WO2012164894A1 - 電気式暖房装置および電気自動車 - Google Patents

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Definitions

  • Electric heating devices used in electric vehicles are roughly classified into a heat pump heating device and a ceramic heater heating device. Ceramic heaters using an air heating method and ceramic heaters using a water heating method are known as ceramic heaters. Electric vehicle heating devices using heat pumps are described in, for example, Patent Documents 1 to 3.
  • JP-A-9-118126 Japanese Patent Laid-Open No. 11-105537 JP 2000-033916 A JP 2010-154737 A Japanese Patent No. 4337961
  • the present invention is suitable as a heating device for an electric vehicle, and since the heat source and the blower can be integrally configured, an electric heating device having a novel structure with a simple configuration is provided. Objective.
  • the present invention further facilitates downsizing of the heat source because the upper limit of the temperature of the heat source is relatively high, and does not include wiring and piping to the heat source.
  • An object of the present invention is to provide an electric heating device having excellent maintainability of a device.
  • Another object of the present invention is to provide an electric vehicle including the electric heating device.
  • the above object of the present invention is to provide a disk-shaped stator including a plurality of stator coils arranged along the circumferential direction so as to generate a rotating magnetic field, and a plurality of stator coils arranged corresponding to the plurality of stator coils, respectively. And a disk-shaped rotor that supports the one-turn coil and includes a soft magnetic metal plate disposed on the opposite side of the stator from the one-turn coil and is driven to rotate by the rotating magnetic field.
  • an electric heating device comprising an air blower having an impeller fixed on the opposite side of the one-turn coil on the soft magnetic metal plate and including a plurality of blades rotating integrally with the rotor. Is done.
  • the electric vehicle of the present invention includes the electric heating device of the present invention.
  • the rotor that constitutes the heat source and the blower that generates the air flow heated by the heat from the heat source are integrally disposed.
  • the device configuration is simplified.
  • the upper limit temperature of the rotor constituting the heat source can be made relatively high, and the heat source can be easily downsized even when high heating capacity is obtained.
  • the rotating part in which the rotor that constitutes the heat source and the blower that generates the airflow are integrally configured does not require connection of wiring and piping.
  • the rotating part which is a part, can be easily attached and detached, so that a heating device excellent in maintainability such as cleaning and filter replacement can be obtained.
  • the heating device for example, by providing the heating device for each of a plurality of airflow outlets in the vehicle, the heating temperature can be controlled for each vehicle portion, and installation of a blower duct or the like is not required. Therefore, it is possible to improve the arrangement efficiency of the devices in the vehicle.
  • FIG. 1 is a partially broken side view of a heating apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the heating device 100 includes a stator (stator) 10, a rotor (rotor) 20, a sirocco fan (blower) 30, and a casing 40 that are disposed on the front side of the stator 10 with a gap therebetween.
  • the stator 10 and the casing 40 are used, for example, fixed at predetermined positions in an electric vehicle, for example.
  • the stator 10 and the rotor 20 are induction motors that constitute the drive unit of the heating device 100.
  • the sirocco fan 30 constitutes a driven part of the induction motor, and is rotatably supported by the casing 40 together with the rotor 20.
  • the rotor 20 faces the stator 10 with a predetermined gap, for example, with a gap of about 2 to 10 mm.
  • FIG. 2 is a front view showing the configuration of the stator 10.
  • the stator 10 is composed of a coil array including eight stator coils 11 arranged at equal intervals in the circumferential direction.
  • the coil array is composed of two coil groups including four stator coils 11 each of which is connected in series. Stator coils 11 belonging to one coil group and stator coils 11 belonging to the other coil group are alternately arranged.
  • the first AC power source sin power source
  • a second AC power source cos power source whose frequency and voltage are controlled is applied to the power source.
  • Each stator coil 11 is wound on a bobbin covering a magnetic core 12, and each magnetic core 12 is supported on a support plate 13 constituting a magnetic circuit.
