JP2004166369A - 回転電機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ステータコア(6)と前記ステータコアに巻かれるコイル(19)とを有する略円筒状のステータ(5)と、前記ステータに対して回転可能に保持され且つ永久磁石(9)を有するロータ(3)とを備えた回転電機において、前記ステータコアが前記ステータの略半径方向に沿って前記コイルに対して移動可能な移動部(6b)を有する。ここで、前記移動部は前記ロータの回転数がゼロの場合基準位置にあり、さらに前記ロータの回転速度の増加に従って前記基準位置から前記ステータの外側に移動し、前記基準位置において前記移動部の少なくとも一部は前記コイルの内部にある。さらに回転電機は前記ステータコアの前記移動部を略半径方向に沿って移動させるための移動機構(10)を備える。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動機、発電機又はその両方として機能する回転電機に関する。特に、ロータに永久磁石を有する回転電機に関係する。
【0002】
【従来の技術】
ロータに永久磁石を埋め込んだ電動機は、損失が少なく効率が良い、出力が大きい等の理由により数多く使用されている。この電動機は、ロータからの磁束が一定のため、高速回転時には誘起電圧が過大となり、それを弱め界磁電流を流す事で運転している。しかし、弱め界磁電流を流す事で、高速回転時の効率は悪化する。そこで、特開平7−107718号公報では、ステータ継鉄部の一部を軸方向に移動させることで、高速回転時の磁束を低下させ、誘起電力を抑えている。高速回転時に誘起電圧を抑えることで、コイルに流す電流を少なくすることが可能となり、従って効率を良くすることが可能である。
【0003】
【特許文献1】
特開平7−107718号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ステータ継鉄部を軸方向に移動させることで、残されたステータコアに磁束が集中し、大きな鉄損が生じてしまう。また、効果をあげようとすると、非常に大きな移動距離が必要となる。
【0005】
本発明は、より簡便に高速回転時に誘起電圧を抑えることができる電動機を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
ステータコアとステータコアのそれぞれのティースに巻かれるコイルとを有する略円筒状のステータと、前記ステータに対して回転可能に支持され且つ複数の永久磁石を有するロータとを備えた回転電機において、前記ステータコアは、その一部に前記ステータの略半径方向に沿って前記コイルに対して相対移動可能な移動部と、該移動部を前記ロータの回転数に基づき略半径方向に沿って移動させる移動機構を備える。前記移動部は、前記ロータの回転数がゼロの場合、前記移動部の少なくとも一部が前記コイルの内部に位置すると共に前記ロータの回転速度の増加により前記ステータの外側に移動する。
【0007】
【作用・効果】
ステータコアの一部を移動部として、半径方向に移動させることにより、ステータに対する鎖交磁束を変化させることが可能となり、ステータのコイルへの誘起電圧の調整も可能となる。例えば、トルクが必要な時(低回転時)には、ロータに近づける方向に移動させ、高回転時の効率を上げたい時には回転子から遠ざける方向に移動させることで、電動機の特性を大幅に向上することが可能である。
【0008】
また、前記移動部のコイル内での移動により、コイル内にエアギャップが生じるため、小さな移動量で鎖交磁束の調整ができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、実施形態は電動機100に対して説明されるが、発電機に対しても同様に適用可能である。
【0010】
