイルから同時に回転駆動力を付与することにより、円滑かつ力強い回転子の回転を保証することができる。
【００３８】
本発明の好ましい実施の態様においては、前記直交変換回路部が、互いに並置された、いずれも第１導電型である、左側、右側の駆動用トランジスタと、前記左側、右側の駆動用トランジスタのそれぞれと直列接続されるようにして、互いに並置され、前記左側、右側の駆動用トランジスタのうちの、互いに反対側の駆動用トランジスタと同期してオンオフ制御される、いずれも第２導電型である、左側、右側の従動用トランジスタと、前記左側の駆動用トランジスタの出力側と前記右側の駆動用トランジスタの出力側との間に架け渡された架橋電流路と、前記左側、右側の駆動用トランジスタの負荷素子として前記架橋電流路に介在される前記１もしくは２以上の渦巻状コイルと、通電開始直後に、前記左側、右側の駆動用トランジスタを交互に所定の長周期でオンオフさせるための始動時補助手段とを含む、ものであってもよい。
【００３９】
このような構成によれば、電源投入後、しばらくすると、直交変換回路部は、始動時補助手段の作用により、所定の長周期で発振動作を行うから、前記架橋電流路には、この長周期に同期して、左側の駆動用トランジスタと右側の従動用トランジスタとを経由する第１方向の電流と、右側の駆動用トランジスタと左側の従動用トランジスタとを経由する第２方向の電流とが交互に流れることとなる。すると、各渦巻状コイルのそれぞれは、自励発振周期に同期して、Ｎ極とＳ極とに交互に切り替わるから、回転子上に配列されたＮ，Ｓいずれの極性の磁極に対しても磁力を作用させて、回転駆動力を付与することができ、この駆動力の方向が予め許容される回転方向（例えば、車両の前進に対応する回転方向）と一致したとき、電動機は実際に始動する。そのため、この電動機によれば、より強力な回転駆動力を回転子に付与することで、電源投入後、速やかなる回転起動乃至加速を行うことが可能となる。
【００４０】
一方、回転子の回転数が徐々に上昇して、各磁極とすれ違う際に渦巻状コイルに誘起される誘導起電力パルスのレベルが増大すると、直交変換回路部は、始動時補助手段による長周期発振を待つことなく、当該誘導起電力パルスの到来周期に同期した短周期発振動作に移行するから、前記架橋電流路には、この短周期発振に同期して、左側の駆動用トランジスタと右側の従動用トランジスタとを経由する第１方向の電流と、右側の駆動用トランジスタと左側の従動用トランジスタとを経由する第２方向の電流とが交互に流れることとなる。すると、先ほどと同様に、各渦巻状コイルのそれぞれは、発振周期に同期して、Ｎ極とＳ極とに交互に切り替わるから、回転子上に配列されたＮ，Ｓいずれの極性の磁極に対しても同時に磁力を作用させて、回転駆動力を付与することができる。
【００４１】
このように、本発明によれば、所定の長周期発振動作又は回転に同期した低周期発振周期のいずれで動作する場合にも、１又は２以上の渦巻き状コイルのそれぞれには、それらの発振周期に同期して、相異なる方向の通電が行われるから、起動状態、加速状態、定常状態のいずれの状態にあっても、回転子上に配列された各磁極に対して１もしくは２以上の渦巻き状コイルから同時に回転駆動力を付与することにより、円滑かつ力強い回転子の回転を保証することができる。
【００４２】
上述の発明において、前記複数個の磁極は４個の磁極からなり、かつ前記渦巻き状コイルは１８０度の角度間隔で配置された、互いに巻方向の同一な２個の略円形の渦巻き状コイルからなる、ものとすれば、小型化、薄型化、低コスト化を維持しつつも、より強力な回転駆動力を得ることができる。このとき、前記２個の略円形の渦巻状コイルが、互いに直列接続された状態で前記架橋通電路に介在されるものとすれば、両コイルの電流値を等しくすることで２つの渦巻き状コイルの磁力均等化を図ると共に、両コイルに流れる電流を制限して消費電力の低減化を図り、併せて、２つの渦巻き状コイルで発生する誘導起電力パルスが重畳することで、回転位置検出感度を上げて、自励発振状態から回転同期発振状態への移行を促進し、ロータの回転を高速回転状態へと速やかに導くことができる。
【００４３】
上述の発明において、前記複数個の磁極は４個の磁極からなり、かつ前記渦巻き状コイルは単一のコイルからなるものとすれば、１個の渦巻状コイルであっても、その極性が交互に切り替わることにより、相隣接する４個の磁極のそれぞれに対して磁力を作用させることができる。加えて、このような単一コイル方式によれば、渦巻状コイルの個数を１個減らすことで、さらなる低コスト化を図ることができる一方、渦巻状コイルの個数が単一であれば、多少、コイルの直径が増加しても、隣接する他の渦巻状コイルとの干渉の虞はないから、巻き数を増加して磁力を強化することで、渦巻状コイルが単一であっても、充分なる回転駆動力を得ることもできる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明によれば、消耗部品であるブラシの存在しない交流電動機を使用することで耐久性が向上すると共に、当該交流電動機を前記車体外殻内の後部空間に収容し、かつ前記減速歯車列を構成する一連の歯車を、後輪車軸上方の空間に上下に分散して集合配置することで、車体外殻内のほぼ前半分に広い空の空間を確保することができる。そのため、ここに例えば２本の１．５Ｖ乾電池を並置収容してなる電池ボックスを収容することで、比較的に大容量の３Ｖ直流電源が得られるから、これを直交変換して交流電動機を駆動することで長時間走行を可能ならしめ、併せて、マイクロプロセッサに直接に給電することで、先頭車単独であっても装飾的機能を実現することが可能となるのである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は、列車玩具の外観斜視図である。
【図２】図２は、列車玩具の分解斜視図である。
【図３】図３は、列車玩具を車体カバーを透視して真上から見た図である。
【図４】図４は、回転子側の永久磁石と固定子側の渦巻き状扁平コイルとの関係を示す図である。
【図５】図５は、回転子の回転方向とラチェット爪の動作との関係を示す図である。
【図６】図６は、駆動ユニットをケースを透視して真上から見た図である。
【図７】図７は、駆動ユニットをケースを透視して正面から見た図である。
【図８】図８は、駆動ユニットをケースを透視して右側面から見た図である。
【図９】図９は、ＯＦＦ、ＯＮ、ＨＩの各状態における一連のギアの噛合状態を示す図である。
【図１０】図１０は、ＯＦＦ状態における一連のギアの噛合状態を示す三面図である。
【図１１】図１１は、ＯＮ状態における一連のギアの噛合状態を示す三面図である。
【図１２】図１２は、ＨＩ状態における一連のギアの噛合状態を示す三面図である。
【図１３】図１３は、扁平スピーカの取付構造を示す図である。
【図１４】図１４は、前輪車軸の一点支持構造を示す図である。
【図１５】図１５は、前輪車軸の一点支持構造による作用を示す図である。
【図１６】図１６は、回路部全体の構成を示す図である。
【図１７】図１７は、２個の扁平コイルを駆動する直交変換回路を示す図である。
【図１８】図１８は、１個の扁平コイルを駆動する直交変換回路を示す図である。
【図１９】図１９は、直交変換回路を集積回路とした変形例を示す図である。
【図２０】図２０は、制御プログラム全体の動作を概略的に示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
以下に、本発明の好適な実施の一形態である電動式列車玩具を図１〜図２０の添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４７】
［１］列車玩具システムとの関係
この電動式列車玩具は、本出願人会社より登録商標「プラレール」の名称で市場に提供され、一般に、広く知られた列車玩具システムの規格に適合するように構成されている。周知のように、この列車玩具システムは、直線状又は円弧状の単位走行軌道板（一般には「レール」と称される）を任意本数だけ連結してなる走行軌道（例えば、円形軌道又は楕円形軌道）と、この走行軌道上を走行可能に構成された様々な型式の電動式列車玩具とから構成される。
【００４８】
［２］車体外殻について
図１〜図３を参照しながら、電動式列車玩具の車体外殻について説明する。図示の電動式列車玩具１００は、新幹線などの流線型高速列車の外観を模したプラスチック製の車体外殻１を有する。この車体外殻１は、車体底板１１と車体カバー１２とからなるもので、両者は図示しないビスの締結により一体化されている。
【００４９】
車体カバー１２の天井は、車体の略前半分の領域が前下がりに傾斜する一方、車体の略後半分の領域は一定高さで水平とされている。そのため、車体底板１１と車体がバー１２とで囲まれる車室空間の広さは、車体の略前半分の領域が比較的に狭く、車体の略後半分の領域が比較的に広く設定されている。
