JP2010051159A - 可変界磁モータ - Google Patents

Abstract

【課題】 可変界磁モータの軽量化およびメンテナンスフリー化を実現する。
【解決手段】 本発明は、ベース１・２に回転自在に設けられたロータ４と、ロータに対して同軸かつロータの軸線方向に変位自在に設けられたステータ９と、ステータを軸線方向に変位させるステータ移動手段とを有する可変界磁モータであって、ステータ移動手段は、ロータの軸線回りに配置されかつベースに回転可能に軸支されると共に雄ねじおよび雌ねじの一方が設けられた複数の回転部材７と、雄ねじおよび雌ねじの一方に螺合しかつステータに一体に設けられたスライド部材８と、複数の回転部材の少なくとも１つを回転駆動させる駆動手段１５と、複数の回転部材のそれぞれの一方端側に固定されたプーリ１２と、プーリ間に巻き掛けられたベルト１３とを有するようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ロータの軸線方向に変位自在に設けたステータを有する可変界磁モータに関するものである。

従来、モータの界磁を調整できるようにし、使用状況に応じた適切な回転数及びトルクが得られるようにした可変界磁モータがあり、例えば電気自動車に用いられている。そのような可変界磁モータにあって、ロータの軸線方向に変位可能にステータが設けられ、ステータのロータに対する相対位置を変化させることによって界磁を変化させるようにしたものが同一出願人により提案されている（例えば特許文献１参照）。
特願２００６−３３５５０２

モータではロータの駆動トルクをステータで受けるため、上記構造の可変界磁モータにおけるステータにあっては、ステータに軸線方向に変位させることと回転方向のトルクを受けるという２つの機能をもたせる必要がある。上記特許文献１にあっては、ロータの回転軸を外囲する円筒状固定部材とステータとの両部材同士をスプライン結合し、ステータの軸線方向変位とトルク受けとを実現している。

しかしながら、ステータを変位させるためのステータ移動手段にあっては、ベースに回転可能に軸支された雄ねじ部材と、雄ねじ部材に螺合する雌ねじを設けたスライド部材がステータに一体的に設けられた構造であり、上記スプライン構造と合わせて、構造が複雑化し、また部品点数の増大による重量増になって、軽量化が難しいという問題があった。

また、構造の複雑化や部品点数の増大などによりメンテナンスが面倒であることから、できるだけメンテナンスフリー化することが望ましいという要求がある。

上記課題を解決するために、本発明は、ベース（１・２）に回転自在に設けられたロータ（４）と、ロータに対して同軸かつロータの軸線方向に変位自在に設けられたステータ（９）と、ステータを軸線方向に変位させるステータ移動手段とを有する可変界磁モータであって、ステータ移動手段は、ロータの軸線回りに配置されかつベースに回転可能に軸支されると共に雄ねじおよび雌ねじの一方が設けられた複数の回転部材（７）と、雄ねじおよび雌ねじの一方に螺合しかつステータに一体に設けられたスライド部材（８）と、複数の回転部材の少なくとも１つを回転駆動させる駆動手段（１５）と、複数の回転部材のそれぞれの一方端側に固定されたプーリ（１２）と、プーリ間に巻き掛けられたベルト（１３）とを有することを特徴とする。

これによれば、ステータをロータの軸線方向に変位させるステータ移動手段として、ベースに軸支された回転部材と、ステータに一体に設けられたスライド部材とを設けると共に、両部材をねじ結合し、回転部材をロータの軸線回りに複数配置したことから、ロータの回転トルクの反トルクを受けるステータを複数の回転部材により容易に支持することができる。さらに、複数の回転部材を同期して回転させることにより、回転部材に螺合しているスライド部材を介してステータを変位させることができ、トルク受け機構とステータ変位機構とを別個に設けることなく、すなわち１つの機構によりトルク受けとステータ変位とを兼ねることができ、部品点数の増加が抑制されるため、可変界磁モータとして軽量化がなされ、またメンテナンスが必要な箇所の減少によりメンテナンスフリー化が促進される。また、複数の回転部材間の駆動伝達はベルトにより行われるため、潤滑の省略が可能となりメンテナンスフリー化が更に促進される。

本発明により、構造が簡潔で、かつメンテナンスフリーな可変界磁モータを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は本発明が適用された電気自動車の駆動輪を回転軸に直交する方向から見た要部模式的断面図である。図２は、図１の矢印II線から見た要部端面図である。図３は、図１の矢印III線から見た要部端面図である。なお、図１にあっては、回転軸に対して図において上下対称となるように破断したものではなく、上下の断面に主要部がそれぞれ示されるように破断したものである。また、図に示されるように本可変界磁モータは電気自動車のインホイールモータとして構成されてよい。

車体本体側のスイングアーム（ナックル）１００に、ベースとしての円板形状のモータ取付用ベース１が固設されている。モータ取付用ベース１には、車体側方に突出する円筒状の固定支持軸２が固設されており、その固定支持軸２の内周側に、一対の軸受３ａ・３ｂを介してロータ４のロータ軸４ａが回転自在に支持されている。軸受３ａ・３ｂは、ラジアル荷重およびスラスト荷重に対して抗することができる軸受が好ましく、例えばアンギュラ玉軸受または円錐ころ軸受である。

