线性驱动行驶系统以及汽车的制作方法

专利名称：线性驱动行驶系统以及汽车的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在车辆的轮圏(wheel)中内置有车轮驱动用马达 的线性驱动行驶系统以及装载有该线性驱动行驶系统的汽车，特别涉及 具有多个定子并能够将鼓形转子的驱动转矩调整为最大转矩、并且容易 进行该转矩的调整的线'性驱动行驶系统以及汽车。
背景技术：
以往，使用发动机作为汽车的动力源，但是，近年来，作为取代该 发动机的车轮的动力源，轮马达(wheel motor)引人关注。轮马达具有如下特征动力的传递效率高，并且，能够按各车轮独 立地进行响应性良好的控制。并且，通过将轮马达分别装载在四个轮上，从而无需复杂的驱动系 统(变速器、主动轴、差动齿轮等)，就能够提高底板(floor)下的设 计自由度。关于这样的具有各种优点的轮马达， 一直以来存在种种提案。例如， 一种外转子型的轮马达，具有盘式轮圈(disk wheel),具 有轮辋(rim)部和盘部；马达定子，固定在轮毂(hub)支撑部上，轮 辋部和盘部的至少一个构成马达转子，该马达具有作为感应电动机的结 构(例如，参照专利文献1 )。另外，作为其他结构例，例如具有如下轮马达，该轮马达具有马 达转子，固定设置在轮辋部的内周侧，并具有多个转子突极部，该多个 转子突极部在朝向支撑轴的方向上突出，并且位于整个圆周上；马达定 子，固定设置在支撑轴上，并具有多个定子突极部，该多个定子突极部 在远离该支撑轴的方向上突出，并且位于整个圆周上，该轮马达作为开 关^f兹阻马达而构成(例如，参照专利文献2)。作为又一结构例的轮马达，例如具有如下轮马达该轮马达检测在 车轮的非旋转部 一体地呈多列的圆弧状或圆周状配置的多个电磁铁、在 其两侧或 一 侧对应于上述电；兹《失的位置上、且与上述电磁铁保持;微细间 隙而接触的方式将多个磁铁在圆周上等间隔安装的以非磁性材料构成
的旋转轴、与通过磁传感器进行旋转的磁铁相关的磁极以及位置，使电 流切换用半导体动作，切换电流的正负，变换电磁铁的磁极，产生驱动 力，并且，控制上述电流的断续的时间以及电量，进行车轮的旋转速度 控制(例如，参照专利文献3)。由于该外^子型轮马达容易使i出转矩增大，并且不需;减速器， 所以能够降低驱动力的损耗，并且，能够抑制弹簧下重量的增加。另外， 由于没有减速器，所以容易将马达容纳在轮圏壳内。并且，由于内侧是 空洞，所以具有能够容纳制动器等部件这样的优点。并且，根据这些结构上的优点，能够在存在转向机构的前轮上也安 装马达。由此，能够实现四车轮轮马达汽车。专利文献1:日本特开平10-305735号公报； 专利文献2:日本特开2004-343905号公冲艮； 专利文献3:日本特开平07-101252号公报。但是，在汽车的行驶中，需要控制车轮的转速，但由于在专利文献 1记载的轮马达作为感应电动机而构成，所以其转速的控制非常困难。 即， 一直以来，感应电动机主要利用于转速为恒定的设备种类，而不面 向需要控制转速的设备种类。这与感应电动机的旋转控制的困难性有关。感应电动机利用交流电压电气地产生旋转磁场，与其同步地使转子 旋转。在此，为了控制转子的转速，考虑使交流电压的电压值变化。具体地说，例如举出如下方法插入电阻而利用该电阻的电压降的 方法或进行开关控制也就是相位控制的方法。但是，在前者的情况下，损失过大而并不实用。另外，在后者的情 况下，由于响应性差，所以这也并不实用。如上所述，由于感应电动机不面向需要旋转控制的设备种类，所以 不得不说由感应电动机构成轮马达是不适合的。另外，专利文献2记载的轮马达中，转子突极部和定子突极部这两 者各自具有两个U字型的磁芯体，使转子突极部中的U字型磁芯和定 子突极部中的U字型磁芯对置为"c〕"，形成两个O字型(环状)的磁 路。在该结构中， 一个定子突极部具有的两个磁芯体共同分享由一个线 圈产生的磁场，并不形成有两个电磁铁。因此，不能够按每个磁芯体产
生不同的磁场，在用于使转子旋转的转矩控制上有限。并且，在专利文献3记载的轮马达在以旋转轴为中心的半径方向的 多个圆周上分散配置多个电磁铁。但是，由于动作原理与感应电动机相 同，所以，具有与专利文献1共同的上述问题。此外，提出在转子上使用永磁铁的被称为所谓的PM马达的马达(例 如日本特开2002-281772号公报)，但是，当使用永磁铁时，就必须采 用用于防止砂铁或铁屑的吸附的密封结构，从而结构变得复杂。发明内容本发明是鉴于上述问题而提出的，目的是提供线性驱动行驶系统和 汽车，通过与感应电动机不同的新结构来实现车轮的转速控制，并且， 能够以不使用永磁铁的简易结构迅速且可靠地调整最大转矩。为了实现该目的，本发明的线性驱动行驶系统作成如下结构，具有 轮圈，具有鼓形转子；定子，配置在该轮圈的内侧，其中，所述轮圈具 有成为该轮圈的旋转中心的旋转轴，定子具有电磁铁，该电磁铁在以旋 转轴为中心的圆周上配置有多个，并且，将多个作为一列，在旋转轴方 向上配置多列。当线性驱动行驶系统为这样的结构时，由于电磁铁在旋转轴方向上 配置有多列，所以能够实现具有多个定子的线性驱动行驶系统。并且，各电磁铁能够按各列进行不同的电流控制。例如，将一列的 电磁铁作为转子的磁化用，将其他列的电磁铁作为该被磁化的转子的旋 转控制用，适当地控制这些磁化用电磁铁和旋转控制用电磁铁，由此， 能够利用未使用永磁铁的简易结构迅速且可靠地实现最大转矩的调整。另外，本发明的线性驱动行驶系统能够为如下结构鼓形转子具有 在以所述旋转轴为中心的圓周上配置多个的圆弧状的磁芯，在这些磁芯 彼此间具有狭缝。若使线性驱动行驶系统为这种结构，不在转子中使用永磁铁就能够 以简易结构实现线性驱动行驶系统。并且，由磁化用电磁铁磁化并且能 够以与旋转控制用电磁铁的斥力或吸引力使鼓形转子旋转。另外，本发明的线性驱动行驶系统能够为如下结构具有控制在电 磁铁中流过的电流的控制单元，该控制单元将多列的电磁铁中的一部分 列的电磁铁作为用于使磁芯磁化的磁化用线圏进行控制，并且，将另一
