JP2008022637A - 回転電機及び該回転電機を用いた電動モータまたは発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】電動モータの出力特性を、ロータ５とステータ１４との対向面積を変化させて調整できるようにする。
【解決手段】マグネット４ａを有したロータ５を外周に、コイルを巻装したステータ１４を内周に配すると共に、ステータ１４を、軸回り方向には回転規制され、軸芯方向に移動自在となった可動体１６に設け、可動体１４を駆動モータ７の駆動に基づいて軸芯方向に移動させ、これによってロータ５とステータ１４との対向面積を調整し、これによってモータの特性の調整ができるようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、出力特性の調整が自在な回転電機および該回転電機を用いた電動モータまたは発電機の技術分野に属するものである。

一般に、回転電機を電動モータとして用いた場合、該電動モータの出力は、ステータとロータとの対向面積を変化させることで調整でき、そこでロータを軸芯方向に移動自在にするようにしたものが知られている（例えば特許文献１、２）。しかしながらこのものでは、ロータの回転数（回転速度）に連動して出力特性が変化してしまうことになって、任意の出力特性になるよう制御することができないという問題がある。
これに対し、ロータとステータとのあいだのギャップ（間隙）を調整することで出力特性を調整するようにしたものが知られている（特許文献３）。
特開平５−３００７１２号公報 特開平６−１４１４０１号公報 特開２００４−１３５４８６号公報

ところが、前記ギャップを調整する場合に、出力はギャップの間隔（距離）に敏感に左右されるため、精度の高い微妙なギャップ調整が必要になって制御が難しいという問題がある。また、ステータとロータとの吸引力が大きいため、ギャップの調整には大きな力が必要となって問題があり、これらに本発明の解決すべき課題がある。

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、径方向に間隙を存して対向するロータとステータとを備えて構成される回転電機において、該回転電機に、ステータをロータに対して軸芯方向移動調整するためのステータ移動手段を設けて、ステータとロータとの対向面積を調整できるようにしたことを特徴とする回転電機である。
請求項２の発明は、対向面積の調整範囲は、対向面積がゼロの状態を含むことを特徴とする請求項１記載の回転電機である。
請求項３の発明は、ステータ移動手段は、駆動源と、ロータの軸芯から所定の外径位置に配され、前記駆動源の駆動に連動して回転する伝動軸と、ステータが設けられ、前記伝動軸の回転に連動してロータの軸芯方向に移動する可動体と、該可動体を軸芯回りの回動を規制する状態で軸芯方向に案内するガイド体とを備えて構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の回転電機である。
請求項４の発明は、ステータ移動手段には、伝動軸が配されるロータ軸芯からの外径位置には、周回り方向に複数の従動軸が設けられ、伝動軸と従動軸とは、伝動軸の回転に連動して回転するよう連動連結されていることを特徴とする請求項３記載の回転電機である。
請求項５の発明は、ステータの外周側にロータが設けられ、内周側にステータ移動手段の伝動軸と従動軸とが設けられていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の回転電機である。
請求項６の発明は、回転電機は電動モータであり、ロータには車輪が取り付けられることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の電動モータである。
請求項７の発明は、回転電機は発電機であり、ロータには翼体が取り付けられることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の発電機である。

請求項１の発明とすることにより、回転電機の回転数−トルク特性が、ステータを軸芯方向に移動させることで容易に調整制御できることになる。
請求項２の発明とすることにより、回転電機は駆動を停止した状態でフリクションを略ゼロにすることができる。
請求項３の発明とすることにより、ステータ移動手段を簡単に形成できることになる。
請求項４の発明とすることにより、ステータの移動が円滑で安定しでできることになる。
請求項５の発明とすることにより、特性調整ができる回転電機をコンパクトに製造することができる。
請求項６の発明とすることにより、連続的な出力特性の調整ができることになって、無段の変速制御ができる電動モータとすることができる。
請求項７の発明とすることにより、連続的な発電特性の調整ができることになって、風速等の流体速度に対応した発電ができることになる。