ロータ４は、ロータ軸４ａの軸線方向端部にて外向フランジ状に形成された円板部４ｂと、円板部４ｂの外周部分にてロータ軸４ａを同軸に外囲するように形成された周壁部４ｃとを有する。円板部４ｂにはホイールを介して駆動輪が取り付けられる。

固定支持軸２の外周部分には、ロータ軸４ａの軸線方向に所定の距離をおいて対峙するように、固定支持軸２の突出端側より径方向に突出した第１外向フランジ６ａと、起端側より固定支持軸２の径方向に突出した第２外向フランジ６ｂとが形成されている。図２に示すように、第１および第２外向フランジ６ａ・６ｂはロータ軸４ａの軸線回りに１２０度の等間隔で３箇所に配置されている。第１および第２外向フランジ６ａ・６ｂのそれぞれには、対向する位置に孔６ｃがそれぞれ形成されており、それぞれの孔６ｃには軸受６ｄ・６ｅを介して回転部材７が回転自在に設けられている。回転部材７の車体側方側の端部は、孔６ｃを貫通して第１外向フランジ６ａの車体側方側へと延出している。また、回転部材７の内の１つは第２外向フランジを貫通して車体側へと延出している。回転部材７には台形ねじからなる雄ねじ部７ａが形成されている。軸受６ｄ・６ｅは、ラジアル荷重およびスラスト荷重に対して抗することができる軸受が好ましく、例えばアンギュラ玉軸受または円錐ころ軸受である。

第１外向フランジ６ａの車体側方側の面には回転センサ１９を構成するホールＩＣ１９ａおよびセンサ基板１９ｂが設けられ、ロータ４の円板部４ｂのホールＩＣ１９ａと対向する位置には回転センサ１９を構成するマグネット１９ｃが設けられている。

それぞれの回転部材７には雄ねじ部７ａに螺合する雌ねじ部８ａが形成されたスライド部材８がそれぞれ組み付けられている。スライド部材８は潤滑を必要としない部材（無給油タイプ）であることが好ましく、例えば樹脂材料から形成される。樹脂材料には、ポリアセタール系樹脂、ポリアミド系樹脂等が用いられる。各スライド部材８にはリング状のステータ９が一体的に固設されている。これにより、回転部材７が回転するとスライド部材８が回転部材７の軸線方向に往復動し、ステータ９が一体的に往復動し得る。

ステータ９は、各スライド部材８に固設された円環状のステータベース９ａと、ステータベース９ａから半径方向外向きに突設された複数個のステータコア（ティース）９ｂと、各ステータコア９ｂに巻回された所定数のコイル９ｃとを有する。ロータ４の周壁部４ｃの内周面には所定数のマグネット１１が周方向にＮ・Ｓ極を交互にして配設されている。なお、図示例では３２極３６スロットモータが示されているが、これに限られるものではない。

各回転部材７の車体側方側の端部にはそれぞれ第１プーリ１２が固着されており、図２および図３に示すように各第１プーリ１２間には第１無端ベルト１３が巻き掛けられている。第１無端ベルト１３は、平ベルト、丸ベルト、Ｖベルトまたは歯付きベルト（コグドベルト）等であり、特に歯付きベルトであることが好ましい。第１無端ベルト１３に歯付きベルトを使用する際には、各第１プーリ１２には歯付きベルトの歯形状に対応する歯が形成される。

また、第２外向フランジ６ｂを貫通して車体側に延出する回転部材７の車体側の端部には第２プーリ１４が形成されている。モータ取付用ベース１にはブラケット１６を介してモータ駆動式のアクチュエータ１５が取り付けられている。アクチュエータ１５の出力軸には設けられ駆動プーリ１７が設けられている。第２プーリ１４と駆動プーリ１７の間には第２無端ベルト１８が巻き掛けされている。第２無端ベルト１８は上述した第１無端ベルト１３と同様であってよい。

このようにして、アクチュエータ１５への駆動制御信号に応じてスライド部材８を任意の位置まで変位させることができる。駆動プーリ１７の回転は第２無端ベルト１８を介して第２プーリ１４に伝達され、第２プーリ１４が設けられた回転部材７の回転は第１プーリおよび第１無端ベルト１３を介して他の回転部材７に伝達されるため、アクチュエータ１５の回転駆動により全ての回転部材７が同期して回転される。そのため、各回転部材７に設けられたスライド部材８およびスライド部材８に固設されたステータ９の移動量は同一になり、ステータ９はロータ軸４ａに対して直交する姿勢を維持しつつ移動される。

また、雄ねじ部７ａと雌ねじ部８ａとのリード角や他のベルト伝達部の摩擦抵抗などにより、スライド部材８にスライド方向に変位させる外力が作用しても、アクチュエータ１５で駆動して停止した位置にスライド部材８を停止状態に保持することができる。