【００５０】
後述するように、本発明の要部であるところの駆動ユニット３は上述の車室空間の後部領域に収容され、電池ボックス４は上述の車室空間の前部領域に収容される。なお、図において、符号１１１は後続車両を連結するための連結具、１２１は操作レバー３３を突出させるためのガイドスロットである。ガイドスロット１２１には、その長手方向に沿って３つのスライド位置（「ＯＦＦ」、「ＯＮ」、「ＨＩ」）が定義されている。操作レバー３３をそれらの位置にスライド設定することで、走行停止、通常走行、高速走行のいずれかを選択することができる。
【００５１】
［３］駆動ユニットについて
次に、図２〜図１２を参照しながら、駆動ユニット３について説明する。駆動ユニット３は、図２及び図３に示されるように、直方体状のユニットハウジング３４を有する。このユニットハウジング３４は、この例にあっては、透明な合成樹脂製であって、車体の前後方向に沿った長さ（Ｌ）、車体の左右方向に沿った幅（Ｗ）、及び垂直方向に沿った高さ（Ｈ）を有し、前部中央の１カ所、後部左右の２カ所に設けられたブラケットのビス孔にビスを通して車体底板１１のネジ孔にねじ込むことで、車体底板１１に対して３点でしっかりと固定される。このユニットハウジング３４内には、後に詳述する、直交変換回路部（回路部品搭載の基板など）５、交流電動機３１（図４参照）、減速歯車列３２（図６〜図８参照）、後輪の車軸１１４、及び方向規制部（図５参照）３２５ａ，３２５ｂが収容されている。
【００５２】
−交流電動機について−
次に、主として、図４及び図８を参照しながら、交流電動機３１について説明する。交流電動機３１は、後輪の車軸１１４と平行に延びる駆動軸３１１と一体的に回転し、当該駆動軸３１１と垂直な第１の仮想平面上であって、当該駆動軸３１１を中心とする所定半径の円周上に、それぞれ永久磁石３１５ａ〜３１５ｄからなる複数の磁極をその極性を交互に異ならせて等角度間隔で保持する回転子（磁石支持ディスク３１２）と、回転子の第１の仮想平面と正対する第２の仮想平面上であって、前記駆動軸３１１を中心とする所定半径の円周上に支持される１又は２以上の渦巻き状コイル３１６ａ，３１６ｂを有する固定子とを含む。
【００５３】
より具体的には、図８において、符号１１４が後輪の車軸、符号３１１が電動機の駆動軸であり、それらは互いに平行とされている。車軸１１４及び駆動軸３１１は、いずれも剛性の高い金属材料（例えば、ステンレス等の非磁性体）にて製作され、それぞれその両端を図示しない軸受け部材により回転自在に支持されている。
【００５４】
駆動軸３１１には、図４に示されるように、第１の仮想平面を定義する磁石支持ディスク３１２が一体的に固定されている。磁石支持ディスク３１２は、電動機３１の回転子として機能するものであって、この例にあっては、合成樹脂材料（例えば、ＰＯＭなど）にて製作されている。駆動軸３１１は磁石支持ディスク３１２の中心部を垂直に貫通する。磁石支持ディスク３１２の周縁部には、角度９０度を隔てて、４個の有底円筒状の磁石ホルダ３１３ａ，３１３ｂ，３１３ｃ，３１３ｄが成型技術により一体成形されている。これらの磁石ホルダ３１３ａ，３１３ｂ，３１３ｃ，３１３ｄの凹部のそれぞれには、磁極を定義するための、扁平な円筒状乃至タブレット状を有する永久磁石３１５ａ，３１５ｂ，３１５ｃ，３１５ｄが圧入固定されている。なお、図４において、符号３１４は磁石支持ディスク３１２のための十字状の補強リブである。
【００５５】
永久磁石３１５ａ，３１５ｂ，３１５ｃ，３１５ｄは、それぞれ表裏方向へと分極するように磁化されており、例えば、永久磁石３１５ａ（Ｎ極）、３１５ｂ（Ｓ極）、３１５ｃ（Ｎ極）、３１５ｄ（Ｓ極）の如く、交互に極性を異ならせて配置されている。それらの永久磁石３１５ａ，３１５ｂ，３１５ｃ，３１５ｄは、この例にあっては、希土類磁石（例えば、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、ブラセオジム磁石、サマリウム鉄窒素磁石等々）あるいは、コバルト磁石等の強磁性体材料を用いて製作されている。
【００５６】
一方、磁石支持ディスク３１２により定義される第１の仮想平面と僅かな距離を隔てて正対する第２の仮想平面上には、１又は２以上（この例では、２つ）の扁平な渦巻状コイル３１６ａ，３１６ｂが配置されている。これらのコイル３１６ａ，３１６ｂは、駆動軸３１１を中心とする所定半径の円周上に、互いに角度１８０度を隔てて配置されている。これら２つのコイル３１６ａ，３１６ｂは、図示例にあっては、巻回方向及び巻数が同一の略円形渦巻状のコイルにより構成されており、両者は電気的には直列接続されている。なお、第２の仮想平面としては、例えば、ユニットハウジング３４の底面から起立して、２つのコイル３１６ａ，３１６ｂを例えば接着剤を介して所定位置に保持する垂直支持壁（図示せず）により構成することができる。このとき、２つのコイル３１６ａ，３１６ｂを支持する垂直支持壁は、電動機３１の固定子として機能する。磁石支持ディスク３１２が回転すると、４つの磁石３１５ａ，３１５ｂ，３１５ｃ，３１５ｄと２つのコイル３１６ａ，３１６ｂとは、僅かの間隙を隔てて正対しつつ、順次にすれ違う。
【００５７】
２つのコイル３１６ａ，３１６ｂを直列接続してなる一連のコイル列の両端に所定周波数の交流電圧を印加することで、後に詳述するように、交流電動機３１は４個の磁極３１５ａ，３１５ｂ，３１５ｃ，３１５ｄを有するディスク状の回転子と、２個のコイル３１６ａ，３１６ｂを有する板状の固定子とを有する交流同期電動機として機能することとなる。
【００５８】
そして、この交流電動機３１は、正対する第１の仮想平面（回転子側平面）と第２の仮想平面（固定子側平面）のそれぞれに、扁平な磁石３１５ａ〜３１５ｄと扁平な渦巻状コイル３１６ａ，３１６ｂとを対向配置すると言う基本構造を有するものであるから、回転軸３１１の延在方向への外形寸法を小さく設計することができ、そのため、軌道幅との関係で車体幅を大きく取れない列車玩具にも、その駆動軸を車体の幅方向へ向けた状態で組み込むことができる。
【００５９】
加えて、列車玩具であっても、車体の高さ方向の制限は比較記に緩いから、コイルの巻数や磁石の強度の増大のみならず、扁平な磁石３１５ａ〜３１５ｄの配置される支持体（例えば、磁石支持ディスク３１２）の直径を増大することによっても、電動機の出力トルクを増強することができる。
【００６０】
しかも、この交流電動機３１は、直流電動機のように耐久性に問題のあるブラシが不要であるから、長時間の連続運転も可能となる。
【００６１】
−減速歯車列について−
次に、主として、図５〜図１２を参照しながら、減速歯車列３２について説明する。減速歯車列３２は、交流電動機３１の駆動軸３１１に得られる回転動力を減速したのち車軸１１４へと伝達する機能を有する。
【００６２】
この減速歯車列３２は、図８に示されるように、第１従動軸３２１、第２従動軸３２２、第３従動軸３２３、第４従動軸３２４からなる４本の従動軸を有する。それら４本の従動軸は互いに平行であって、それぞれ、その両端を図示しない軸受けを介してユニットハウジング３４に対して回転自在に支持されている。
【００６３】
交流電動機３１の駆動軸３１１、減速歯車列３２に含まれる一連の従動軸３２１〜３２４、及び前記車軸１１４のそれぞれの軸径は、交流電動機３１の駆動軸３１１が最も細くかつ車軸１１４が最も太く、さらに減速歯車列３２に含まれる一連の従動軸３２１〜３２４のうち初段側の１又は２以上の従動軸の軸径は後段側の残りの従動軸の軸径よりも細く設定されている。
【００６４】
より具体的には、交流電動機３１の駆動軸３１１の軸径は０．８ｍｍ、第１従動軸３２１の軸径は１．０ｍｍ、第２従動軸３２２の軸径は１．０ｍｍ、第３従動軸３２３の軸径は２．０ｍｍ、第４従動軸３２４の軸径は１．５ｍｍ、車軸１１４の軸径が２．５ｍｍとされている。従動軸３２１〜３２４の材質としては、金属材料（例えば、ステンレス等の非磁性体）が採用されている。
【００６５】
このような軸径設定によれば、駆動軸３１１及び初段側の従動軸３２１，３２２の軸径を後段のものに比べて小さくすることで、軸受摩擦の低減によりスムーズな回転始動を保証する一方、車軸１１４及び後段側の従動軸３２３，３２４の軸径を初段のものに比べて大きくすることで、回転負荷に抗しつつ確実な動力伝達を保証することができる。なお、この例では、第３従動軸３２３の軸径が従動軸の中で最大であるが、これはシフトチェンジ等のために大きな軸負荷がかかることを考慮したためである。
【００６６】