  • the support plate 13 is made of, for example, permalloy, and the stator coil 11 is made of, for example, a copper wire.
  • the magnetic core 12 is made of ferrite, for example.
  • FIG. 3 is a rear view of the rotor 20.
  • the rotor 20 includes a disk-shaped soft magnetic metal plate 21 having a thickness of about 3 to 5 mm and eight one-turn coils 22 fixed on the surface of the soft magnetic metal plate 21 and arranged at equal intervals in the circumferential direction. Including.
  • the one-turn coil 22 is arranged corresponding to the stator coil 11, receives a rotating magnetic field generated in the coil array, generates a circulating current, generates Joule heat by the circulating current, and rotates via the circulating current. It is rotationally driven by a magnetic field.
  • the soft magnetic metal plate 21 receives the rotating magnetic field of the stator coil 11 and generates an eddy current inside.
  • FIG. 5 is a front view of the casing 40.
  • the casing 40 includes a main body portion 41 that sucks the air flow 52 (FIG. 4) from the intake hole 43 and an air flow discharge portion 42 that extends from the main body portion 41 and discharges the air flow 53.
  • a louver made up of a large number of vanes 44 is formed in the intake hole 43.
  • the casing 40 is made of a resin having high heat insulation properties, and the thermal efficiency of the entire heating device is enhanced by selecting this material.
  • the casing 40 has a protection function that surrounds and protects the sirocco fan 30 as a whole, and a rectification function that rectifies the air flow.
  • the casing only needs to have a rectifying function, and does not necessarily require a sirocco fan to surround the entire sirocco fan or a protective function for protecting it.
  • a two-phase alternating current whose frequency and voltage (power) are controlled is applied to each coil group of the coil array to generate a rotating magnetic field. Due to this rotating magnetic field, a circulating current is generated in the one-turn coil 22 of the rotor 20, and an eddy current is generated in the soft magnetic metal plate 21.
  • the rotor 20 is given a rotational driving force from the stator 10 by the generated circulating current and eddy current and the rotating magnetic field. Further, Joule heat is generated in the one-turn coil 22 and the soft magnetic metal plate 21 by these circulating current and eddy current.
  • an AC energy converter induction motor
  • a stator and a rotor similar to the stator 10 and the rotor 20 is described in Japanese Patent Laid-Open No. 10-98860. This document is incorporated into the present invention by reference.
  • FIG. 6 shows the characteristics measured by the heating device that was prototyped as an example of the present invention.
  • the heating capacity was measured by how much the intake air temperature of 20 ° C. could be warmed at a predetermined frequency and a predetermined rotation speed. The temperature reached by the rotor at that time was also measured.
  • the power source of the heating device was obtained by an inverter device using a battery as a power source.
  • the gap between the stator 10 and the rotor 20 was 2.6 mm.
  • gap can be selected in the range of about 2 mm to about 10 mm, for example.
  • the impeller of the sirocco fan 30 had an outer diameter of 120 mm and an axial length of 53 mm.
  • the blades and the frame were made of aluminum having a thickness of 1 mm.
  • a 1.5 kHz two-phase alternating current having a phase difference of 90 degrees was applied to the coil array of the stator 10 of the prototype heating device.
  • the applied voltage was adjusted and the power consumption was controlled so that the rotation speed of the sirocco fan 30 was 1500 rpm, the characteristics shown in FIG. 6 were obtained.
  • the rotor temperature and the discharge air flow temperature were almost saturated, and the power consumption at that time was 446 W.
  • the calorific value at this time was calculated to be about 400 W. Therefore, the power consumption by the blast power was about 46W.
  • the saturated discharge air flow temperature was 33.7 ° C., and it was confirmed that sufficient heating capacity was obtained. Further, the saturation temperature of the rotor 20 at that time was 171 ° C.
  • FIG. 7 shows the measurement results of the motor characteristics of the heating device of the above example.
