JPH06141401A - 電動車両用駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】低速領域で大きなトルクを発生し、しかも高速
回転が可能な電動車両用駆動装置を提供する。 【構成】直流電動機の回転子３と固定子２との間に軸線
方向の相対変位を生じさせるように、回転軸７をスラス
ト可能に支持しておく。車輪９の回転速度の上昇に伴っ
て回転子磁極１６と固定子磁極１３との対向面積を減少
させるように回転軸７を駆動する遠心ガバナ機構１０を
設ける。この遠心ガバナ機構により、車速に応じて電機
子巻線１２に鎖交する有効磁束量を調節して、低速時に
は発生トルクを大きくし、高速時の最高回転数を高くす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直流電動機を駆動源と
する車両の車輪を回転駆動する電動車両用駆動装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】車両に搭載されたバッテリ等の直流電源
により作動する直流電動機を駆動源として、該車両の車
輪を回転駆動するようにした電動車両用駆動装置が知ら
れている。

【０００３】従来のこの種の駆動装置として、例えば特
開平３−１２８７８９号に記載された電動式車両に用い
られているものがある。この駆動装置では、電動機の回
転を自動遠心クラッチとベルト式自動変速機とを有する
伝動機構を介して車輪に伝達することにより、電動機の
効率が最大になる回転数の近傍の所定の範囲の回転数を
維持した状態で車輪の回転速度を自動的に変速させて、
車輪の低速回転時の電動機負荷を軽減できるようにして
いる。

【０００４】また、電気自動車用として開発されたもの
として、駆動用電動機を車輪に内蔵させたホイールイン
モータが報告されている（１９９２年モータ技術シンポ
ジウム「電気自動者用ホイールインモータ」）。このモ
ータは、電機子巻線を有する固定子の外側を永久磁石界
磁を構成する回転子が回転するアウターロータ構造のブ
ラシレス直流電動機で、車輪の中に組み込まれてその回
転子に直接タイヤが取り付けられ、モータコントローラ
及びインバータによりその駆動電流が制御されるように
なっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】電動車両用駆動装置で
は、車両の発進時や登坂時などの低速走行時に大きな発
生トルクを必要とする。また平地定常走行時には、発生
トルクは比較的小さくてもよいが、高速運転が可能であ
ることが要求される。

【０００６】一般に直流電動機においては、電機子巻線
の印加電圧をＶ、回転速度をＮ、電機子巻線の巻数を
ｎ、電機子巻線に鎖交する磁束をφ、電機子電流をｉ、
巻線の抵抗をＲ、発生トルクをＴ、比較定数をＫ1 ，Ｋ
2 ，Ｋ3 とした場合、 Ｖ＝Ｋ1 Ｎｎφ＋Ｒｉ 及び Ｔ＝Ｋ2 ｉφ …（１） が成立し、出力Ｐ及び効率ηはそれぞれＰ＝Ｋ3 ＮＴ及
びη＝Ｐ／Ｖｉとなる。電動機の回転速度Ｎに対する出
力Ｐ及び発生トルクΤの特性は電機子巻線の鎖交磁束φ
によって異なる。

【０００７】図８は、電機子巻線の鎖交磁束φの大きさ
がそれぞれφ1 及びφ2 （φ1 ＞φ2 ）の場合につい
て、電動機の回転速度Ｎと出力Ｐ及び発生トルクＴとの
関係を示した（φ2 の場合は効率ηも示す）模式図で、
同図からわかるように、電機子巻線の鎖交磁束を大きい
値φ1 に選定すると、低速域での発生トルクを大きくす
ることができるが高速回転が得られなくなり、逆に高速
域でも所要の発生トルクが得られるように鎖交磁束を小
さい値φ2 に選定すると、低速域において、大きな発生
トルクを得ることができなくなる。

【０００８】特開平３−１２８７８９号に記載された電
動式車両に用いられていた従来の駆動装置は、電動機の
効率が最大になる回転数の近傍の所定範囲の回転数を維
持した状態で動作するので、電動機の効率が良好であ
り、またベルト式自動変速機を介して車輪を駆動するの
で車両の低速時に車輪に大きなトルクを発生させること
ができるが、伝動機構による効率の低下が生じるという
問題があった。またこの駆動装置では、自動変速機を必
要とするため、コストが高くなるのを避けられなかっ
た。