図８に示されるように、交流電動機３１の駆動軸３１１には、軸３１１と一体に回転するようにして、平歯車である小径歯車３１７が取り付けられている。また、第１従動軸３２１には、軸３２１と一体に回転するようにして、大径歯車３２１ａと小径歯車３２１ｂとからなる２個の平歯車が取り付けられている。さらに、第２従動軸３２２には、軸３２２と一体に回転するようにして、大径歯車３２２ａと中径歯車３２２ｂと小径歯車３２２ｃとからなる３個の平歯車が取り付けられている。
【００６７】
第３従動軸３２３には、大径歯車３２３ａと中径歯車３２３ｂと小径歯車３２３ｃとからなる３個の平歯車が取り付けられている。それら３つの歯車のうちで、大径歯車３２３ａと中径歯車３２３ｂとは、隣接して配置されかつ軸３２３と一体に回転すると共に、軸３２３に沿って、所定ストローク内を往復スライド可能とされている。一方、小径歯車３２３ｃは２つの歯車３２３ａ，３２３ｂとは離間して設けられ、かつそれら２つの歯車３２３ａ，３２３ｂと連動してスライド可能とされている。さらに、小径歯車３２３ｃは、後述するクラッチ機構を介して、軸３２３と結合可能とされている。すなわち、上記のクラッチ機構が接続されているときには、２つの歯車３２３ａ，３２３ｂと一体に回転するのに対して、クラッチ機構が離脱しているときには、２つの歯車３２３ａ，３２３ｂとはフリーとなる。
【００６８】
第４従動軸３２４には、軸３２４と一体に回転するようにして、平歯車である中径歯車３２４ａが取り付けられている。さらに、後輪の車軸１１４には、平歯車である中径歯車１１４ｃが、軸１１４と一体に回転するようにして、取り付けられている。
【００６９】
上述の４つの従動軸３２１〜３２４は、図８に示されるように、車軸１１４の上方の空間に、上下方向へと分散しかつ駆動軸３１１に隣接するようにして、集合配置されているので、従前のこの種の減速歯車列とは異なり、車体の前後方向への収納スペースを大きく確保することが不要であり、そのため、本発明の駆動ユニット３は列車玩具の車体後部にコンパクトに収納することができる。
【００７０】
加えて、駆動軸３１１、一連の従動軸３２１〜３２４、車軸１１４は、互いに平行であるから、一連の平歯車列３１７、３２１ａ，３２１ｂ、３２２ａ，３２２ｂ，３２２ｃ、３２３ａ，３２３ｂ，３２３ｃ、３２４ａだけを利用して、効率よく回転動力を伝達することができる。すなわち、従前のように、クラウン歯車の介在により、回転動力の伝達ロスを生ずることがない。
【００７１】
−歯車シフト機構について−
次に、主として、図６、図７、及び図８を参照しながら、歯車シフト機構について説明する。上述の減速歯車列３２には、所定の操作子（操作レバー３３）の第１の操作（ＯＦＦ位置とＯＮ位置との間でのスライド操作）に応じて、所定の歯車（歯車３２３ｃ）を軸方向へとシフトさせて隣接歯車（３２４ａ）と噛合又は噛合解除することにより、回転子の駆動軸３１１から車軸１１４に至る回転動力の伝達を断続可能な第１の歯車シフト機構と、所定の操作子（操作レバー３３）の第２の操作（ＯＮ位置とＨＩ位置との間でのスライド操作）に応じて、所定の歯車（２枚の歯車３２３ａ，３２３ｂのいずれか）を軸方向へとシフトさせて別の歯車（３２２ｂ，３２２ｃのいずれか）と噛合させることにより、回転子の駆動軸３１１から車軸１１４に至る回転動力の減速比を変更可能な第２の歯車シフト機構と、が含まれている。
【００７２】
より具体的には、上述の第１の歯車シフト機構及び第２の歯車シフト機構は、所定のシフト操作機構を介して動作する。このシフト操作機構は、その上端部がガイドスロット１２１からケース外へと突出する垂直な操作レバー３３と、この操作レバー３３の下端部に連接されると共に、水平姿勢で車体の前後方向へとスライド自在に支持され、板カムとして機能する曲線状の辺縁カム３３ｇをその側縁部に有するカム板３３ａと、２枚の歯車３２３ａ，３２３ｂを把持する下向きコの字状の把持部３３ｂを有すると共に、ガイドロッド３３ｃに沿って車体の幅方向へとスライド自在に支持され、前記カム板３３ａの辺縁カム３３ｇと当接する突部３３ｆを有するカムフォロワ３３ｂとから構成されている。
【００７３】
カム板３３ａに形成された辺縁カム３３ｇは車体の前側水平突出量が後側水平突出量よりも大きくなるような傾斜ラインとされており、その傾斜ラインの途中には、カムフォロワ３３ｂの突部３３ｆが嵌り込む３つの窪みが形成されている。一方、カムフォロワ３３ｂは、圧縮スプリング３３ｅを介して、辺縁カム３３ｇ側へと押し付けられるように付勢されている。
【００７４】
そのため、操作レバー３３がＯＦＦ位置からＨＩ位置へとスライド移動すると、辺縁カム３３ｇの傾斜ラインに案内されて、カムフォロワ３３ｂは圧縮スプリング３３ｄの付勢力に押されつつ、カム板３３ａへと接近する方向へと移動するのに対して、操作レバー３３がＨＩ位置からＯＦＦ位置へと移動すると、カムフォロワ３３ｂは圧縮スプリング３３ｅの付勢力に抗しつつ、カム板３３ａから離れる方向へと移動する。
【００７５】
なお、操作レバー３３がＯＮ位置からＯＦＦ位置へと移動すると、リーフスイッチで構成された通電スイッチ４４（図１７参照）がＯＮ状態からＯＦＦ状態へと切り替わり、電動機３１のコイル３１６ａ，３１６ｂに対する給電が停止して、電動機３１は作動不能となる。
【００７６】
−回転方向規制部について−
次に、主として、図５を参照しながら、回転方向規制部について説明する。先に述べたように、交流電動機３１は同期電動機として機能するから、基本的に、始動時の回転方向は不定となる。一方、交流電動機３１は電動式列車玩具の原動機となるものであるから、通電開始と共に、電動式列車玩具の車体が前方へ進行するように、交流電動機３１の回転方向を規制しなければならない。
【００７７】
停止時の回転角度を回転子の慣性に委ねることができるのであれば、磁石支持ディスク３１２の回転軌跡の近くに、別途、微小な永久磁石片や磁性体片を配置することで、停止時の回転角度と電機子コイルとの位置関係を、磁石の吸引力を利用して、特定の回転方向（時計回り又は反時計回り）に始動するのに都合がよい位置に停止するように規制することもできる。
【００７８】
しかし、この種の電動式列車玩具にあっては、連結車両数や登坂走行等々により走行負荷は変動することに加え、子供の手押し走行遊び（所謂手転がし）なども考慮すると、上述のような磁石片や磁性体片と磁極との吸引力で、磁石支持ディスクの停止位置を制御することは、なかなか、容易なことではない。
【００７９】
そこで、本発明にあっては、駆動軸３１１から車軸１１４へ至る途中に介在される一連の歯車列の１つに、ラチェット爪３２５ａを係合させて強制的に回転方向を規制するようにしている。
【００８０】
図５に示されるように、側面に突部３２５ｂを有するラチェット爪３２５ａは、ラチェット軸３２５を支点として回動自在に軸支されており、この例にあっては、第１従動軸３２１に取り付けられた大径歯車３２１ａの回転方向を一方向へ規制するように作用する。具体的には、同図（ｂ）に示されるように、ラチェット爪３２５ａは、大径歯車３２１ａが時計回りに回転するときには、その歯列を順次に乗り越えることで、その回転を許容するように動作する。一方、同図（ｃ）に示されるように、ラチェット爪３２５ａは、大径歯車３２１ａが反時計回りに回転するときには、歯列と噛み合って、その回転を阻止するように動作する。
【００８１】
−減速歯車列の３つの噛合状態について−
次に、主として、図１０〜図１２を参照しながら操作レバー３３の３つのスライド位置（ＯＦＦ位置，ＯＮ位置，ＨＩ位置）のそれぞれに対応する減速歯車列の噛合状態について説明する。
【００８２】
上述のように、操作レバー３３がＯＦＦ位置にあるとき、図１０（ａ）に示されるように、辺縁カム３３ｇと突部３３ｆとの当接を介してカムフォロア３３ｂは圧縮スプリングに抗して最も奥まで押し込まれるから、図１０（ｂ）に示されるように、小径歯車３２３ｃと中径歯車３２４ａとの噛合が解除されて、図１０（ｃ）に示されるように、小径歯車３２３ｃの回転は中径歯車３２４ａには伝達されない。これにより、左右の後輪１１４ａ，１１４ｂはフリー状態となり、しかも電動機３１への通電もスイッチ４４がＯＦＦすることで断たれる一方、後述するように、この状態でも制御回路部６に対する通電はスイッチ４３がＯＮであることで継続されるから（図１６参照）、電動式列車玩具１００の手押し走行遊びが可能となる。
【００８３】
操作レバー３３がＯＮ位置にあるとき、図１１（ａ）に示されるように、辺縁カム３３ｇと突部３３ｆとの当接を介してカムフォロア３３ｂは圧縮スプリングの力で中程まで押し戻されるから、図１１（ｂ）に示されるように、小径歯車３２３ｃと中径歯車３２４ａとの噛合が回復して、図１１（ｃ）に示されるように、小径歯車３２３ｃの回転は中継歯車３２４ａへと伝達される。このとき、電動機３１の駆動軸３１１に得られる回転動力は、図９（ｂ）に拡大して示されるように、小歯車３１７→大径歯車３２１ａ→小径歯車３２１ｂ→大径歯車３２２ａ→小径歯車３２２ｃ→３２３ａ→小径歯車３２３ｃ→中径歯車３２４ａ→小径歯車１１４ａを順に介して減速されたのち、後輪の車軸１１４へと伝達され、これにより電動式列車玩具１００の通常速度による走行が可能となる。