  • 2 mm and 10 mm were adopted as the gap (GAP) between the stator 10 and the rotor 20.
  • GAP gap between the stator 10 and the rotor 20.
  • two-phase alternating current having a frequency of 400 Hz and a power supply voltage of 30 V and 50 V was applied, and electric characteristics and generated torque from the start-up were measured.
  • the motor was started up several times, and the characteristics were measured each time. From the characteristics of FIG. 7, it can be understood that the selection / control of the torque that gives the air volume required for the sirocco fan is possible by selecting the gap length, the applied voltage, and the power supply frequency. Note that the control of the calorific value itself is preferably performed by controlling the applied voltage and / or the power supply frequency.
  • frequency and / or voltage (power) control can be used for each adjustment of the heating temperature and the heating air speed.
  • control in the range of 0.2 kHz to 5 kHz as the frequency is effective, and control in the range of 50 W to 500 W is effective as the power control.
  • the upper limit of the reached temperature of the rotor 20 is about 500 ° C. in consideration of the used materials and environmental conditions.
  • the heating device used in the above embodiment if about 5 to 10 heating devices are installed, the heating capacity required for the vehicle heating device can be obtained. In this case, for example, by arranging a heating device for each airflow outlet, it is not necessary to install an air duct and the like, and an improvement in equipment arrangement efficiency in the vehicle can be expected. In this case, it is possible to further set the temperature for each part in the vehicle.
  • the preferable heating temperature of the upper body can be set individually from 24 ° C. to 28 ° C.
  • the preferable heating temperature of the lower body can be set from 28 ° C. to 32 ° C.
  • a gap may be provided between the stator 10 and the rotor 20, or an insulating material may be interposed therebetween.
  • the stator 10 can be embedded and installed at a position that cannot be seen from the inside of the vehicle body, and the rotor 20 can be arranged on the indoor side so as to face the stator 10.
  • a large number of stators may be arranged in advance, and the rotor may be arranged to face only the stator at an appropriate position among the stators. In this way, the number and arrangement of the heating devices can be determined at the final stage of vehicle manufacture.
  • capacitance of the motor of the heating apparatus of the said Example is designed largely according to it, for example.
  • a heating capability comparable to that of a conventional heating device using engine exhaust heat can be obtained.
  • the reached temperature of the rotor is preferably set to about 200 ° C. to 500 ° C.
  • the rotor can be downsized and the heat capacity of the rotor can be reduced. In this case, the rise time of the heating device can be shortened, and efficient vehicle heating becomes possible.
  • the types of motors described in Patent Literature 4 and Patent Literature 5 can be suitably used.
  • the electric motor used in the heating device of the present invention is not limited to the induction motor described in these patent documents as long as the rotor constituting the heat source rotates integrally with the blower.
  • adopted the sirocco fan as an air blower was shown.
  • the blower used in the heating device of the present invention is not necessarily limited to a sirocco fan, and can be fixed to a rotor serving as a heat source that generates Joule heat by eddy current and / or circulating current, and can rotate integrally therewith. If so, various types of blowers can be used.
  • produces a rotating magnetic field by a two-phase alternating current was shown, you may generate
  • the rotor that constitutes the heat source and the blower that generates the air flow including the heat from the heat source are integrally arranged, so that the device configuration is simplified.
  • the heating device of the present invention wiring and piping connection are not required for the rotating portion in which the rotor constituting the heat source and the blower that generates the air flow are integrally formed. For this reason, it is easy to attach and detach the rotating part, which is the main part for maintenance of the heating device in an electric vehicle or the like, and the maintenance of the apparatus is simplified.
  • the electric heating apparatus of this invention is not limited only to the structure of the said embodiment or an Example, The said embodiment and Heating apparatuses in which various modifications and changes are made from the configuration of the embodiment are also included in the scope of the present invention.