次ぎに、本発明の第一の実施の形態について、図１〜３に基づいて説明する。図中、１は躯体（車体）であって、該躯体１に支軸２の基端に形成のフランジ部２ａが一体的に止着されている。支軸２には、ベアリング３ａ、３ｂを介して回転体３のボス部３ｃが回転自在に軸支され、該回転体３の外周部には円筒状をしたヨーク４の先端縁が一体的に止着され、該ヨーク４の内周面に周回り方向に複数のマグネット４ａが止着され、これによってロータ５が構成されている。

前記フランジ部２ａには、支軸２が突出するとは逆側面にブラケット６が一体的に止着され、該ブラケット６に駆動モータ７が取り付けられている。８はフランジ部２ａおよびブラケット６を貫通する状態で軸受８ａによって回転自在に軸支された伝動軸であって、該伝動軸８は、支軸２の軸芯から所定の外径位置に配され、かつ前記駆動モータ７に設けられた駆動ギア９に噛合する中間ギア１０ａと伝動ギア１０とがフランジ部２ａを挟む状態で設けられ、駆動モータ７の駆動によって伝動軸８は中間ギア１０ａ、伝動ギア１０と共に該伝動軸８の軸芯回りに回転するようになっている。

１１は伝動軸８の支軸２の軸芯からの外径位置と等距離に位置するようにして支軸２の軸芯回りに複数配した従動軸であって、該従動軸１１は、本実施の形態では２本設けられ、伝動軸８および従動軸１１とはそれぞれ１２０度の等角度を存して配されている。そして従動軸１１は軸受１１ａを介して該従動軸１１の軸芯回りに回転自在に軸支されるが、各従動軸１１の基端部には従動ギア１２がそれぞれ一体的に止着されている。１３は外周面にギア歯１３ａが刻設されたリングギアであって、該リングギア１３のギア歯１３ａは前記伝動ギア１０、従動ギア１２とにそれぞれ噛合している。そして駆動モータ７の駆動に連動して伝動ギア１０が回転すると、リングギア１３が回転移動し、これに連動して従動ギア１２、従動軸１１が回転するようになっている。

１４はコア１４ａにコイル１４ｂが巻装されたステータであって、該ステータ１４は、前記マグネット４ａの内周面に外周面が対向する状態で周回り方向に複数配設されており、これらステータ１４は、内周面側が支持部材１５によって支持されている。
一方、前記フランジ部２ａには、回転体ボス部３ｃの外径側に位置し、かつ伝動軸８、従動軸１１の内径側に位置する状態で、外径側面にスプライン溝（ガイド溝）１６ａが刻設されたガイド体１６が設けられ、該ガイド体１６に、可動体１７に形成した突部（ガイド部）１７ａがスプライン嵌合されることで、可動体１７は、支軸２の軸芯方向移動自在で軸回り方向には回転しない（回転規制された）状態に支持されている。可動体１７から外径方向に向けて延設された延設部１７ｂに前記支持部材１５が一体的に連結されている。
また、前記伝動軸８、従動軸１１の先端側部位には螺子溝（雄螺子溝）８ｂ、１１ｂが刻設されており、該螺子溝８ｂ、１１ｂに、前記延設部１７ｂに一体的に設けた作動体１８に刻設の螺子孔１８ａが螺合している。そして前記駆動モータ７の駆動に伴う伝動軸８、従動軸１１の回転に基づき、可動体１７がステータ１４と共に軸芯方向に移動することになり、これによってステータ１４とマグネット４ａとの対向面積が調整されるようになっている。そして本実施の形態では、調整される対向面積は、対向面がないゼロの状態（図２参照）から全て対向する状態（図１参照）までの調整ができるようになっている。そして本実施の形態のものは、ロータ５に車輪１９を直接取付けて、回転電機を電動モータとして使用したダイレクトドライブ方式の実施の形態である。