図1は、本発明の第一実施形態に係る電動機100の軸方向の断面側面図を示す。図1を参照すると電動機100は、回転軸1と、回転軸1の周りに配置され且つ回転軸1に固定されるロータ3、ロータ3の周りに配置されるステータ5、ステータ5を収容するケース7を備えている。ロータ3とステータ5は、それぞれ軸方向に延びる略円筒形状をしており、さらにロータ3とステータ5の間にはエアギャップに相当する隙間が存在し互いに接触することはない。ロータ3は円筒形状の外周面20を、ステータ5は円筒形状の外周面40を備える。ステータ5のステータコア6には、複数のコイル19から成る巻線11が施され、巻線11に流れる交流電流により発生する回転磁場が永久磁石9に力を及ぼし、ロータ3は回転軸1とともに回転する。
【0011】
ケース7は、ステータ5に接する円筒板7aと円筒板7aの軸方向両端の開口をふさぐ側板7b、7cからなる。ただし、円筒板7aは、ステータコア移動部6bが移動時に通る開口を有する。回転軸1の両端は、ベアリング16を介してケース7の側板7b、7cに支持され、ステータ5及びケース7に対して回転可能である。ケース7の一方の側板の外側表面には、回転軸1の回転速度(単位時間あたりの回転数)を検出する回転センサ12(回転速度検出手段)が取り付けられている。
【0012】
ステータコア6は、ケース7及びコイル19に対して固定されているステータコア固定部6aと、ステータコア固定部6aに対して、半径方向に移動可能な一つ以上のステータコア移動部6bから構成されている。電動機100は、ステータコア移動部6bに半径方向の力を加えてステータコア移動部6bを半径方向に移動させるためのステータコア移動機構10を備えている。ここで、半径方向は、略円筒状のロータ3又は略円筒状のステータ5の半径に沿った方向と定義される。なお、回転軸1の中心軸8は略円筒状のロータ3又は略円筒状のステータ5の中心軸に一致している。
【0013】
本実施形態において、ステータコア固定部6aは一体構造のものであるが、円周方向に複数の分割コアに分割される分割構造のものでもかまわない。なお、分割構造の場合、各分割コアはティースを有し、分割コア毎にコイルが巻かれる。
【0014】
図2は、本発明の第一実施形態に係るロータの軸方向に垂直な断面を示しており、図1のII−II線に沿った断面である。ロータ3の外周面20付近には、複数の板状の永久磁石9が、長手方向を回転軸1に略平行にして、回転軸1の中心軸8から略同距離に埋め込まれている。ここで、永久磁石9の形状は、板状形状に限定されるものでなく、V字形状等様々な形状をとりうる。隣接する磁極が互いに相違するように、永久磁石9はロータ3の円周方向に所定間隔(例えば45°)毎に配置されている。ここで、円周方向とは、中心軸8を軸とする円筒の円周に沿った方向である。
【0015】
ステータコア6は、ティース部6cに巻かれたコイル19に対して固定されているステータコア固定部6aと、ステータコア固定部6a及びステータ5のコイル19に対して移動可能なステータコア移動部6bから構成されている。ここで、ティース部は、半径方向に突き出したステータコア6の部位をいう。ステータコア移動部6bは略直方体の形状を有する。なお、ステータコア固定部6aとステータコア移動部6bともに、軸方向に積層された電磁鋼板(例えばけい素鋼板)で構成されている。ステータコアを積層された電磁鋼板により構成することで、材料費用を押さえることができる。
【0016】
ステータコア固定部6aはステータコア移動部6bを案内する摺動溝17を有しており、摺動溝17はステータコア移動部6bに適合する略直方体の形状を有している。なお、摺動溝17は、ステータコア固定部6aを貫通しておらず、底面31を有している。また、摺動溝17は、ステータコア6のティース部6cに巻かれたコイル19内を通過するよう配置されている。ステータコア移動部6bはティース部6cに巻かれたコイル19内を移動することにより、コイル19に対する鎖交磁束を大きく増減させる。ロータ3の回転速度がゼロ付近では、ステータコア移動部6bの少なくとも一部は前記コイル19の内部にあり、ステータコア移動部6bは、ロータ3の回転速度の増加にしたがってステータ5の外側(ロータ3と反対側)へ半径方向に沿って移動する。また、ステータコア固定部6aはステータコア移動部6bが通過する開口をステータ外周面40上で有する。