个或两个以上的列的电磁铁作为用于使鼓形转子旋转的旋转用线圈进 ^f亍控制。当使线性驱动行驶系统为这种结构时，在转子中不使用永磁铁的结 构中，也能够使转子磁芯磁化并进行旋转控制，使鼓形转子旋转。因此， 能够以与感应电动机不同的新结构实现车轮的转速控制。并且，对磁化用线圏和旋转用线圏分别进行适当的电流控制，从而 能够迅速且可靠地调整最大转矩。本发明的线性驱动行驶系统能够为如下结构控制单元以如下方式 进行控制，即，对配置有作为磁化用线圈进行控制的电磁铁的一列中的 多个电》兹铁，切换如下情况在相邻的电f兹4夹中分别流过反向的电流， U字型地产生磁场，并将一方作为N极，将另一方作为S极；在多个电 磁铁中每隔 一 个流过电流。若使线性驱动行驶系统为这种结构，能够根据汽车的行驶状态实现 适当的磁芯磁化。例如，在汽车起动时，产生U字型磁场来使磁芯磁化。 另一方面，在汽车行驶时，由于不那么需要转矩，所以每隔一个在电磁 铁上流过电流。通过进行这样的控制，从而能够根据汽车的行驶状态产 生转矩，能够抑制无用的电流消耗。并且，在每隔一个在电磁铁中流过电流的情况下，未流过电流的电 磁铁使用行驶中的制动器操作时反电动势发电作用等，作为发电机发出 电力，所以能够使其相当于蓄电池的充电。本发明的线性驱动行驶系统能够为如下结构控制单元以如下方式 进行控制，即，对配置有作为旋转用线圈进行控制的电磁铁的一列中的 多个电磁铁，将这些多个电磁铁分为多个组，切换如下情况按各组在 一个电磁《失中流过电流，在其它电磁铁中不流过电流；4姿各组在多个电 磁铁中流过电流，在其它电磁铁中不流经电流；在所有的电磁铁中流过 电流。若线性驱动行驶系统为这种结构，则能够根据汽车的行驶状态产生 适当的转矩。例如，在汽车的起动时，在所有的电磁铁中流过电流。另 一方面，在汽车行驶时，由于不那么需要转矩，所以在各组各一个电磁 铁中流过电流。通过进行这种控制，从而能够根据汽车的行驶状态产生 转矩，能够抑制无用的电流消耗。并且，根据汽车的行驶状态，适当地控制在磁化用线圏中流过的电 流和在旋转用线圏中流过的电流这两者，从而能够迅速且可靠地调整最 大转矩。本发明的线性驱动行驶系统能够为如下结构，具有油门装置，由 驾驶员操作；操作量检测单元，对操作该油门装置的量进行检测；脉沖 发生器，当从该操作量检测单元接收检测信号时，生成与该检测信号表 示的操作量相应的频率的脉冲信号并进行输出；驱动用信号输出单元， 基于来自该脉沖发生器的脉冲信号，生成电磁铁的驱动用信号并进行输 出，控制单元基于驱动用信号，控制在多个电磁铁中流过的电流。若使线性驱动行驶系统为这种结构，则在油门装置的操作量(变化 量)大的情况下，能够提高脉沖信号的频率，使旋转用线圏的感应开关 动作上升，提高旋转速度。另一方面，在油门装置的操作量小的情况下， 能够降低脉冲信号的频率，使旋转用线圏的感应开关动作下降，降低旋 转速度。这样，能够根据油门装置的操作量适当地控制车轮的旋转速度。另外，本发明的线性驱动行驶系统能够为如下结构，定子具有定 子基体，电磁铁安装在外周，并且，形成有用于使旋转轴通过的贯通孔； 多个轴承，嵌合到该定子基体的所述贯通孔中，并且，旋转轴在内轮中 通过；旋转传感器，安装在这些多个轴承中的两个轴承之间。若使线性驱动行驶系统为这种结构，则能够在两个轴承之间安装旋 转传感器。本发明的汽车是具有多个车轮的汽车，能够为如下结构 一个或两 个以上的车轮装载有权利要求1~7中任一项的线性驱动行驶系统。当使汽车为这种结构时，能够在车轮部分装载的线性驱动行驶系统 中迅速且可靠地调整最大转矩。本发明的汽车能够为如下结构具有将加温或冷却后的空气送入到 车内的空调装置，该空调装置具有喷出口，露出配置在所述车内，将 空气喷出到车内；风扇，配置在该喷出口的内侧，从喷出口向车内送出 空气；珀尔帖元件，对该风扇送出的空气进行加温或冷却。若汽车为这种结构，则能够通过珀尔帖元件的电压变换对空气加温 或冷却，将该空气送入车内。如上所述，根据本发明，由于是具有多个定子的结构，所以能够将 一部分作为磁化用线圏进行控制，使磁芯磁化，将其他作为旋转用线圏 进行控制，产生旋转磁场，能够迅速且可靠调整最大转矩。
并且，由于磁芯使用使多个圆弧状的板构件成排并形成为环状的结 构，所以能够实现不使用永磁铁的简易结构。


