(57)【要約】【課題】インダクタンスを大きくして回生エネルギーを増大させることができ、かつ、始動時の電流を小さくして、バッテリーの放電時間を増大させることができる電動機の駆動システムを提供することにある。【解決手段】電源回路と、多相インバータ回路と、電動機とを含む電動機の駆動システムであって、ロータをステータの両側にロータ出力軸の軸線方向に沿って所定の空隙をもって対向的に配置してなる２ロータ型のアキシャルエアギャップ型ブラシレスＤＣモータを用いる。【選択図】  図１
2008131684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリー電源とキャパシタとを並列に接続してなる直流電源回路と、フライホイールダイオードを逆並列に接続したスイッチング素子からなる多相インバータ回路と、上記多相インバータ回路を介して上記電源回路に接続される電動機とを含み、上記電動機のロータの位置信号を上記多相インバータ回路の上記スイッチング素子に帰還して、上記電動機の巻線に流れる電流を切り換えることにより、回転磁界を作り界磁のロータにトルクを発生させる電動機の駆動システムにおいて、
上記電動機として、１つのステータと、上記ステータの両側に配置される２つのロータとをロータ出力軸の軸線方向に沿って所定の空隙をもって対向的に配置してなる２ロータ２エアギャップ型のアキシャルエアギャップ型ブラシレスＤＣモータを用い、
上記電動機は、トルクを発生するトルク発生モードまたは電気エネルギーを発生する発電モードで断続的に動作し、上記発電モードのときは、上記スイッチング素子をＯＦＦして、上記ロータの回転により発電した電気エネルギーを上記バッテリー電源および上記キャパシタに帰還することを特徴とする電動機の駆動システム。
【請求項２】
上記アキシャルエアギャップ型ブラシレスＤＣモータは、上記各ロータの他方の側面に第２のステータが所定の空隙をもってさらに対向的に配置してなる２ロータ４エアギャップ型のアキシャルエアギャップ型ブラシレスＤＣモータからなることを特徴とする請求項１に記載の電動機の駆動システム。
【請求項３】
上記ロータには、焼結式希土類磁石またはボンド式希土類磁石からなるマグネットが用いられていることを特徴とする請求項１または２に記載の電動機の駆動システム。
【請求項４】
上記ステータは分数スロットを有し、上記分数スロットに巻線が集中巻で巻回されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電動機の駆動システム。
【請求項５】
上記ステータのステータコアおよび／または上記ロータのバックヨークには、ＪＩＳ−Ｃ−２５５２の５０Ａ４００あるいは３５Ａ６０より低級となる磁束密度が高く透磁率の低い電磁鋼板あるいは冷延鋼板や熱延鋼板が用いられていることを特徴とする請求項１に記載の電動機の駆動システム。
【請求項６】
上記ロータのバックヨークには、円盤状の冷延鋼板または熱延鋼板を１枚もしくは複数枚軸方向に積層したものからなることを特徴とする請求項１に記載の電動機の駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機の回生エネルギーを回収して再利用する電動機の駆動システムに関し、さらに詳しく言えば、そのシステムの加速、定速、減速、制動、慣性（下り坂走行など）および停止などの運転走行を繰り返す際に生じる回生エネルギーの回収量を増大させるとともに、始動時などの放電量を減らすことができる電動機の駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
輸送機器の分野において、電動機は自動車やバイクなどに用いられているが、最近では、ガソリンエンジンと併用するハイブリッド自動車や、自転車の駆動系の一部に電動機を設けて人力をアシストする電動アシスト機能付き自転車がよく見られる。
【０００３】
例えば特許文献１に示すように、この種の電動アシスト自転車は、ブラシ付き直流モータやラジアルエアギャップ型ブラシレスＤＣモータからなる電動機が用いられるのが主流であった。