【0017】
本実施形態では、ステータコア移動部6bは、各ティース部6cに対して一つずつ設けられ、ステータコア6の各ティース部6c内を通過する。しかし、一部のティース部6cにのみステータコア移動部6bを設ける構成にしても良い。ティース部6cの数は12個であり、合計12個のステータコア移動部6bが、ステータコア6に設けられている。また、各ティース部6cのまわりでコイル19が巻かれており、従って巻線11は12個のコイル19を含んでいる。コイル19がステータコア6と接触しないように、各コイル19とステータコア固定部6aとの間には樹脂などにより形成された絶縁体の枠18が配置されている。各コイル19は絶縁体の枠18に接する形で絶縁体の枠18に巻き付けられている。このように、ステータコアを移動部と固定部に分けることで、電動機100をより簡易に製造することができ、電動機のコストを押さえられる。
【0018】
ステータコア移動部6bは、回転軸1に平行に延びる略直方体の形状を有しており、長手方向が軸方向に一致している。ステータコア移動部6bの回転軸方向に垂直な断面形状は、略長方形であり、この長方形の長軸15は半径方向にある。ステータコア移動部6bは、ロータ3に面する正面71及び正面71と半径方向反対側の端にある背面73を有している。ステータコア移動部6bは、ティース部6cのロータ3に対峙する先端面14近傍から略半径方向に延びる摺動溝17に沿って、略半径方向に摺動する。ステータ外周面40上にある摺動溝17の開口をステータコア移動部6bが通過して移動する。コイル19に対する鎖交磁束を低下させ誘起電力を抑える必要がないようなロータ3の低回転時において、ステータコア移動部6bは基準位置付近にあり、ロータ3の回転速度がゼロの場合、ステータコア移動部6bの正面71は摺動溝17の底面31に当接している。
【0019】
一方、ロータ3の高速回転時に、巻線11に対する鎖交磁束を低下させ誘起電力を抑えるために、ステータコア移動部6bは、ステータコア移動機構10により、摺動溝17の開口を通して半径方向に沿ってステータの外側に引き出される。つまり、ステータコア移動部6bは、ロータ3の回転速度の増加に従って、中心軸8に向かう向きとは逆向きに半径方向に沿って移動する。
【0020】
図3及び図1を参照して、ステータコア移動部6bを半径方向に移動させるためのステータコア移動機構10を詳細に説明する。
【0021】
ステータコア移動機構10は、ステータコア移動部6bを移動させる駆動力を供給する駆動力源としての駆動用モータ21と、駆動用モータ21の回転軸24に取り付けられる駆動歯車22と、駆動歯車22と歯合し且つ内側に歯を有する環状の内歯車23と、環状の内歯車23と歯合する複数の長軸歯車25と、各長軸歯車25と歯合するピニオン27と、各ピニオン27と歯合するラック28と、ラック28に結合し固定され且つステータコア移動部6bに埋め込まれ固定されている支柱29と、から構成されている。長軸歯車25、ピニオン27、ラック28の数はいずれもステータコア移動部6bと同数(本実施形態では12個)となる。長軸歯車25とピニオン27は、図示しない固定部材に回転可能に軸支されており、駆動用モータ21も図示しない固定部材に固定されている。駆動用モータ21としては、回転角度を正確に決定できるステッピングモータが好適である。駆動用モータ21を複数個設けても良い。
【0022】
一方、複数の駆動用モータ21を、各駆動用モータ21の駆動歯車22が各ラック28に直接係合するよう設置すれば、各ステータコア移動部6bの位置が各駆動用モータ21により個別に制御できる。この場合、内歯車23、長軸歯車25、ピニオン27は省略することができる。また、駆動用モータ21を一部のステータコア移動部6bに対してのみ設置して、この一部のステータコア移動部6bだけを移動可能とすることもできる。
【0023】