【０００９】次に駆動用電動機を車輪に内蔵させた従来
の駆動装置では、電動機で車輪を直接駆動するので伝動
効率は良いが、低速域まで必要な発生トルクを得るよう
にすると大きな出力の電動機を必要とし、電動機が大形
になるという問題があった。またこの従来の駆動装置で
は、制御回路を用いて弱め界磁制御を行うことにより定
格回転速度を越えた回転速度領域まで制御を可能にして
いるが、定格回転速度を越えた回転速度領域では、効率
が著しく悪くなって電動機の駆動電流が定常時より大き
くなるという問題があった。

【００１０】本発明の目的は、自動変速機構を用いたり
電動機を大形化したりすることなく、低速域で大きな発
生トルクを得ることができるようにするとともに、高速
運転をも可能にした電動車両用駆動装置を提供すること
にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、直流電動機を
駆動源として車両の車輪を回転駆動する電動車両用駆動
装置であって、本発明においては、上記の目的を達成す
るため、電動機の電機子巻線に鎖交する有効磁束量を調
節する磁束調節手段を設ける。

【００１２】直流電動機として、回転子磁極と固定子磁
極とが径方向に対向する構造のものを用いる場合には、
電動機の回転子磁極と固定子磁極との対向面積を変化さ
せるように電動機の回転子と固定子との間に軸線方向の
相対的な変位を生じさせるスラスト機構により、上記磁
束調節手段を構成することができる。

【００１３】上記スラスト機構は、車輪の回転速度の上
昇に伴って回転子磁極と固定子磁極との対向面積を減少
させるように回転軸を駆動する遠心ガバナ機構により構
成することができる。この場合、直流電動機の回転子の
回転軸と車輪との間に軸線方向への変位が許容される状
態で該回転軸を車輪に結合する。

【００１４】上記スラスト機構はまた、電動機の回転速
度を検出する速度検出手段の出力信号により制御され
て、回転速度の上昇に伴って回転子磁極と固定子磁極と
の対向面積を減少させるように固定子を軸線方向に変位
させるアクチュエータにより構成することもできる。

【００１５】上記スラスト機構はまた、電動機の固定子
に連結された手動操作部材と、該手動操作部材の操作に
より電動機の回転子磁極と固定子磁極との対向面積を変
化させるように電動機の固定子を軸線方向に変位させる
手動操作機構とにより構成することもできる。

【００１６】電動機として、固定子磁極と回転子磁極と
が軸線方向に対向する構造のもの用いる場合には、回転
子磁極と固定子磁極との間のギャップを変化させるよう
に該電動機の回転子と固定子との間に軸線方向の相対的
な変位を生じさせるスラスト機構により上記磁束調節手
段を構成することができる。

【００１７】

【作用】車両の車輪を回転駆動する直流電動機の電機子
巻線に鎖交する有効磁束量を磁束調節手段により調節す
るようにすると、有効磁束量の大小に応じて該電動機の
回転数出力特性を調節することが可能になり、低速時に
は発生トルクを大きくし、高速時には到達可能な最高回
転数を高くすることができるようになる。

【００１８】固定子磁極と回転子磁極とが径方向に対向
する構造を有する直流電動機を用いる場合には、該電動
機の回転子と固定子との間に軸線方向の相対的な変位を
生じさせるスラスト機構を設けて、該スラスト機構によ
り回転子磁極と固定子磁極との対向面積を変化させる
と、その対向面積の大きさに応じて電機子巻線に鎖交す
る有効磁束量を調節することができる。

【００１９】車輪の回転速度の上昇に伴って回転子磁極
と固定子磁極との対向面積を減少させるように回転軸を
駆動する遠心ガバナ機構によりスラスト機構を構成する
と、回転速度の上昇とともに電機子巻線に鎖交する有効
磁束量が減少していくように該有効磁束量を調節するこ
とができる。従って、低速時には有効磁束量を多くして
電動機の発生トルクを大きくし、回転速度の上昇に伴っ
て有効磁束量を小さくして到達可能な最高回転速度を高
くすることができ、各回転速度において電動機を最高出
力近傍で動作させることが可能となる。

【００２０】電動機の回転速度の上昇に伴って回転子磁
極と固定子磁極との対向面積を減少させるように固定子
を軸線方向に変位させるアクチュエータにより上記スラ
スト機構を構成した場合も、電機子巻線に鎖交する有効
磁束量を回転速度の上昇に伴って減少させるように該有
効磁束量を調節することにより、低速領域では発生トル
クを大きくし、高速領域では到達可能な最高回転速度を
高くすることができる。