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Abstract

【課題】電気自動車の暖房に好適で、新規な構造を有する電気式暖房装置を提供する。 【解決手段】電気式暖房装置（１００）は、回転磁界を発生するように円周方向に沿って配列された複数のステータコイル（１１）を含むステータ（１０）と、ステータコイル（１１）に対応して配置される複数のワンターンコイル（２２）、および、ワンターンコイル（２２）を支持する軟磁性金属板（２１）を含むディスク状のロータ（２０）とを有する電動機と、軟磁性金属板（２１）上にワンターンコイル（２２）と反対側に固定され、ロータ（２０）と一体的に回転する複数の羽根（３３）を含む羽根車を有する送風機とを備える。

Description

電気式暖房装置および電気自動車
本発明は、電気式暖房装置および電気自動車に関し、更に詳しくは、電気自動車の暖房装置として好適な電気式暖房装置およびこれを備えた電気自動車に関する。
従来は、車両用の暖房装置には、エンジンからの排熱が一般的に利用されてきた。しかし、今後の爆発的普及が予想されている電気自動車（ＥＶ）では、エンジン排熱が利用できないので、バッテリ電源をエネルギー源とする、性能のよい電気式暖房装置の出現が望まれている。
電気自動車で利用されている電気式暖房装置には、大きく分けて、ヒートポンプ方式の暖房装置と、セラミックヒータの暖房装置とがある。セラミックヒータには、空気加熱方式を用いるセラミックヒータと、水加熱方式を用いるセラミックヒータとが知られている。ヒートポンプを利用した電気自動車の暖房装置は、例えば特許文献１～３などに記載されている。
特開平９－１１８１２６号公報 特開平１１-１０５５３７号公報 特開２０００-０３３９１６号公報 特開２０１０-１５４７３７号公報 特許第４３３７９６１号明細書
従来のヒートポンプ方式やセラミックヒータなどの電気式暖房装置では、以下に述べるような克服すべき欠点がある。
　第１は、発熱体(熱源）と送風機とが別体であるため、装置構成が複雑なことである。第２は、熱源の温度上限が３５０℃程度と比較的低温であるため、熱源が大型になりやすいことである。第３は、熱源には一般に配線および配管の双方が付属するため、車両に対する熱源の脱着が容易ではなく、装置のメンテナンスが困難なことである。
本発明では、上記に鑑み、電気自動車のための暖房装置として好適であり、熱源と送風機とが一体的に構成できるため、構成が簡素である新規な構造の電気式暖房装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記目的の達成に当たり、更に、熱源の温度上限が比較的に高いため、熱源の小型化が容易であり、かつ、熱源に配線および配管が付属しないため、熱源の脱着が容易であり装置のメンテナンス性に優れた電気式暖房装置を提供することを目的とする。
本発明は、更に、上記電気式暖房装置を備える電気自動車を提供することを目的とする。
本発明の上記目的は、回転磁界を発生するように円周方向に沿って配列された複数のステータコイルを含むディスク状の固定子と、前記複数のステータコイルにそれぞれ対応して配置される複数のワンターンコイル、および、該ワンターンコイルを支持し該ワンターンコイルの前記固定子と反対側に配置された軟磁性金属板を含み、前記回転磁界により回転駆動されるディスク状の回転子とを有する電動機と、
前記軟磁性金属板上に前記ワンターンコイルと反対側に固定され、前記回転子と一体的に回転する複数の羽根を含む羽根車を有する送風機とを備えることを特徴とする電気式暖房装置によって達成される。
本発明の電気自動車は、上記本発明の電気式暖房装置を備えることを特徴とする。
本発明の電気式暖房装置(以下、単に暖房装置とも呼ぶ）では、熱源を構成する回転子と、熱源からの熱で加熱された空気流を発生させる送風機とが一体的に配置されるので、装置構成が簡素となる。