駆動用モータ21は駆動歯車22を介して環状の内歯車23を回転させ、環状の内歯車23の回転により複数の長軸歯車25が同時に回転する。環状の内歯車23は、駆動用モータ21の回転を複数の長軸歯車25に伝達するよう機能している。駆動歯車22、内歯車23、長軸歯車25は、いずれも同方向に回転する。長軸歯車25の回転はこれに係合するピニオン27を長軸歯車25とは逆方向に回転させ、さらにラック28がピニオン27の回転を直線運動に変換する。ラック28の直線方向の運動に伴いステータコア移動部6bも直線方向に運動する。この場合、ラック28の直線方向の運動はステータ及びロータの半径方向の運動である。なお、歯数を複数の長軸歯車25の間で異ならせることで、各ステータコア移動部6bの移動距離を違わせることもできる。
【0024】
図4(a)−(c)は、ステータコア移動部6bが半径方向へ移動する様子を示したものである。
【0025】
図4(a)を参照すると、ロータ3の回転数がゼロの場合、ステータコア移動部6bが最も内周側の位置にあり、ステータコア移動部6bの正面71は摺動溝17の底面31に当接している。なお、本明細書では、この最も内周側の位置を簡単に基準位置と呼ぶことにする。この時に、駆動用モータ21の回転軸24は、ステータコア移動部6bの基準位置に対応する第一の回転位置にある。
【0026】
図4(b)を参照すると、電動機100の鎖交磁束を減少させる必要のある場合において、駆動用モータ21の回転によりステータコア移動部6bは、基準位置から半径方向外側に移動している。ここで、ステータコア移動部6bの基準位置からの移動量を半径方向における変位Xとして定義する。ステータコア移動部6bの変位Xは、第一の回転位置を基準にした駆動用モータ21の回転軸24の回転角θに比例する。変位Xが最大変位Xmaxになるまで、ステータコア移動部6bは半径方向外側に移動する。
【0027】
図4(c)を参照すると、変位Xが最大変位Xmaxになると、ステータコア移動部6bは、ステータに対して最も外周側の位置(最大変位位置)にある。この時、駆動用モータ21の回転軸24は、ステータコア移動部6bの最大変位位置に対応する第二の回転位置にある。例えば、ステータコア移動部6bの最大変位Xmaxは鎖交磁束を減少させる程度に応じて設定され、この場合、最大変位Xmaxはロータ3の最高回転数などに依存する。
【0028】
次に、図5を参照して、電動機100の制御装置について説明する。
【0029】
電動機100の制御装置は、電動機50に電流を供給するインバータ45と、該電流を検出する電流センサ47と、インバータ45から電動機50に加わる電圧を検出する電圧センサ49と、前述の回転センサ12と、インバータ45及びステータコア移動機構10に設けられた駆動用モータ21を制御するコントローラ60から構成される。本実施形態の場合、インバータ45は交流電流を三相三線式で電動機に供給し、電流センサ47は線電流を、電圧センサ49は線間電圧をそれぞれ検出する。本実施形態の場合、巻線11は12個のコイル19から構成されている。
【0030】
コントローラ60は、互いにバスを介して結合されている中央演算装置 (CPU)、読み出し専用メモリ (ROM) 、ランダムアクセスメモリ (RAM) 及び入出力インタフェース (I/O インタフェース) をもつマイクロコンピュータから構成されている。回転センサ12、電流センサ47、電圧センサ49からの信号は入出力インタフェースを介してコントローラ60に入力されている。
【0031】
コントローラ60は、インバータ45が供給すべき三相交流の電流を設定し、この電流に相当する電流指令値をインバータ45に出力する。インバータ45は、電流指令値に基づいて電流を電動機100に供給する。さらに、コントローラ60は、ステータコア移動部6bの目標の変位Xに基づいて、駆動用モータ21の回転軸24の回転角θを決定し、この回転角θに相当する指令信号を駆動用モータ21に出力する。駆動用モータ21がステッピングモータである場合には、コントローラ60は回転角θに比例する数のパルスを駆動用モータ21に送出する。なお、インバータ45と駆動用モータ21は、コントローラ60と電気的に結合してコントローラ60の指令を受信するインターフェースを具備している。
