(57)【要約】  【課題】超電導モータの磁束利用効率を向上させると共に、小型化、伝達ロスの低減を図る。  【解決手段】磁束方向が軸線方向に向けて配置された超電導界磁コイル１６を有するステータ１１と、ステータ１１の軸線方向の一側に対向配置され、磁束方向が軸線方向に向けて配置された電機子コイル２２を有する第１ロータ１２と、ステータ１１の軸線方向の他側に対向配置され、磁束方向が軸線方向に向けて配置された電機子コイル２５を有する第２ロータ１３と、第１ロータ１２に固定された第１駆動軸２７と、第２ロータ１３に固定されて第１駆動軸２７とは独立して回転する第２駆動軸２８とを備えている。  【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁束方向を軸線方向に向けた超電導界磁体を有するステータと、
前記ステータの軸線方向の一側に対向配置され、磁束方向を軸線方向に向けた電機子コイルを有する第１ロータと、
前記ステータの軸線方向の他側に対向配置され、磁束方向を軸線方向に向けた電機子コイルを有する第２ロータと、
前記第１ロータに固定された第１駆動軸と、
前記第２ロータに固定されて前記第１駆動軸とは独立して回転する第２駆動軸とを備えていることを特徴とする超電導多軸モータ。
【請求項２】
前記超電導界磁体は、超電導界磁コイルあるいは超電導界磁バルクとしている請求項１に記載の超電導多軸モータ。
【請求項３】
前記超電導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は圧粉磁性体を磁心として配置している請求項２に記載の超電導多軸モータ。
【請求項４】
前記第１ロータおよび前記第２ロータの前記電機子コイルは超電導材で形成している請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の超電導多軸モータ。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の超電導多軸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。
【請求項６】
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５に記載の車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導多軸モータおよびそれを備えた車両に関し、詳しくは、超電導材料を用いたモータに独立して回転する駆動軸が複数存在するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ガソリン等の化石燃料の枯渇や排気ガスによる環境悪化を改善すべく、電気エネルギーによりモータを駆動して走行する電気自動車やハイブリッド自動車の開発が進められている。この場合、常電導モータを使用した場合には、電気抵抗による銅損が発生して低効率となると共に通電電流に限界があるために高出力化が困難となる問題がある。一方、特開平６−６９０７号公報、特開平５−２７６７３４号公報等に開示されているように、超電導モータを採用すれば、超電導材料での銅損がなくなり高効率になると共に小型化および高出力化を図ることが可能となる。図５に示す超電導モータ１は、超電導材料で形成された回転子２を駆動軸３に外嵌固定していると共に、回転子２の外周側に所要の空隙をあけて断面円筒状の固定子４を配置し、磁束方向が径方向に向くようにしている。
【０００３】
しかしながら、超電導モータ１では回転子２の超電導材料で強力な磁束を発生させているにも関わらず、Ｎ極・Ｓ極の片側しか有効利用されていない。即ち、固定子４との対向側である回転子２の外周側の磁極しか利用されておらず、回転子２の内周側に発生する磁極はトルクに寄与しないため非効率となる問題がある。
【０００４】
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６に示すように、１軸モータ１からの出力をディファレンシャルギア５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５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７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１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１と車輪との間に減速機６を介設するため、減速機６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。
【特許文献１】特開平６−６９０７号公報
【特許文献２】特開平５−２７６７３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、超電導モータの磁束利用効率を向上させると共に、小型化を図り且つ伝達ロスも低減することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明は第１に、磁束方向を軸線方向に向けた超電導界磁体を有するステータと、