【００２１】上記スラスト機構として、電動機の回転子
磁極と固定子磁極との対向面積を変化させるように電動
機の固定子を軸線方向に変位させる手動操作機構を用い
ると、電動機の回転速度あるいは該回転速度に対応する
車速に応じて、手動操作により電機子巻線の鎖交磁束量
を調節することができる。

【００２２】固定子磁極と回転子磁極とが軸線方向に対
向する構造の直流電動機を用いる場合には、回転子磁極
と固定子磁極との間のギャップを変化させるように該電
動機の回転子と固定子との間に軸線方向の相対的な変位
を生じさせるスラスト機構により、上記磁束調節手段を
構成した場合には、該スラスト機構により回転子磁極と
固定子磁極との間のギャップを変化させることにより該
ギャップの磁気抵抗を変化させて電機子巻線に鎖交する
有効磁束量を変化させることができる。

【００２３】

【実施例】図１は、本発明の第１実施例の構造を示した
もので、この実施例では、遠心ガバナ機構からなるスラ
スト機構により電動機の回転子の回転軸を軸線方向に変
位させて、径方向に対向する固定子磁極と回転子磁極と
の対向面積を車輪の回転速度の上昇に伴って減少させる
ことにより電機子巻線に鎖交する有効磁束量を調節する
ようにしている。

【００２４】同図において、１は固定子２と回転子３と
からなる直流電動機、４はケーシング５とカバー６とか
らなっていて電動機１を収容するモータハウジング、７
は回転子３の回転軸、８は回転軸７をケーシング５に支
持する軸受、９は車輪、１０は遠心ガバナ機構である。

【００２５】この例の直流電動機１はアウタロータ構造
のブラシレスモータで、固定子２は環状の継鉄部から３
ｎ個（ｎは整数で例えば４）の突極部を放射状に突出さ
せた固定子鉄心１１と、該固定子鉄心の各突極部に巻回
されたコイルを３相結線して構成された電機子巻線１２
とからなり、各突極部の外周側端部が固定子磁極１３と
なっている。電機子巻線１２の３相出力端子は後述のイ
ンバータ回路の出力端子に接続されている。回転子３
は、ほぼカップ状のフライホイール１４の周壁部内周に
永久磁石１５を取り付けたものからなっている。永久磁
石１５は径方向に着磁されて固定子磁極１３と径方向に
対向する２ｎ極の回転子磁極１６を形成している。フラ
イホイール１４の底壁部中央にはボス１７が設けられ、
該ボス１７が回転軸７の一端に嵌着されて、回転子３が
回転軸７に取り付けられている。

【００２６】ケーシング５は軽合金等からなっていて、
カップ状部１８と軸受支持部１９とを有し、軸受支持部
１９に嵌装された軸受８により回転軸７を支承してい
る。このケーシング５は図示しない車両の車体に固定さ
れている。

【００２７】カバー６は軽合金等からなっていて、カッ
プ状部２０と該カップ状部の底壁中央部に設けられた固
定子取付部２１とを有し、固定子取付部２１には、ねじ
２２により固定子鉄心１１が取り付けられている。ケー
シング５とカバー６とは、それぞれのカップ状部１８及
び２０の開口側を突き合せた状態でねじ（図示せず）に
より互いに結合され、両カップ部１８及び２０により直
流電動機１が覆われた状態になっている。

【００２８】回転子３の磁極の回転角度位置を検出する
ため、回転子３のボス１７の外周に固着された回転子位
置検出用磁石２３と、これを取り囲むように、固定子鉄
心１１の環状部に１２０度間隔で取り付けられたホール
素子からなる３個の回転子位置センサ２４とが設けられ
ている。

【００２９】軸受８は、２個のボールベアリング２５と
その間に配置されたスリーブ２６とにより構成されてい
て、回転軸７を回転自在にかつ軸線方向に滑動可能に支
承している。

【００３０】車輪９は、リム２７と該リムの外周に装着
されたタイヤ２８とからなっている。リム２７の中央部
には円筒部２９が固定され、該円筒部２９がスプライン
３０を介して回転軸７に嵌合されている。これにより、
回転軸７と車輪９との間に軸線方向の変位のみが許容さ
れる状態で回転軸７と車輪９とが互いに結合されてい
る。リム２７の軸受８側の面には、円筒部２９を取り囲
む状態でほぼカップ状に形成された泥よけ３１が固定さ
れ、リム２７の泥よけ３１と反対側の面には、遠心ガバ
ナ機構１０を取り囲む状態でガバナカバー３２が取り付
けられている。