【0032】
コントローラ60は、回転センサ12で検出されるロータ3の回転速度、電流センサ47で検出される電流値、電圧センサ49で検出される電圧値の少なくとも一つに従ってステータコア移動部6bの目標の変位Xを決定し、この目標の変位Xに相当する目標の回転角θを設定する。
【0033】
一般的に、ロータ3の回転速度の増加はインバータ45から与えられる電流、電圧の増加をもたらすので、コントローラ60は、回転速度の指標として電流値や電圧値を用いることができる。このため、回転速度を検出せずとも、電流値又は電圧値を検出しこれに応じて回転角θを設定することにより、高回転領域での誘起電圧を削減することもできる。つまり、電流センサ47とコントローラ60との組合せ、又は、電圧センサ49とコントローラ60との組合せを、ロータの回転速度を検出する回転速度検出手段として用いることができる。
【0034】
図6のフローチャートを参照して、コントローラ60が実行するステータコア移動部の位置制御のための制御ルーチンについて説明する。コントローラ60は、電動機の運転中に所定時間毎に制御ルーチンを繰り返し実行する。
【0035】
ステップS1において、ロータの回転速度、電動機に供給される電流、または電動機に供給される電圧の一つが読込まれる。
【0036】
ステップS2において、マップが参照される。回転速度が検出される場合、ステータコア移動部6bの変位Xと回転速度の関係を示す図7(a)のマップが参照され、電流が検出される場合、変位Xと電流の関係を示す図7(b)のマップが参照され、電圧が検出される場合、変位Xと電圧の関係を示す図7(c)のマップが参照される。これらのマップにおいて、変位Xは、回転速度、電流又は電圧の増加により増加する。つまり、変位Xと回転速度、電流または電圧の関係は、鎖交磁束の減少により高回転領域でのステータの巻線11に発生する誘起電圧が小さくなる関係に設定されている。図7(a)のマップ、図7(b)のマップ、及び図7(c)のマップは、マイクロコンピュータのメモリに格納されている。なお、これらのマップは例示的に示したものであり、電動機の特性により様々な変更がなしうる。例えば、回転速度、電流または電圧が、それぞれの閾値以下になるような低回転領域において、目標の変位Xをゼロのまま維持するようにし、閾値以上でのみ目標の変位Xを増加するようにしてもよい。
【0037】
なお、図7(a)−(c)のマップは、ステータコア移動部6bの目標の変位Xを決定するものであるが、変位Xと回転角θは比例関係にあるので、目標の回転角θと回転速度、電流又は電圧の関係を規定するマップを用いて、直接的に目標の回転角θを設定するようにしてもよい。
【0038】
ステップS3において、読込まれた回転速度、電流又は電圧に応じて、上述のマップを利用して、変位Xの目標値が計算される。なお、回転角θを決定するマップを備える場合、ここで、回転角θの目標値が直接マップから決定されてもよい。
【0039】
ステップS4において、変位Xの目標値から駆動用モータ21の回転軸24の目標の回転角θが計算される。
【0040】
ステップS5において、駆動用モータ21が回転角θの目標値を実現するよう制御される。こうして、ステータコア移動部6bが、目標の変位Xだけ移動する。
【0041】
図8を参照して、上記の実施形態による電動機100の効率に対する効果を説明する。ステータコア移動部6bがロータ3の回転速度によらず常に最も内周側の位置にある場合(通常の電動機の場合)、すなわち変位Xがゼロの場合に、図8(a)に示すように、ハッチングで示された95パーセント以上の高効率の領域は、高トルク低回転側にある。一方、ステータコア移動部6bが最も外周側の位置にある場合、すなわち変位Xが最大値Xmaxの場合に、図8(b)に示すように、95パーセント以上の高効率の領域は、変位Xがゼロの場合に比べて高回転側に位置している。
【0042】
このように、ステータコア移動部6bをステータ外周側に移動させる場合、ロータ3の高回転領域での効率が上昇する。これは、ステータコア移動部6bが移動することで、コイル19に鎖交する磁束量が変化するために起こる。