图l是表示本发明的汽车的车轮部分的结构的图，(i)是从汽车的 侧面观察时的车轮的主视图(卸下轮的盘部的状态的图)，(ii)是从汽车的前方(或者后方)观察时的车轮的剖视图(该图(i)的A-A剖视图)。图2是表示呈环状组合的磁芯的形状的外观立体图。 图3是表示各列的电磁铁的配置的配置图。图4是与电磁线圈A的控制相关的说明图，(i)是表示电磁线圈A 的配置的侧视图，(ii)是表示电磁线圏A的电流控制例的控制模式。图5是与电磁线圏B的控制相关的说明图，(i)是表示电磁线圈B 的配置的侧视图，(ii)是表示电磁线圏B的电流控制例的控制模式。图6是从上方观察汽车时的车轮的安装部分的结构的俯视图。图7是从侧面观察汽车时的车轮的安装部分的结构的主视图。图8是表示方向切换机构的结构的后方侧视图。图9是表示方向切换机构的结构的俯视图。图11是表示汽车整体的外观结构的立体图。 々^ '、 图12是表示控制系统的结构的框图。图13是表示在电源控制装置上连接辅助电源情况下的结构的框图。 图14是表示在电源控制装置上连接能够卸下的发电机情况下的结 构的概略图。图15是表示计算机控制系统的结构的框图。图16是表示与车轮的旋转控制相关的控制系统的结构的框图。图17是表示油门的操作量、脉冲信号、驱动用信号的关系的说明图。图18是表示从后方观察汽车的驾驶座以及副驾驶座时的各座席及 其周边的结构的概略图。图19是表示在仪表面板上安装的单元拱形件(unit dome)及其内 部结构的剖视图。
图20是表示在门上安装的单元拱形件及其内部结构的剖视图。 附图标记说明1汽车10车轮20轮圏23磁芯30定子32电磁铁33电磁铁支撑构件34贯通孔35台部36铁芯37电石兹线圈40旋转轴50轴承80控制系统81电源控制装置82电池83线性电源DC稳压器84行驶装置85线性行驶控制装置85-1脉冲变换器(脉冲发生器)86计算机控制系统96油门装置97操作量检测单元103a、 103b侧通风喷出口104单元拱形件105风扇106珀尔帖元件108a、 108b门通风喷出口
具体实施例方式
下面，参照附图对本发明的线性驱动行驶系统以及汽车的优选实施 方式进4亍i兌明。线性驱动行驶系统(车轮的结构)首先，参照图1 (i) 、 (ii)对本发明的线性驱动行驶系统的实施 方式进4亍i兌明。该图(i) 、 (ii)是表示本实施方式中的汽车的车轮部分的结构的 图，该图(i)是从汽车的侧面观察时的车轮的主视图(轮圏的卸下盘部 的状态的图)，该图(ii)是从汽车的前方(或者后方)观察时的车轮 的剖视图(该图(i)的A-A剖视图)。如该图(i) 、 (ii)所示，车轮10具有轮胎11,形成为大致环 状；轮圈20，形成为大致圆筒形状，在外周面安装有轮胎11,并且， 其一部分或全部构成线性驱动行驶系统的鼓形转子(从动部)；定子30， 配置在该轮圏20的内侧；旋转轴40,成为轮圈20的旋转的中心轴；轴 承(bearing) 50 ( 50-1 ~ 50-3 ),安装在该旋转轴40和定子30之间。如该图(ii)所示，轮圏20具有轮辋部21,形成为大致圆筒形状， 从其环状的内圆内侧支撑轮胎11;盘部22,形成为圆板状，从其圆筒 形状的内侧面支撑轮辋部21;多个磁芯(鼓形磁芯)23 ( 23-1 ~23-n), 沿着轮辋部21的内侧面配置成环状。一个磁芯23是形成为圆弧状的板构件。当连成一排地排列多个该 磁芯23时，形成如图2 (i)所示那样的环状体。该环状体沿着轮辋部 21的内侧面配置。此外，在图2(1) 、 (ii)中，环状体将多个磁芯23排列形成为一 列，但是并不限于一列，也能够排列形成为多列。另外，该磁芯23 ^皮电磁铁32 (后述)爿磁化而受到旋转力，从而车 轮10进行旋转。因此，磁芯23具有作为鼓形转子的功能。在形成环状体的多个磁芯23的各个之间设置有狭缝(间隙)24 (24-l~24-n)。各狭缝24分别为同一宽度。此外，磁芯23能够与轮圈20的轮辋部21为一体结构。也就是， 能够将轮辋部21的一部分或全部作为磁芯23而形成。另外，磁芯23 也能够为如下结构与轮辋部21独立地制造，并安装在轮辋部21的内 侧面。并且，磁芯23能够与轮辋部21接触地配置，或者，也能够配置在离开轮辋部21的位置。定子30是线性驱动行驶系统的驱动部，如图1 (i) 、 (ii)所示， 具有支撑构件31和多个电磁铁32 ( 32-11 ~32-mn)。支撑构件(定子基体)31被固定在车身主体(底盘)50上，并且 支撑电磁石32。特别是，将支撑构件31的形成为圆筒形状并在其外周 面安装有电磁铁32的部分称为电磁铁支撑构件(圆筒形构件)33。另外，在该支撑构件31上穿设有与电磁铁支撑构件33的圆筒形状 的中空相通的贯通孔34。在该贯通孔34中嵌合轴承50,该轴承50的 外轮的外周与贯通孔34的侧面相接触。电磁铁32具有台部35、铁芯36和电磁线圏37。台部35形成为圆筒形状，位于以旋转轴40为中心的圆周上。另外，台部35配置在支撑构件31的电磁铁支撑构件33的外侧。 该台部35也能够与电磁铁支撑构件33的外周接触地配置，另外，也能 够配置在离开其外周的位置上。铁芯36是从台部35向旋转轴40的径向外侧延伸的圆柱形状(或 者棱柱形状等)的磁极构件。通常，对于该铁芯36来说，对每一个电 磁铁32各具有一个。但是，也能够为日本特开2004-343905号公报记载 的铁芯(磁芯)那样的结构。这些台部35或铁芯36能够使用例如方向性硅钢板等形成。电磁线圏37是巻绕在铁芯36上的线圏。流过该电磁线圈37的电 流被计算机控制。关于该电流控制的具体例，在后面叙述的"电磁线圏 的控制"中详细l又述。并且，如图1 (i) 、 (ii)所示，电磁铁32 (铁芯36和电石兹线圈 37的对)在以旋转轴40为中心的圆周上配置多个，并且，将它们多个 作为一列而在旋转轴40的轴向上呈多列配置。具体地说，电磁铁32沿 着在电磁铁支撑构件33的外侧配置的台部35的外周面以多个(在该图 (i)中为16个)配置一列，并且，以多列对其进行配置(在该图(ii) 中为两列)。能够使各列的电磁铁32的数量相同。另外，在一个列中，能够使 多个电磁铁32以等间隔配置。因此，当从正面(图1 (i)示出的方向) 观察车轮10时，在跟前列配置的各电磁铁32和在里侧列配置的各电磁 铁32的配置位置一致。