【０００４】
しかしながら、ブラシ付き直流モータやラジアルエアギャップ型ブラシレスＤＣモータを用いた場合には、次のような問題があった。すなわち、ブラシ付き直流モータは、ブラシや整流子の寿命が短く、かつ、ブラシにより短絡されるステータ巻線があるためにエネルギー効率が悪く、そのためにバッテリーの放電持続時間も短くなる。
【０００５】
これに対して、ラジアルエアギャップ型ブラシレスＤＣモータは、インバータ回路によってステータ巻線に流れる電流を切り換えているため、寿命は長く、エネルギー変換効率や信頼性が高い。
【０００６】
しかしながら、ラジアルエアギャップ型ブラシレスＤＣモータは、バッテリーの放電持続時間が十分長いとは言えない。また、ラジアルエアギャップ型ブラシレスＤＣモータを高出力化するためには、ステータとロータの寸法を大型化しなくてはならず、電動アシスト付き自転車を小型化する妨げとなっている。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−１１７００７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は上述した課題を解決するため、電動機の回生エネルギーの回収量を増大させることができ、かつ、始動時などの電流を小さくして、バッテリーの放電持続時間を延ばすことがことができる電動機の駆動システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するため、本発明は以下に示すいくつかの特徴を備えている。請求項１に記載の発明は、バッテリー電源とキャパシタとを並列に接続してなる直流電源回路と、フライホイールダイオードを逆並列に接続したスイッチング素子からなる多相インバータ回路と、上記多相インバータ回路を介して上記電源回路に接続される電動機とを含み、上記電動機のロータの位置信号を上記多相インバータ回路の上記スイッチング素子に帰還して、上記電動機の巻線に流れる電流を切り換えることにより、回転磁界を作り界磁のロータにトルクを発生させる電動機の駆動システムにおいて、上記電動機として、１つのステータと、上記ステータの両側に配置される２つのロータとをロータ出力軸の軸線方向に沿って所定の空隙をもって対向的に配置してなる２ロータ２エアギャップ型のアキシャルエアギャップ型ブラシレスＤＣモータを用い、上記電動機は、トルクを発生するトルク発生モードまたは電気エネルギーを発生する発電モードで断続的に動作し、上記発電モードのときは、上記スイッチング素子をＯＦＦして、上記ロータの回転により発電した電気エネルギーを上記バッテリー電源および上記キャパシタに帰還することを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、上記請求項１または２において、上記アキシャルエアギャップ型ブラシレスＤＣモータは、上記各ロータの他方の側面に第２のステータが所定の空隙をもってさらに対向的に配置してなる２ロータ４エアギャップ型のアキシャルエアギャップ型ブラシレスＤＣモータからなることを特徴としている。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、上記請求項１または２において、上記ロータは、焼結式希土類磁石またはボンド式希土類磁石からなるマグネットが用いられていることを特徴としている。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、上記請求項１ないし３のいずれか１項において、上記ステータは分数スロットを有し、上記分数スロットに巻線が集中巻で巻回されていることを特徴としている。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、上記請求項１において、上記ステータのステータコアおよび／または上記ロータのバックヨークには、ＪＩＳ−Ｃ−２５５２の５０Ａ４００あるいは３５Ａ３６０より低級となる磁束密度が高く透磁率の低い電磁鋼板あるいは冷延鋼板や熱延鋼板が用いられていることを特徴としている。