【００８４】
操作レバー３３がＨＩ位置にあるとき、図１２（ａ）に示されるように、辺縁カム３３ｇと突部３３ｆとの当接を介してカムフォロア３３ｂは圧縮スプリングの力で終端まで押し戻されるから、図１２（ｂ）に示されるように、小径歯車３２３ｃと中径歯車３２４ａとの噛合が回復して、図１１（ｃ）に示されるように、小径歯車３２３ｃの回転は中継歯車３２４ａへと伝達される。このとき、電動機３１の駆動軸３１１に得られる回転動力は、図９（ｃ）に拡大して示されるように、小歯車３１７→大径歯車３２１ａ→小径歯車３２１ｂ→大径歯車３２２ａ→中径歯車３２２ｂ→中継歯車３２３ｂ→小径歯車３２３ｃ→中径歯車３２４ａ→小径歯車１１４ａを順に介して減速されたのち、後輪の車軸１１４へと伝達され、これにより電動式列車玩具１００の高速走行が可能となる。
【００８５】
−クラッチ機構について−
次に、主として、図７を参照しながら、クラッチ機構について説明する。先に説明した第２の歯車シフト機構においては、所定の歯車（歯車３２３ｃ）を別の歯車（３２４ａ）へと噛合させる際に、両歯車の結合反力を緩衝するためのスプリング３２３ｄが設けられている。
【００８６】
すなわち、図７に示されるように、第３従動軸３２３には、非芯対象な外形を有する嵌合子３２３ｅが軸３２３に沿ってスライド可能かつ軸３２３と一体に回転可能に設けられ、この嵌合子３２３ｅはスプリング３２３ｄを介して歯車３２３ａと結合されている。一方、歯車３２３ｃの側面には嵌合子３２３ｅが嵌り込む嵌合孔が形成されている。
【００８７】
そのため、ＯＦＦ状態からＯＮ状態への移行に際しては、先ず、歯車３２３ｃは嵌合子３２３ｅが未嵌合のフリーの状態で歯車３２４ａと当接したのち、反力に抗しつつ両歯車の噛み合いが徐々に進んで、最終的に嵌合子３２３ｅが嵌合孔に嵌り込むことで、両歯車の噛合が完了する。そのため、歯車３２３ｃと歯車３２４ａとの噛合をスムーズに行うことができる。
【００８８】
−直交変換回路部について−
次に、主として、図１７を参照しながら、直交変換回路部５について説明する。図１７に示されるように、この直交変換回路は、先に説明した渦巻状コイル３１６ａ及び３１６ｂが負荷素子として組み込まれたものであり、電池ボックス４から供給される直流電源（３Ｖ）により動作するように構成されている。
【００８９】
すなわち、この直交変換回路は、互いに並置された、いずれも第１導電型（この例では、ＰＮＰ型）である、左側、右側の駆動用バイポーラトランジスタ５１ａ，５１ｂと、左側、右側の駆動用バイポーラトランジスタ５１ａ，５１ｂのそれぞれと直列接続されるようにして、互いに並置され、左側、右側の駆動用トランジスタ５１ａ，５１ｂのうちの、互いに反対側の駆動用トランジスタの出力でオンオフ制御される、いずれも第２導電型（この例では、ＮＰＮ型）である、左側、右側の従動用パイポーラトランジスタ５２ａ，５２ｂと、左側の駆動用バイポーラトランジスタ５１ａの出力側（コレクタ端子側）と右側の駆動用バイポーラトランジスタ５１ｂの出力側（コレクタ端子側）との間に架け渡された架橋電流路５８と、左側、右側の駆動用バイポーラトランジスタ５１ａ，５１ｂの負荷素子として架橋電流路５８に介在される１もしくは２以上（この例では２個）の渦巻状コイル３１６ａ，３１６ｂと、左側、右側の駆動用トランジスタ５１ａ，５１ｂの制御端子電位（ベース電位）をオン閾値電位（ベース・エミッタ順方向閾値電圧）へと引っ張る（プルダウンする）左側、右側のプルダウン抵抗５４ａ，５４ｂと、左側の駆動用トランジスタ５１ａの制御端子（ベース端子）と右側の駆動用トランジスタ５１ｂの出力端子（コレクタ端子）との間、及び右側の駆動用トランジスタ５１ｂの制御端子（ベース端子）と左側の駆動用トランジスタ２１Ｌの出力端子（コレクタ端子）との間にそれぞれ介在される自励発振周期設定用の電界コンデンサ５６ａ，５６ｂと抵抗５５ｂ，５５ａとの直列回路とを含んで構成されている。なお、左右の従動用パイポーラトランジスタ５２ａ，５２ｂの制御端子側（ベース端子側）には、それぞれベース電流を制限するための左右のベース抵抗５３ａ，５３ｂが設けられている。
【００９０】
前述のように、渦巻状コイルとしては、互いに巻回方向及び巻き数が同一（つまり、通電により両コイルに同一極性かつ同一強度の磁力を生ずる）２個の円形な渦巻状コイル３１６ａ，３１６ｂが採用されると共に、これらの渦巻状コイル３１６ａ，３１６ｂは、互いに電気的に直列接続された状態で、架橋電流路５８に介在されている。さらに、これらの渦巻状コイル３１６ａ，３１６ｂは、先に図４を参照して説明したように、１８０度の角度間隔で固定子側に配置されている。
【００９１】
加えて、左右の電界コンデンサ５６ａ，５６ｂのうちのいずれか一方（この例では、右側）の電界コンデンサ５６ｂには、これと並列に、始動促進用の抵抗５７が接続されている。
【００９２】
以上の構成によれば、電源スイッチ３３ａが投入されると、始動促進用の抵抗５７の作用により、左側の駆動用トランジスタ５１ａがいち早くオンし、そのコレクタ電流の一部が右側の従動用トランジスタ５２ｂのベースに供給されて、右側の従動用トランジスタ５２ｂもオンする。以後、左右の駆動用トランジスタ５１ａ，５１ｂは、左右のプルダウン抵抗５４ａ，５４ｂの抵抗値とコンデンサ５６ａ，５６ｂの静電容量値と抵抗５５ａ，５５ｂとで定まる自励発振周期（所定の長周期）をもって、交互にオンオフを繰り返す。この自励発振周期は、回転子の回転開始を誘引することを考慮して設定される。
【００９３】
すると、左側の駆動用トランジスタ５１ａ→架橋電流路５８→右側の従動用トランジスタ５２ｂを順に経由する通電路と、右側の駆動用トランジスタ５１ｂ→架橋電流路５８→左側の従動用トランジスタ５２ａを順に経由する通電路とが交互に形成されて、同一巻き数の２つのコイル３１６ａ，３１６ｂに対して、同一の電流値をもって、第１方向（図では、左から右）への通電と第２方向（図では右から左）への通電とが交互に行われ（すなわち、交流通電）、２つのコイル３１６ａ，３１６ｂには、所定の自励発振周期に同期して、同一極性（例えば、Ｓ極）かつ同一強度の磁極が、極性を交互に切り替えて出現することとなる。
【００９４】
今仮に、図４の状態（永久磁石３１３ａ，３１３ｃがＮ極、永久磁石３１３ｂ，３１３ｄがＳ極）において、コイル３１６ａ，３１６ｂがいずれもＳ極に励磁されると、Ｓ極である永久磁石３１３ｂ，３１３ｄには反発力が作用する一方、Ｎ極である永久磁石３１３ａ，３１３ｃには吸引力が作用することにより、回転子（磁石支持ディスク３１２）には図において時計回りの回転駆動力（トルク）が発生する。なお、回転子の時計回り方向が、ラチェット爪３２５ａによる許容回転方向である。このとき、回転子がさらに９０度時計回りに回転した状態において、コイル３１６ａ，３１６ｂにＮ極が励磁されると、Ｎ極である永久磁石３１３ａ，３１３ｃには反発力が作用する一方、Ｓ極である永久磁石３１３ｂ，３１３ｄには吸引力が作用することにより、回転子には図において時計回りの回転駆動力が発生することとなる。このような状態が繰り返されることで、回転子は例えば時計回りに始動したのち、徐々に速度を増すこととなる。なお、同期電動機の始動方向は不定であるから、もしも、始動時トルクの方向が反時計回りであったときには、回転子はラチェット爪３２５ａの作用により回転停止状態に維持されるが、この場合には、発振周期の半周期を経過して、時計回りの回転トルクが得られるのを待って、以上の動作が実行されて、電動機は時計回りに回転始動することとなる。
【００９５】
回転子の回転速度が所定値に達すると、永久磁石３１３ａ〜３１３ｄがコイル３１６ａ，３１６ｂの上を通過するタイミング（すなわち、永久磁石と渦巻状コイルとがすれ違うタイミング）で、コイル３１６ａ，３１６ｂに誘起される逆起電力パルスの大きさが増大し、これが左右の駆動用トランジスタ５１ａ，５１ｂのうちで、そのときオン状態にあるトランジスタのベース電位を瞬間的に引き上げる（逆バイアスする）ことにより、そのときオンであった駆動用トランジスタは、自励発振周期を待たずして強制的にオフされる。同様の作用が繰り返される結果、以後、左右の駆動用トランジスタ５１ａ，５１ｂは、回転子の半回転毎の周期に同期した他励発振周期で交互にオンオフ動作を繰り返すこととなる。
【００９６】