【0043】
次に、ステータコア移動部6bについての第二実施形態について説明する。ステータコア移動部6b以外の構成は、第一実施形態と同じであり説明を省略する。
【0044】
図9を参照すると、第一実施形態と違って、ステータコア移動部6bは、軸方向に垂直なステータの円周方向に電磁鋼板を積層することにより構成される。この場合、軸方向に電磁鋼板を積層するよりも電磁鋼板の積層数が減り、コストが削減される。また、鉄損の一部であるうず電流損が発生しにくくなるため、効率も向上する。
【0045】
次に、図10を参照して、ステータコア移動部6b及び摺動溝17についての第三実施形態について説明する。ステータコア移動部6b及び摺動溝17以外の構成は、第一実施形態と同じであり説明を省略する。
【0046】
第一実施形態では、ステータコア移動部6bは略直方体の形状をしており、ステータコア移動部6bの両方の側面75は、正面71に略直角である。しかし、第三の実施形態において、ステータコア移動部6bの側面75と正面71との間の角度は、90度より大きい鈍角であり、ステータコア移動部6bはテーパ−状になっている。従って、図のように、軸方向に垂直なステータコア移動部6bの断面形状は、半径方向外側に進むにつれて両側面間の幅が大きくなるような略台形の形状になる。さらに、ステータコア移動部6bの摺動溝17は、変位Xがゼロの場合ステータコア移動部6bに嵌合する形状をしており、同様に半径方向外側に進むにつれて両側面間の幅が大きくなるような略台形の形状になる。従って、ステータコア移動部6bの変位Xがゼロの場合、ステータコア移動部6bは摺動溝17の内周に密着させることができ、これによりステータコア固定部6aとステータコア移動部6bとの間の磁気抵抗を減少させ、電動機の特性を向上することが可能である。
【0047】
なお、後述のようにステータコア固定部6aを圧粉コアで形成すれば、ステータコア移動部6bの形状をこの他にも様々に設定可能である。例えば、ステータコア移動部6bの側面75と正面71との間の角度は略直角に維持したまま、上記と同様に、ステータコア移動部6bの軸方向の端面77と円周方向の側面75との間の角度を90度より大きい角度にすることもできる。
【0048】
次に、ステータコア移動部6bの摺動溝17についての第四実施形態について説明する。摺動溝17以外の構成は、第一実施形態と同じであり説明を省略する。
【0049】
図11を参照すると、第一実施形態と違って、摺動溝17は、ステータコア固定部6aを貫通して、底面31を有していない。従って、摺動溝17は、ティース部6cの先端面14とステータ外周面40で開口を有する。この摺動溝17の構造は、ステータコア固定部6aが第一実施形態のように電磁鋼板を積層して形成される場合には、電磁鋼板が分断されるので好ましくない。このため、ステータコア固定部6aは、図12に示す形状をもって、鉄合金粉末やフェライト粉末等の強磁性体粉末と絶縁性粘結剤との混合物を圧縮焼成又は圧縮成形して作製する圧粉コアで構成されている。こうして、点線で示される摺動溝17はステータコア固定部6aを貫通することが可能となり、ステータコア移動部6bをよりロータ3側に近づけることができ、低速回転時のトルクはよくなる。さらに、ステータコア固定部6aを圧粉コアで構成することで、ステータコア固定部及び移動部の形状に関して自由度が高まる。
【0050】
次に、ステータコア移動部6bについての第五実施形態について説明する。
【0051】
第一実施形態では、ステータコア6は、ステータコア固定部6aとステータコア移動部6bとに分けられ、ステータコア移動部6bがステータコア固定部6aに対して移動して、コイル19への鎖交磁束の調整が行われた。しかし、本実施形態において、図13のように、ステータコア6は、ステータコア固定部を有さず、ステータコア移動部のみから構成される。ステータコア6は、それぞれが一つのティ−ス部51aを含む同形の分割コア51に分けられており、各分割コア51がステータコア移動部に相当する。複数の分割コア51が、全体で円筒状になるように連結され一体化され、ステータコア6を形成している。それぞれの分割コア51が、ステータコア移動機構10により半径方向に移動される。