本発明の暖房装置では、熱源を構成する回転子の上限温度を比較的に高温とすることができ、高い暖房能力を得る場合にも、熱源の小型化が容易である。
本発明の暖房装置では、熱源を構成する回転子と空気流を発生させる送風機とが一体的に構成される回転部分には、配線および配管の接続を要しないので、暖房装置のメンテナンスを行う主要部分である回転部分の脱着が容易であり、このため洗浄、フィルタ交換などのメンテナンス性に優れた暖房装置が得られる。
本発明の電気自動車では、例えば車両内の複数の空気流吹出し口毎に上記暖房装置を備えることにより、車両部分毎に暖房温度の制御が可能になると共に、送風ダクトなどの設置を必要としないので、車両内の機器の配置効率の向上が可能になる。
本発明の一実施形態に係る暖房装置について、その一部を破断して示す側面図 図１の暖房装置の固定子の正面図 図１の暖房装置の回転子の裏面図 図１の暖房装置の断面図 図１の暖房装置のケーシングの正面図。 本発明の一実施例の暖房装置の特性を示すグラフ。 本発明の一実施例の暖房装置の電動機特性を示すグラフ。
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る暖房装置の一部破断側面図である。なお、以下の説明では、図１の左側を前面側として説明する。暖房装置１００は、ステータ(固定子）１０と、ステータ１０の前面側にこれと空隙を隔てて配置されるロータ(回転子）２０、シロッコファン（送風機）３０、および、ケーシング４０とから構成される。暖房装置１００は、ステータ１０およびケーシング４０がそれぞれ、例えば電気自動車内の所定位置に固定されて使用される。ステータ１０およびロータ２０が、本暖房装置１００の駆動部を構成する誘導電動機である。
シロッコファン３０は、誘導電動機の被駆動部を構成し、ロータ２０と共にケーシング４０に回転可能に支持されている。ロータ２０は、所定の間隙を隔てて、例えば２～１０ｍｍ程度の空隙を隔てて、ステータ１０に対向する。
図２は、ステータ１０の構成を示す正面図である。ステータ１０は、円周方向に等間隔に並んで配置される８個のステータコイル１１を含むコイル列から成る。コイル列は、各群が直列に接続された４つのステータコイル１１から成る２つのコイル群から構成される。一方のコイル群に属するステータコイル１１と、他方のコイル群に属するステータコイル１１とが交互に並んで配置される。一方のコイル群には、周波数および電圧が制御された第１のＡＣ電源（ｓｉｎ電源）が印加され、他方のコイル群には、位相が第１のＡＣ電源から例えば９０度進み、且つ、同様に周波数および電圧が制御された第２のＡＣ電源（ｃｏｓ電源)が印加される。各ステータコイル１１は、磁心１２を覆うボビン上に巻回されており、各磁心１２は、磁気回路を構成する支持板１３上に支持される。支持板１３は例えばパーマロイで形成されており、ステータコイル１１は例えば銅線で形成される。磁心１２は例えばフェライトで形成される。
図３はロータ２０の背面図である。ロータ２０は、約３～５ｍｍ厚みのディスク状の軟磁性金属板２１と、軟磁性金属板２１の表面上に固定され、円周方向に等間隔に配置された８個のワンターンコイル２２とを含む。ワンターンコイル２２は、ステータコイル１１に対応して配列されており、コイル列に発生する回転磁界を受けて循環電流を発生し、その循環電流によりジュール熱を発生すると共に、循環電流を介して回転磁界により回転駆動される。軟磁性金属板２１は、ステータコイル１１の回転磁界を受けて内部に渦電流を発生し、その渦電流によって、ロータ２０の回転力の一部を補助すると共に、暖房装置の主な熱源として機能する。ボルト孔２３は、シロッコファン３０とロータ２０とを固定する支持ボルト３４（図４)に挿通される。なお、本明細書では、ロータ２０上のコイルを便宜上でワンターンコイルと呼称するものの、ロータ２０上のコイルは必ずしも１巻きに限る必要はなく、複数の巻数を有していてもよい。軟磁性金属板２１は、例えば鉄板で形成され、ワンターンコイル２２は、例えばアルミニウムで形成される。
