電気自動車用モータ及び充電装置
【課題】モータに給電用の２次コイルを設けることなく、充電時の受電ロスを減少させた電気自動車用モータを提供する。
【解決手段】電気自動車用のモータ７は、永久磁石１９ａ、１９ｂを備えるロータ１５と、ステータ２１とを備える。ステータ２１は、ロータ１５に対向する駆動用ティース２７と、充電時に給電トランス５３と対向する給電用ティース２５とを備えたステータコア２３のバックヨークに、コイル２９がトロイダル状に巻かれている。充電時には、外部電源６１に接続された１次コイル５９が巻かれた給電用ティース５７がモータ７の給電用ティース２５に近接され、給電トランス５３の１次コイル５９とモータ７のコイル２９とが電磁結合して充電用電力を受電する。
【解決手段】電気自動車用のモータ７は、永久磁石１９ａ、１９ｂを備えるロータ１５と、ステータ２１とを備える。ステータ２１は、ロータ１５に対向する駆動用ティース２７と、充電時に給電トランス５３と対向する給電用ティース２５とを備えたステータコア２３のバックヨークに、コイル２９がトロイダル状に巻かれている。充電時には、外部電源６１に接続された１次コイル５９が巻かれた給電用ティース５７がモータ７の給電用ティース２５に近接され、給電トランス５３の１次コイル５９とモータ７のコイル２９とが電磁結合して充電用電力を受電する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車用モータ及びこのモータを搭載した電気自動車に充電する充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載したバッテリで駆動される電気自動車は、外部電源と電気的または磁気的に結合してバッテリに電力を供給するための充電用トランスを備えている。この充電用トランスのコスト及び重量・容積を削減するため、駆動コイルとは別に、モータのステータコアの外周に複数のスロットを設け、このスロットに１次コイルと２次コイルを巻線して充電用トランスとモータとを共用する技術が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−８７７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術においても、充電の際に使用する１次コイルと２次コイルをステータコアに設ける必要があり、コスト・重量・容積が増加するという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記問題点を解決するために、本発明は、電気自動車用モータに、永久磁石型ロータと、ステータコアの少なくとも一部のバックヨークにトロイダル状に巻かれたコイルと、ステータコアの駆動用ティースとは異なる周部に突出した給電用ティースと、を備え、給電用ティースを介して前記コイルと外部給電側のコイルとを電磁結合させることにより、充電用電力を受電することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、コイルをトロイダル状に巻いて外側給電側のコイルと給電用ティースとが電磁結合することによってコイルに鎖交磁束を発生させて充電するようにしているため、充電時に給電側から供給される磁束はロータを鎖交することなくコイルを鎖交することができる。このため外部電源から受電するための２次コイルをモータのステータに設ける必要がないため、モータのコスト・重量・容積を低減することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】（ａ）本発明に係る電気自動車用モータの実施例１を搭載した電気自動車の概念図、（ｂ）実施例１のモータの構造を説明する周方向展開図である。
【図２】（ａ）実施例１のモータにおける給電用ティースが円筒形モータケースの底面から露出している場合の構成図、（ｂ）モータの軸方向から給電トランスを接近させて給電する場合の斜視図である。
【図３】（ａ）実施例２のモータにおけるモータ極数より少ない給電用ティースから給電する場合の構成図、（ｂ）円筒形モータケースの側面から給電用ティースが露出している場合の斜視図である。
【図４】（ａ）実施例３のモータにおける充電対象バッテリの電圧によりモータコイルの巻数を切り換える場合の構成図、（ｂ）実施例３の回路接続図である。
【図５】（ａ）実施例４のモータにおけるモータ駆動時のコイル接続を示す周方向展開図、（ｂ）実施例４のモータにおける給電時のコイル接続を示す周方向展開図である。
【図６】実施例５におけるモータの車両搭載状態を説明する概念図である。
【図７】実施例６におけるモータの車両搭載状態を説明する概念図である。
【図８】ステータ重量の比較により本発明の効果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
次に図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１（ａ）は、本発明に係る電気自動車用モータの実施例１を搭載した電気自動車１の概念図である。図１（ｂ）は、電気自動車１に搭載したモータ７の構造を説明する周方向展開図である。電気自動車１は、駆動用バッテリ３と、駆動用バッテリ３から供給される直流電力を３相交流電力に変換するインバータ５と、インバータ５が供給する３相交流電力で駆動されるモータ７とを備えている。モータ７の出力は、ドライブシャフト９を回転させ、ドライブシャフト９は、駆動輪１１を回転させることにより、電気自動車１が走行する。電気自動車１を充電する外部電源６１は、モータ７と電磁結合して充電電力を供給する給電トランス５３を備えている。
【００１０】
尚、インバータ５は、電気自動車１の回生制動時や外部電源６１から充電する際に、モータ７から供給される交流電圧を整流して駆動用バッテリ３へ充電する機能を有するものとする。
【００１１】
モータ７は、アキシャルギャップタイプでロータ１５とステータ２１とを備える。ロータ１５は、軟磁性体のロータコア１７に永久磁石１９ａと永久磁石１９ｂとが埋め込まれている。永久磁石１９ａは、ステータ側へＮ極を向け、永久磁石１９ｂはＳ極を向けている。図１（ｂ）中の破線は、図中中央の駆動用ティースがＳ極に磁化された場合の磁束の流を示す。
【００１２】
ステータ２１は、ステータコア２３と、ロータ１５に対向する駆動用ティース２７と、給電時に給電トランス５３と対向する給電用ティース２５と、ステータコア２３にトロイダル状に巻かれたＵ，Ｖ，Ｗ各相のコイル２９とを備えている。コイル２９は、駆動用のコイルと充電用の２次コイルとを兼ねるコイルである。ステータコア２３と給電用ティース２５と駆動用ティース２７とは、電磁鋼板の積層材や粉末軟磁性材料の焼結材で一体として成型されている。
【００１３】
給電トランス５３は、トランスコア５５と、給電用ティース５７と、１次コイル５９とを備えている。トランスコア５５と給電用ティース５７とは、電磁鋼板の積層材や粉末軟磁性材料の焼結材で一体として成型されている。
【００１４】