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、上記請求項１において、上記ロータのバックヨークは、円盤状の冷延鋼板または熱延鋼板を１枚もしくは複数枚軸方向に積層したものからなることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、アキシャルエアギャップ型ブラシレスＤＣモータを用いることにより、回生時に発電機として動作する際の同期リアクタンスが小さくなり、リアクタンスによる電圧降下を低く抑え、出力電圧を高くして、回生エネルギーをより多く電源側に帰還させることができる。
【００１６】
また、１つのステータの両面に２つのロータを配置した２ロータ２エアギャップ型のアキシャルエアギャップ型ブラシレスＤＣモータを用いることにより、磁気抵抗が大きくなり、同期リアクタンスをさらに小さくすることができる。
【００１７】
請求項２に記載の発明によれば、ロータの他方の側面にさらに第２のステータを配置することにより、エアギャップが合計で４カ所の２ロータ４エアギャップ型となり、さらに磁気抵抗が大きくでき、同期リアクタンスをさらに小さくすることができる。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、ロータマグネットとして焼結式希土類磁石やボンド式希土類磁石が用いられることにより、よりトルク定数を大きくすることができ、始動電流の低減や始動時間を短くすることができ、始動時の大電流によるバッテリーの容量低減を抑えることができる。
【００１９】
請求項４に記載の発明によれば、分数スロットを有するステータコアに集中巻で巻線を施すことにより、ステータの巻線抵抗を小さくでき、エネルギー変換効率を高めることができる。ここで、本発明の言う「分数スロット」とは、〔ステータのスロット数〕÷〔相数×極数〕＝分数となるスロットを言う。
【００２０】
請求項５に記載の発明によれば、透磁率が低く、磁束密度の高い電磁鋼板あるいは冷延鋼板や熱延鋼板をステータコアやバックヨークに用いることにより、同期リアクタンスを小さくでき、発電機として動作するときの出力電圧を高くすることができる。
【００２１】
請求項６に記載の発明によれば、ロータバックヨークとして円盤状の冷延鋼板や熱延鋼板を１枚ないし複数枚を軸方向に積層したものを用いることにより、永久磁石の直流磁束の透過性がよい反面、ステータから発生する交流磁束が渦電流などにより通過しにくくなり、磁気抵抗を大きくし同期リアクタンスを小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電動機の駆動システムの回路構成図であり、図２は、本発明の電動機の駆動システムに用いられるアキシャルエアギャップ型ブラシレスＤＣモータの模式図である。
【００２３】
図１に示すように、本発明の電動機の駆動システムは、バッテリー電源１１０と電動機の回生エネルギーが充電されるキャパシタ１２０とを並列に接続してなる電源回路１００と、フライホイールダイオード２１０を逆並列に接続したスイッチング素子２２０からなる多相インバータ回路２００と、多相インバータ回路２００を介して電源回路１０に接続される電動機３００とを備えている。
【００２４】
バッテリー電源１１０は、リチウムイオン電池やニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池などに代表される一般的な直流電源としての商用電池が用いられる。本発明において、バッテリー電源１１０の容量や電圧などは、駆動システムの仕様に応じて任意に変更可能である。
【００２５】
キャパシタ１２０は、電解コンデンサや大容量の電気二重層キャパシタが用いられており、これに高周波数特性のよいセラミックキャパシタやフィルムキャパシタなどをさらに併用したものであってもよい。