図４は、シロッコファン３０、ケーシング４０およびロータ２０の各部構造およびそれらの結合関係を示す、暖房装置１００全体の断面図である。シロッコファン３０は、台座３１と、台座３１に支持されるフレーム３２と、複数の羽根３３が円周方向に配列された羽根車とを含む。シロッコファン３０の台座３１は、ベアリング５０およびベアリング支持柱５１を介して、ケーシング４０に回転可能に支持されている。ロータ２０の軟磁性金属板２１(図２）は、ボルト３４によって、シロッコファン３０のフレーム３２に固定されている。
図５は、ケーシング４０の正面図である。ケーシング４０は、吸気孔４３から空気流５２(図４)を吸い込む本体部分４１と、その本体部分４１から延びて空気流５３を吐出する空気流吐出部４２とからなる。吸気孔４３には多数の羽板４４からなるルーバが形成されている。ケーシング４０は、断熱性が高い樹脂で構成されており、この材質の選択によって暖房装置全体の熱効率を高めている。ケーシング４０は、シロッコファン３０を全体として囲んでこれを保護する保護機能と、空気流を整流する整流機能とを有する。なお、ケーシングは、整流機能を有すれば足り、シロッコファン全体を囲むことや、これを保護する保護機能までは必ずしも必要としない。
上記実施形態の暖房装置１００では、運転に際して、周波数および電圧(電力）が制御された２相交流をコイル列の各コイル群に印加して、回転磁界を発生させる。この回転磁界によって、ロータ２０のワンターンコイル２２に循環電流が発生し、また、軟磁性金属板２１には渦電流が発生する。ロータ２０には、発生した循環電流および渦電流と回転磁界とにより、ステータ１０から回転駆動力が与えられる。また、これら循環電流および渦電流によって、ワンターンコイル２２および軟磁性金属板２１にジュール熱が発生する。ロータ２０に固定されているシロッコファン３０は、ロータ２０と一体的に回転し、ケーシング４０の吸気孔４３から空気流を吸い込み、空気流吐出部４２から吐出する。このとき、ケーシング４０内に吸い込まれる空気流５２は、ロータ２０のワンターンコイル２２および軟磁性金属板２１に発生したジュール熱によって加熱され、暖い空気流５３となって、空気流吐出部４２から排出される。空気流５３は、例えば電気自動車の車内に導入されて車内を暖房する。
なお、上記ステータ１０とロータ２０と同様なステータおよびロータを備えた交流エネルギー変換器（誘導モータ）が、特開平１０－９８８６０号公報に記載されている。該文献は、参照として本願発明に組み込まれる。
図６は、本発明の一実施例として試作した暖房装置で計測された特性を示している。暖房能力は、所定周波数および所定回転数において、２０℃の吸気温度をどれだけ暖められるかによって計測した。また、そのときのロータの到達温度も計測した。暖房装置の電源は、バッテリを電源とするインバータ装置によって得られた。
試作した実施例の暖房装置では、誘導電動機の８個のステータコイル１１はそれぞれ、巻数が３０の銅線からなり、外径が１５ｍｍφのフェライト磁心１２上に券回された。ロータ２０の軟磁性金属板２１は、外径が１５０ｍｍで厚みが３．２ｍｍの鉄板から成り、その表面に外径が１５０ｍｍで厚みが２ｍｍのアルミニウム円盤が搭載された。アルミニウム円盤には、円周方向に等間隔に並んだ８つの角穴が形成され、その角穴内に軟磁性金属板２１の表面部分が埋め込まれている。この構成により、ロータ２０の背面が全体として平坦となり、かつ、８つのワンターンコイル２２が得られた。ステータ１０とロータ２０の間の空隙は２．６ｍｍとした。なお、この空隙は例えば２ｍｍ程度から１０ｍｍ程度の範囲で選定可能である。シロッコファン３０の羽根車は外径が１２０ｍｍであり、軸方向長さが５３ｍｍであった。羽根およびフレームは、厚みが１ｍｍのアルミニウムで形成した。