電気自動車１の充電時には、給電トランス５３の給電用ティース５７は、モータ７の給電用ティース２５と対向する位置に配置される。これにより給電トランス５３の１次コイル５９とモータ７のコイル２９とが電磁結合して、外部電源６１から３相交流電力がコイル２９のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に伝えられる。コイル２９に伝えられた３相交流電力は、インバータ５で整流されて駆動用バッテリ３へ充電される。
【００１５】
図２は、実施例１において、モータ７が給電用ティース２５を６個備え、全ての給電用ティースから給電する場合を示す図である。図２（ａ）は、モータケース内部のロータ１５とステータ２１を示す構成図である。図２（ａ）に示すように、ステータ２１は、給電用ティース２５と駆動用ティース２７とを同じ機械的な位相位置にそれぞれ６個備えている。各ティース２５、２７を接続するステータコア２３の部分には、時計回りに、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル２９がトロイダル状に巻かれている。
【００１６】
図２（ｂ）は、実施例１のモータ７の軸方向から給電トランス５３をモータ７の給電用ティース２５に接近させて給電する場合の斜視図である。図２（ｂ）に示すように、給電用ティース２５の先端部が円筒形のモータ７のモータケース底面７ａから露出している。また図２（ｂ）では、給電用ティース２５の先端部のみモータケースから露出する場合を示しているが、先端部のみではなく、給電用ティースの全部または一部がモータケース表面から露出する構造でもよい。
【００１７】
以上説明した実施例１によれば、コイルがステータコアにトロイダル状に巻かれているため、充電時に給電側から供給される磁束はロータを鎖交することなくコイルを鎖交することができる。このため外部電源から受電するための２次コイルをモータのステータに設けることなく、電磁結合により給電を受ける際の磁気抵抗を下げることが可能になり、充電効率を向上させながらモータのコスト・重量・容積を低減することができるという効果がある。
【００１８】
また実施例１によれば、モータケース表面に給電用ティースを露出させることにより、給電トランスの給電用ティースとモータの給電用ティースとの距離を近づけることができるので、給電トランスからの電力をより効率よくステータのコイルに伝送することが可能となるという効果がある。
【実施例２】
【００１９】
次に、図３を参照して、本発明に係る電気自動車用モータの実施例２を説明する。実施例２のモータ７は駆動用ティース２７の数（６）より少ない数（３）の給電用ティース２５を備え、給電用ティース２５がモータケースから露出している場合の実施例である。
【００２０】
図３（ａ）は、モータケース内部のロータ１５とステータ２１を示す構成図である。図３（ｂ）は、モータ７のコイル接続図である。図３（ｃ）は、円筒形のモータ７のモータケース側面７ｂから給電用ティース２５の先端部が露出している様子を示す斜視図である。
【００２１】
図３（ａ）に示すように、ステータ２１は、給電用ティース２５を３個と、駆動用ティース２７を６個備えている。各駆動用ティース２７を接続するステータコア２３の部分には、時計回りに、Ｕ１相、Ｖ１相、Ｗ１相、Ｕ２相、Ｖ２相、Ｗ２相の合計６個のコイル２９がトロイダル巻きで巻かれている。
【００２２】
図３（ｂ）に示すように、給電用ティース２５に隣接するＵ１相、Ｖ１相、Ｗ１相の各コイルは、中性点３３と各相の引出線との間に直接接続されている。給電用ティース２５に隣接しないＵ２相、Ｖ２相、Ｗ２相の各コイルの一端は中性点３３に接続されている。しかし、Ｕ２相、Ｖ２相、Ｗ２相の各コイルの他端は、それぞれスイッチ３１ａ、３１ｂ、３１ｃを介して各相の引出線に接続されている。
【００２３】
これらのスイッチ３１ａ、３１ｂ、３１ｃは、モータ駆動時には閉じられ、Ｕ１相とＵ２相、Ｖ１相とＶ２相、Ｗ１相とＷ２相が並列に駆動される。しかし、給電用ティース２５を介して充電用電力を受電する際には、スイッチ３１ａ、３１ｂ、３１ｃは開かれて、Ｕ２相、Ｖ２相、Ｗ２相の各コイルを切り離す。これにより、充電用電力の受電に寄与しないＵ２相、Ｖ２相、Ｗ２相の各コイルが充電用電力の放電経路となることはない。
【００２４】
図３（ｃ）は、実施例２のモータ７の半径方向から給電トランス５３をモータ７の給電用ティース２５に接近させて給電する場合の斜視図である。図３（ｃ）に示すように、給電用ティース２５の先端部が円筒形のモータ７のモータケース側面７ｂから露出している。また図３（ｃ）では、給電用ティース２５の先端部のみモータケースから露出する場合を示しているが、先端部のみではなく、給電用ティースの全部または一部がモータケース表面から露出する構造でもよい。
【００２５】
以上説明した実施例２によれば、コイルがステータコアにトロイダル状に巻かれているため、充電時に給電側から供給される磁束はロータを鎖交することなくコイルを鎖交することができる。このため外部電源から受電するための２次コイルをモータのステータに設けることなく、電磁結合により給電を受ける際の磁気抵抗を下げることが可能になり、充電効率を向上させながらモータのコスト・重量・容積を低減することができるという効果がある。
【００２６】
また実施例２によれば、モータケース表面に給電用ティースを露出させることにより、給電トランスの給電用ティースとモータの給電用ティースとの距離を近づけることができるので、給電トランスからの電力をより効率よくステータのコイルに伝送することが可能となるという効果がある。
【００２７】
さらに実施例２によれば、一部のコア（例えば図３のＵ１，Ｖ１，Ｗ１に隣接する外側に突起した給電用ティース）に給電したときに、コイルＵ１に発生する磁束とコイルＵ２に発生する磁束にアンバランスが生じ、それによる起電力に差が発生するが、スイッチ３１ａ〜３１ｃを開いてコイルＵ２，コイルＶ２，コイルＷ２を切り離すことにより、起電力の差によるコイルＵ１−Ｕ２間、コイルＶ１−Ｖ２間、コイルＷ１−Ｗ２間のぞれぞれの循環電流を抑止し、充電電力が無駄に消費されることを防止することができるという効果がある。
【実施例３】
【００２８】
次に、図４を参照して、本発明に係る電気自動車用モータの実施例３を説明する。実施例３のモータ７は、異なる電圧のバッテリに充電する際に、各コイルの巻数を切り換える巻数切換器を備えた実施例である。
【００２９】
図４（ａ）は、モータケース内部のロータ１５とステータ２１を示す構成図である。図４（ａ）に示すように、ステータ２１は、給電用ティース２５と駆動用ティース２７とを同じ機械的な位相位置にそれぞれ６個備えている。各ティース２５、２７を接続するステータコア２３の部分には、時計回りに、Ｕ１相、Ｖ１相、Ｗ１相、Ｕ２相、Ｖ２相、Ｗ２相のコイル２９がトロイダル巻きで巻かれている。
【００３０】
図４（ｂ）は、実施例３におけるバッテリからモータ７までの概略接続図である。バッテリとしては、電気自動車の駆動用バッテリ３と、補機用バッテリ３５とを備えている。駆動用バッテリ３の電圧は、例えば百［ｋＷ］程度の車両駆動出力を取り出すために、多数の単電池を直列接続した構成であり、例えば数百［Ｖ］である。これに対して、補機用バッテリ３５は、一般的な乗用車用補機を駆動するために、例えば、１２［Ｖ］である。
【００３１】
このような電圧が異なるバッテリをインバータ５から充電するために、駆動用バッテリ３とインバータ５との間にスイッチ３ａ、補機用バッテリ３５とインバータ５との間にスイッチ３５ａを備えている。さらに、モータ７の各コイルは、巻数切換器３７ａ〜３７ｆを備えている。