【００２６】
キャパシタ１２０の容量は、電動機３００が運転走行−慣性走行−制動停止の１サイクルにおける平均の回生エネルギーをＰｒ、コンデンサ電圧をＶｃとした場合、
Ｃ・Ｖｃ２／２＝Ｐｒ
より求められるＣの値よりも大きく設定されていることが好ましい。
【００２７】
多相インバータ回路２００は、フライホイールダイオード２１０を逆並列に接続した例えばパワートランジスタやＭＯＳＦＥＴなどスイッチング素子２２０を電流方向に沿って上流側と下流側となるように一対に設けた直列回路を有し、この直列回路がＵ相，Ｖ相，Ｗ相の３相分備えている。
【００２８】
直列回路のスイッチング素子２２０の相互接続点には、電動機３００の各相巻線の非結線端が各相毎に接続されている。この電動機３００の回転制御は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）もしくはＰＡＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏ：パルス振幅変調）、あるいは、１２０°通電や１８０°通電により制御されている。
【００２９】
図２に示すように、電動機３００は、円盤状に形成されたステータ３１０と、ステータ３１０の両側面に所定の空隙（ギャップ）をもって対向的に配置される一対のロータ３２０，３２０とを備える、いわゆるアキシャルエアギャップ型ブラシレスＤＣモータが用いられている。各ロータ３２０，３２０は回転駆動力を出力するロータ出力軸３３０に同軸的に固定されている。
【００３０】
アキシャルエアギャップ型ブラシレスＤＣモータ３００には、ブラシレスＤＣモータの通電制御用としてロータ３２０の図示しない位置センサを備えている。位置センサは、ホール素子や光センサなどの一般的な位置センサが用いられるが、センサレス方式であってもよい。
【００３１】
ステータ３１０には、ロータ出力軸４の回転軸線を中心軸として環状に配置された複数個（この例では９個（９スロット））のステータコア３１１が含まれており、各ステータコア３１１の外周に巻線が多重に巻回されている。
【００３２】
ステータ３１０の各ステータコア３１１の間には、巻線が巻回されるスロットが設けられているが、本発明において、ステータ３１０のスロットは分数スロットであり、分数スロットに巻線が集中巻で巻回されている
【００３３】
これによれば、分数スロットを有するステータコアに集中巻で巻線を施すことにより、ステータの巻線抵抗を小さくでき、エネルギー変換効率を高めることができる。ここで、本発明のいう「分数スロット」とは、〔ステータのスロット数〕÷〔相数×極数〕＝分数となるスロット数をいう。
【００３４】
ステータコア３３０は、同期リアクタンスを小さくしトルク定数を大きくするため、磁束密度が高く透磁率の低い材料が用いられていることが好ましい。すなわち、珪素の含有量の少ない低級な電磁鋼板（好ましくはＪＩＳ−Ｃ−２５５２の５０Ａ４００あるいは３５Ａ３６０より低級な電磁鋼板、例えば５０Ａ１３００）の冷延鋼板や熱延鋼板のほか、粉体成型された圧粉鉄心などが用いられる。
【００３５】
ロータ３２０，３２０は、それぞれ同一の構成であるため、以下の説明ではいずれか一方のみを説明し、いずれか他方の説明は省略する。ロータ３２０は、円盤状のロータバックヨーク３２１を有し、同ロータバックヨーク３２１には、上記ステータコア３３０に対向するようにロータマグネット３２２が配置されている。
【００３６】
ロータバックヨーク３２１は、上述したステータコア３３０と同じく同期リアクタンスを小さくしトルク定数を大きくするため、磁束密度が高く透磁率の低い材料が用いられていることが好ましく、より好ましくは、円盤状の冷延鋼板または熱延鋼板を１枚もしくは複数枚軸方向に積層したものからなる
【００３７】
すなわち、ロータバックヨーク３２１は、珪素の含有量の少ない低級な電磁鋼板（好ましくはＪＩＳ−Ｃ−２５５２の５０Ａ４００あるいは３５Ａ３６０より低級な材料、例えば５０Ａ１３００）や、冷延鋼板や熱延鋼板のほか、粉体成型された圧粉鉄心などが用いられる。