【００３１】遠心カバナ機構１０は、回転軸７の他端寄
りの位置に固着されたつば部３３と、該つば部３３に近
接して車輪のリム２７の中央部付近に回動自在に支持さ
れて、遠心力が作用したときにつば部３３の一方の面を
押圧して回転軸７を図示の矢印方向に変位させる一対の
遠心重錘３４と、つば部２９の他方の面を弾圧して回転
軸７を図示の矢印方向と反対の方向に付勢するばね３５
とにより構成されている。

【００３２】遠心ガバナ機構１０により回転軸７と車輪
９との間に軸線方向の変位が生じさせられると、固定子
磁極１３と回転子磁極１６との対向面積が変化して、電
機子巻線１２に鎖交する有効磁束量φが変化する。車輪
９の回転速度Ｎが所定の回転速度ＮL 以下の範囲内で
は、回転子磁極１６の軸線方向の中心位置が固定子磁極
１３の軸線方向中心位置とほぼ一致する状態（図１にお
いてｘ＝０の状態）に維持されるように回転軸７の軸線
方向の変位が規制されていて、この状態では電機子巻線
の鎖交磁束量φがほぼ最大値φL となっている。車輪９
の回転速度Ｎが所定の回転速度ＮL を越えて上昇する
と、回転速度の上昇に伴ってガバナ機構１０により回転
軸７が図示の矢印方向に変位させられる。これに伴って
固定子磁極１３と回転子磁極１６との対向面積が減少し
ていき、電機子巻線１２の鎖交磁束量φが減少してい
く。回転速度が更に上昇して所定の回転速度ＮH に達
し、電機子巻線の鎖交磁束量φがφH まで低下すると、
回転速度Ｎが更に上昇しても回転軸７の図示の矢印方向
への変位が生じないように回転軸７の変位量が規制され
ている。

【００３３】図２は上記の関係を図示したもので、同図
（Ａ）の右半部は車輪９の回転速度Ｎと回転軸７の軸線
方向の変位量ｘとの関係を、また同図（Ａ）の左半部は
回転軸７の軸線方向の変位量ｘと電機子巻線１２の鎖交
磁束量φとの関係を示している。これらの関係から、車
輪９の回転速度（従って電動機１の回転速度）Ｎと電機
子巻線の鎖交磁束量φとの関係を求めると、図２（Ｂ）
に示すようになる。この回転速度Ｎと電機子巻線の鎖交
磁束量φとの間の関係は、所定の回転速度ＮLとＮH と
の間の区間内では電動機１の出力Ｐがほぼ最高値となる
ように電動機１及び遠心ガバナ機構１０の特性が選定さ
れている。

【００３４】図３は直流電動機１の回転速度を制御する
ための制御系を示したもので、この制御系としては公知
のものを使用できる。同図において、３６は車両のハン
ドルのアクセルグリップ、３７はアクセルグリップ３６
に可動接触子が連結されて両端に直流電圧が印加された
ポテンショメータで、ポテンショメータ３７の可動接触
子と設置間に得られる信号（アクセルグリップの位置検
出信号）と、回転子位置センサ２４により検出された回
転子３の位相信号とがコントローラ３８に入力されてい
る。コントローラ３８はマイクロコンピュータを有して
いて、ポテンショメータ３７から得られる位置検出信号
と図示しない車速センサとの出力信号とに基づいて電動
機１に通電する電流のデューティファクタを決定し、ま
た回転子位置センサ２４の出力信号に基づいて電機子巻
線１２における交番磁界の位相を決定して、各電機子巻
線１２についてのデューティファクタと位相とを表わす
スイッチング信号を駆動回路３９に与える。

【００３５】尚車両の発進時に電動機１に大電流が流れ
るのを防止するため、コントローラ３８には図示しない
電動機電流検知回路の出力信号が入力され、該コントロ
ーラにより、発進時の電動機の駆動電流が過大にならな
いようにデューティファクタが制御されるようになって
いる。