【００３２】
即ち、Ｕ１相のコイルは巻数切換器３７ａ、Ｕ２相のコイルは巻数切換器３７ｂ、Ｖ１相のコイルは巻数切換器３７ｃ、Ｖ２相のコイルは巻数切換器３７ｄ、Ｗ１相のコイルは巻数切換器３７ｅ、Ｗ２相のコイルは巻数切換器３７ｆ、を介してそれぞれインバータ５の各相に接続されている。巻数切換器３７ａ〜３７ｆは、具体的には、スイッチ、またはカーボンブラシのような可動接触片である。
【００３３】
駆動用バッテリ３を充電する場合には、スイッチ３ａを閉じて、スイッチ３５ａを開き、巻数切換器３７ａ〜３７ｆは、それぞれのコイルが駆動用バッテリ３を充電するのに適した大巻数となる位置へ切り換えられる。これにより図示しない給電トランスから供給される交流電力が高電圧でインバータ５へ供給され、インバータ５で整流されて直流高電圧となり、駆動用バッテリ３へ充電される。
【００３４】
補機用バッテリ３５を充電する場合には、スイッチ３ａを開き、スイッチ３５ａを閉じて、巻数切換器３７ａ〜３７ｆは、それぞれのコイルが補機用バッテリ３５を充電するのに適した小巻数となる位置へ切り換えられる。これにより図示しない給電トランスから供給される交流電力が低電圧でインバータ５へ供給され、インバータ５で整流されて直流低電圧となり、補機用バッテリ３５へ充電される。
【００３５】
以上説明した実施例３によれば、コイルがステータコアにトロイダル状に巻かれているため、充電時に給電側から供給される磁束はロータを鎖交することなくコイルを鎖交することができる。このため外部電源から受電するための２次コイルをモータのステータに設けることなく、電磁結合により給電を受ける際の磁気抵抗を下げることが可能になり、充電効率を向上させながらモータのコスト・重量・容積を低減することができるという効果がある。
【００３６】
また実施例３によれば、モータケース表面に給電用ティースを露出させることにより、給電トランスの給電用ティースとモータの給電用ティースとの距離を近づけることができるので、給電トランスからの電力をより効率よくステータのコイルに伝送することが可能となるという効果がある。
【００３７】
更に実施例３によれば、電圧の異なるバッテリへ充電する際に、巻数切換器がモータ７のコイルの巻数を切り換えるので、モータ７からインバータ５へ適切な電圧で充電用電力を供給することができ、トランスやＤＣ−ＤＣコンバータ等の電圧変換器を必要とすることなく、外部電源から電圧の異なる複数のバッテリへ充電することができるという効果がある。
【実施例４】
【００３８】
次に図５を参照して、本発明に係る電気自動車用モータの実施例４を説明する。実施例４のモータ７は、給電用ティース２５と駆動用ティース２７とをステータ２１上に互い違いに配置し、給電用ティース２５と駆動用ティース２７との間にそれぞれコイルを配置した実施例である。そして本実施例では、モータ駆動時には、隣り合う駆動用ティース間の２つのコイルを直列接続し、充電時には、隣り合う給電用ティース間の２つのコイルを直列接続することにより、モータケース外部への磁束の漏れを低減することができるという特徴がある。
【００３９】
図５（ａ）は、実施例４のモータの構造を説明する周方向展開図であり、モータ駆動時の接続を示している。図５（ｂ）は、実施例４のモータの構造を説明する周方向展開図であり、給電時の接続を示している。
【００４０】
図５（ａ），（ｂ）において、ステータコア２３には、交互に給電用ティース２５と駆動用ティース２７が形成され、給電用ティース２５と駆動用ティース２７との間にそれぞれコイルが設けられている。即ち、ステータコア２３には、図中左から順に、給電用ティース２５ａ、駆動用ティース２７ａ、給電用ティース２５ｂ、駆動用ティース２７ｂ、給電用ティース２５ｃ、駆動用ティース２７ｃが設けられている。
【００４１】
そして、給電用ティース２５ａと駆動用ティース２７ａとの間には、Ｗ相のコイルＷ２が設けられ、駆動用ティース２７ａと給電用ティース２５ｂとの間には、Ｕ相のコイルＵ１が設けられている。同様に、給電用ティース２５ｂと駆動用ティース２７ｂとの間には、Ｕ相のコイルＵ２が設けられ、駆動用ティース２７ｂと給電用ティース２５ｃとの間には、Ｖ相のコイルＶ１が設けられている。同様に、給電用ティース２５ｃと駆動用ティース２７ｃとの間には、Ｖ相のコイルＶ２が設けられ、駆動用ティース２７ｃと給電用ティース２５ａとの間には、Ｗ相のコイルＷ１が設けられている。そして、各コイルＵ１〜Ｗ２の巻数は等しくなるように設定されている。
【００４２】
これらのコイルの直列接続状態を切り換えるスイッチとして、スイッチ３９ａ〜３９ｆと、スイッチ４１ａ〜４１ｆの２群のスイッチが設けられている。これらのスイッチは、具体的には、たとえば図示しない駆動回路により駆動されるリレーの接点である。
【００４３】
次にコイルとスイッチの接続を詳細に説明する。コイルＷ２の一端は、スイッチ３９ａを介してコイルＷ１の他端に接続されている。コイルＷ２の他端は、スイッチ３９ｂを介して中性線（中性点）３３に接続されるとともに、スイッチ４１ａを介してコイルＵ１の一端に接続されている。コイルＵ１の他端は、スイッチ４１ｂを介して中性線３３に接続されるとともに、スイッチ３９ｃを介してコイルＵ２の一端に接続されている。コイルＵ２の他端は、スイッチ３９ｄを介して中性線３３に接続されるとともに、スイッチ４１ｃを介してコイルＶ１の一端に接続されている。コイルＶ１の他端は、スイッチ４１ｄを介して中性線３３に接続されるとともに、スイッチ３９ｅを介してコイルＶ２の一端に接続されている。コイルＶ２の他端は、スイッチ３９ｆを介して中性線３３に接続されるとともに、スイッチ４１ｅを介してコイルＷ１の一端に接続されている。コイルＷ１の他端は、スイッチ４１ｆを介して中性線３３に接続されるとともに、スイッチ３９ａを介してコイルＷ２の一端に接続されている。
【００４４】
図５（ａ）に示すようにモータ駆動時には、スイッチ３９ａ〜３９ｆがオンとなり、スイッチ４１ａ〜４１ｆがオフとなるように、図示しない制御回路により制御される。これにより、モータ駆動時には、駆動用ティース２７ａと駆動用ティース２７ｂとの間のコイルＵ１とコイルＵ２とが直列接続され、駆動用ティース２７ｂと駆動用ティース２７ｃとの間のコイルＶ１とコイルＶ２とが直列接続され、駆動用ティース２７ｃと駆動用ティース２７ａとの間のコイルＷ１とコイルＷ２とが直列接続される。従ってモータ駆動時の磁束は、図５（ａ）中の破線で示すようになる。ここで、コイルＵ１とコイルＵ２、コイルＶ１とコイルＶ２、コイルＷ１とコイルＷ２とがそれぞれ同じ巻数であるので、給電用ティース２５ａ、２５ｂ、２５ｃからそれぞれ外部へ漏れる磁束が打ち消しあって漏れ磁束を低減することができるという効果がある。
【００４５】
図５（ｂ）に示すように給電時には、スイッチ３９ａ〜３９ｆがオフとなり、スイッチ４１ａ〜４１ｆがオンとなるように、図示しない制御回路により制御される。これにより、給電時には、給電用ティース２５ａと給電用ティース２５ｂとの間の２つのコイルＷ２とコイルＵ１とが直列接続され、給電用ティース２５ｂと給電用ティース２５ｃとの間の２つのコイルＵ２とコイルＶ１とが直列接続され、給電用ティース２５ｃと給電用ティース２５ａとの間の２つのコイルＶ２とコイルＷ１とが直列接続される。