【００３８】
ロータマグネット３２２は、焼結式希土類磁石および／またはボンド式希土類磁石からなる。より具体的には、ネオジウム−鉄−ボロン系磁石，サマリウム−コバルト系磁石，サマリウム−鉄−窒素系などの希土類磁石が好ましく用いられるが、これ以外にフェライト系磁石などの永久磁石であってもよい。
【００３９】
本発明において、ロータ３００は、ロータマグネット３２２がステータコア３３０のティース面に対向する構造、いわゆるＳＰＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ）構造であり、かつ、ｑ軸インダクタンスとｄ軸インダクタンスの差が±１０％以内に抑えられている。
【００４０】
この例において、アキシャルエアギャップ型ブラシレスＤＣモータ３００は、１つのステータ３１０の両側面に２個のロータ３２０を配置してなる、いわゆる２ロータ２エアギャップ型のアキシャルエアギャップ型ブラシレスＤＣモータであるが、これ以外に、図３に示すように、ロータ３２０の他方の外側面（反ステータ３１０対向面）にさらに、第２のステータとしての補助ステータ３４０を配置してもよい。
【００４１】
これによれば、ロータ３２０の両面にエアギャップが形成された、いわゆる２ロータ４エアギャップ型のアキシャルエアギャップ型ブラシレスＤＣモータ３００Ａが構築されることにより、エアギャップが増えた分、磁気抵抗が大きくなり、同期リアクタンスをさらに小さくすることができ、ひいては回生エネルギーが増大する。
【００４２】
ただし、このようにエアギャップを増やした場合は、ギャップ長さが大きくなり、磁束が通りにくくなるので、ロータマグネット３２２の厚さを厚くして、磁束密度を補償することが好ましい。
【００４３】
このアキシャルエアギャップ型ブラシレスＤＣモータ３００を例えば電動アシスト付き自転車やハイブリッド自動車などの電動機の駆動システムに用いた場合、慣性走行や制動時には、電動機３００は発電機として回生エネルギーを生成し、回生エネルギーはキャパシタ１１０に蓄えられ、さらにはバッテリーに充電される。図４は、回生動作時における本システムの等価回路である。
【００４４】
図５（ａ）はラジアルエアギャップ型電動機の電圧ベクトル図であり、図５（ｂ）は、アキシャルエアギャップ型ブラシレスＤＣモータの電圧ベクトル図である。これによれば、アキシャルエアギャップ型ブラシレスＤＣモータ３００は、ラジアルエアギャップ型電動機に比べて、同期リアクタンスＸａが小さいため、同一電流ｉを流した場合であっても、電圧降下Ｘａ・ｉが低くなり、出力電圧Ｖｔａが高くなる。
【００４５】
換言すれば、電動機内部で誘起される電圧が同じであっても、同期リアクタンスＸｒ，Ｘａによる電圧降下Ｘｒ・ｉ，Ｘａ・ｉの大小が出力電圧Ｖｔｒ・Ｖｔａの高低に直接的な影響を与えるため、アキシャルエアギャップ型ブラシレスＤＣモータは、同期リアクタンスＸａが小さいので、電圧降下Ｘａ・ｉが小さくなる。その結果、出力電圧が高くなり、回生エネルギーが大きくなる。また、ステータ巻線のインダクタンスが小さいということは、過渡応答特性も良好になるので、すばやく回生エネルギーを電源側に帰還させることもできる。
【００４６】
これは以下の数式からも明らかである。図６（ａ）および（ｂ）を参照して、本発明の駆動システムに用いられるアキシャルエアギャップ型ブラシレスＤＣモータは、アンペアの周回積分の法則から、以下の式（１）ように表される。
【００４７】
【数１】
2008131684.tif 000003
ここで、２ＮａＩは〔起磁力〕、２ｌｔ／μ１Ｓ１は〔ステータコア部分の磁気抵抗〕、２ｌｙ１／μ２Ｓ２は〔ロータコアの磁気抵抗〕、４（ｇ＋ｍ）／μ０Ｓ３は〔磁石とギャップ部分の磁気抵抗〕である。