但是，在本实施方式中，如图3所示，在里侧列配置的各电磁铁32 相对于在跟前列配置的各电磁铁32,配置于在轮圏20的旋转方向上稍 微错开的位置上。由此，能够进行调整，以便产生最大转矩。此外，在图1 (i)中，电磁铁32在一列上配置有16个，但并不限 于16个，能够配置任意数量。另外，在该图(ii)中，将16个电磁铁'32作为一列而排列两列， 但并不限于两列，能够为3列以上。对于旋转轴40来说，如图1 (ii)所示， 一端连接到轮圏20的轮毂 孔(中心孔)等，另一端连接到用于对轮圏20的旋转进行制动的制动 盘41。轮圈20以该旋转轴40为中心进行旋转。轴承50嵌合到支撑构件31的贯通孔34中并固定外轮。另一方面， 旋转轴40通到内轮。通过该轴承50，从而能够在将支撑构件31固定在 车身主体50上的状态下使轮圏20旋转。在本实施方式中，具有三个该轴承50。由此，能够在支撑构件31 的贯通孔34的内部，在两个轴承50之间容纳检测轮圈20的转速等的 传感器(旋转传感器)。此外，在本实施方式中，具有三个轴承50,但并不限于三个，也可 以是两个或四个以上。另外，旋转传感器是检测与轮圈20或旋转轴40的旋转相关的数值 的传感器即可。例如，包括检测这些轮圈20等的转速或旋转速度等的 传感器。如上述所述，车轮10具有鼓形转子(磁芯23)和定子30。并且， 包括后述的控制系统80，构成线性驱动行驶系统。并且，上述说明的车轮10能够安装在以往公知的汽车上。在该情 况下，能够由本实施方式的车轮10构成汽车所具有的多个车轮中的一 部分或全部。电i兹4失的电流控制接着，参照图4、图5对电磁铁的电流控制进行说明。 图4是与电磁线圏A的控制相关的说明图，图5是与电磁线圈B的 控制相关的说明图。另外,图4(i)是表示电磁线圈A的配置的侧视图， 图4 (ii)是表示电磁线圈A的电流控制例的控制模式。并且，图5(1)
是表示电磁线圏B的配置的侧视图，图5 (ii)是表示电磁线圈B的电 流控制例的控制模式。另外，如图3所示，将构成一个列(跟前侧的列)的多个电磁铁32 的各电磁线圏设为电磁线圏A,将构成另一个列(里侧的列)的多个电 磁铁32的各电磁线圏设为电磁线圏B。此时，电磁线圈A为用于使磁 芯23感应磁化的感应电磁线圏(磁化用线圈)，电磁线圏B为驱动磁 气的旋转力感应线圈(旋转驱动用线圈、旋转用线圈)。这样，本实施 方式的车轮10成为具有感应电磁线圏和旋转力感应线圏的两个定子的 结构。关于这两个定子的电流控制，下面进行说明。 (电磁线圈A的控制)首先，如图4 (i)所示，电；兹线圏A (感应电》兹线圏A)由16个 电磁线圈Al A16构成。如该图(ii)所示，在使电流流过这些电磁线圈A的模式中，存在 第一模式(ii-l)和第二模式(u-2)。 (1)第一模式第一模式是将相邻的两个电磁线圏作为一组而流过电流(成为 ON)。具体地说，如该图(ii-l)所示,将"A1.A2"、 "A3.A4"、 "A5'A6"、 "A7.A8"、 "A9.A10"、 "A11.A12"、 "A13.A14"、 "A15'A6"分别作为一组而；克过电法b。在这里，在成为一组的两个电》兹线圈中分别流过反向的电流。例如， 在"A1A2"中，使在电磁线圏Al中流过的电流和在电磁线圏A2中流过 的电流为反向。由此，能够通过"巻绕有电磁线圏Al的铁芯36"-"台部 35"-"巻绕有电磁线圏A2的铁芯36"而产生U字型的磁场。并且，巻 绕有电磁线圈Al的铁芯36中的靠近磁芯23侧(磁极侧)为N极，巻 绕有电磁线圈A2的铁芯36的磁极侧为S极(根据流过电流的方向，巻 绕有电磁线圈Al的铁芯36为S极，巻绕有电磁线圏A2的铁芯36为N 极)。此外，这些极性取决于巻绕电磁线圏37的方向和流过电流的方 向。并且，磁芯23被磁化为与相对置的铁芯36的极性相对应的磁性。 例如，在巻绕有电磁线圏Al的铁芯36的磁极侧为N极的情况下，处于 与该铁芯36相对置的位置的磁芯23被磁化为N极。另夕卜，在巻绕有电 磁线圈A2的铁芯36的磁极侧为S极的情况下，处于与该铁芯36相对 置的位置的磁芯23祐J兹化为S极。 (2)第二模式对于第二模式来说，多个电磁线圏37中每隔一个流过电流。具体地 说，如该图"i隱2)所示，在"A2"、 "A4"、 "A6"、 "A8"、 "A10"、 "A12"、 "A14"、 "A16"的各电磁线圏37中未流过电流(成为OFF)，在"A1"、 "A3"、 "A5"、 "A7"、 "A9"、 "A11"、 "A13"、 "A15"的各电磁线圏37中流过电流 (成为ON)。上述的第一模式是在起动时等需要高转矩时的控制模式。相对于 此，第二模式是行驶中等不那么需要转矩时的控制模式。当以该第二模式流过电流时，使磁芯23磁化的磁力低于第一模式。但是，若在行驶中，大概因惯性使汽车向前前进，因而不需要高转矩。