【００４６】
従って給電時の磁束は、例えば、給電トランスの給電用ティース５７ｂがＮ極の場合、図５（ｂ）中に破線で示すように、給電用ティース５７ｂから、給電用ティース２５ｂ、ステータコア２３、給電用ティース２５ａ、給電用ティース５７ａに至る経路、及び、給電用ティース５７ｂから、給電用ティース２５ｂ、ステータコア２３、給電用ティース２５ｃ、給電用ティース５７ｃに至る経路をとることができる。ここで、コイルＷ２とコイルＵ１、コイルＵ２とコイルＶ１、コイルＶ２とコイルＷ１とがそれぞれ同じ巻数であるので、駆動用ティース２７ａ、２７ｂ、２７ｃからそれぞれロータコア１７に漏れる磁束が打ち消しあって漏れ磁束を低減することができるという効果がある。
【００４７】
以上説明した実施例４によれば、コイルがステータコアにトロイダル状に巻かれているため、充電時に給電側から供給される磁束はロータを鎖交することなくコイルを鎖交することができる。このため外部電源から受電するための２次コイルをモータのステータに設けることなく、電磁結合により給電を受ける際の磁気抵抗を下げることが可能になり、充電効率を向上させながらモータのコスト・重量・容積を低減することができるという効果がある。
【００４８】
また実施例４によれば、モータケース表面に給電用ティースを露出させることにより、給電トランスの給電用ティースとモータの給電用ティースとの距離を近づけることができるので、給電トランスからの電力をより効率よくステータのコイルに伝送することが可能となるという効果がある。
【００４９】
また実施例４によれば、モータを駆動する走行時にはモータケースに露出した給電用ティースが磁化されることがなく、砂鉄や金属物が吸引付着することがないため信頼性が向上するという効果がある。
【００５０】
更に実施例４によれば、給電時にロータコアへ漏れる磁束がキャンセルされ、充電効率の向上やロータの振動騒音低減が図れるという効果がある。
【実施例５】
【００５１】
次に図６を参照して、本発明に係る電気自動車用モータの実施例５として、車両搭載例を説明する。図６は、電気自動車に本発明のモータを搭載した状態を説明する概念図である。電気自動車１は、アキシャルタイプのモータ７を車両底部に備える。このモータ７自体は、図２で説明した実施例１のモータである。モータ７のケース底面７ａには、図示しない給電用ティースが露出している。モータ７の上面には、傘歯車を備えたモータ出力軸７ｃが設けられている。モータ出力軸７ｃには、プロペラシャフト４５の一端部に備えられた傘歯車４３ａが噛み合っている。プロペラシャフト４５の他端部の傘歯車４３ｂは、図示しないドライブシャフトに設けられた傘歯車９ａに噛み合っている。従って、モータ出力軸７ｃの垂直方向の回転軸は、プロペラシャフト４５の車両前後方向の回転軸に変換され、更に車両左右方向に回転軸を有する図示しないドライブシャフトの回転に変換されて、駆動輪１１を駆動することができるようになっている。
【００５２】
充電用の外部電源６１に接続された給電トランス５３は、駐車場の地面や床面に設置されている。ユーザーは、規定の駐車位置に駐車することにより、給電トランス５３と、モータ７のケース底面７ａの露出した図示しない給電用ティースとが電磁結合して、外部電源６１から電気自動車１に給電することができる。
【実施例６】
【００５３】
次に図７を参照して、本発明に係る電気自動車用モータの実施例６として、異なる車両搭載例を説明する。図７は、電気自動車に本発明のモータを搭載した状態を説明する概念図である。
【００５４】
図７に示すように電気自動車１は、アキシャルタイプのモータ７を車両後部に備える。このモータ７自体は、図３で説明した実施例２の円筒形モータの側面に給電用ティースが露出するタイプである。モータ７は、動力伝達ベルト４７によりドライブシャフト９へ動力を伝え、これにより駆動輪１１が駆動される。
【００５５】
また、電気自動車１の車両後部に給電トランス５３の差込口５１と、この差込口５１を覆うハッチ４９が設けられている。ユーザーは、充電時に、ハッチ４９を開いて、給電トランス５３を差込口５１へ差し込む。これにより給電トランス５３とモータ７の円筒形ケース側面に露出した図示しない給電用ティースとが近接し、充電用電力を外部電源６１から電気自動車１に給電することができる。
【００５６】
図８は、本発明の各実施例に共通の効果を説明する図である。本発明に係る電気自動車用モータは、給電用と駆動用を兼用したコイルと、給電用ティースとを備える。そしてモータの給電用ティースと、給電トランスの給電用ティースとを電磁結合させて、充電電力を給電するので、給電用２次コイルをモータに備える必要がなくなる。
【００５７】
このため図８に示すように、駆動用コイルと給電用２次コイルとを備えた比較例に対して、本発明を適用した実施例では、ステータの重量を約２０％削減可能となり、モータの重量・容積及びコストを低減することができるという効果がある。
【符号の説明】
【００５８】
７ モータ
１５ ロータ
１７ ロータコア
１９ａ、１９ｂ 永久磁石
２１ ステータ
２３ ステータコア
２５ 給電用ティース
２７ 駆動用ティース
２９ コイル
５３ 給電トランス
５５ トランスコア
５７ 給電用ティース
５９ １次コイル
６１ 外部電源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車用モータ及びこのモータを搭載した電気自動車に充電する充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載したバッテリで駆動される電気自動車は、外部電源と電気的または磁気的に結合してバッテリに電力を供給するための充電用トランスを備えている。この充電用トランスのコスト及び重量・容積を削減するため、駆動コイルとは別に、モータのステータコアの外周に複数のスロットを設け、このスロットに１次コイルと２次コイルを巻線して充電用トランスとモータとを共用する技術が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−８７７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術においても、充電の際に使用する１次コイルと２次コイルをステータコアに設ける必要があり、コスト・重量・容積が増加するという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記問題点を解決するために、本発明は、電気自動車用モータに、永久磁石型ロータと、ステータコアの少なくとも一部のバックヨークにトロイダル状に巻かれたコイルと、ステータコアの駆動用ティースとは異なる周部に突出した給電用ティースと、を備え、給電用ティースを介して前記コイルと外部給電側のコイルとを電磁結合させることにより、充電用電力を受電することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、コイルをトロイダル状に巻いて外側給電側のコイルと給電用ティースとが電磁結合することによってコイルに鎖交磁束を発生させて充電するようにしているため、充電時に給電側から供給される磁束はロータを鎖交することなくコイルを鎖交することができる。このため外部電源から受電するための２次コイルをモータのステータに設ける必要がないため、モータのコスト・重量・容積を低減することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】（ａ）本発明に係る電気自動車用モータの実施例１を搭載した電気自動車の概念図、（ｂ）実施例１のモータの構造を説明する周方向展開図である。