また、Ｎｒは〔巻数／ティース〕、Ｉは〔電流〕、ｌｔは〔ティース磁路長〕、ｌｙ１は〔ロータヨーク磁路長〕、ｌｙ２は〔ステータヨーク磁路長〕、μ０は〔エアギャップとマグネットの透磁率〕、μ１は〔ティースの透磁率〕、μ２は〔バックヨークの透磁率〕、Ｓ０は〔ロータマグネットに対するステータティース先端部の面積〕、Ｓ１は〔ティースの断面積〕、Ｓ２は〔バックヨークの磁路断面積〕、ｇは〔ギャップ長さ〕、ｍは〔マグネット厚さ〕、Φは〔磁束〕である。
【００４８】
μ１＞＞μ０，μ２＞＞μ０，μ０＝１，Ｓ１≒Ｓ２≒Ｓ３≒Ｓａとした場合、式（１）は、以下の式（２）のように表される。
【数２】
2008131684.tif 000004
【００４９】
さらに、〔磁束鎖交数〕をψ，〔インダクタンス〕をＬａとした場合、式（３）および式（４）となる。
【数３】
2008131684.tif 000005
【数４】
2008131684.tif 000006
【００５０】
その結果、同期リアクタンスＸａは、以下に示す式（５）となる。
【数５】
2008131684.tif 000007
ここで、Ｐは〔極数〕，ｎは〔回転速度（ｒｐｍ）〕である。
【００５１】
同様にラジアルエアギャップ型電動機の場合は、以下の式（６）のように表される。
【数６】
2008131684.tif 000008
ここで、２ＮｒＩは〔起磁力〕、〈２ｌｙ／μ１Ｓ１＋ｌｙ１／μ１Ｓ２〉は、〔ステータコア部分の磁気抵抗〕、ｌｙ２／μ２Ｓ３は〔ロータコアの磁気抵抗〕、４（ｇ＋ｍ）／μ０Ｓ４は〔磁石とギャップ部分の磁気抵抗〕であり、Ｎｒは〔巻数／ティース〕、Ｉは〔電流〕、ｌｔは〔ティース磁路長〕、ｌｙ１は〔ロータヨーク磁路長〕、ｌｙ２は〔ステータヨーク磁路長〕、μ０は〔エアギャップとマグネットの透磁率〕、μ１は〔ティースの透磁率〕、μ２は〔バックヨークの透磁率〕、Ｓ０は〔ロータマグネットに対するステータティース先端部の面積〕、Ｓ１は〔ティースの断面積〕、Ｓ２は〔バックヨークの磁路断面積〕、ｇは〔ギャップ長さ〕、ｍは〔マグネット厚さ〕、Φは〔磁束〕である。
【００５２】
ここで、μ１＞＞μ０，μ２＞＞μ０，μ０＝１，Ｓ１≒Ｓ２≒Ｓ３≒Ｓａとした場合と、式（６）は、以下の式（７）のように表される。
【数７】
2008131684.tif 000009
【００５３】
さらに、〔磁束鎖交数〕をψ，〔インダクタンス〕をＬｒとすると、式（８）および式（９）となる。
【数８】
2008131684.tif 000010
【数９】
2008131684.tif 000011
【００５４】
その結果、同期リアクタンスＸｒは、以下に示す式（１０）となる。
【数１０】
2008131684.tif 000012
ここで、Ｐは〔極数〕，ｎは〔回転速度（ｒｐｍ）〕である。
【００５５】
図８（ａ），（ｂ）を参照して、ラジアルエアギャップ型電動機のトルクＴｒは、次の式（１１）で表される。
【数１１】
2008131684.tif 000013
ここで、Ｋは〔定数〕、Ｄｒは〔ステータコアの外径〕、Ｄｇは〔ロータの外径〕、ｌは〔ステータコア長さ〕、Ａｃは〔アンペア導体数〕、Ｂは〔磁束密度〕である。
【００５６】
これに対し、図９（ａ），（ｂ）を参照して、アキシャルエアギャップ型ブラシレスＤＣモータのトルクＴａは、次の式（１２）で表される。
【数１２】
2008131684.tif 000014
ここで、Ｋは〔定数〕、Ｄｒは〔ステータコアの外径〕、Ｄｇは〔ロータの外径〕、ｌは〔ステータコア長さ〕、Ａｃは〔アンペア導体数〕、Ｂは〔磁束密度〕である。
【００５７】
ＤｏとＤｇおよびＤｉとＤｇの間には経験的に、それぞれ以下のような相関関係がある。
Ｄｇ＝γ・Ｄｒ（γ＝０．６〜０．８≒０．７）
Ｄｉ＝δ・Ｄｏ（δ＝０．５〜０．７≒０．６）
ただし、Ｄｒ＝Ｄｏとする
【００５８】
ここで、図８に示すラジアルエアギャップ型ブラシレスＤＣモータと、図９に示すアキシャルエアギャップ型ブラシレスＤＣモータとは、いずれもスロット数が６で極数が４であり、かつ、同じトルク（Ｔｒ＝Ｔａ）を発生させるため、電流は等しく、アンペア導体数（Ａｃ）や磁束密度（Ｂ）も等しいものとする。また、外形寸法をＤｏ＝Ｄｒ＝１００（ｍｍ）、ラジアルモータの軸方向のコア積層寸法ｌ＝５０（ｍｍ）とし、式（５）および式（１０）から、リアクタンスＸａ，Ｘｒを比較すると、