すると、先の場合と同様にして、左側の駆動用トランジスタ５１ａ→架橋電流路５８→右側の従動用トランジスタ５２ｂを順に経由する通電路と、右側の駆動用トランジスタ５１ｂ→架橋電流路５８→左側の従動用トランジスタ５１ａを順に経由する通電路とが交互に形成されて、同一巻き数の２つのコイル３１６ａ，３１６ｂに対して、同一の電流値をもって、第１方向（図では、左から右）への通電と第２方向（図では右から左）への通電とが交互に行われ（交流電圧の印加）、２つのコイル３１６ａ，３１６ｂには、回転子の半回転に同期した他励発振周期に同期して、同一極性（例えば、Ｓ極）かつ同一強度の磁極が、極性を交互に切り替えて出現することとなる。これにより、回転子の回転は、回転子の機械的負荷とコイルによる回転駆動力（トルク）とが平衡するまで上昇を続け、両者が平衡した時点で回転子の速度は一定化される。このときの発振周期は、電動式列車玩具１００の通常走行速度を考慮して設計される。
【００９７】
この例にあっては、架橋電流路５８に介在される２個のコイル３１６ａ，３１６ｂは互いに電気的に直列接続されるため、２つの渦巻状コイル３１６ａ，３１６ｂで誘起される逆起電力パルスは互いに加算されることとなり、比較的に低速回転のうちから、大きな逆起電力を誘起させることで、自励発振周期による低速回転状態から他励発振周期による高速回転状態への移行を始動後早期に実現し、始動特性を改善することができる。
【００９８】
［４］電池ボックスについて
次に、主として、図２を参照しながら、電池ボックス４の配置について説明する。本発明に係る駆動ユニット３のハウジング３４は、前後方向の長さ（Ｌ）、左右方向の幅（Ｗ）、垂直方向の高さ（Ｈ）を有する直方体であるが、特に、長さ（Ｌ）及び幅（Ｗ）については、従前のユニットハウジングに比べて、格段に小さく構成できる。
【００９９】
これは、前述したように、１）電動機として、微小な隙間を介して正対する第１の仮想平面（回転子側平面）と第２の仮想平面（固定子側平面）のそれぞれに、扁平な磁石３１５ａ〜３１５ｄと扁平な渦巻状コイル３１６ａ，３１６ｂとを対向配置すると言う基本構造を採用したこと、及び２）４つの従動軸３２１〜３２４を、車軸１１４の上方の空間に、上下方向へと分散しかつ駆動軸３１１に隣接するようにして集合配置したこと、を主たる理由とするものである。
【０１００】
図２に示されるように、駆動ユニット３のハウジング３４を車室空間の後部に収容すると、車室空間の前部には大きな空きスペースを確保され、この空きスペースには、１．５Ｖの単四乾電池を互い違いに２本並置して収容する電池ボックス４を収容することが可能となる。
【０１０１】
この電池ボックス４は、２本の１．５Ｖ単四乾電池を出し入れするための開口を上部に有するボックス本体４１と、このボックス本体４１の上部開口を塞ぐ上蓋４２とを有するものである。それら２本の１．５Ｖ単四乾電池は、電気的には直列接続されて、３．０Ｖの直流電源４０を構成する。なお、図において、符号４３は、有音モードと無音モードとの切り替えのための発音スイッチである。
【０１０２】
市販の小型直流電動機を採用する従来の車体にあっては、その車室空間のほぼ全長に亘って電動機と減速歯車列とが占有したため、乾電池の収容スペースを十分に確保することかできず、やむなく、１本の１．５Ｖ単三乾電池を電動機の上に無理やり載せて収容すると言った構成が採用されていた。この場合、長時間の連続運転を可能とするに足る十分な電力が確保できないことに加えて、そのままでは、昨今流行の発音機能、撮影機能、無線通信機能、照明機能等々の実現に不可欠なマイクロプロセッサの電源電圧が足りず、結局、別途ＤＣ／ＤＣコンバータを設けて、電池から得られる１．５Ｖを適宜に昇圧してからマイクロプロセッサへと供給する必要があり、一層、電池の消耗を早める結果となっていた。
【０１０３】
これに対して、本発明にあっては、電池ボックス４から直流３Ｖを直接に得られることに加えて、ＤＣ／ＤＣコンバータにて昇圧する必要もないため、長時間の連続走行に耐え得る十分な電力を確保することができる。また、昨今流行の発音機能、撮影機能、無線通信機能、照明機能等々の実現に不可欠なマイクロプロセッサの安定的な作動も可能となるため、この種の電動式列車玩具の設計自由度の向上を通じて、斬新な電動式走行玩具の商品化にも寄与することとなる。
【０１０４】
［５］スピーカについて
次に、主として、図２及び図１３を参照しながら、スピーカ８の配置について説明する。昨今、電動式自動車玩具や電動式列車玩具と言った電動式車両玩具の分野においては、模擬走行音やお喋り音声を発する発音機能を付与することが流行している。車体外殻を車体底板と車体カバーとで構成する電動式車両玩具にあっては、発音機能を実現するための扁平な小型のコーンスピーカを車体カバーの天井部分の内面に上向き姿勢で取り付け、このスピーカから発する音を天井部分に開けられた多数の小孔（放音孔）から車体外部へと放出すると言ったスピーカ取付構造が採用されていた。
【０１０５】
このように天井部分に放音孔を設けるスピーカ取付構造にあっては、意匠性を重視する車両玩具にあっては、外観体裁を損ねる欠点があり、加えて、スピーカからはリード線が導出されることから、電池交換などのために車体カバーを取り外すときに不便でもある。
【０１０６】
そこで、意匠性を重視する車両玩具にあっては、発音機能を実現するための扁平なコーンスピーカを車体底板の床面部分の内面に下向き姿勢で取り付け、このスピーカから発する音を床面部分に開けられた放音孔から走行路面に向けて放出し、走行路面で反射させて拡散させると言うスピーカ取付構造が採用されている。
【０１０７】
しかしながら、このようなスピーカ取付構造にあっても、走行路面の性状乃至音波の反射特性は区々であることに加えて、車体底板の下面と走行路面との距離も区々であるため、音量が足りなかったり、音質が劣化する等の問題がある。
【０１０８】
これに対して、本発明にあっては、図２及び図１３に示されるように、発音機能を実現するための扁平なコーンスピーカ８を車体底板の床面部分の内面に下向き姿勢で取り付ける一方、スピーカ４３の前面側の床面には放音孔を設けず、スピーカ８から発せられる音波により、車体外殻１のそれ自体を振動させて、車体外殻１の全体振動を介して車体外部へと音波を放出しようとするものである。
【０１０９】
より具体的には、図１３に示されるように、車体底板１１の床面上には、電池ボックス４の真下に位置するようにして、比較的に底の浅い円形の凹部１１２が形成される。この凹部１１２の底部は平坦であって、放音孔などの開口は一切設けられていない。凹部１１２の周囲には、これを取り巻くようにして、高さの比較的低いリング状の突条１１２ｃが設けられている。これにより、円形の凹部１１２の上周縁とリング状の突条１１２ｃとの間にはリング状の段部１１２ａが形成され、この段部１１２ａに載るようにして、スピーカ８が支持される。その結果、スピーカ８と凹部１１２の底部との間には空隙１１２ｂが生ずることとなる。
【０１１０】
スピーカ８は、この例にあっては、扁平なコーンスピーカであって、フレームの中心に位置する扁平な円形の磁石８ａと、磁石８ａを取り巻くボイスコイル８ｂと、ボイスコイル８ｂに連接されてフレーム外周縁部との間に張設される振動膜８ｃとを有するものである。図中、符号８ｄはフレームに開けられたスピーカの呼吸孔である。
【０１１１】
このようなスピーカ取り付け構造によれば、車体底板１１に下向き姿勢で取り付けられたスピーカにより、車体底板を通じて車体外殻の全体を振動させて車両外部へと音を発するものであるから、車体天井に放音孔を設ける手法のように、車体外観の美観を損ねることもなく、また車体底板に下向き姿勢でスピーカを取り付け、底板に設けた放音孔から発せられた音を、走行路面に反射させて拡散する場合のように、走行路面の性状や走行路面までの距離などにより音量や音質が変動することもないという利点がある。
【０１１２】
殊に、この例にあっては、下向き姿勢で配置されたスピーカ８と底板１１の床面との間には、共鳴室を構成する閉じた空所１１２ｂが設けられているため、スピーカ８から放出される音波を減衰させることなく、効果的に底板に伝達することができる。しかも、円形の凹部１１２の底は薄肉化されているため、それによっても、振動の減衰を抑制することができる。
【０１１３】
本発明者等の実験によれば、図１〜図３、図１３に示される車体外殻１を有する列車玩具１００を製品サンプルとして、音量４０ｄＢ前後のオフィス環境において、車体前方１０ｃｍの位置にｄＢメータを配置して、内蔵スピーカ８に起因する音量を測定したところ、以下の結果を得た。
・条件１：車体ケース１２を車体底板１１に取り付けた状態での音量測定
１）スピーカ下向き＋放音孔あり    ：    ５５〜６０ｄＢ
２）スピーカ下向き＋放音孔なし    ：    ６３〜７０ｄＢ
・条件２：車体ケース１２を車体底板１１から取り外した状態での音量測定