図１の実線は、マグネット１１の磁極面と、ステータコア９ｂの磁極面に対峙する対峙面との相対する面積が最大となる位置を示している。その位置からロータ軸４ａの軸線方向で車体本体側へステータ９を変位させることにより、マグネット１１とステータコア９ｂとの上記相対する面積が減少する。また、マグネット１１の磁極面とステータコア９ｂの対峙面の相対する面積が減少した位置から、ステータ９を車体本体の外方側へ移動することができる。

上記ステータ９の変位量は、マグネット１１の磁極面に対して、図１に示されるようにステータコア９ｂの対峙面がロータ軸４ａの軸線方向について完全に重なる位置と、図１の二点差線で示される位置との２位置間であって良い。図示例では、完全に重なる位置からの変位量にあっては、完全に外れた位置までの変位量を１００％とした場合に約５０％としているが、０％までの任意の位置であって良い。なお、５０％の位置の場合にはマグネット１１の磁極面とステータコア９ｂの対峙面とのロータ軸４ａの線方向についての重なり量は半分となる。

モータ駆動時にあってはロータ４の回転トルクに対する反トルクをステータ９が受ける。上述した構造によれば、ロータ軸４ａの軸線回りに所定角度で配置された図示例では３つの回転部材７によりステータコア９ｂが支持されていることから、ステータ９に作用する上記反トルクを３本の回転部材７により受け止めることができる。

ステータ９のステータコア９ｂがマグネット１１に対して変位している場合には、ステータ９をロータ４の内方へと引き込む方向に力が加わる。そのため、軸受３ａ・３ｂおよび軸受６ｄ・６ｅにはスラスト方向に力が加わる。軸受３ａ・３ｂおよび軸受６ｄ・６ｅはアンギュラ玉軸受または円錐ころ軸受から構成されるため、スラスト方向の力に対しても抗することができ、モータの円滑な回転を維持するとともにモータの長寿命化が図れる。

本実施形態では、回転センサ１９のホールＩＣ１９ａ、センサ基板１９ｂおよびマグネット１９ｃが設けられる空間を外囲するように第１プーリ１２および第１無端ベルト１３が配置されるため、各装置の収納効率が高くモータを薄型化することができる。

ステータ移動手段はベルト１３・１８およびプーリ１２・１４を用いて構成され、スライド部材８が潤滑を必要としないため、本実施形態に係るステータ移動手段は潤滑油の供給を省略することができる。そのため、ステータ移動手段の防塵および防水構造を省略できるとともに、メンテナンスフリーにすることができる。

したがって、従来のようにセレーションやスプラインより反トルクを受ける構造とする必要が無く、可変界磁モータにおいて必要なステータ９の変位機構を用いて反トルクを受けることができ、部品点数の増加を抑制しかつ軽量化を促進し得るため、コストも削減し得る。また、余計な部品がないため、メンテナンスフリー化の実現を促進し得ると共に、モータを薄型化することができる。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、全ての回転部材７が第２外向フランジ６ｂを貫通して第２外向フランジ６ｂの車体側に突出するようにし、当該突出部に第１プーリおよび第１無端ベルトを設けてもよい。本実施形態では、ロータ軸４ａ回りに回転部材７を等間隔に３つ配置したが、他の実施形態では４つ、或いは５つと回転部材７の設置数を増加させてもよい。その他、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

本発明が適用された電気自動車の駆動輪を回転軸に直交する方向から見た要部模式的断面図である。 図１の矢印II線から見た要部端面図である。 図１の矢印III線から見た要部端面図である。

符号の説明

１ モータ取付用ベース
２ 固定支持軸
４ ロータ
６ａ・６ｂ 第１外向フランジ・第２外向フランジ
７ 回転部材
８ スライド部材
９ ステータ
９ａ ステータベース
９ｂ ステータコア
９ｃ コイル
１１ マグネット
１２ 第１プーリ
１３ ベルト
１３ 第１無端ベルト
１４ 第２プーリ
１５ アクチュエータ
１７ 駆動プーリ
１８ 第２無端ベルト
１９ 回転センサ

Claims (1)

1. ベースに回転自在に設けられたロータと、前記ロータに対して同軸かつ前記ロータの軸線方向に変位自在に設けられたステータと、前記ステータを前記軸線方向に変位させるステータ移動手段とを有する可変界磁モータであって、
   前記ステータ移動手段は、
   前記ロータの軸線回りに配置されかつ前記ベースに回転可能に軸支されると共に雄ねじおよび雌ねじの一方が設けられた複数の回転部材と、
   前記雄ねじおよび雌ねじの一方に螺合しかつ前記ステータに一体に設けられたスライド部材と、
   前記複数の回転部材の少なくとも１つを回転駆動させる駆動手段と、
   前記複数の回転部材のそれぞれの一方端側に固定されたプーリと、
   前記プーリ間に巻き掛けられたベルトと
   を有することを特徴とする可変界磁モータ。

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