【００３６】駆動回路３９はゲートドライブ回路４０及
びスイッチング回路４１を有している。ゲートドライブ
回路４０はコントローラ３８に、またスイッチング回路
４１は電動機１の各相の電機子巻線１２にそれぞれ結線
されている。スイッチング回路４１は、直列に結線され
た３対のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）４２をバッテ
リ４３と接地との間に並列接続したもので、各ＦＥＴ４
２のソース・ドレン間にはそれぞれダイオード４４が設
けられている。各ＦＥＴ４２のゲートはゲートドライブ
回路４０に接続され、また各対のＦＥＴのソース・ドレ
ン接続部が各相の電機子巻線１２の入力端子に接続され
ている。

【００３７】駆動回路３９は、コントローラ３８が出力
するスイッチンク信号に基づいて各ＦＥＴ４２をオン・
オフ制御することにより、電動機１の電機子巻線１２に
交番磁界を生じさせる駆動電流を流すとともに、該駆動
電流の大きさをアクセルグリップ３６の回動位置に応じ
て変化させる。

【００３８】図４は本実施例において得られる直流電動
機１のデューティファクタが１００％の時の出力特性を
説明するための模式図で、同図の左半部は電動機１の回
転速度Ｎと、磁束調節手段（遠心ガバナ機構１０からな
るスラスト機構）により調節された電機子巻線１２の鎖
交磁束量φとの間の関係（図２（Ｂ）参照）を示し、同
図の右半部は電動機１の回転速度Ｎと該電動機の出力Ｐ
及び発生トルクＴとの間の関係を示したのである。

【００３９】図４において、破線で示した曲線Ｐ（φL
），Ｐ（φ1 ），（φ2 ）及びＰ（φH ）はそれぞれ
電機子巻線１２の鎖交磁束量φがφL ，φ1 ，φ2 及び
φH （φL ＞φ1 ＞φ2 ＞φH ）の各一定値に保たれた
場合の電動機１の出力Ｐを示し、これらの出力曲線は回
転速度ＮがそれぞれＮL ，Ｎ1 ，Ｎ2 及びＮH （ＮL ＜
Ｎ1 ＜Ｎ2 ＜ＮH ）のときにほぼ最高出力Ｐm となる特
性となっている。

【００４０】また図４において鎖線で示した直線Ｔ（φ
L ），Ｔ（φ1 ），Ｔ（φ2 ）及びＴ（φH ）は同じく
電機子巻線１２の鎖交磁束量φがφL ，φ1 ，φ2 及び
φHの各一定値である場合の電動機１の発生トルクＴを
示したものである。本実施例では、図４の左半部に示し
たように、電機子巻線１２の鎖交磁束量φは回転速度Ｎ
がＮL 以下の領域では一定値φL に保持され、また回転
速度ＮがＮH 以上の領域では一定値φH に保持される。
回転速度がＮL からＮH までの間の領域では回転速度Ｎ
がＮL →Ｎ1 →Ｎ2 →ＮH と上昇するにつれて鎖交磁束
量φがφL →φ１ φ2 →φH と減少していくように調
節される。そのため、電動機１の出力Ｐは、同図の右半
部に実線で示したように、回転速度がＮL 以下の領域で
は曲線Ｐ（φL ）に沿って変化し、回転速度がＮL から
ＮH までの間の領域ではほぼ一定の最高出力Ｐｍ近傍の
値に維持される。また回転速度がＮH 以上の領域では曲
線Ｐ（φH ）に沿って変化する特性となる。同様に、発
電機１の発生トルクＴは同じく図４の右半部で直線Ｔ
（φL ），Ｔ（φ1 ），Ｔ（φ2 ）及びＴ（φH ）の包
絡線として実線で示されている特性曲線に沿って変化す
ることになる。従って、同図からわかるように、低速域
で大きな発生トルクが得られるとともに、高速回転も可
能な特性を得ることができる。

【００４１】図５は、電動機１をデューティファクタ１
００％で動作させた場合に、車両の走行負荷が比較的軽
い平地走行時、及び走行負荷が大きい登坂時にそれぞれ
本実施例の駆動装置により得られる車速を説明するため
の模式図である。

【００４２】同図において、破線で示した曲線Ｐ（φL
）及びＰ（φH ）は図４に同記号で示した電動機の出
力特性に相当し、電機子巻線の鎖交磁束量φがそれぞれ
一定値φL 及びφH の場合の車速Ｖと電動機の出力Ｐと
の関係を示している。図５において、実線で示した曲線
Ｐは本実施例により得られる電動機１の出力特性であ
る。また同図に鎖線で示した曲線Ｌ1 及びＬ2 は、それ
ぞれ平地走行時及び登坂時における車速Ｖと走行負荷Ｌ
との関係を示したものである。