１）スピーカ下向き＋放音孔あり    ：    ４６〜５２ｄＢ
２）スピーカ下向き＋放音孔なし    ：    ６７〜７２ｄＢ
【０１１４】
以上の結果から明らかなように、車体ケースの有無に拘わらず、放音孔有りの場合よりも放音孔なしの状態の方が、高い音量レベルが得られかつ音質も改善することが確認された。このような音量の増大及び音質の改善の理由については、未だ定かではないが、車体底板１１に向けてスピーカ８から放出される音波により、車体底板１１が強く振動して、それに伴って発生する音波が閉ざされた車体外殻１内にて増幅されることで、車体外殻１の全体の振動が誘引され、車体外部へと効率よく音波が伝達されるのではないかと推定される。
【０１１５】
［６］前輪車軸の支持構造について
次に、主として、図１３、図１４、及び図１５を参照しながら、前輪車軸の支持構造について説明する。任意の経路を描いて敷設された走行軌道板２の上を、左右の前輪及び後輪の４輪で走行する電動式列車玩具１００にあっては、従来、前輪車軸１１３及び後輪車軸１１４のそれぞれは、いずれも、車体に対して常に平行姿勢を保つように支持されている。そのため、楕円形軌道の登坂路に差し掛かったような場合、登坂路の勾配によっては、図１５に仮想線で示されるように、左右いずれかの前輪の浮き上がりに連れて後輪も浮き上がった状態で、後輪駆動が継続される結果、走行軌道板のガードレール（外側突条２２）を乗り越え、カーブを直進して脱線することがある。
【０１１６】
そのため、従来は、車体底板１１の前部又は後部に、鉛塊などの錘を載せることで車輪の浮き上がりをなくし、このような脱線を回避していたが、このような回避策では重量増加により電池を無駄に消耗するという欠点が指摘されている。なお、図１４及び図１５において、符号２は走行軌道板、２１は走行軌道板の基礎を成す帯状基体、２２は走行軌道板の外側ガードレールとなる外側突条、２３は走行軌道板の内側ガードレールとなる内側突条であり、外側突条２２と内側突条２３との間の床面は祖面とされ、左右の車輪がその上を走行する。
【０１１７】
そこで、この発明では、図１３及び図１４に示されるように、電池ボックス４の底面の中心線上に前後方向へと延びる下向き突条４４を垂下突設すると共に、前部車軸１１３の左右の各端部をそれぞれ所定ストローク内で上下動可能に支持することにより、前部車軸１１３がその長手方向の１／２位置において、前記突条４４に当接し、これを支点として左右方向へシーソーの如く傾動可能となるように構成した。
【０１１８】
このような構成によると、図１４に示されるように、カーブする登坂路に差し掛かったことにより、図中仮想線に示されるように、左右の前輪１１３ａ，１１３ｂの位置する走行軌道板２が左右に傾くと、車体を水平に維持しつつも、前輪車軸１１３だけが車体に対して傾くこととなり、これにより左右の前輪及び左右の後輪はいずれも路面に接地した状態のままで、車両は脱線することなくカーブを正常に走行可能となる。
【０１１９】
［７］電気的ハードウェア構成の全体について
次に、主として、図１６を参照しながら、電動式列車玩具１００の電気的ハードウェア構成の全体について説明する。電動式列車玩具１００の電気的ハードウェアの全体は、図１６に示されるように、直流電源４０と、制御回路部６と、直交変換回路部５とから構成されている。
【０１２０】
直流電源４０は、電池ボックス４に収容された２本の１．５Ｖの単四乾電池で構成された３．０Ｖの直流電源である。この３．０Ｖの直流電源４０は、車体底板１１の下面に設けられた電源スイッチ４３を介して制御回路部６へと給電されるほか、さらに、給電スイッチ４４を介して直流変換回路部５へとも給電されている。ここで重要な点は、従前の１．５Ｖ直流電源の場合とは異なり、直流電源４０と制御回路部６との間は、ＤＣ／ＤＣコンバータを介することなく、直接に接続されていることである。給電スイッチ４４は、先に説明したように、操作レバー３３がＯＮ位置及びＨＩ位置にあるときにはＯＮ状態、ＯＦＦ位置にあるときにはＯＦＦ状態となる。
【０１２１】
制御回路部６は、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、その他、専用の回路機能が組み込まれたＡＳＩＣ等で構成されたＣＰＵ６１と、レンズやイメージセンサ等で構成された撮影部６２と、スピーカ８からの発音動作を行うためのＬＳＩやドライバで構成される発音部６３と、前照灯として機能する白色ＬＥＤ７を駆動するためのドライバ等で構成された照明部６４と、スマートフォン等のリモートコントローラとの間における無線送受信（例えば、ブルートゥース（登録商標）通信）を行うための無線送受信部６５と、走行パルス（この例では、前輪の１回転あたり１個のパルス）を発生する走行パルス発生回路６６とを含んでいる。
【０１２２】
なお、この例にあっては、走行パルス発生回路６６は、図１３（ａ）に示されるように、左前輪１１３ａにインサート成型された磁石片９ａとその近傍に配置されたリードスイッチ９とから構成され、従前のカムとカムフォロアとを介してマイクロスイッチを作動させる機構に比べて構成が格段に簡素化され、耐久性も改善されている。
【０１２３】
直交変換回路部５は、先に図１７を参照して説明したものであり、給電スイッチ４４を介して供給される３Ｖの直流電圧を直交変換したのち、得られた交流電圧を交流電動機３１を構成する２つの直列接続された渦巻き状コイル３１６ａ，３１６ｂに対して供給するものである。
【０１２４】
［８］電気的ソフトウェア構成の全体について
次に、主として、図２０を参照しながら、電動式列車玩具１００の電気的ソフトウェア構成の全体について説明する。電源スイッチ４３の投入により処理が開始されると、先ず、イニシャライズ処理（ステップＳＴ１０１）によって、各種の演算処理の前処理としてフラグやレジスタ類の初期設定が行われる。
【０１２５】
しかるのち、走行パルスの有無（ステップＳＴ１０２）、送受信要求の有無（ステップＳＴ１０４）、撮影要求の有無（ステップＳＴ１０６）、照明要求の有無（ステップＳＴ１０８）、発音要求の有無（ステップＳＴ１１０）の判定がサイクリックに行われる。
【０１２６】
ここで、走行パルス発生部６６からの信号に基づいて走行パルスの有無を判定した結果、走行パルス有りと判定された場合には（ステップＳＴ１０２ＹＥＳ）、当該走行パルスのカウント処理を実行すると共に、カウント結果が所定の条件を満足するか否かに応じて所定の条件フラグの内容を制御すると言った走行パルス対応処理を実行する（ステップＳＴ１０３）。
【０１２７】
無線送受信部６５からの信号に基づいて送受信要求の有無を判定した結果、送受信要求有りと判定された場合には（ステップＳＴ１０４ＹＥＳ）、該当するコマンドの無線送信又は無線受信処理、あるいは、該当するデータの無線送信又は無線受信処理をリモートコントローラ（例えば、スマートフォンや専用のコントローラ等）との間で実行する（ステップＳＴ１０５）。このとき、受信されるべきコマンドとしては、例えば、前照灯の点消灯コマンド、カメラでの撮影開始又は終了コマンド、音の発生又は停止コマンド等を上げることができ、送信されるべきデータとしては、例えば、撮影された映像データ、走行距離を示す車速パルスのカウントデータなどを挙げることができる。
【０１２８】
撮影要求の有無を判定した結果、撮影要求有りと判定された場合には（ステップＳＴ１０６ＹＥＳ）、撮影部６２から画像データを取得して、所定の画像メモリに保存する撮影処理を実行する（ステップＳＴ１０７）。こうして得られる画像データは、所定のタイミングでリモートコントローラーへと無線送信され、例えば車内から前方を撮影した臨場感のある映像がスマートフォンの画面上に表示されることとなる。
【０１２９】
照明要求の有無を判定した結果、照明点灯要求有りと判定された場合には（ステップＳＴ１０８ＹＥＳ）、照明部６４を駆動することにより、前照灯を点灯させると言った照明処理を実行する（ステップＳＴ１０９）。なお、言うまでもないが、照明要求の内容が照明消灯であれば、前照灯を消灯させると言った照明処理を実行する（ステップＳＴ１０９）。
【０１３０】
発音要求の有無を判定した結果、発音要求有りと判定された場合には（ステップＳＴ１１０ＹＥＳ）、予め記憶させた各種の音声データ（例えば、模擬走行音データ、子供に語りかけるお喋り音声データ等々）を音声メモリから読み出して、発音部６３を駆動することにより、スピーカ８から該当する音（サウンド）を発生する発音処理を実行する（ステップＳＴ１１１）。
【０１３１】
以上の処理（ステップＳＴ１０１〜ＳＴ１１１）を実行することにより、操作レバー３３の切替により、停止状態、通常走行状態、高速走行状態を選択するのみならず、無線送受信部６５を介して受信される各種の制御コマンドや走行パルス発生部６６から得られる走行パルスに基づいて、撮影機能、発音機能、照明機能等々を実現させることができる。