此处，在未流过电流的电磁线圏37中，利用行驶中的制动器操作 时的反电动势发电作用等，以发电机的原理产生电力。该产生的电力经 由线性发电DC稳压器83以及电源控制装置81 (参照图12),用于电 池82的充电。(电磁线圈B的控制)如图5 (i)所示，电磁线圈B (旋转力感应线圈B)与电磁线圈A 同样地由16个电石兹线圈Bl ~ B16构成。在使电流流过这些电磁线圏B的模式中，如该图(ii)所示，存在 第一模式(ii-l)、第二模式(ii-2)、第三模式(ii-3)、第四模式(ii-4)。并且，对于电i兹线圏B来说，例如，如该图(ii)所示，将相邻的四 个电i兹4失32作为一组，将整体分为四个组("B1.B2.B3.B4"、"B5.B6.B7'B8"、 "B9.B10.B11.B12"、 "B13.B14.B15.B16")进行控制。(1) 第一模式第一模式是按各组仅在一个电磁线圏B中流过电流而在其他电磁 线圏B中不流过电流的模式。具体地说，如该图(ii-l)所示，在"B1"、 "B5"、 "B9"、 "B13，，中流 过电流。并且，在"B2'B3.B4" 、 "B6.B7.B8" 、 "B10.B11.B12"、 "B14'B15'B16"中不流过电流。(2) 第二模式第二才莫式是^安各组在两个电》兹线圏B中流过电流而在其他电》兹线
圏B中不流过电流的才莫式。具体地说，如该图(ii-2)所示，在"B1.B2"、 "B5.B6"、 "B9.B10"、 "B13.B14，，中流过电流。并且，在"B3.B4，，、"B7'B8"、"B11.B12"、"B15.B16"中不流过电流。(3) 第三模式第三模式是按各组在三个电磁线圈B中流过电流而在其他电磁线 圈B中不流过电流的4莫式。如该图(ii-3)所示，在"B1.B2.B3"、 "B5.B6.B7"、 "B9.B10.B11"、 "B13.B14.B15"中流过电流。并且，在"B4"、 "B8"、 "B12"、 "B16"中不流过电流。(4) 第四模式第四模式是在所有的电磁线圈B中流经电流的模式。如该图(li画4 )所示，在"B1B2.B3B4" 、 "B5'B6B7.B8"、"B9.B10.B11.B12"、 "B13.B14.B15.B16"的所有电磁线圈37中流过电流。 通过进行这样的控制，例如，在起动时，以第四模式进行控制，产生最大转矩，在行驶时，以第一 第三模式进行控制，能够谋求省电力化。另外，在以第一-第三模式进行控制的情况下，在未流过电流的电 磁线圈B中，利用行驶中的制动器操作时的反电动势发电作用等，以发 电机的原理产生电力。该产生的电力经由线性发电DC稳压器83和电源 控制装置81 (参照图12),用于电池82的充电。此外，在本实施方式中，将16个电石兹线圈B分为四个组，^旦并不 限于四个组，也可以是两个、三个或五个以上。另外，在本实施方式中，由四个电；兹线圏构成一组，^f旦是并不限于 四个，也可以是两个、三个或五个以上。安装部分的结构接着，参照图6、图7对车轮的安装部分的结构进行说明。图6是从上方观察汽车时的车轮的安装部分的结构的俯视图，图7是从侧面观察汽车时的车轮的安装部分的结构的主视图。如图6、图7所示，在汽车1中具有盘制动器单元51、减震器52、张力臂53和马达控制电缆54。
盘制动器单元51是将制动装置的构成要素即制动器气缸、制动杠 杆机构、间隙调整器、制动块安装机构等(这些未图示)集中到一个壳 体的小空间之中的机构。减震器52利用弹簧(未图示)的回复力吸收车体的震动。张力臂(拉杆、压缩杆)53起到固定比上臂细的下臂的辅助性的作用。马达控制电缆54是用于为了对线性驱动行驶系统的各电磁铁32进 行电流控制而从线性行驶控制装置85 (后面叙述)发送信号的电缆。接着，参照图8、图9对前轮线性系统和方向切换机构进行说明。图8是表示方向切换机构的结构的后方侧视图，图9是表示方向切 换机构的结构的俯视图。在车轮10中装载有线性系统的情况下，也能够利用以往的方向切 换机构。如图8和图9所示，在装载有本实施方式的车轮10的汽车1中， 具有上臂55、下臂56、转环轮毂(swivel hub) 57、行驶单元58、把手 臂(handle arm ) 59和压杆60。由上臂55、下臂56、转环轮毂57以及连接上臂55和下臂56的车 体部分构成曲柄。另外，在上臂55的上方连接减震器52。由此，吸收车轮10的上下 移动的沖击。把手臂59连结两个前轮，并且在其中途连接到把手上。由此，当 将^^手向右转动时，前轮偏向右，当将^^手向左转动时，前轮偏向左。此外，如图IO所示，将旋转轴40延长，连接发动机61,从而能够 实现混合车。汽车的其他结构接着，参照图11对本实施方式的汽车结构中的与后述的控制系统 相关的结构进行说明。该图是表示汽车整体的外观结构的立体图。汽车l具有太阳能电池71、通气口 72、风扇式发电机73、方向 指示器74和前大灯75。如图ll所示，太阳能电池71能够配置在车体的顶盖(车顶部)、