前記ステータの軸線方向の一側に対向配置され、磁束方向を軸線方向に向けた電機子コイルを有する第１ロータと、
前記ステータの軸線方向の他側に対向配置され、磁束方向を軸線方向に向けた電機子コイルを有する第２ロータと、
前記第１ロータに固定された第１駆動軸と、
前記第２ロータに固定されて前記第１駆動軸とは独立して回転する第２駆動軸とを備えていることを特徴とする超電導多軸モータを提供している。
【０００７】
前記構成とすると、超電導界磁体で発生する強力な磁束はステータの両側にＮ極とＳ極を発生させるが、ステータの両側にロータを配置しているので、超電導界磁体で発生する界磁をトルク発生に有効利用することができる。また、第１ロータと第２ロータにはそれぞれ独立して駆動軸を取り付けているので、各ロータの電機子コイルへの通電を相違させて各ロータの回転数を相違させることで、第１駆動軸と第２駆動軸との夫々の回転数を独立して異ならせることが可能となる。なお、前記超電導界磁体は、超電導界磁コイルあるいは超電導界磁バルクとしていると好ましい。
【０００８】
前記超電導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は圧粉磁性体を磁心として配置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。
【０００９】
前記第１ロータおよび前記第２ロータの前記電機子コイルは超電導材で形成していると好適である。
即ち、電機子コイルも超電導化することで大電流を流すことが可能となり、電機子コイルの巻数を大幅に低減することができる。したがって、コイル中心に中空部を大きく形成できるため、該中空部に配置する磁心も大きくでき、磁束を強化してトルクアップを図ることが可能となる。
【００１０】
本発明は第２に、前記超電導多軸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。
【００１１】
前記構成とすると、前記超電導多軸モータによれば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。
【００１２】
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。
【発明の効果】
【００１３】
以上の説明より明らかなように、第１の発明によれば、ステータの両側にロータを配置しているので、超電導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。また、一対のロータはそれぞれ独立して駆動軸を取り付けているので、各ロータの回転数を相違させることで、第１駆動軸と第２駆動軸との夫々の出力回転数を異ならせることができる。
また、第２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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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実施形態のアキシャルギャップ型の超電導多軸モータ１０を示し、ステータ１１の軸線方向の一側に第１ロータ１２を対向配置していると共に、他側に第２ロータ１３を対向配置している。また、第１ロータ１２には第１駆動軸２７を固定していると共に、第２ロータ１３には第２駆動軸２８を同一軸線上に固定している。
【００１５】
ステータ１１は略円盤形状で、ケーシング等の固定部Ｇに固定された樹脂等の非磁性体からなる支持部１４の中心に左右一対の軸受１８、１９を配置し、その外周側には周方向に等間隔をあけてコイル取付穴１４ａを複数設けている。これらコイル取付穴１４ａに円環状で真空断熱構造の断熱冷媒容器１５を埋設し、断熱冷媒容器１５に超電導材からなる巻線である超電導界磁コイル１６を収容している。即ち、超電導界磁コイル１６の軸線を各駆動軸２７、２８の軸線と平行に配置することで、コイル１６の磁束方向を軸線方向に向けている。また、断熱冷媒容器１５の中空部には磁性体からなる磁心１７を配置している。このように、複数の超電導界磁コイル１６を軸線回りの周方向に間隔をあけて取り付け、夫々の超電導界磁コイル１６の磁束方向が軸線方向を向くように配置している。
【００１６】
磁心１７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。
超電導界磁コイル１６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。断熱冷媒容器１５には、図示しない冷媒供給部から液体窒素等の極低温の冷媒が供給されている。また、超電導界磁コイル１６には、図示しない電源装置から給電がなされている。
【００１７】
第１ロータ１２と第２ロータ１３とは左右対称の略円盤形状で、第１ロータ１２のヨーク２１の中心に第１駆動軸２７が固定されており、ヨーク２１より若干延出する第１駆動軸２７の端部をステータ１１の軸受１８に内嵌している。一方、第２ロータ１３のヨーク２４の中心に第２駆動軸２７が独立して固定されており、ヨーク２４より若干延出する第２駆動軸２８の端部をステータ１１の軸受１９に内嵌している。