【０１３２】
［９］その他の実施形態
−直交変換回路部の他の実施形態について−
次に、主として、図１８を参照しながら、直交変換回路部の他の実施形態（第２実施形態）について説明する。この直交変換回路部は、円形の渦巻状コイルの個数が１個（単一）であることを除き、先に説明した実施形態のそれと同様である。したがって、図１８において、図１７の実施形態と同一構成部分については、同符号を付すことにより、説明は省略する。
【０１３３】
すなわち、図１８に示されるように、この第２実施形態に係るコイル駆動回路にあっては、架橋電流路５８に介在される渦巻状コイルとしては、１個（単一）の渦巻状コイル３１６により構成される。
【０１３４】
このような構成によれば、１個の渦巻状コイル３１６であっても、その極性が交互に切り替わることにより、相隣接する４個の磁極３１５ａ，３１５ｂ，３１５ｃ，３１５ｄのそれぞれに対して磁力を作用させることができる。加えて、このような単一コイル方式によれば、渦巻状コイルの個数を１個減らすことで、さらなる低コスト化を図ることができると共に、渦巻状コイルの個数が単一であれば、多少、コイルの直径が増加しても、隣接する他の渦巻状コイルとの干渉の虞はないから、巻き数を増加して磁力を強化することで、渦巻状コイルが単一であっても、充分なる回転駆動能力並びに電圧誘起能力を獲得することで、第１実施形態のコイル駆動回路と同様に、起動状態、加速状態、定常状態のいずれの状態にあっても、各磁極３１５ａ，３１５ｂ，３１５ｃ，３１５ｄのうちの相隣接する２個の磁極に対して１個の渦巻状コイル３１６から同時に回転駆動力を付与することにより、円滑かつ力強いロータの回転を保証することができる。
【０１３５】
−直交変換回路部の変形例について−
以上の実施形態においては、始動に必要な長周期の発振動作を実現するために、２つの抵抗５４ａ，５４ｂ及び２つのコンデンサ５６ａ，５６ｂ、及び１つの抵抗５７を使用したが、回路の集積回路化を達成するためには、左右の駆動トランジスタ５１ａ，５１ｂを外部発振回路からのスイッチング制御信号で駆動してもよいであろう。このようなスイッチング制御信号については、例えば、低消費電力のＣＲ発振回路や水晶発振回路と分周回路とを使用して容易に作成することができる。
【０１３６】
すなわち、図１９（ａ）に示されるように、第１実施形態の変形例にあっては、直交変換回路部は集積回路として構成される。ＶＤＤパッドとＧＮＤパッドとの間には、電池ボックス４からの直流電源４０が供給される。Ｔ１パッドとＴ２パッドとの間には、２個の渦巻状コイル３１６ａ，３１６ｂが直列接続される。直交変換回路部は、電源投入により、固有の長周期で発振し、周期毎に通電方向を変えて、渦巻状コイル３１６ａ，３１６ｂに対して通電を行う自励発振動作と、渦巻状コイル３１６ａ，３１６ｂ誘起電圧パルスが所定値を超えると、当該誘起電圧パルスに同期した短周期にて発振し、周期毎に方向を変えて、渦巻状コイル３１６ａ，３１６ｂ対して通電を行う他励発振動作とを実行する。
【０１３７】
一方、図１９（ｂ）に示されるように、第２実施形態の変形例にあっては、直交変換回路部は集積回路として構成される。ＶＤＤパッドとＧＮＤパッドとの間には、電池ボックス４からの直流電源４０が供給される。Ｔ１パッドとＴ２パッドとの間には、１個の渦巻状コイル３１６が接続される。コイル駆動回路は、電源投入により、固有の長周期で発振し、周期毎に通電方向を変えて、渦巻状コイル３１６に対して通電を行う自励発振動作と、渦巻状コイル３１６の誘起電圧パルスが所定値を超えると、当該誘起電圧パルスに同期した短周期にて発振し、周期毎に方向を変えて、扁平コイル３１６に対して通電を行う他励発振動作とを実行する。
【０１３８】
いずれの変形例にあっても、長周期の自励発振動作は、直交変換回路部に組み込まれた独立した自励発振回路（ＯＳＣ）により誘引される。この自励発振回路は、発信源となる低消費電力の発振回路（例えば、ＣＲ発振回路、水晶発振回路、等々）と、この発振回路から得られるクロック信号を多段に分周する分周回路列とから構成することができる。そして、自励発振回路３２から得られる低周波クロック信号により、図１７又は図１８に示されるＨ型ブリッジ回路がスイッチング制御され、これにより、長周期の自励発振動作が実現される。
【産業上の利用可能性】
【０１３９】
本発明によれば、消耗部品であるブラシの存在しない交流電動機を使用することで耐久性が向上すると共に、当該交流電動機を前記車体外殻内の後部空間に収容し、かつ前記減速歯車列を構成する一連の歯車を、後輪車軸上方の空間に上下に分散して集合配置することで、車体外殻内のほぼ前半分に広い空の空間を確保することができる。そのため、ここに２本の１．５Ｖ乾電池を並置収容してなる電池ボックスを収容することで、比較的に大容量の３Ｖ直流電源が得られるから、これを直交変換して交流電動機を駆動することで長時間走行を可能ならしめ、併せて、マイクロプロセッサに直接に給電することで、先頭車単独であっても装飾的機能を実現することが可能となる。
【符号の説明】
【０１４０】
１          車体外殻
２          走行軌道板
３          駆動ユニット
４          電池ボックス
５          直交変換回路部
６          制御回路部
７          ＬＥＤ
８          扁平スピーカ
８ａ        磁石
８ｂ        ボイスコイル
８ｃ        振動膜
８ｄ        呼吸孔
９          リードスイッチ
９ａ        磁石片
１１        車体底板
１２        車体カバー
２１        帯状基体
２２        外側案内突条
２３        内側案内突条
３１        交流電動機
３３        操作レバー
３３ａ      カム板
３３ｂ      把持部
３３ｃ      ガイドロッド
３３ｄ      カムフォロア
３３ｅ      バネ
３３ｆ      突部
３３ｇ      辺縁カム
３４        ユニットハウジング
４０        直流電源
４１        ボックス本体
４２        上蓋
４３        発音スイッチ
４４        電動機通電スイッチ
４５        突条
５１ａ      左側の駆動用トランジスタ
５１ｂ      右側の駆動用トランジスタ
５２ａ      左側の従動用トランジスタ
５２ｂ      右側の従動用トランジスタ
５３ａ      ベース抵抗
５３ｂ      ベース抵抗
５４ａ      左側のプルダウン抵抗
５４ｂ      右側のプルダウン抵抗
５５ａ      左側の抵抗
５５ｂ      右側の抵抗
５６ａ      自励発振周波数設定用のコンデンサ
５６ｂ      自励発振周波数設定用のコンデンサ
５７        始動促進用抵抗
５８        架橋電流路
６１        ＣＰＵ
６２        撮影部
６３        発音部
６４        照明部
６５        無線送受信部
６６        走行パルス発生部
１１１      連結具
１１２      円形凹部
１１２ａ    段部
１１２ｂ    空隙
１１２ｃ    円形突条
１１２ｄ    呼吸孔
１１３      前輪車軸
１１３ａ    左前輪
１１３ｂ    右前輪
１１４      後輪車軸
１１４ａ    左後輪
１１４ｂ    右後輪
１１４ｃ    車軸歯車
１２１      ガイドスロット
３１１      駆動軸
３１２      磁石支持ディスク
３１３ａ    磁石ホルダ
３１３ｂ    磁石ホルダ
３１３ｃ    磁石ホルダ
３１３ｄ    磁石ホルダ
３１４      リブ
３１５ａ    磁石
３１５ｂ    磁石
３１５ｃ    磁石
３１５ｄ    磁石
３１６ａ    渦巻状コイル
３１６ｂ    渦巻状コイル
３１７      小径歯車
３２        減速歯車列
３２１      第１従動軸
３２１ａ    大径歯車
３２１ｂ    小径歯車
３２２      第２従動軸
３２２ａ    大径歯車
３２２ｂ    中径歯車
３２２ｃ    小径歯車
３２３      第３従動軸
３２３ａ    大径歯車
３２３ｂ    中径歯車
３２３ｃ    小径歯車
３２３ｄ    スプリング
３２３ｅ    嵌合子
３２４      第４従動軸
３２４ａ    歯車
３２５    ラチェット軸
３２５ａ    ラチェット爪
３２５ｂ    突起
１００      電動式列車玩具