【図２】（ａ）実施例１のモータにおける給電用ティースが円筒形モータケースの底面から露出している場合の構成図、（ｂ）モータの軸方向から給電トランスを接近させて給電する場合の斜視図である。
【図３】（ａ）実施例２のモータにおけるモータ極数より少ない給電用ティースから給電する場合の構成図、（ｂ）円筒形モータケースの側面から給電用ティースが露出している場合の斜視図である。
【図４】（ａ）実施例３のモータにおける充電対象バッテリの電圧によりモータコイルの巻数を切り換える場合の構成図、（ｂ）実施例３の回路接続図である。
【図５】（ａ）実施例４のモータにおけるモータ駆動時のコイル接続を示す周方向展開図、（ｂ）実施例４のモータにおける給電時のコイル接続を示す周方向展開図である。
【図６】実施例５におけるモータの車両搭載状態を説明する概念図である。
【図７】実施例６におけるモータの車両搭載状態を説明する概念図である。
【図８】ステータ重量の比較により本発明の効果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
次に図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１（ａ）は、本発明に係る電気自動車用モータの実施例１を搭載した電気自動車１の概念図である。図１（ｂ）は、電気自動車１に搭載したモータ７の構造を説明する周方向展開図である。電気自動車１は、駆動用バッテリ３と、駆動用バッテリ３から供給される直流電力を３相交流電力に変換するインバータ５と、インバータ５が供給する３相交流電力で駆動されるモータ７とを備えている。モータ７の出力は、ドライブシャフト９を回転させ、ドライブシャフト９は、駆動輪１１を回転させることにより、電気自動車１が走行する。電気自動車１を充電する外部電源６１は、モータ７と電磁結合して充電電力を供給する給電トランス５３を備えている。
【００１０】
尚、インバータ５は、電気自動車１の回生制動時や外部電源６１から充電する際に、モータ７から供給される交流電圧を整流して駆動用バッテリ３へ充電する機能を有するものとする。
【００１１】
モータ７は、アキシャルギャップタイプでロータ１５とステータ２１とを備える。ロータ１５は、軟磁性体のロータコア１７に永久磁石１９ａと永久磁石１９ｂとが埋め込まれている。永久磁石１９ａは、ステータ側へＮ極を向け、永久磁石１９ｂはＳ極を向けている。図１（ｂ）中の破線は、図中中央の駆動用ティースがＳ極に磁化された場合の磁束の流を示す。
【００１２】
ステータ２１は、ステータコア２３と、ロータ１５に対向する駆動用ティース２７と、給電時に給電トランス５３と対向する給電用ティース２５と、ステータコア２３にトロイダル状に巻かれたＵ，Ｖ，Ｗ各相のコイル２９とを備えている。コイル２９は、駆動用のコイルと充電用の２次コイルとを兼ねるコイルである。ステータコア２３と給電用ティース２５と駆動用ティース２７とは、電磁鋼板の積層材や粉末軟磁性材料の焼結材で一体として成型されている。
【００１３】
給電トランス５３は、トランスコア５５と、給電用ティース５７と、１次コイル５９とを備えている。トランスコア５５と給電用ティース５７とは、電磁鋼板の積層材や粉末軟磁性材料の焼結材で一体として成型されている。
【００１４】
電気自動車１の充電時には、給電トランス５３の給電用ティース５７は、モータ７の給電用ティース２５と対向する位置に配置される。これにより給電トランス５３の１次コイル５９とモータ７のコイル２９とが電磁結合して、外部電源６１から３相交流電力がコイル２９のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に伝えられる。コイル２９に伝えられた３相交流電力は、インバータ５で整流されて駆動用バッテリ３へ充電される。
【００１５】
図２は、実施例１において、モータ７が給電用ティース２５を６個備え、全ての給電用ティースから給電する場合を示す図である。図２（ａ）は、モータケース内部のロータ１５とステータ２１を示す構成図である。図２（ａ）に示すように、ステータ２１は、給電用ティース２５と駆動用ティース２７とを同じ機械的な位相位置にそれぞれ６個備えている。各ティース２５、２７を接続するステータコア２３の部分には、時計回りに、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル２９がトロイダル状に巻かれている。
【００１６】
図２（ｂ）は、実施例１のモータ７の軸方向から給電トランス５３をモータ７の給電用ティース２５に接近させて給電する場合の斜視図である。図２（ｂ）に示すように、給電用ティース２５の先端部が円筒形のモータ７のモータケース底面７ａから露出している。また図２（ｂ）では、給電用ティース２５の先端部のみモータケースから露出する場合を示しているが、先端部のみではなく、給電用ティースの全部または一部がモータケース表面から露出する構造でもよい。
【００１７】
以上説明した実施例１によれば、コイルがステータコアにトロイダル状に巻かれているため、充電時に給電側から供給される磁束はロータを鎖交することなくコイルを鎖交することができる。このため外部電源から受電するための２次コイルをモータのステータに設けることなく、電磁結合により給電を受ける際の磁気抵抗を下げることが可能になり、充電効率を向上させながらモータのコスト・重量・容積を低減することができるという効果がある。
【００１８】
また実施例１によれば、モータケース表面に給電用ティースを露出させることにより、給電トランスの給電用ティースとモータの給電用ティースとの距離を近づけることができるので、給電トランスからの電力をより効率よくステータのコイルに伝送することが可能となるという効果がある。
【実施例２】
【００１９】
次に、図３を参照して、本発明に係る電気自動車用モータの実施例２を説明する。実施例２のモータ７は駆動用ティース２７の数（６）より少ない数（３）の給電用ティース２５を備え、給電用ティース２５がモータケースから露出している場合の実施例である。
【００２０】
図３（ａ）は、モータケース内部のロータ１５とステータ２１を示す構成図である。図３（ｂ）は、モータ７のコイル接続図である。図３（ｃ）は、円筒形のモータ７のモータケース側面７ｂから給電用ティース２５の先端部が露出している様子を示す斜視図である。
【００２１】
図３（ａ）に示すように、ステータ２１は、給電用ティース２５を３個と、駆動用ティース２７を６個備えている。各駆動用ティース２７を接続するステータコア２３の部分には、時計回りに、Ｕ１相、Ｖ１相、Ｗ１相、Ｕ２相、Ｖ２相、Ｗ２相の合計６個のコイル２９がトロイダル巻きで巻かれている。
【００２２】