【００１８】
ヨーク２１、２４の外周側のステータ１１との対向面側には周方向に等間隔をあけてコイル取付穴２１ａ、２４ａを設け、これらコイル取付穴２１ａ、２４ａに銅等の常電導材からなる複数の電機子コイル２２、２５を埋設している。即ち、電機子コイル２２、２５の軸線を各駆動軸２７、２８の軸線と平行に配置することで、コイル２２、２５の磁束方向を軸線方向に向けている。また、電機子コイル２２、２５の中空部には磁性体からなる磁心２３、２６を配置している。このように、複数の電機子コイル２２、２５を軸線回りの周方向に間隔をあけて取り付け、各電機子コイル２２、２５の磁束方向が軸線方向を向くように配置している。なお、ヨーク２１、２４および磁心２３、２６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。
【００１９】
以上の構成とすると、第１ロータ１２の電機子コイル２２と、第２ロータ１３の電機子コイル２５とに異なった電流をそれぞれ給電することにより、左右のロータ１２、１３が別々に独立して回転し、第１駆動軸２７と第２駆動軸２８との回転数を相違させることができる。
また、ステータ１１の両側にロータ１２、１３を配置することで、超電導界磁コイル１６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１６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、超電導界磁コイル１６の代わりに公知の超電導界磁バルクを用いてもよい。
【００２０】
次に、超電導多軸モータ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３に示すように、バッテリー３０と、バッテリー３０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３１、３２と、バッテリー３０およびインバータ３１、３２から供給される電力により駆動される超電導多軸モータ１０とを備えている。超電導多軸モータ１０の第１駆動軸２７には左車輪３３を直結接続している一方、第２駆動軸２８には右車輪３４を直結接続している。なお、ステータ１１の超電導界磁コイル１６には直流電流を給電し、第１ロータ１２および第２ロータ１３には交流電流を給電している。
【００２１】
以上の構成とすると、モータ１０と車輪３３、３４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。
【００２２】
図４は第２実施形態を示す。
第１実施形態との相違点は、第１ロータ１２’と第２ロータ１３’の電機子コイル４１、４４を超電導材で形成している点である。
第１ロータ１２’および第２ロータ１３’は、ヨーク２１、２４の外周側のステータ１１との対向面側には周方向に等間隔をあけてコイル取付穴２１ａ、２４ａを設け、これらコイル取付穴２１ａ、２４ａに円環状で真空断熱構造の断熱冷媒容器４０、４３を埋設し、断熱冷媒容器４０、４３に超電導材からなる巻線である超電導電機子コイル４１、４４を収容している。また、断熱冷媒容器４０、４３の中空部には磁性体からなる磁心４２、４５を配置している。このように、複数の超電導電機子コイル４１、４４を軸線回りの周方向に間隔をあけて取り付け、各超電導電機子コイル４１、４４の磁束方向が軸線方向を向くように配置している。また、磁心４２、４５は、鉄粉等の磁性粉末に樹脂等で絶縁被覆を施した粉末磁性体を用いてプレス成形されたものとしている。
【００２３】
以上の構成とすると、電機子コイル４１、４４も超電導化して大電流を通電可能としているため、巻数を大幅低減することができ、コイル中心に大きな空間を形成することが可能となる。したがって、コイル中空部により大きな磁心４２、４５を配置することができ、磁束の強化が図られてトルクアップに貢献する。なお、ステータ１１は第１実施形態と同様であるため同一符号を付して説明を省略する。 
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態の超電導多軸モータの断面図である。
【図２】ステータの正面図である。
【図３】超電導多軸モータが搭載された車両の概略図である。
【図４】第２実施形態の超電導多軸モータの断面図である。
【図５】従来例の超電導モータを示す断面図である。
【図６】従来例の車両の概略図である。
【図７】別の従来例の車両の概略図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０    超電導多軸モータ
１１    ステータ
１２    第１ロータ
１３    第２ロータ
１５    断熱冷媒容器
１６    超電導界磁コイル
１７、２３、２６    磁心
１８、１９    軸受
２１、２４    ヨーク
２２、２５    電機子コイル
２７    第１駆動軸
２８    第２駆動軸
Ｃ      車両
【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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