叙述の如く構成した本発明の実施の形態において、車輪１９は、コイル１４ｂに電流を流すことに伴い回転するロータ５と共に回転することになるが、その場合の出力特性は、ステータ１４を軸芯方向に移動制御することでロータ５とステータ１４との対向面積を大小制御することによって調整制御ができることになる。つまり、対向面積を大きくした場合、モータは低回転、高トルク特性となり、この結果、車両の発進時や坂道登坂、あるいは加速時のように大きな出力を必要とするときに対応できることになる。そうして速度が上がり、平坦路を一定速度で走行する場合のように、大きなモータトルクを必要としないときにはロータ５とステータ１４との対向面積を小さくすることで高速走行ができる。さらには、坂道を降りるような場合に、車両が自重で加速していった場合、車輪１９の回転速度が速くなってロータ５の回転速度が上がっていってモータ側の無負荷回転速度を上回ると、電動モータは回生発電を開始することで回転負荷を生じることになる。このような場合には、ロータ５とステータ１４との対向面積を小さくしていって走行抵抗にならないように制御すればよく、最終的には対向面積をゼロにして自由回転状態にまですることができ、このようにすることで、無段の変速がなされた走行が実現できることになる。

しかもこのものでは、ステータ１４の軸芯方向の移動は、可動体１５を支軸２に対し回転規制された状態で軸芯方向に移動自在に支持し、そして伝動軸８の駆動によって行われるため、移動手段の構造が簡単でコンパクトに形成することができる。しかもこの場合に、複数の従動軸１１が伝動軸８と同径位置に周回り方向に配されていて伝動軸８と連動して回転してステータ１４を軸芯方向に移動させるため、該移動時にステータ１４が芯ずれ状態になってしまうことがなく、円滑で安定した軸芯方向の移動ができることになる。しかもこのステータ移動手段は、ステータ１４の内径側に位置するよう配されているため、コンパクト化が達成できる。

尚、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、回転電機は、図４のように発電機として用いることができる。つまりこのものは、ロータ５に翼体２０を設けたものであり、このようにした場合、これが例えば風力発電機である場合、風力が小さく、回転しづらい場合や、回転し始めの場合、ロータ５とステータ１４との対向面積がゼロか小さくなるようにして翼体２０の回転を促し、回転が安定化するほどに対向面積を大きくして発電特性が大きくなるように制御することができ、このようにすることで効率の良い発電ができることになる。

回転電機を電動モータとして使用したものであって、ロータとステータとの対向面積が大きい状態を示す断面側面図である。 回転電機を電動モータとして使用したものであって、ロータとステータとの対向面積がゼロの状態を示す断面側面図である。 回転電機の正面図である。 回転電機を発電機として使用したものであって、ロータとステータとの対向面積が大きい状態と小さい状態とを上下半部づつ示す断面側面図である。

符号の説明

１ 躯体
５ ロータ
７ 駆動モータ
８ 伝動軸
１１ 従動軸
１３ リングギア
１４ ステータ
１６ ガイド体
１７ 可動体
１９ 車輪
２０ 翼体

Claims (7)

1. 径方向に間隙を存して対向するロータとステータとを備えて構成される回転電機において、該回転電機に、ステータをロータに対して軸芯方向移動調整するためのステータ移動手段を設けて、ステータとロータとの対向面積を調整できるようにしたことを特徴とする回転電機。
2. 対向面積の調整範囲は、対向面積がゼロの状態を含むことを特徴とする請求項１記載の回転電機。
3. ステータ移動手段は、駆動源と、ロータの軸芯から所定の外径位置に配され、前記駆動源の駆動に連動して回転する伝動軸と、ステータが設けられ、前記伝動軸の回転に連動してロータの軸芯方向に移動する可動体と、該可動体を軸芯回りの回動を規制する状態で軸芯方向に案内するガイド体とを備えて構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の回転電機。
4. ステータ移動手段には、伝動軸が配されるロータ軸芯からの外径位置には、周回り方向に複数の従動軸が設けられ、伝動軸と従動軸とは、伝動軸の回転に連動して回転するよう連動連結されていることを特徴とする請求項３記載の回転電機。
5. ステータの外周側にロータが設けられ、内周側にステータ移動手段の伝動軸と従動軸とが設けられていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の回転電機。
6. 回転電機は電動モータであり、ロータには車輪が取り付けられることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の電動モータ。
7. 回転電機は発電機であり、ロータには翼体が取り付けられることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の発電機。

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