【００４３】図５において、駆動装置により得られる車
速は電動機の出力特性曲線と走行負荷曲線との交点にお
ける車速として求められる。同図からわかるように、本
実施例の駆動装置では平地走行時の車速はＶ1 （Ｖ1H）
となり、登坂時の車速はＶ2となる。これに対して、電
機子巻線の鎖交磁束量φがそれぞれ一定値φL 及びφH
である場合には、平地走行時の車速はそれぞれＶ1L及び
Ｖ1H（Ｖ1 ）となり、登坂時の車速はそれぞれＶ2L及び
Ｖ2Hとなる。電機子巻線の鎖交磁束量を大きい値φL
（一定）に選定すれば、登坂時の走行特性は良いが平地
走行時に高速走行ができなくなり、逆に電機子巻線の鎖
交磁束量を小さい値φH （一定）に選定すれば、平地で
の高速走行は可能であるが登坂時の走行特性が悪くな
る。

【００４４】これに対し、本実施例の駆動装置の場合に
は、平地走行時も登坂時も良好な走行特性が得られるこ
とになる。

【００４５】図６は本発明の第２実施例の構造を示した
もので、この実施例では直流電動機は固定子磁極と回転
子磁極とが径方向に対向する構造を有し、固定子を軸線
方向に変位させて固定子磁極と回転子磁極との対向面積
を電動機の回転速度に応じて変化させることにより電機
子巻線の鎖交磁束量を調節するようにしており、図１の
各部と同等の相当部分には図１と同じ符号が付してあ
る。

【００４６】図６において、回転軸７はケーシング５の
軸受支持部１９に嵌装された２個のボールベアリング２
５により回転自在に支持され、該回転軸７の一端側には
回転子３が取り付けられている。回転軸７の他端側には
車輪９のリム２７の中央部に設けられた円筒部２９を嵌
合させてナット４５により車輪９を回転軸７に固定して
ある。

【００４７】４６は固定子取付部材で、該固定子取付部
材は軸線方向に伸びる円柱部４７と該円柱部４７の一端
側に設けられたフランジ部４８とを有している。円柱部
４７はカバー６のカップ状部２０の底壁中央部に設けら
れた軸受部に嵌装された摺動軸受４９により支持され、
フランジ部４８には固定子２がねじ２２により取り付け
られている。固定子取付部材４６はカバー６との間に軸
線方向への変位のみが許容される状態で摺動軸受４９に
より支持されている。カバー６のカップ状部２０の底壁
部と固定子取付部材４６のフランジ部４８との間には、
該フランジ部４８を弾圧して固定子取付部材４６を図示
矢印方向と反対の方向に付勢するばね５０が配置されて
いる。

【００４８】固定子取付部材４６の他端５１には図示し
ないアクチュエータが連結されていて、該アクチュエー
タにより固定子取付部材４６を固定子２とともに図示の
矢印方向に変位させて、固定子磁極１３と回転子磁極１
６との対向面積を変位させることにより、電機子巻線１
２の鎖交磁束量を調節する。このアクチュエータは、公
知のソレノイドあるいはトルクモータ等の駆動源と、該
駆動源を駆動する駆動回路とにより構成することができ
る。このアクチュエータは、電動機１の回転速度あるい
は該回転速度に対応する車速を検出する速度検出器（図
示せず）の出力信号により制御されて、電動機１の回転
速度の上昇に伴って増大する図示の矢印方向の牽引力を
発生し、該牽引力とばね５０の弾圧力とが平衡する位置
まで固定子２の軸線方向位置を変位させる。電動機１の
回転速度Ｎとこの回転速度に応じて固定子２が変位させ
られたときの電機子巻線１２の鎖交磁束量φとの関係が
図２（Ｂ）に示した関係と同様になるようにアクチュエ
ータ及びばね５０の特性を設定すれば、電動機１の出力
特性を図４に示したようにすることができる。