図３（ｂ）に示すように、給電用ティース２５に隣接するＵ１相、Ｖ１相、Ｗ１相の各コイルは、中性点３３と各相の引出線との間に直接接続されている。給電用ティース２５に隣接しないＵ２相、Ｖ２相、Ｗ２相の各コイルの一端は中性点３３に接続されている。しかし、Ｕ２相、Ｖ２相、Ｗ２相の各コイルの他端は、それぞれスイッチ３１ａ、３１ｂ、３１ｃを介して各相の引出線に接続されている。
【００２３】
これらのスイッチ３１ａ、３１ｂ、３１ｃは、モータ駆動時には閉じられ、Ｕ１相とＵ２相、Ｖ１相とＶ２相、Ｗ１相とＷ２相が並列に駆動される。しかし、給電用ティース２５を介して充電用電力を受電する際には、スイッチ３１ａ、３１ｂ、３１ｃは開かれて、Ｕ２相、Ｖ２相、Ｗ２相の各コイルを切り離す。これにより、充電用電力の受電に寄与しないＵ２相、Ｖ２相、Ｗ２相の各コイルが充電用電力の放電経路となることはない。
【００２４】
図３（ｃ）は、実施例２のモータ７の半径方向から給電トランス５３をモータ７の給電用ティース２５に接近させて給電する場合の斜視図である。図３（ｃ）に示すように、給電用ティース２５の先端部が円筒形のモータ７のモータケース側面７ｂから露出している。また図３（ｃ）では、給電用ティース２５の先端部のみモータケースから露出する場合を示しているが、先端部のみではなく、給電用ティースの全部または一部がモータケース表面から露出する構造でもよい。
【００２５】
以上説明した実施例２によれば、コイルがステータコアにトロイダル状に巻かれているため、充電時に給電側から供給される磁束はロータを鎖交することなくコイルを鎖交することができる。このため外部電源から受電するための２次コイルをモータのステータに設けることなく、電磁結合により給電を受ける際の磁気抵抗を下げることが可能になり、充電効率を向上させながらモータのコスト・重量・容積を低減することができるという効果がある。
【００２６】
また実施例２によれば、モータケース表面に給電用ティースを露出させることにより、給電トランスの給電用ティースとモータの給電用ティースとの距離を近づけることができるので、給電トランスからの電力をより効率よくステータのコイルに伝送することが可能となるという効果がある。
【００２７】
さらに実施例２によれば、一部のコア（例えば図３のＵ１，Ｖ１，Ｗ１に隣接する外側に突起した給電用ティース）に給電したときに、コイルＵ１に発生する磁束とコイルＵ２に発生する磁束にアンバランスが生じ、それによる起電力に差が発生するが、スイッチ３１ａ〜３１ｃを開いてコイルＵ２，コイルＶ２，コイルＷ２を切り離すことにより、起電力の差によるコイルＵ１−Ｕ２間、コイルＶ１−Ｖ２間、コイルＷ１−Ｗ２間のぞれぞれの循環電流を抑止し、充電電力が無駄に消費されることを防止することができるという効果がある。
【実施例３】
【００２８】
次に、図４を参照して、本発明に係る電気自動車用モータの実施例３を説明する。実施例３のモータ７は、異なる電圧のバッテリに充電する際に、各コイルの巻数を切り換える巻数切換器を備えた実施例である。
【００２９】
図４（ａ）は、モータケース内部のロータ１５とステータ２１を示す構成図である。図４（ａ）に示すように、ステータ２１は、給電用ティース２５と駆動用ティース２７とを同じ機械的な位相位置にそれぞれ６個備えている。各ティース２５、２７を接続するステータコア２３の部分には、時計回りに、Ｕ１相、Ｖ１相、Ｗ１相、Ｕ２相、Ｖ２相、Ｗ２相のコイル２９がトロイダル巻きで巻かれている。
【００３０】
図４（ｂ）は、実施例３におけるバッテリからモータ７までの概略接続図である。バッテリとしては、電気自動車の駆動用バッテリ３と、補機用バッテリ３５とを備えている。駆動用バッテリ３の電圧は、例えば百［ｋＷ］程度の車両駆動出力を取り出すために、多数の単電池を直列接続した構成であり、例えば数百［Ｖ］である。これに対して、補機用バッテリ３５は、一般的な乗用車用補機を駆動するために、例えば、１２［Ｖ］である。
【００３１】
このような電圧が異なるバッテリをインバータ５から充電するために、駆動用バッテリ３とインバータ５との間にスイッチ３ａ、補機用バッテリ３５とインバータ５との間にスイッチ３５ａを備えている。さらに、モータ７の各コイルは、巻数切換器３７ａ〜３７ｆを備えている。
【００３２】
即ち、Ｕ１相のコイルは巻数切換器３７ａ、Ｕ２相のコイルは巻数切換器３７ｂ、Ｖ１相のコイルは巻数切換器３７ｃ、Ｖ２相のコイルは巻数切換器３７ｄ、Ｗ１相のコイルは巻数切換器３７ｅ、Ｗ２相のコイルは巻数切換器３７ｆ、を介してそれぞれインバータ５の各相に接続されている。巻数切換器３７ａ〜３７ｆは、具体的には、スイッチ、またはカーボンブラシのような可動接触片である。
【００３３】
駆動用バッテリ３を充電する場合には、スイッチ３ａを閉じて、スイッチ３５ａを開き、巻数切換器３７ａ〜３７ｆは、それぞれのコイルが駆動用バッテリ３を充電するのに適した大巻数となる位置へ切り換えられる。これにより図示しない給電トランスから供給される交流電力が高電圧でインバータ５へ供給され、インバータ５で整流されて直流高電圧となり、駆動用バッテリ３へ充電される。
【００３４】
補機用バッテリ３５を充電する場合には、スイッチ３ａを開き、スイッチ３５ａを閉じて、巻数切換器３７ａ〜３７ｆは、それぞれのコイルが補機用バッテリ３５を充電するのに適した小巻数となる位置へ切り換えられる。これにより図示しない給電トランスから供給される交流電力が低電圧でインバータ５へ供給され、インバータ５で整流されて直流低電圧となり、補機用バッテリ３５へ充電される。
【００３５】
以上説明した実施例３によれば、コイルがステータコアにトロイダル状に巻かれているため、充電時に給電側から供給される磁束はロータを鎖交することなくコイルを鎖交することができる。このため外部電源から受電するための２次コイルをモータのステータに設けることなく、電磁結合により給電を受ける際の磁気抵抗を下げることが可能になり、充電効率を向上させながらモータのコスト・重量・容積を低減することができるという効果がある。
【００３６】
また実施例３によれば、モータケース表面に給電用ティースを露出させることにより、給電トランスの給電用ティースとモータの給電用ティースとの距離を近づけることができるので、給電トランスからの電力をより効率よくステータのコイルに伝送することが可能となるという効果がある。
【００３７】
更に実施例３によれば、電圧の異なるバッテリへ充電する際に、巻数切換器がモータ７のコイルの巻数を切り換えるので、モータ７からインバータ５へ適切な電圧で充電用電力を供給することができ、トランスやＤＣ−ＤＣコンバータ等の電圧変換器を必要とすることなく、外部電源から電圧の異なる複数のバッテリへ充電することができるという効果がある。
【実施例４】
【００３８】
次に図５を参照して、本発明に係る電気自動車用モータの実施例４を説明する。実施例４のモータ７は、給電用ティース２５と駆動用ティース２７とをステータ２１上に互い違いに配置し、給電用ティース２５と駆動用ティース２７との間にそれぞれコイルを配置した実施例である。そして本実施例では、モータ駆動時には、隣り合う駆動用ティース間の２つのコイルを直列接続し、充電時には、隣り合う給電用ティース間の２つのコイルを直列接続することにより、モータケース外部への磁束の漏れを低減することができるという特徴がある。
【００３９】