【0052】
図14を参照すると、絶縁体の枠18は、分割コア51の略直方体状のティース部51aに適合する直方体形状の摺動溝55(点線で示されている)を有する。各コイル19は絶縁体の枠18に密着する形で巻き付けられている。分割コア51のティース部51aは、摺動溝55内つまりコイル19内で半径方向に摺動する。このように、ステータコア6全体を移動可能な部材で構成することにより、同じ移動量であっても、第一実施形態に比べ、電動機の特性を大幅に向上することが可能である。
【0053】
上記の各実施形態において、ステータコア移動機構10は、複数のステータコア移動部6bをすべて移動する構成であるが、必要に応じて一部のステータコア移動部6bを移動させる構成にしてもよい。ステータ巻線について規定していないが、ステータ巻線は集中巻でも分布巻でもよい。また、ステータ5は12極であり、ロータ3の極数は8極であるが、他の極数のステータやロータにも本発明は適用可能である。ステータコア移動部6bを移動させる駆動力を供給する駆動力源として駆動用モータ21を用いたが、本発明はこれに限定されず、油圧ポンプ等の他の駆動力源を用いてステータコア移動部6bを移動させることもできる。さらに、交流、直流を問わず、電動機、発電機、またはその両方として動作する回転電機に対して本発明は適用できる。
【0054】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の第一実施形態に係る電動機の軸方向の断面側面図である。
【図2】第一実施形態に係る電動機の軸方向に垂直な断面図であり、図1のII−II線に沿った断面を示す図である。
【図3】第一実施形態に係る電動機のステータコア移動機構を示す斜視図である。
【図4】ステータコア移動部が半径方向へ移動する様子を示す電動機の軸方向に垂直な概略部分断面図である。(a)は、ステータコア移動部が最も内周側にある場合(X=0)、(b)は、ステータコア移動部が、最も内周側から変位Xだけ半径方向外側に移動した場合、(c)は、ステータコア移動部が最も外周側にある場合(X=Xmax)、を示す。ロータの回転速度の増加に伴って、ステータコア移動部の変位Xが増加する。
【図5】電動機の制御装置を示す概略図である。
【図6】ステータコア移動部の位置制御のための制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図7】(a)ステータコア移動部の変位Xとロータの回転速度の関係を示すマップである。(b)ステータコア移動部の変位Xと電動機の電流の関係を示すマップである。(c)ステータコア移動部の変位Xと電動機の電圧の関係を示すマップである。
【図8】(a)ステータコア移動部がロータの回転速度によらず常に最も内周側の位置にある場合、すなわち変位Xがゼロの場合に、95パーセント以上の効率の領域を回転数−トルク平面上に示す電動機の効率マップである。(b)は、ステータコア移動部がロータの回転速度によらず常に最も外周側の位置にある場合、すなわち変位Xが最大値Xmaxの場合に、95パーセント以上の効率の領域を回転数−トルク平面上に示す電動機の効率マップである。95パーセント以上の効率の領域は、ハッチングされた領域で示されている。
【図9】第二実施形態に係る電動機の軸方向に垂直な概略部分断面図である。(a)は、ステータコア移動部が最も内周側にある場合(X=0)、(b)は、ステータコア移動部が、最も内周側から変位Xだけ半径方向外側に移動した場合、(c)は、ステータコア移動部が最も外周側にある場合(X=Xmax)、を示す。
【図10】第三実施形態に係る電動機の軸方向に垂直な概略部分断面図である。(a)は、ステータコア移動部が最も内周側にある場合(X=0)、(b)は、ステータコア移動部が、最も内周側から変位Xだけ半径方向外側に移動した場合、(c)は、ステータコア移動部が最も外周側にある場合(X=Xmax)、を示す。
