JP6327474B2 - Outer rotor type variable field motor - Google Patents

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Description

本発明は、整流子型モータ(ブラシ付きＤＣモータ)や回転界磁型モータ(永久磁石ロータ型モータ)を用いて、正、逆回転方向ともに、負荷トルクの大きさに合わせて自動的に可変界磁する(変速する)アウターロータ型ブラシレスモータの構造に関し、永久磁石と電磁石のコアとの相対的な位置をモータ軸方向にずらして、相互の重なり代(重なり量)を変えることにより可変界磁(弱め界磁等)を行う電動モータであって、詳しくは、カムを使って可変界磁を行うとともに永久磁石と電磁石相互の相対的な移動量(可動範囲)に対し、可変界磁の効果を1列磁石式の約２倍程度に大きくすることができるアウターロータ型可変界磁式モータに関する。   The present invention uses a commutator type motor (DC motor with brush) and a rotating field type motor (permanent magnet rotor type motor) to automatically change the forward and reverse rotation directions according to the load torque. Regarding the structure of an outer rotor type brushless motor that performs field shifting (shifts), the relative position of the permanent magnet and the core of the electromagnet is shifted in the motor axial direction to change the variable overlap (overlap amount). This is an electric motor that performs magnetism (field weakening, etc.), and more specifically, it uses a cam to perform variable field, and the relative field travel (movable range) between the permanent magnet and electromagnet The present invention relates to an outer rotor type variable field motor that can increase the effect to about twice that of a single-row magnet type.

可変界磁式や自動可変界磁式モータは、一般のモータに比べると構造が複雑になるため大きく、重く、製造コストが高くなる。このことから、可変界磁するための機構は、極力簡単で軽く、小さくすることが望まれる。
経時変化(劣化)も大きくなるため、運転時に定期的なメンテナンスが必要になる。 The variable field type and automatic variable field type motors are large, heavy, and expensive to manufacture because they have a complicated structure compared to general motors. For this reason, it is desirable that the mechanism for variable field be as simple, light and small as possible.
Changes over time (deterioration) also increase, so regular maintenance is required during operation.

周知のように、送風ファンやコンプレッサのように、長時間にわたり定格出力一杯で使用する電動モータがある。一方で、電気自動車や電動バイクのように低速から高速、高トルクから低トルクへと出力特性を自由に変えられる電動モータが求められる場合がある。動力特性を変える必要があるときでも、モータ自体の特性は変えずに機械式変速機等を使って特性を変える方式もある。この場合、動力源全体の装置の大きさ、重さ、コスト、寿命(経時変化)、騒音(振動)などの課題が生じる。また、油圧や電動装置等を使って可変界磁を行いモータの動力特性を変える方法がある。この場合、通常のモータに比べて機構や制御が複雑になり装置全体の大きさ、重さ、コスト、寿命(経時変化)、メンテナンス(保守)などの課題が生じる。   As is well known, there are electric motors that are used at full rated output for a long time, such as blower fans and compressors. On the other hand, there are cases where an electric motor that can freely change output characteristics from low speed to high speed and from high torque to low torque, such as an electric vehicle or an electric motorcycle, may be required. Even when it is necessary to change the power characteristics, there is a method of changing the characteristics using a mechanical transmission or the like without changing the characteristics of the motor itself. In this case, problems such as the size, weight, cost, life (change with time), and noise (vibration) of the entire power source arise. In addition, there is a method of changing the power characteristics of the motor by using a variable field using hydraulic pressure or an electric device. In this case, the mechanism and control are complicated as compared with a normal motor, and problems such as the size, weight, cost, life (time-dependent change), and maintenance (maintenance) of the entire apparatus occur.

図1６に示すように、同じ出力のＤＣモータでも低速回転・高トルク特性のモータ（１速）←（自動車のマニュアル式変速機のローギヤの特性に似ていることからこのように表現した）から、高速回転・低トルク特性のモータ(5速)のような特性の違うモータがある。
一般に、前者は直径が大きく偏平型のモータ形状、後者はペンシル型の細いモータ形状のものが多い。電気自動車を例にとると、前者は坂道を重い荷物を積んで登る車の動力として好都合なモータ特性である。しかし、変速機等がなければ、負荷が軽い平坦な道路でも、スピードが上がらない。
また、後者は平坦な道を高速で走る車の動力として好都合なモータ特性である。しかし、こちらも変速機等がなければ、急な坂道を登る際や急加速をする際など車の推進力が不足する。 As shown in Fig. 16, even with a DC motor of the same output, a motor with low speed rotation and high torque characteristics (first speed) ← (expressed in this way because it resembles the low gear characteristics of a manual transmission of an automobile) There are motors with different characteristics, such as motors with high speed rotation and low torque characteristics (5-speed).
In general, the former has a flat motor shape with a large diameter and the latter has a thin pencil type motor shape. Taking an electric vehicle as an example, the former is a motor characteristic that is advantageous as the power of a vehicle that climbs up a hill with heavy loads. However, without a transmission or the like, the speed does not increase even on a flat road with a light load.
The latter is a motor characteristic that is advantageous as power for a car that runs on a flat road at high speed. However, if there is no transmission or the like, the driving force of the car is insufficient when climbing a steep slope or when accelerating rapidly.