試作した暖房装置のステータ１０のコイル列に、位相が９０度異なる１．５ｋＨｚの２相交流を印加した。印加電圧を調整し、シロッコファン３０の回転数が１５００ｒｐｍとなるように消費電力を制御したとき、図６に示す特性が得られた。図示のように、運転開始から約２４０秒後には、ロータ温度および吐出空気流温度がほぼ飽和し、そのときの消費電力が４４６Ｗであった。このときの発熱量を計算すると約４００Ｗであった。従って、送風動力による消費電力は約４６Ｗであった。吸気温度２０℃に対し、飽和した吐出空気流温度が３３．７℃であり、十分な暖房能力が得られることが確認できた。また、そのときのロータ２０の飽和温度は１７１℃であった。
図７は、上記実施例の暖房装置の電動機特性の測定結果を示す。特性の測定に際しては、ステータ１０とロータ２０の間の空隙（ＧＡＰ）として２ｍｍ、および、１０ｍｍを採用した。これら空隙を有する電動機について、周波数が４００Ｈｚ、電源電圧が３０Ｖおよび５０Ｖの２相交流を印加して、起動時からの電気特性および発生トルクを測定した。電動機の起動を複数回行って、その都度特性を測定した。図７の特性から、空隙長、印加電圧および電源周波数の選定によって、シロッコファンに必要とされる風量を与えるトルクの選定／制御が可能なことが理解できる。なお、発熱量の制御自体は、好ましくは、印加電圧および／または電源周波数の制御によって行われる。
上記測定結果から、本実施例の暖房装置では、暖房温度および暖房風速の各調整には、周波数および／または電圧（電力）の制御を用いることが出来る。例えば、周波数として０．２ｋＨｚ～５ｋＨｚの範囲での制御が、電力の制御として５０Ｗ～５００Ｗの範囲の制御が有効であった。ロータ２０の到達温度の上限は、使用した材料や環境条件から勘案して、約５００℃である。
車両の暖房電力として一般的に、小型車では２４００Ｗが、大型車では３９１０Ｗが必要である（自動車工学ハンドブック）。上記実施例で使用した暖房装置の場合には、５～１０個程度の暖房装置を設置すれば、車両の暖房装置として必要な暖房能力が得られる。この場合には、例えば各空気流の吹出し口毎に暖房装置を配置することで、送風ダクトなどの設置が不要となり、車両内の機器配置効率の向上が期待できる。この場合には、更に車内の各部分ごとに細かな温度設定が可能になる。例えば、上半身の好ましい暖房温度２４℃～２８℃、および、下半身の好ましい暖房温度２８℃～３２℃を、個別に設定できる。
本発明の暖房装置を車両の暖房装置として使用する場合には、ステータ１０とロータ２０との間は空隙としてもよく、或いは、その間に絶縁材料を介在させてもよい。後者の場合には、例えば、車両のボディー内で室内からは見えない位置にステータ１０を埋設して設置し、室内側にそのステータ１０と対向させてロータ２０を配置することができる。この場合には、予めステータを多数個配置しておき、そのステータのうち適当な位置のステータのみにロータを対向させて配置してもよい。このようにすると、暖房装置の数や配置が、車両製造の最終段階で決定可能である。
なお、１台の車両に上記実施形態の暖房装置１台を設置する場合には、例えば上記実施例の暖房装置のモータの容量を、それに合わせて大きく設計する。これによって、従来のエンジン排熱を利用した暖房装置と同程度の暖房能力が得られる。
本発明の暖房装置では、ロータの到達温度は、好ましくは約２００℃～５００℃に設定される。ロータの到達温度を高く設定することにより、ロータの小型化が可能であり、ロータの熱容量を小さくすることができる。この場合、暖房装置の立ち上がり時間を短くすることができ、効率的な車両暖房が可能になる。
上記実施形態の暖房装置の誘導電動機としては、特許文献４および特許文献５に記載された形式の電動機が好適に使用可能である。しかし、本発明の暖房装置に使用される電動機は、熱源を構成するロータが送風機と一体的に回転する構造であれば、これら特許文献に記載された誘導電動機には限定されない。