【００４９】上記の実施例では、電動機の回転速度の検
出信号によって制御されるアクチュエータにより固定子
を軸線方向に変位させるようにしたスラスト機構を用い
たが、固定子２を手動操作により軸線方向に変位させる
スラスト機構を採用することもできる。この場合には、
電動機１の固定子２と手動操作部材とを連結手段により
連結し、該手動操作部材を手動により操作することによ
り、固定子２を軸線方向に変位させて回転子磁極１６と
固定子磁極１３との対向面積を変化させる。例えば、手
動操作部材として車両のハンドルに設けられたグリップ
あるいはレバーに連結手段としてのワイヤーの一端を結
合し、該ワイヤーの他端を固定子取付部材４６（図６参
照）の他端５１に結合する。この場合には、電動機１の
回転速度あるいは車両の車速に応じて手動によりグリッ
プあるいはレバーを操作して固定子２を軸線方向に変位
させることにより、電機子巻線１２の鎖交磁束量を調節
して電動機１の出力特性を変えることができる。

【００５０】以上の各実施例では、直流電動機として、
回転子が固定子の外側を回転するアウタロータ構造を有
するものであったが、この電動機として、インナロータ
構造を有するものを用いることもできる。この場合の電
動機は、環状の継鉄部から３ｎ（ｎ：整数）個の突極部
を径方向内側に向けて突出させた固定子鉄心の各突極部
に電機子巻線を巻回してなる固定子と、該固定子の内側
に配置されて外周に永久磁石からなる２ｎ極の回転子磁
極を有する回転子とにより構成し、固定子鉄心の各突極
部の先端部により形成される固定子磁極と回転子磁極と
を径方向に対向させる構造とする。電機子巻線の鎖交磁
束量を調節する磁束調節手段としてのスラスト機構は、
前記第１実施例（図１参照）あるいは第２実施例（図６
参照）の場合と同様に、固定子が取り付けられた回転軸
を軸線方向に変位させる手段あるいは固定子を軸線方向
に変位させる手段により回転子と固定子との間に軸線方
向の相対的な変位を生じさせる機構を用いることができ
る。

【００５１】図７は本発明の第３実施例の構造を示した
もので、この実施例では、直流電動機として、固定子磁
極と回転子磁極とが軸線方向に対向する構造を有するも
のを用い、磁束調節手段は、電動機の回転子磁極と固定
子磁極との間のギャップを変化させるように該電動機の
回転子と固定子との間に軸線方向の相対的な変位を生じ
させるスラスト機構により構成されている。図７におい
て図１の各部と同等の相当部分には図１における符号と
同じ符号が付してある。

【００５２】図７において、電動機１の固定子２は、環
状円板形の継鉄５２の軸線方向の一方の面から、３ｎ
（ｎ：整数）個の突極部５３を軸線方向に突出させた固
定子鉄心５４と、該突極部５３に巻回された電機子巻線
１２とからなっている。３ｎ個の突極部５３は周方向に
等角度間隔で並ぶように設けられ、各突極部５３の先端
部が固定子磁極１３となっている。この固定子２はカバ
ー６の固定子取付部２１にねじ２２により取り付けられ
ている。

【００５３】電動機１の回転子３は、中央部にボス１７
を有する円板状の磁路構成部材５５と、該磁路構成部材
５５の固定子鉄心の突極部と対向する側の面に固定され
た永久磁石５６とからなり、永久磁石５６は軸線方向に
着磁されて周方向に交互に異極が並ぶ２ｎ極の回転子磁
極１６を構成している。回転子磁極１６は固定子磁極１
３と軸線方向にギャップ（キャップ長ｇ）を介して対向
させられている。

【００５４】回転子３は、軸受８により回転及び軸線方
向に摺動が可能に支承された回転軸７の一端側に取り付
けられており、該回転軸７の他端側は車輪９との間に軸
線方向への変位のみが許容される状態で車輪９に結合さ
れている。電動機１の回転子３と固定子２との間に軸線
方向の相対的な変位を生じさせるためのスラスト機構
は、既述の第１実施例の場合と同様に、回転軸７を図示
矢印方向に変位させるように駆動する遠心ガバナ機構１
０からなり、車輪９の回転速度の上昇に伴って固定子磁
極１３と回転子磁極１６との間の軸線方向のギャップ長
ｇを増大させて電機子巻線１２の鎖交磁束量を減少させ
るように作動する。

【００５５】上記の実施例では、電動機の回転子３の回
転軸７を軸線方向に変位可能に支持して、遠心ガバナ機
構１０により回転軸７を軸線方向に変位させることによ
り固定子磁極１３と回転子磁極１６との間のギャップを
変化させる磁束調節手段を用いているが、該磁束調節手
段として、既述の第２実施例（図６）と同様に、電動機
の固定子２を軸線方向に変位可能な状態で支持して、電
動機の回転速度に応じて固定子２を軸線方向に変位させ
ることにより、固定子磁極と回転子磁極との間のギャッ
プを変化させるようにしたスラスト機構を用いることも
できる。