【図11】第四実施形態に係る電動機の軸方向に垂直な概略部分断面図である。(a)は、ステータコア移動部が最も内周側にある場合(X=0)、(b)は、ステータコア移動部が、最も内周側から変位Xだけ半径方向外側に移動した場合、(c)は、ステータコア移動部が最も外周側にある場合(X=Xmax)、を示す。
【図12】第四実施形態に係るステータコア固定部の形状を示す斜視図である。
【図13】第五実施形態に係る電動機の軸方向に垂直な概略部分断面図である。(a)は、ステータコア移動部が最も内周側にある場合(X=0)、(b)は、ステータコア移動部が、最も内周側から変位Xだけ半径方向外側に移動した場合、(c)は、ステータコア移動部が最も外周側にある場合(X=Xmax)、を示す。
【図14】第五実施形態に係る電動機の絶縁体の枠を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 回転軸
3 ロータ
5 ステータ
6 ステータコア
6a ステータコア固定部
6b ステータコア移動部
8 中心軸
9 ロータの永久磁石
10 ステータコア移動機構
12 回転センサ
17 摺動溝
18 絶縁体枠
19 コイル
21 駆動用モータ
23 内歯車
23 ピニオン
24 モータ回転軸
40 ステータ外周面
45 インバータ
47 電流センサ
49 電圧センサ
50 電動機
60 コントローラ
71 正面
73 背面
75 側面
77 端面
Claims (10)
- 複数のステータコアと該複数のステータコアのそれぞれに巻かれるコイルとを有する略円筒状のステータと、
前記ステータに対して回転可能に支持され且つ複数の永久磁石を有するロータとを備えた回転電機において、
前記ステータコアは、その一部に前記ステータの略半径方向に沿って前記コイルに対して相対移動可能な移動部と、
該移動部を前記ロータの回転数に基づき略半径方向に沿って移動させる移動機構とを備え、
前記移動部は、前記ロータの回転数がゼロの場合、前記移動部の少なくとも一部が前記コイルの内部に位置すると共に、前記ロータの回転速度の増加により前記ステータの外側に移動することを特徴とする回転電機。 - 前記ステータコアは、前記移動部と前記コイルに対して相対移動しない固定部とを備え、
該固定部は、前記移動部が移動するために案内する溝を有することを特徴とする請求項1記載の回転電機。 - 前記ステータコアは、積層された電磁鋼板から形成されることを特徴とする請求項1から2記載の回転電機。
- 前記移動部は、ステータの円周方向に積層された電磁鋼板から形成されることを特徴とする請求項2記載の電動機。
- 前記移動部は、ロータに対面する正面とステータの円周方向に互いに対峙する二つの側面を備え、正面と側面との間の角度が鈍角であることを特徴とする請求項2記載の電動機。
- 前記固定部は、圧粉コアにより構成されたことを特徴とする請求項2記載の電動機。
- 複数のコイルとステータコアとが接触しないように、それぞれのコイルとステータコア固定部との間に絶縁体の枠を備えており、
前記複数のステータコアのうち、少なくとも一つのステータコアの少なくとも一部分が前記絶縁体の枠内で略半径方向に移動可能であることを特徴とする請求項1記載の回転電機。 - 前記移動機構は、前記移動部を移動させる駆動力を供給する駆動力源と、
前記ロータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
該駆動力源と電気的に結合する制御手段とを有することを特徴とする請求項1から7に記載の回転電機。 - 前記回転速度検出手段は、前記回転電機の電圧を検出すると共に前記電圧を出力する電圧センサを備え、前記ロータの回転速度を推定することを特徴とする請求項8に記載の回転電機。
- 前記回転速度検出手段は、前記回転電機の電流を検出すると共に前記電流を出力する電流センサを備え、前記ロータの回転速度を推定することを特徴とする請求項8に記載の回転電機。
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