发动机罩、后货箱机罩等上，对从太阳等接收的光进行光电变换，作为 电能而输出。该变换后的电能输送到电源控制装置81。通气口 72是位于汽车前窗玻璃的下方、取入外部气体的开口。对于风扇式发电机73来说，在发动机罩内部的前方朝向前护栅(散 热器护栅) 一侧配置风扇，利用在该前护栅取入的外部气体(空气)的 风力使风扇旋转，利用该旋转力，由发电机主体进行发电。该发出的电 力输送到电源控制装置81。方向指示器74安装在汽车1的前方或后方的各侧，通过使内置的 高亮度的LED闪烁，从而指示该汽车l要行进的方向。前大灯75是用于夜间行驶的照明灯，能够使用高亮度LED和卤素 灯的混合体。尾灯75是处于汽车1的车辆后部的灯。在该尾灯75中存在例如在 移动到倒档(back gear)时点亮的倒车信号灯、在制动时点亮的停车灯 (制动灯)、后方向指示器灯等。控制系统下面，参照图12对本实施方式的线性驱动行驶系统和汽车的控制 系统进行说明。该图是表示控制系统的结构的框图。如该图所示，线性驱动行驶系统和汽车的控制系统(控制单元)80 具有电源控制装置81、电池(主电池)82、线性发电DC稳压器83、行 驶装置84、线性行驶控制装置85和计算机控制系统86。对于电源控制装置81来说，当从太阳能电池71、风扇式发电机73、 电池82、线性发电DC稳压器83分别接收电力时，将该电力供给至线 性行驶控制装置85。另外，电源控制装置81将从线性发电DC稳压器 83 (行驶装置84的电磁铁32)接受到的电力用于电池82的充电。此外，在电源控制装置81中，因为即使少也抑制电池82的使用， 所以，能够将来自太阳能电池71、风扇式发电冲几73、线性发电DC稳压 器83 (行驶装置84的电磁铁32)的电力优先于来自电池82的电力输 送到线性行驶控制装置85。另外，如图13所示，电源控制装置81除了从主电池82接收电力 的供给之外，还从辅助电源(辅助电池、预备电池)90接收电力的供给。 辅助电源90与电源控制装置81之间由连接器91连接。也就是， 辅助电源90与电源控制装置81之间能够进行装卸。因此，例如在长时 间的停车等时，能够将辅助电源90从电源控制装置81卸下，搬运至家 中，由连接到家庭用电源(AC100V)的充电器92进行充电。 并且，如图14所示，电源控制装置81能够连接发电机93。 发电机93安装在汽车1的后货箱中，与电源控制装置81之间由连 接器94连接。也就是，发电机93与电源控制装置81之间能够进行装 卸。该发电机93是例如在行驶中电池82电压下降到85%的情况下用于 自动地单元启动(cell start)的小型发电机。 该发电机93的排气被排出到外部。该图14所示出的结构用于利用电池的技术革新来符合将来的需要。线性发电DC稳压器83经由发电系统电气配线87接收由行驶装置 84的电磁铁32发出的电力，并将该接收到的电力从交流整流成直流， 稳定地输送到电源控制装置81。也就是，线性发电DC稳压器83是稳 定充电装置，也能够称为监视控制。另外，线性发电DC稳压器83从线性行驶控制装置85接收该动作 的远程信号并作为动作基准。行驶装置84包括各车轮10、在这些各车轮IO上装载的鼓形转子(磁 芯23)和定子30。由该行驶装置84的电磁铁32发出的电力经由发电系统电气配线87 而输送到线性发电DC稳压器83。另外，行驶装置84经由驱动电气配线88而从行驶控制装置85接 收电磁铁32的控制信号(控制电流)。由此，实现在上述的"电磁铁的 电流控制"说明过的内容。线性行驶控制装置85是与计算机控制系统86 —起成为控制系统80 的中心的装置，具有脉冲变换器(Pulse inverter)部85-l、行驶控制部 85-2、发电控制部85-3和系统监^L部85-4。脉冲 变换器部85-1接收与油门装置(未图示)的操作量相应的控制 信号，并将该直流信号变换为交流信号(脉冲信号)。行驶控制部85-2基于在脉冲变换器部85-1中生成的脉冲信号，生 成驱动用信号，通过将该驱动用信号经由驱动电气配线88输送到行驶 装置84,从而控制行驶装置84。此外，关于这些脉沖变换器部85-1和行驶控制部85-2的各动作的详细内容，在后面的"旋转控制，，部分详细叙述。发电控制部85-3控制由行驶装置84的电磁铁82发出的电力。 系统监视部85-4监视以该线性行驶控制装置85为中心的控制系统80的整个系统。计算机控制系统86是与线性行驶控制装置85 —起成为控制系统80 的中心的装置，如图15所示，进行各车轮10 (前轮右侧10-1、前轮左 侧10-2、后轮右侧10-3、后轮左侧10-4)的各定子30的控制、行驶驱 动控制部86-l、制动器控制部86-2、把手操作控制部86-3、转弯控制部 86-4、行驶充电线圏切换控制部86-5、辅助充电反电动势控制部86-6、 A线圈控制部86-7、 B线圈控制部86-8等。行驶驱动控制部86-1与线性行驶控制装置85的行驶控制部85-2 — 起，控制在行驶装置84的各电磁铁32中流过的电流，调整施加在鼓形 转子上的转矩，使行驶速度变化。对于制动器控制部86-2来说，通过踩踏制动器(未图示)或操作手 动制动器95,从而向盘制动器单元51发送控制信号，使制动盘41动作 等，进行车轮10的制动控制。把手操作控制部86-3进行例如EHPS (Electro Hydraulic Powwer Steering:电动液压助力转向)。即，通过电动马达4吏油压泵转动，由工 作的动力转向装置根据车的速度控制油压，对适当的把手的重量进行电 子控制。转弯控制部86-4调整基于把手(未图示)的转动角度的轮胎的角度。 另外，转弯控制部86-4例如进行ESP (电子稳定程序)。即，在为了避开障碍物而突然转动把手时，防止轮胎11失去稳态而从道路飞出或自转(spin )。并且，转弯控制部86-4分别在四轮线性驱动行驶时的方向转换等把 手操作时，根据车轮转速进行内侧和外侧车轮的传感器的路面抓地 (grip)控制。即，当将把手向右转动时，根据其旋转半径改变前轮的左车轮A和 前轮的右车轮B的旋转比率。因此，检测所有的车轮A D各自的转速， 进行用于具有行驶稳定度的系统控制，控制把手角度和车轮A ~ D的转