モータに加える電力量を増減すれば、図１６に示す(1速)〜(5速)のような、いかなる特性のモータであっても、電気自動車や電動バイクのように低速から高速、高トルクから低トルクへとモータの出力を自由に変えられる電動モータとして使用できるように思われる。しかし、モータの特性(グラフの傾き)が変わらない以上、そのモータに加える電力量を無理やり増減しても各Ｔ−Ｎ特性線は平行移動するだけで、トルクや回転速度だけを単独に増減することには限りがある。例えば、高速回転、低トルク特性の(5速)のモータを使って、加える電力量(電圧)を無理やり増加させて高トルクを得ようとしても、トルクは(1速)のモータのようには上がらず、モータは許容出力を越えて発熱し、焼損する。   If the amount of electric power applied to the motor is increased or decreased, a motor with any characteristics such as (1st speed) to (5th speed) shown in FIG. It seems that it can be used as an electric motor that can freely change the motor output from low to low torque. However, as long as the motor characteristics (slope of the graph) do not change, even if the amount of power applied to the motor is forcibly increased or decreased, each TN characteristic line only moves in parallel, and only the torque and rotational speed are increased or decreased independently. There is a limit. For example, using a (5-speed) motor with high-speed rotation and low-torque characteristics, if you try to obtain a high torque by forcibly increasing the amount of power (voltage) to be applied, the torque will be as if it was a (1-speed) motor. The motor does not rise, and the motor generates heat exceeding the allowable output and burns out.

ロータの回転速度の上昇にともなって誘導起電圧定数を自動的に小さくする(弱め界磁を行う)直巻きモータと呼ばれるモータがある。同モータの原理図を図１７に示す。
通常、ブラシ付きＤＣモータの界磁は永久磁石で構成される。しかし、図１７で示すように界磁を電磁石式にして電機子コイル１０１と界磁コイル１０２を直列に接続すると、回転速度の上昇にともなって自動的に可変界磁(弱め界磁)する機能をもたせることができる。電機子コイル１０１と界磁コイル１０２を直列に接続するこの方式のモータを、直巻きモータと言う。この他に、電機子コイル１０１と界磁コイル１０２を並列に接続する分巻きモータや、界磁コイルの一方だけを直列に接続し、残る一方を電機子コイルと並列に接続した複巻きモータと呼ばれるモータがある。また、電機子コイルと界磁コイルを独立して接続する他励磁式のモータもある。ここでは、図１７の直巻きモータについて説明する。 There is a motor called a series winding motor that automatically reduces the induced electromotive force constant (performs field weakening) as the rotational speed of the rotor increases. The principle diagram of the motor is shown in FIG.
Usually, the field of a brushed DC motor is composed of a permanent magnet. However, as shown in FIG. 17, when the armature coil 101 and the field coil 102 are connected in series with the electromagnet field, the variable field (weak field) automatically increases as the rotational speed increases. Can be given. A motor of this system in which the armature coil 101 and the field coil 102 are connected in series is referred to as a series-winding motor. In addition to this, a split-winding motor that connects the armature coil 101 and the field coil 102 in parallel, or a multi-winding motor in which only one of the field coils is connected in series and the remaining one is connected in parallel with the armature coil; There is a motor called. In addition, there is another excitation type motor in which an armature coil and a field coil are independently connected. Here, the direct winding motor of FIG. 17 will be described.

直巻きモータは、図１６に示すＴ−Ｎ線図の傾きを回転速度の大小によって自動的に変える、いわゆる自動的に可変界磁するモータである。モータ起動時には電機子コイル１０１、界磁コイル１０２は巻線抵抗だけなので大電流が流れる。この時、界磁は磁束密度が高く電機子コイル１０１にも大電流が流れるため、大きな起動トルクを得ることができる。モータが回転速度を上げると、電機子コイル１０１には誘導起電圧による逆起電圧が発生し、電池１０５から供給される電圧に対して逆向きに作用する。このことにより、電機子コイル１０１と界磁コイル１０２に流れる電流が減少し界磁の磁束密度が低下する。誘導起電圧定数が小さくなり、弱め界磁の機能が生まれる。
図１７に示す直巻きモータにはブラシ１０３や整流子１０４があるため、経時変化(摩耗や劣化)が大きい。また、図１７に示す直巻きモータは、回転速度の上昇によって自動的に弱め界磁する方式である。 The direct-winding motor is a so-called automatically variable field motor that automatically changes the inclination of the TN diagram shown in FIG. 16 according to the magnitude of the rotational speed. When the motor is started, a large current flows because the armature coil 101 and the field coil 102 have only winding resistance. At this time, since the field magnet has a high magnetic flux density and a large current flows through the armature coil 101, a large starting torque can be obtained. When the motor increases in rotational speed, a back electromotive voltage due to an induced electromotive voltage is generated in the armature coil 101 and acts in the opposite direction to the voltage supplied from the battery 105. As a result, the current flowing through the armature coil 101 and the field coil 102 decreases, and the magnetic flux density of the field decreases. The induced electromotive force constant is reduced, and a field weakening function is created.
Since the series-winding motor shown in FIG. 17 includes the brush 103 and the commutator 104, the change with time (wear and deterioration) is large. The direct-winding motor shown in FIG. 17 is a system that automatically weakens the field by increasing the rotation speed.