図５（ａ）は、実施例４のモータの構造を説明する周方向展開図であり、モータ駆動時の接続を示している。図５（ｂ）は、実施例４のモータの構造を説明する周方向展開図であり、給電時の接続を示している。
【００４０】
図５（ａ），（ｂ）において、ステータコア２３には、交互に給電用ティース２５と駆動用ティース２７が形成され、給電用ティース２５と駆動用ティース２７との間にそれぞれコイルが設けられている。即ち、ステータコア２３には、図中左から順に、給電用ティース２５ａ、駆動用ティース２７ａ、給電用ティース２５ｂ、駆動用ティース２７ｂ、給電用ティース２５ｃ、駆動用ティース２７ｃが設けられている。
【００４１】
そして、給電用ティース２５ａと駆動用ティース２７ａとの間には、Ｗ相のコイルＷ２が設けられ、駆動用ティース２７ａと給電用ティース２５ｂとの間には、Ｕ相のコイルＵ１が設けられている。同様に、給電用ティース２５ｂと駆動用ティース２７ｂとの間には、Ｕ相のコイルＵ２が設けられ、駆動用ティース２７ｂと給電用ティース２５ｃとの間には、Ｖ相のコイルＶ１が設けられている。同様に、給電用ティース２５ｃと駆動用ティース２７ｃとの間には、Ｖ相のコイルＶ２が設けられ、駆動用ティース２７ｃと給電用ティース２５ａとの間には、Ｗ相のコイルＷ１が設けられている。そして、各コイルＵ１〜Ｗ２の巻数は等しくなるように設定されている。
【００４２】
これらのコイルの直列接続状態を切り換えるスイッチとして、スイッチ３９ａ〜３９ｆと、スイッチ４１ａ〜４１ｆの２群のスイッチが設けられている。これらのスイッチは、具体的には、たとえば図示しない駆動回路により駆動されるリレーの接点である。
【００４３】
次にコイルとスイッチの接続を詳細に説明する。コイルＷ２の一端は、スイッチ３９ａを介してコイルＷ１の他端に接続されている。コイルＷ２の他端は、スイッチ３９ｂを介して中性線（中性点）３３に接続されるとともに、スイッチ４１ａを介してコイルＵ１の一端に接続されている。コイルＵ１の他端は、スイッチ４１ｂを介して中性線３３に接続されるとともに、スイッチ３９ｃを介してコイルＵ２の一端に接続されている。コイルＵ２の他端は、スイッチ３９ｄを介して中性線３３に接続されるとともに、スイッチ４１ｃを介してコイルＶ１の一端に接続されている。コイルＶ１の他端は、スイッチ４１ｄを介して中性線３３に接続されるとともに、スイッチ３９ｅを介してコイルＶ２の一端に接続されている。コイルＶ２の他端は、スイッチ３９ｆを介して中性線３３に接続されるとともに、スイッチ４１ｅを介してコイルＷ１の一端に接続されている。コイルＷ１の他端は、スイッチ４１ｆを介して中性線３３に接続されるとともに、スイッチ３９ａを介してコイルＷ２の一端に接続されている。
【００４４】
図５（ａ）に示すようにモータ駆動時には、スイッチ３９ａ〜３９ｆがオンとなり、スイッチ４１ａ〜４１ｆがオフとなるように、図示しない制御回路により制御される。これにより、モータ駆動時には、駆動用ティース２７ａと駆動用ティース２７ｂとの間のコイルＵ１とコイルＵ２とが直列接続され、駆動用ティース２７ｂと駆動用ティース２７ｃとの間のコイルＶ１とコイルＶ２とが直列接続され、駆動用ティース２７ｃと駆動用ティース２７ａとの間のコイルＷ１とコイルＷ２とが直列接続される。従ってモータ駆動時の磁束は、図５（ａ）中の破線で示すようになる。ここで、コイルＵ１とコイルＵ２、コイルＶ１とコイルＶ２、コイルＷ１とコイルＷ２とがそれぞれ同じ巻数であるので、給電用ティース２５ａ、２５ｂ、２５ｃからそれぞれ外部へ漏れる磁束が打ち消しあって漏れ磁束を低減することができるという効果がある。
【００４５】
図５（ｂ）に示すように給電時には、スイッチ３９ａ〜３９ｆがオフとなり、スイッチ４１ａ〜４１ｆがオンとなるように、図示しない制御回路により制御される。これにより、給電時には、給電用ティース２５ａと給電用ティース２５ｂとの間の２つのコイルＷ２とコイルＵ１とが直列接続され、給電用ティース２５ｂと給電用ティース２５ｃとの間の２つのコイルＵ２とコイルＶ１とが直列接続され、給電用ティース２５ｃと給電用ティース２５ａとの間の２つのコイルＶ２とコイルＷ１とが直列接続される。
【００４６】
従って給電時の磁束は、例えば、給電トランスの給電用ティース５７ｂがＮ極の場合、図５（ｂ）中に破線で示すように、給電用ティース５７ｂから、給電用ティース２５ｂ、ステータコア２３、給電用ティース２５ａ、給電用ティース５７ａに至る経路、及び、給電用ティース５７ｂから、給電用ティース２５ｂ、ステータコア２３、給電用ティース２５ｃ、給電用ティース５７ｃに至る経路をとることができる。ここで、コイルＷ２とコイルＵ１、コイルＵ２とコイルＶ１、コイルＶ２とコイルＷ１とがそれぞれ同じ巻数であるので、駆動用ティース２７ａ、２７ｂ、２７ｃからそれぞれロータコア１７に漏れる磁束が打ち消しあって漏れ磁束を低減することができるという効果がある。
【００４７】
以上説明した実施例４によれば、コイルがステータコアにトロイダル状に巻かれているため、充電時に給電側から供給される磁束はロータを鎖交することなくコイルを鎖交することができる。このため外部電源から受電するための２次コイルをモータのステータに設けることなく、電磁結合により給電を受ける際の磁気抵抗を下げることが可能になり、充電効率を向上させながらモータのコスト・重量・容積を低減することができるという効果がある。
【００４８】
また実施例４によれば、モータケース表面に給電用ティースを露出させることにより、給電トランスの給電用ティースとモータの給電用ティースとの距離を近づけることができるので、給電トランスからの電力をより効率よくステータのコイルに伝送することが可能となるという効果がある。
【００４９】
また実施例４によれば、モータを駆動する走行時にはモータケースに露出した給電用ティースが磁化されることがなく、砂鉄や金属物が吸引付着することがないため信頼性が向上するという効果がある。
【００５０】
更に実施例４によれば、給電時にロータコアへ漏れる磁束がキャンセルされ、充電効率の向上やロータの振動騒音低減が図れるという効果がある。
【実施例５】
【００５１】
次に図６を参照して、本発明に係る電気自動車用モータの実施例５として、車両搭載例を説明する。図６は、電気自動車に本発明のモータを搭載した状態を説明する概念図である。電気自動車１は、アキシャルタイプのモータ７を車両底部に備える。このモータ７自体は、図２で説明した実施例１のモータである。モータ７のケース底面７ａには、図示しない給電用ティースが露出している。モータ７の上面には、傘歯車を備えたモータ出力軸７ｃが設けられている。モータ出力軸７ｃには、プロペラシャフト４５の一端部に備えられた傘歯車４３ａが噛み合っている。プロペラシャフト４５の他端部の傘歯車４３ｂは、図示しないドライブシャフトに設けられた傘歯車９ａに噛み合っている。従って、モータ出力軸７ｃの垂直方向の回転軸は、プロペラシャフト４５の車両前後方向の回転軸に変換され、更に車両左右方向に回転軸を有する図示しないドライブシャフトの回転に変換されて、駆動輪１１を駆動することができるようになっている。
【００５２】
充電用の外部電源６１に接続された給電トランス５３は、駐車場の地面や床面に設置されている。ユーザーは、規定の駐車位置に駐車することにより、給電トランス５３と、モータ７のケース底面７ａの露出した図示しない給電用ティースとが電磁結合して、外部電源６１から電気自動車１に給電することができる。