速的设定。例如，当将把手向右转动时，按照车轮A—车轮C(后轮的左车轮) —车轮D (后轮的右车轮)—车轮B的顺序使转速变快。进行该转速的设定控制。行驶充电线圏切换控制部86-5选择为了产生行驶所需要的转矩而 应流过电流的电磁铁32,并向线性行驶控制装置85发出指示，以便在 该电磁铁3 2中流过电流。辅助充电反电动势控制部86-6向线性行驶控制装置85发出指示， 以便在发电的电磁铁32中不流过电流。对于A线圏控制部86-7来说，特别地对A线圏进行由行驶充电线 圏切换控制部86-5或辅助充电反电动势控制部86-6进行的控制。对于B线圈控制部86-8来说，特别地对B线圈进行由行驶充电线 圏切换控制部86-5或辅助充电反电动势控制部86-6进行的控制。旋转控制接着，参照图16和图17对车轮的旋转控制进行说明。图16是表示与车轮的旋转控制相关的控制系统的结构的框图，图17是表示油门装置的操作量(踏入量)、脉沖信号和驱动用信号的关系的图。如图16所示，与油门控制相关的控制系统具有油门装置96、操 作量检测单元97、脉沖发生器(脉沖变换器部)85-1、控制电压比较单 元85-21、线圏切换供电控制单元85-22、驱动线圏单元(行驶装置84 的定子)和系统控制单元(系统监视部)85-4。油门装置96是在进行汽车1的加速操作时由驾驶员操作的装置。 在该油门装置96中，例如，包括配置在驾驶员的脚底并根据踏入的深 度来调整加速量的油门踏板、和作为残疾人用而安装在把手的左侧且由 推出(或拉回)的距离来调整加速量的操纵杆等。在这些之中，关于油门踏板，踏入深度(或者踏入长度、踏入角度 等)成为操作量。另一方面，关于操纵杆，推出(或拉回)的距离成为 操作量。操作量检测单元97检测油门装置96的操作量。该检测能够使用例 如光耦合器等来进行。即，准备多个光耦合器，并将其排成一列，安设在油门装置96的操作方向。在油门装置96上安装有遮盖光耦合器的遮 断构件，当操作该油门装置96时，根据该操作量，遮断多个光耦合器 内的光。并且，输出与该光被遮断的光耦合器的数量(或者光通过的光 耦合器的数量)相应的控制信号(电压变化)。脉冲发生器85-1从操作量检测单元97接收控制信号，生成与该控 制信号的电压值相应的脉冲信号并输出。例如，如图17所示，若油门装置96的操作量较少(该图(1-1)) 且控制信号的电压值较小，则生成频率低的脉沖信号并输出(该图 (2-1))。另一方面，若油门装置96的操作量多(该图(1-2))且控制信号 的电压值大，则生成频率高的脉沖信号并输出(该图(2-2))。控制电压比较单元(驱动用信号输出单元)85-21基于来自脉沖发 生器85-l的脉冲信号而生成驱动用信号并进行输出。例如，如图17所示，在脉沖信号的频率低时(该图(2-1)),生 成电压值小的驱动用信号并输出(该图(3-1))。另一方面，在脉冲信号的频率高时(该图(2-2)),生成电压值大 的驱动用信号并输出(该图(3-2))。另外，控制电压比较单元85-21进行脉冲变换器电源的强弱或频率 的比较等。在与系统控制单元85-4的关系中，在能够由驱动线圈单元 84充电的期间，通过系统控制单元85-4的控制进行充电，从系统控制 单元85-4接收用于不使该定时误动作的信号来进行比较动作。线圏切换供电控制单元85-22基于来自控制电压比较单元85-21的 驱动用信号，控制驱动线圏单元84。驱动线圏单元84是用于使鼓形磁芯23旋转的磁斥力的线圏，包括 图3的电磁线圈A和电》兹线圏B这二者。在这里，线圏A磁气形成在 鼓形转子上，线圈B对鼓形转子进行旋转驱动。系统控制单元85-4是图15的计算机控制系统的一部分，不是模拟 控制，不是在一体的控制下隔离的设备。处于图12的线性行驶控制装 置85中，是其一部分的意思。空调装置接着，参照图18对在汽车上装载的空调装置进行说明。该图是表示从后方观察汽车的驾驶座以及副驾驶座时的各座席及
其周边的结构的概略图。如该图所示，在处于前窗101的下部后方的仪表面板102上具有侧通风喷出口 103 ( 103a、 103b)。侧通风喷出口 103露出配置在车内，将从车外或车内取入的空气喷 出到车内。该侧通风喷出口 103能够具有多个。例如，如该图所示，一 个侧通风喷出口 103从驾驶座观察能够配置在把手104的右侧。另外， 另一个侧通风喷出口 103从副驾驶座观察能够配置在仪表面板102的左 侧。但是，侧通风喷出口 103并不限于配置在这些位置，例如也能够配 置在把手104的左侧或音响装置105的上方等。在该侧通风喷出口 103的内侧安装有单元拱形件(unit dome) 104。 在图19示出该单元拱形件104的结构。如该图所示，在单元拱形件104的内部具有风扇105和珀尔帖元件 (Peltier device ) 106。风扇105配置在单元拱形件104的内部(侧通风喷出口 103跟前)， 从侧通风喷出口 103向汽车1的车内送出空气。