【００５６】以上の各実施例では、電動機の回転子を一
端側に取り付けた回転軸の他端側を直接車輪に結合した
が、必要に応じて回転軸の他端側を減速歯車機構を介し
て車輪に結合するようにしてもよい。

【００５７】以上の各実施例では、直流電動機は２ｎ
（ｎ：整数）極の回転子磁極と３ｎ極の固定子磁極とを
有する３相構造のものであったが、回転子磁極及び固定
子磁極が共に２ｎ極の単相構造である場合にも本発明を
適用できる。この場合には、電動機の回転速度を制御す
るための制御系も単相制御方式とする。

【００５８】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、磁束調
節手段により電動機の電機子巻線に鎖交する有効磁束量
を調節できるようにしたので、電動機の回転速度に応じ
て電機子巻線の鎖交磁束量を調節することにより回転速
度の広い範囲にわたって電動機の出力を大きな状態に維
持することができる。従って、自動変速機構を用いたり
電動機を大形化したりすることなく、低速域で大きな発
生トルクが得られ、しかも高速回転が可能な電動車両用
駆動装置を得ることができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の構造を示す縦断面図であ
る。

【図２】図１の実施例における回転速度と電機子鎖交磁
束量との関係を説明するための線図である。

【図３】図１の実施例における電動機の制御系の構成例
を示した回路図である。

【図４】図１の実施例における電動機で得られる出力特
性を説明するための線図である。

【図５】図１の実施例を用いて得られる車両の走行特性
を説明するための線図である。

【図６】本発明の第２実施例の構造を示す縦断面図であ
る。

【図７】本発明の第３実施例の構造を示す縦断面図であ
る。

【図８】電動機の電機子鎖交磁束量が異なるときの電動
機出力の違いを比較して示した線図である。

【符号の説明】

１ 直流電動機 ２ 固定子 ３ 回転子 ７ 回転軸 ９ 車輪 １０ 遠心ガバナ機構 １１ 固定子鉄心 １２ 電機子巻線 １３ 固定子磁極 １６ 回転子磁極

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電動機を駆動源として車両の車輪を
   回転駆動する電動車両用駆動装置において、 前記電動機の電機子巻線に鎖交する有効磁束量を調節す
   る磁束調節手段を具備したことを特徴とする電動車両用
   駆動装置。
2. 【請求項２】 前記直流電動機は、回転子磁極と固定子
   磁極とが径方向に対向する構造を有し、 前記磁束調節手段は、前記電動機の回転子磁極と固定子
   磁極との対向面積を変化させるように、該電動機の回転
   子と固定子との間に軸線方向の相対的な変位を生じさせ
   るスラスト機構からなっている請求項１に記載の電動車
   両用駆動装置。
3. 【請求項３】 前記回転子の回転軸は前記車輪との間に
   軸線方向への変位のみが許容される状態で該車輪に結合
   され、 前記スラスト機構は、前記車輪の回転速度の上昇に伴っ
   て前記回転子磁極と固定子磁極との対向面積を減少させ
   るように前記回転軸を駆動する遠心ガバナ機構からなっ
   ている請求項２に記載の電動車両用駆動装置。
4. 【請求項４】 前記スラスト機構は、電動機の回転速度
   を検出する速度検出手段の出力信号に応動し回転速度の
   上昇に伴って前記電動機の回転子磁極と固定子磁極との
   対向面積を減少させるように前記固定子を軸線方向に変
   位させるアクチュエータからなっている請求項２に記載
   の電動車両用駆動装置。
5. 【請求項５】 前記スラスト機構は、前記電動機の固定
   子に連結された手動操作部材と、該手動操作部材の操作
   により前記電動機の回転子磁極と固定子磁極との対向面
   積を変化させるように前記固定子を軸線方向に変位させ
   る手動操作機構とからなっている請求項２に記載の電動
   車両用駆動装置。
6. 【請求項６】 前記直流電動機は、固定子磁極と回転子
   磁極とが軸線方向に対向する構造を有し、 前記磁束調節手段は、前記電動機の回転子磁極と固定子
   磁極との間のギャップを変化させるように該電動機の前
   記回転子と固定子との間に軸線方向の相対的な変化を生
   じさせるスラスト機構からなっている請求項１に記載の
   電動車両用駆動装置。