【図１】
2018139775.tif 000003
【図２】
2018139775.tif 000004
【図３】
2018139775.tif 000005
【図４】
2018139775.tif 000006
【図５】
2018139775.tif 000007
【図６】
2018139775.tif 000008
【図７】
2018139775.tif 000009
【図８】
2018139775.tif 000010
【図９】
2018139775.tif 000011
【図１０】
2018139775.tif 000012
【図１１】
2018139775.tif 000013
【図１２】
2018139775.tif 000014
【図１３】
2018139775.tif 000015
【図１４】
2018139775.tif 000016
【図１５】
2018139775.tif 000017
【図１６】
2018139775.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年6月15日(2017.6.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先頭車を摸した車体外殻の内部に、電動機と、前記電動機の駆動軸から得られる回転動力を減速して後輪車軸に伝達する減速歯車列と、電池で構成される直流電源とを少なくとも収容してなる電動式列車玩具であって、
前記電動機として交流電動機を使用すると共に、当該交流電動機は前記車体外殻内の後部空間に収容され、
前記減速歯車列を構成する一連の歯車は、後輪車軸上方の空間に上下に分散して集合配置され、
前記直流電源は、前記車体外殻内の前部空間に収容され、さらに
前記車体外殻内には、前記直流電源を直交変換して交流電源を生成して前記交流電動機に供給する直交変換回路部が収容されている、電動式列車玩具。
【請求項２】
前記交流電動機が、始動時の回転方向が不定の同期電動機であって、その駆動軸を横向きにして前記後部空間に収容され、
前記同期電動機の駆動軸、前記減速歯車列を構成する一連の歯車軸、及び前記後輪車軸は、互いに平行な関係にあり、さらに
前記同期電動機の始動時の回転方向を時計回り又は反時計回りのいずれか一方向に規制するための方向規制部が含まれている、請求項１に記載の電動式列車玩具。
【請求項３】
前記同期電動機が、
前記駆動軸と垂直な第１の仮想平面上であって、前記駆動軸を中心とする所定半径の円周上に、それぞれ扁平な永久磁石からなる複数の磁極をその極性を交互に異ならせて等角度間隔で保持して前記駆動軸と一体に回転する回転子と、
前記回転子の第１の仮想平面と正対する第２の仮想平面上であって、前記駆動軸を中心とする所定半径の円周上に静止的に配置される１又は２以上の渦巻状コイルとを含んでいる、請求項２に記載の電動式列車玩具。
【請求項４】
前記直流電源で動作し、かつ１又は２以上の付加的機能を実現するマイクロプロセッサをさらに含んている、請求項１に記載の電動式列車玩具。
【請求項５】
前記直流電源が、１．５Ｖ単４乾電池を２本並置して電池ボックスに収容してなる直流３Ｖ電源である、請求項４に記載の電動式列車玩具。
【請求項６】
前記付加的機能が、スピーカの駆動を介して音響効果を付与する機能である、請求項４に記載の電動式列車玩具。
【請求項７】
前記付加的機能が、リモートコントローラとの間で無線通信を行う機能である、請求項４に記載の電動式列車玩具。
【請求項８】
前記付加的機能が、ＬＥＤの駆動を介して光効果を付与する機能である、請求項４に記載の電動式列車玩具。
【請求項９】
前記付加的機能が、イメージセンサの駆動を介して外界を撮影する機能である、請求項４に記載の電動式列車玩具。
【請求項１０】
前記減速歯車列には、所定の操作子の操作により、接続状態と離脱状態とに選択的に設定可能な一対の歯車と、前記一対の歯車が離脱状態のときに、前記電動機への通電を遮断するスイッチとを有する、請求項１に記載の電動式列車玩具。
【請求項１１】
前記電池ボックスの底部であって、車幅方向の中心位置には、前輪車軸に当接する突部が垂下突設されており、かつ前記前輪車軸の両端部は、所定のストローク範囲で上下動可能に支持されている、請求項５に記載の電動式列車玩具。
【請求項１２】
前記スピーカは、前記車体外殻を構成する車体底板の床面に向けて下向きに取り付けられかつ前記スピーカと前記床面との間には共鳴室が介在される、請求項６に記載の電動式列車玩具。
【請求項１３】
前記直交変換回路部が、
電源投入により、固有の長周期で発振し、周期毎に通電方向を変えて、前記渦巻き状コイルに対して通電を行うことにより、低周波出力状態を実現する自励発振動作と、前記渦巻き状コイルの誘起電圧パルスが所定値を超えると、当該誘起電圧パルスに同期した短周期にて発振し、周期毎に方向を変えて、前記渦巻き状コイルに対して通電を行うことにより、高周波出力状態を実現する他励発振動作とを実行する、請求項３に記載の駆動ユニット。
【請求項１４】
前記直交変換回路部が、
互いに並置された、いずれも第１導電型である、左側、右側の駆動用トランジスタと、
前記左側、右側の駆動用トランジスタのそれぞれと直列接続されるようにして、互いに並置され、前記左側、右側の駆動用トランジスタのうちの、互いに反対側の駆動用トランジスタと同期してオンオフ制御される、いずれも第２導電型である、左側、右側の従動用トランジスタと、
前記左側の駆動用トランジスタの出力側と前記右側の駆動用トランジスタの出力側との間に架け渡された架橋電流路と、
前記左側、右側の駆動用トランジスタの負荷素子として前記架橋電流路に介在される前記１又は２以上の渦巻状コイルと、
通電開始直後に、前記左側、右側の駆動用トランジスタを交互に所定の長周期でオンオフさせるための始動時補助手段とを含む、ことを特徴とする請求項１３に記載の駆動ユニット。
【請求項１５】
前記複数の磁極は４個の磁極からなり、かつ前記渦巻状コイルは１８０度の角度間隔で配置された、互いに巻方向の同一な２個の渦巻状コイルからなる、請求項１４に記載の駆動ユニット。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
本発明の好ましい実施の態様においては、前記直流電源で動作し、かつ１又は２以上の付加的機能を実現するマイクロプロセッサをさらに含んていてもよい。このとき、前記直流電源が、１．５Ｖ単４乾電池を２本並置して電池ボックスに収容してなる直流３Ｖ電源であってもよい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
このとき、前記付加的機能が、スピーカの駆動を介して音響効果を付与する機能であったり、リモートコントローラとの間で無線通信を行う機能であったり、ＬＥＤの駆動を介して光効果を付与する機能であったり、イメージセンサの駆動を介して外界を撮影する機能であってもよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
このような付加的機能であれば、単なる電動走行又は手押し走行遊びのみならず、子供達の注意を効果的に喚起することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
本発明の好ましい実施の態様においては、前記直交変換回路部が、電源投入により、固有の長周期で発振し、周期毎に通電方向を変えて、前記渦巻き状コイルに対して通電を行うことにより、低周波出力状態を実現する自励発振動作と、前記渦巻き状コイルの誘起電圧パルスが所定値を超えると、当該誘起電圧パルスに同期した短周期にて発振し、周期毎に方向を変えて、前記渦巻き状コイルに対して通電を行うことにより、高周波出力状態を実現する他励発振動作とを実行する、ものであってもよい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
上述の発明において、前記複数の磁極は４個の磁極からなり、かつ前記渦巻き状コイルは１８０度の角度間隔で配置された、互いに巻方向の同一な２個の略円形の渦巻き状コイルからなる、ものとすれば、小型化、薄型化、低コスト化を維持しつつも、より強力な回転駆動力を得ることができる。このとき、前記２個の略円形の渦巻状コイルが、互いに直列接続された状態で前記架橋通電路に介在されるものとすれば、両コイルの電流値を等しくすることで２つの渦巻き状コイルの磁力均等化を図ると共に、両コイルに流れる電流を制限して消費電力の低減化を図り、併せて、２つの渦巻き状コイルで発生する誘導起電力パルスが重畳することで、回転位置検出感度を上げて、自励発振状態から回転同期発振状態への移行を促進し、ロータの回転を高速回転状態へと速やかに導くことができる。