珀尔帖元件106利用电压变换对风扇105送出的空气进行加温或冷却。另外，在汽车1的门107的车内侧的侧面具有门通风喷出口 108 (103a、 103b)。侧通风喷出口 103露出配置在车内，将从车外或车内取入的控制喷 出到车内。在该侧通风喷出口 103的内侧安装有单元拱形件104。在图20示出 该单元拱形件104的结构。如该图所示，单元拱形件104具有风扇105和珀尔帖元件106。这 些风扇105和珀尔帖元件106具有与在侧通风喷出口 103的内侧配置的 风扇105和珀尔帖元件106同样的功能。通过将这种结构的空调装置配置在汽车上，从而能够将加温或冷却 后的空气送入到车内。并且，通过在风扇的跟前配置珀尔帖元件，从而 也能够在门内部等狭小的地方安装空调装置。以上，对本发明的线'l"生行驶系统和汽车的优选实施方式进行了说 明，但本发明的线性驱动行驶系统和汽车并不限于上述的实施方式，不
言而喻，在能够在本发明的范围内能够实施各种变更。例如，在上述的实施方式中，是磁芯位于定子的外侧的结构，但磁芯并不限于定子的外侧，也能够为位于定子的内侧的结构。另外，在图3中，将盘侧作为电磁线圈A,将另一侧作为电磁线圈B,但并不限于此，也能够反过来。并且，在该图中，将电磁线圏A和电-兹线圏B分别设为一列，但它 们并不限于各一列，也可是多列。产业上的可利用性由于本发明是与在车轮的轮圈上装载的线性驱动行驶系统相关的 发明，所以，能够利用于具有轮圏的汽车或自行车等车辆上。
权利要求
1. 一种线性驱动行驶系统，具有轮圈，具有鼓形转子；定子，配置在该轮圈的内侧，其特征在于，所述轮圈具有成为该轮圈的旋转中心的旋转轴，所述定子具有电磁铁，该电磁铁在以所述旋转轴为中心的圆周上配置有多个，并且，将所述多个作为一列，在所述旋转轴方向上配置多列。
2. 如权利要求1的线性驱动行驶系统，其特征在于，所述鼓形转子具有在以所述旋转轴为中心的圆周上配置多个的圆 弧状的》兹芯，在这些磁芯彼此间具有狭缝。
3. 如权利要求2的线性驱动行驶系统，其特征在于， 具有控制在所述电磁铁中流过的电流的控制单元， 该控制单元将所述多列的电磁铁中的一部分列的电磁铁作为用于使所述磁芯磁化的磁化用线圏进行控制，并且，将其他一个或两个以上 的列的电磁铁作为用于使所述鼓形转子旋转的旋转用线圏进行控制。
4. 如权利要求3的线性驱动行驶系统，其特征在于， 所述控制单元以如下方式进行控制，即，对配置有作为所述磁化用线圏进行控制的电磁铁的一列中的多个电磁铁，切换如下情况在相邻 的电磁铁中分别流过反向的电流，U字型地产生磁场，并将一方作为N 极，将另一方作为S极；在所述多个电磁铁中每隔一个流过电流。
5. 如权利要求3或4的线性驱动行驶系统，其特征在于， 所述控制单元以如下方式进行控制，即，对配置有作为所述旋转用线圏进行控制的电磁铁的一列中的多个电磁铁，将这些多个电磁铁分为 多个组，切换如下情况按各组在一个电磁铁中流过电流，在其它电磁 铁中不流过电流；4安各组在多个电》兹铁中流过电流，在其它电》兹铁中不 流过电流；在所有的电磁铁中流过电流。
6. 如权利要求3~5中任一项的线性驱动行驶系统，其特征在于， 具有油门装置，由驾驶员操作；操作量检测单元，对操作该油门装置的量进行检测；脉沖发生器，当从该操作量检测单元接收检测信号 时，生成与该检测信号表示的操作量相应的频率的脉沖信号并进行输 出；驱动用信号输出单元，基于来自该脉冲发生器的所述脉沖信号，生 成所述电磁铁的驱动用信号并进行输出， 所述控制单元基于所述驱动用信号，控制在所述多个电磁铁中流过 的电流。
7. 如权利要求1 ~6中任一项的线性驱动行驶系统，其特征在于， 所述定子具有定子基体，在外周安装有所述电磁铁，并且，形成有用于使所述旋转轴通过的贯通孔；多个轴承，嵌合到该定子基体的所 述贯通孔中，并且，所述旋转轴在内轮中通过；旋转传感器，安装在这 些多个轴承中的两个轴承之间。
8. —种具有多个车轮的汽车，其特征在于一个或两个以上的车轮装载有权利要求1~7中任一项的线性驱动 行驶系统。
9. 如权利要求8的汽车，其特征在于， 具有将加温或冷却后的空气送入到车内的空调装置， 该空调装置具有喷出口，露出配置在所述车内，将所述空气喷出到车内；风扇，配置在该喷出口的内侧，从所述喷出口向所述车内送出 所述空气；珀尔帖元件，对该风扇送出的空气进行加温或冷却。
全文摘要
本发明涉及线性驱动行驶系统及汽车。由与感应电动机不同的新结构实现车轮的转速控制，并且能够以不使用永磁铁的简易结构迅速可靠地调整最大转矩。线性驱动行驶系统具有轮圈(20)，具有鼓形转子；定子(30)，配置在该轮圈(20)的内侧，其中，定子(30)具有电磁铁(32)，该电磁铁(32)在以轮圈(20)的旋转轴(40)为中心的圆周上配置有多个，并且，将这些多个作为一列，在旋转轴方向上配置多列，鼓形转子具有在以旋转轴(40)为中心的圆周上配置多个的圆弧状的磁芯(23)，控制单元(控制系统(80))将一部分列的电磁铁(32)作为磁芯(23)的磁化用线圈来控制，将其他列的电磁铁(32)作为鼓形转子的旋转用线圈来控制。
文档编号H02K7/14GK101400537SQ200780009068
公开日2009年4月1日 申请日期2007年3月12日 优先权日2006年3月15日
发明者布田一男, 高桥幸男 申请人:高桥幸男;布田一男