【実施例６】
【００５３】
次に図７を参照して、本発明に係る電気自動車用モータの実施例６として、異なる車両搭載例を説明する。図７は、電気自動車に本発明のモータを搭載した状態を説明する概念図である。
【００５４】
図７に示すように電気自動車１は、アキシャルタイプのモータ７を車両後部に備える。このモータ７自体は、図３で説明した実施例２の円筒形モータの側面に給電用ティースが露出するタイプである。モータ７は、動力伝達ベルト４７によりドライブシャフト９へ動力を伝え、これにより駆動輪１１が駆動される。
【００５５】
また、電気自動車１の車両後部に給電トランス５３の差込口５１と、この差込口５１を覆うハッチ４９が設けられている。ユーザーは、充電時に、ハッチ４９を開いて、給電トランス５３を差込口５１へ差し込む。これにより給電トランス５３とモータ７の円筒形ケース側面に露出した図示しない給電用ティースとが近接し、充電用電力を外部電源６１から電気自動車１に給電することができる。
【００５６】
図８は、本発明の各実施例に共通の効果を説明する図である。本発明に係る電気自動車用モータは、給電用と駆動用を兼用したコイルと、給電用ティースとを備える。そしてモータの給電用ティースと、給電トランスの給電用ティースとを電磁結合させて、充電電力を給電するので、給電用２次コイルをモータに備える必要がなくなる。
【００５７】
このため図８に示すように、駆動用コイルと給電用２次コイルとを備えた比較例に対して、本発明を適用した実施例では、ステータの重量を約２０％削減可能となり、モータの重量・容積及びコストを低減することができるという効果がある。
【符号の説明】
【００５８】
７ モータ
１５ ロータ
１７ ロータコア
１９ａ、１９ｂ 永久磁石
２１ ステータ
２３ ステータコア
２５ 給電用ティース
２７ 駆動用ティース
２９ コイル
５３ 給電トランス
５５ トランスコア
５７ 給電用ティース
５９ １次コイル
６１ 外部電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を備えるロータと、
該ロータに対向する駆動用ティースを有するステータコアと、
該ステータコアの前記駆動用ティース間の少なくとも一部のバックヨークにトロイダル状に巻かれたコイルと、
前記ステータコアの前記駆動用ティースとは異なる周部に突出した給電用ティースと、
を備えたモータであって、
前記給電用ティースを介して前記コイルと外部給電側のコイルと電磁結合させることにより、充電用電力を受電することを特徴とする電気自動車用モータ。
【請求項２】
前記給電用ティースの全てまたは一部がモータケース表面に露出していることを特徴とする請求項１に記載の電気自動車用モータ。
【請求項３】
モータケース表面に露出している前記給電用ティースの隣に巻回されているコイル以外のコイルを回路から切り離すスイッチを備え、
前記外部給電側から充電用電力を受電する際に、前記スイッチを開くことを特徴とする請求項２に記載の電気自動車用モータ。
【請求項４】
前記コイルの巻数を切り換える巻数切換手段を備え、駆動用バッテリ充電時と、駆動用バッテリとは電圧が異なる補機用バッテリ充電時とで、前記コイルの巻数を切り換えることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の電気自動車用モータ。
【請求項５】
前記駆動用ティースと、前記給電用ティースとがステータの周方向に互い違いに配置されており、前記駆動用ティースと前記給電用ティースとの間にはそれぞれ等しい巻数のコイルが巻かれており、モータ駆動時には、隣り合う駆動用ティース間の２つのコイルを直列接続し、充電時には、隣り合う給電用ティース間の２つのコイルを直列接続する切換手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の電気自動車用モータ。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の電気自動車用モータを備えた電気自動車に充電する充電装置であって、
前記電気自動車用モータの給電用ティースに電磁結合して充電用交流電力を供給する外部給電側のコイルを備えたことを特徴とする充電装置。
【請求項１】
永久磁石を備えるロータと、
該ロータに対向する駆動用ティースを有するステータコアと、
該ステータコアの前記駆動用ティース間の少なくとも一部のバックヨークにトロイダル状に巻かれたコイルと、
前記ステータコアの前記駆動用ティースとは異なる周部に突出した給電用ティースと、
を備えたモータであって、
前記給電用ティースを介して前記コイルと外部給電側のコイルと電磁結合させることにより、充電用電力を受電することを特徴とする電気自動車用モータ。
【請求項２】
前記給電用ティースの全てまたは一部がモータケース表面に露出していることを特徴とする請求項１に記載の電気自動車用モータ。
【請求項３】
モータケース表面に露出している前記給電用ティースの隣に巻回されているコイル以外のコイルを回路から切り離すスイッチを備え、
前記外部給電側から充電用電力を受電する際に、前記スイッチを開くことを特徴とする請求項２に記載の電気自動車用モータ。
【請求項４】
前記コイルの巻数を切り換える巻数切換手段を備え、駆動用バッテリ充電時と、駆動用バッテリとは電圧が異なる補機用バッテリ充電時とで、前記コイルの巻数を切り換えることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の電気自動車用モータ。
【請求項５】
前記駆動用ティースと、前記給電用ティースとがステータの周方向に互い違いに配置されており、前記駆動用ティースと前記給電用ティースとの間にはそれぞれ等しい巻数のコイルが巻かれており、モータ駆動時には、隣り合う駆動用ティース間の２つのコイルを直列接続し、充電時には、隣り合う給電用ティース間の２つのコイルを直列接続する切換手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の電気自動車用モータ。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の電気自動車用モータを備えた電気自動車に充電する充電装置であって、
前記電気自動車用モータの給電用ティースに電磁結合して充電用交流電力を供給する外部給電側のコイルを備えたことを特徴とする充電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２６８５７０（Ｐ２０１０−２６８５７０Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１６６８６（Ｐ２００９−１１６６８６）
【出願日】平成２１年５月１３日（２００９．５．１３）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１３日（２００９．５．１３）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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