上記実施形態では、送風機としてシロッコファンを採用した例を示した。シロッコファンを採用したことにより、暖房装置のサイズの縮小が容易になる。しかし、本発明の暖房装置に使用される送風機は、必ずしもシロッコファンに限定されず、渦電流および／または循環電流によってジュール熱を発生させる熱源となるロータに固定でき、これと一体的に回転可能であれば足り、種々の形式の送風機が使用可能である。また、回転磁界を２相交流によって発生させる例を示したが、回転磁界は、３相以上の多相交流によって発生させてもよい。
以上、説明したように、本発明の暖房装置では、熱源を構成するロータと、熱源からの熱を含む空気流を発生させる送風機とが一体的に配置されるので、装置構成が簡素となる。
更に、本発明の暖房装置では、熱源を構成するロータと空気流を発生させる送風機とが一体的に構成される回転部分には、配線および配管の接続を要しない。このため、電気自動車などで暖房装置のメンテナンスを行う主要部分である回転部分の脱着が容易であり、装置のメンテナンスが簡単になる。
以上、本発明をその好適な実施形態および実施例に基づいて説明したが、本発明の電気式暖房装置は、上記実施形態や実施例の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態および実施例の構成から種々の修正及び変更を施した暖房装置も、本発明の範囲に含まれる。

Claims (10)

  1. 回転磁界を発生するように円周方向に沿って配列された複数のステータコイルを含むディスク状の固定子と、前記複数のステータコイルにそれぞれ対応して配置される複数のワンターンコイル、および、該ワンターンコイルを支持し該ワンターンコイルの前記固定子と反対側に配置された軟磁性金属板を含み、前記回転磁界により回転駆動されるディスク状の回転子とを有する電動機と、
    　前記軟磁性金属板上に前記ワンターンコイルと反対側に固定され、前記回転子と一体的に回転する複数の羽根を含む羽根車を有する送風機と、
    を備えることを特徴とする電気式暖房装置。
  2. 前記送風機がシロッコファンであることを特徴とする請求項１に記載の電気式暖房装置。
  3. 　前記回転磁界が、２相交流によって発生されることを特徴とする請求項１または２に記載の電気式暖房装置。
  4. 　前記複数のステータコイルが、所定の周波数及び電圧の交流電圧が印加される第１群のステータコイルと、前記第１群のステータコイルに印加される交流電圧とは位相が９０°異なる交流電圧が印加される第２群のステータコイルとを含み、前記ディスク上の固定子の円周方向に沿って、前記第１群のステータコイルと第２群のステータコイルとが交互に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の電気式暖房装置。
  5. 　前記第１群および第２群のステータコイルに印加される交流電圧の周波数が０．２ｋＨｚから５ｋＨｚの範囲で調整可能であることを特徴とする請求項４に記載の電気式暖房装置。
  6. 　前記第１群および第２群のステータコイルに供給される交流電力が５０Ｗから５００Ｗの範囲で調整可能であることを特徴とする請求項４または５に記載の電気式暖房装置。
  7. 　前記固定子と前記回転子とが、２ｍｍから１０ｍｍの隙間を隔てて対向していることを特徴とする請求項１から６いずれかに記載の電気式暖房装置。
  8. 請求項１または２に記載の電気式暖房装置を備えたことを特徴とする電気自動車。
  9. 前記電気式暖房装置を、車両内の複数の空気流吹出し口毎に備えたことを特徴とする請求項８に記載の電気自動車。
  10. 前記電気式暖房装置における暖房能力が複数の空気流吹出し口毎に調整可能であることを特徴とする請求項９に記載の電気自動車。
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