Ｘａ／Ｘｒ＝Ｎａ２・Ｓａ／２Ｎｒ２Ｓｒ≒１／４
となり、アキシャルエアギャップ型ブラシレスＤＣモータの同期リアクタンスＸａは、ラジアルエアギャップ型電動機の同期リアクタンスＸｒと比較して、約数分の１になることが分かる。これにより、アキシャルエアギャップ型ブラシレスＤＣモータの方が、高い出力電圧を電源側に供給することができる。
【００５９】
次に、図７に示すように、通常、バッテリー容量（Ａｈ）は、放電電流に対して一定ではなく、放電電流が大きくなるにつれ、その容量が低減される。一般に、電動機は始動時に流れる電流が最も大きく、その始動電流を小さくすることにより、バッテリーの容量の低減防止に大きな効果がある。
【００６０】
ここで、アキシャルエアギャップ型ブラシレスＤＣモータのトルクＴａが、ラジアルエアギャップ型電動機のトルクＴｒよりも大きくなる条件は、式（１３）で表される。
【数１３】
2008131684.tif 000015
【００６１】
したがって、Ｔａ／Ｔｒ＞１の条件を満たすためには、式（１４）に示すようになる。
【数１４】
2008131684.tif 000016
【００６２】
これによれば、モータコア外径（Ｄｏ）／軸方向コア積層寸法（ｌ）＞２となるような寸法条件を満たした場合に、アキシャルエアギャップ型ブラシレスＤＣモータの方が同一電流に対して大きなトルクを出力することができる。その結果、トルク定数（＝トルク／電流）を大きくすることができ、同じトルクを得るのに必要な始動電流を軽減したり、始動時間を短くすることができるため、バッテリーの放電持続時間を延ばすことができる。
【００６３】
以上説明したように、本発明によれば、電動機の駆動システムに２ロータ型のアキシャルエアギャップ型ブラシレスＤＣモータを用いることにより、
（１）電動機の回生エネルギーをより多く発生させることができるため、回生エネルギーを効率的に利用した電動機の駆動システムが得られる。
（２）電動機の始動電流を低く抑えることができるため、バッテリーの放電時間を長くすることができ、１回の充電による電動機の駆動時間を延ばすことができる。
【００６４】
本発明の電動機の駆動システムは、電動アシスト式自転車やハイブリッド自動車、電車などへの適用が好適であるが、これ以外に、電動機が組み込まれているシステムの一部に組み込んで使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動機の駆動システムの回路構成図。
【図２】本発明の駆動システムのアキシャルエアギャップ型ブラシレスＤＣモータの模式図。
【図３】アキシャルエアギャップ型ブラシレスＤＣモータの変形例を示す模式図。
【図４】電動機が回生動作中における駆動システムの等価回路図。
【図５】（ａ）ラジアルエアギャップ型電動機の電圧ベクトル図、（ｂ）アキシャルエアギャップ型ブラシレスＤＣモータの電圧ベクトル図。
【図６】（ａ）アキシャルエアギャップ型ブラシレスＤＣモータの同期リアクタンスを算出するための説明図、（ｂ）ラジアルエアギャップ型電動機の同期リアクタンスを算出するための説明図。
【図７】バッテリーの容量と放電電流の相関関係を示す模式図。
【図８】（ａ），（ｂ）ラジアルエアギャップ型電動機のトルクを算出するための説明図。
【図９】（ａ），（ｂ）アキシャルエアギャップ型ブラシレスＤＣモータのトルクを算出するための説明図。
【符号の説明】
【００６６】
１００  電源回路
１１０  バッテリー
１２０  キャパシタ
２００  多相インバータ回路
２１０  フライホイールダイオード
２２０  スイッチング素子
３００  電動機
３１０  ステータ
３２０，３２０  ロータ
３４０  補助ステータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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