整流子型モータ(ブラシ付きＤＣモータ)や回転界磁型モータ(永久磁石ロータ型モータ)において、永久磁石と電磁石のコアとの相対的な位置をモータ軸方向にずらして、相互の重なり代(重なり量)を変えることにより可変界磁を行う電動モータ（特許文献１）が知られている。
特許文献１（特開２０１４−５０２５１）に記載の可変界磁モータは、正回転方向(電動バイクでは前進時)だけ機能するが、逆回転方向や回生制動の際には自動的に可変界磁はしない。また、カムとカムフォロアが中心軸付近にあるため変位量(リフト量)が大きい時、圧力角が大きくなってしまいカムフォロア(特許文献１では、ピン)に過大な力が加わり摩耗が著しい。
特許文献１の技術によると、相互(永久磁石と電磁石)の相対的な可変量は実用的ではない程に、小さく開示されている。特許文献１には、可変量がステータコアの積み厚の25％程度になっており、可変界磁の量を大きくすると、ロータのずらし量(可動範囲)が大きくなり、バネの長さも大きくなるため、このようなモータの全長は、さらに長くなる。 In commutator type motors (DC motors with brushes) and rotating field type motors (permanent magnet rotor type motors), the relative positions of the permanent magnets and the cores of the electromagnets are shifted in the motor axial direction so An electric motor (Patent Document 1) that performs a variable field by changing the amount of overlap) is known.
The variable field motor described in Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-50251) functions only in the forward rotation direction (when moving forward in an electric motorcycle), but automatically changes in the reverse rotation direction and regenerative braking. I do not. In addition, since the cam and the cam follower are in the vicinity of the central axis, when the displacement amount (lift amount) is large, the pressure angle becomes large, and an excessive force is applied to the cam follower (in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-86260), resulting in significant wear.
According to the technique of Patent Document 1, the relative variable amount of each other (permanent magnet and electromagnet) is disclosed as small as impractical. In Patent Document 1, the variable amount is about 25% of the stack thickness of the stator core. If the amount of the variable field is increased, the displacement amount (movable range) of the rotor is increased and the length of the spring is also increased. The total length of such a motor is further increased.

特開２０１４−５０２５１号公報JP 2014-50251 A 特開２０１１−５０２０６号公報JP 2011-50206 A 特開２００８−１４１９００号公報JP 2008-141900 A 特開２００８−２１６１１０号公報JP 2008-216110 A 特開２０１０−５７２０９号公報JP 2010-57209 A 特開２０１０−５１１５９号公報JP 2010-51159 A 特開２００８−２５９３６４号公報JP 2008-259364 A

前記特許文献１の可変界磁モータは、正回転方向だけ機能するが、逆回転方向や回生制動の際には可変界磁はしない。電動バイク等の動力源として使用する際、前進時は負荷トルクの大きさに合わせて自動的に可変界磁するが、回生制動時に可変界磁はしない。また、電気自動車等の動力源として使用する際、後退時や回生制動時にも可変界磁はしない。   The variable field motor of Patent Document 1 functions only in the forward rotation direction, but does not generate a variable field in the reverse rotation direction or regenerative braking. When used as a power source for an electric motorcycle or the like, a variable field is automatically generated in accordance with the magnitude of the load torque during forward movement, but no variable field is generated during regenerative braking. In addition, when used as a power source for an electric vehicle or the like, no variable field is generated even during reverse or regenerative braking.

さらに、特許文献１の可変界磁モータは、バネとロータがモータの出力軸方向に(直列に)並んでいるので長い。また、ロータのスライド運動を支持している軸受が、モータの出力軸方向に(直列に)並んでいるので、モータの出力軸方向に長くなる課題がある。特許文献１の図では、ロータとステータコアの重なり代が７５％から１００％程度まで可変できるに留まる。従って、可変界磁量は２５％程度と極めて小さい。
そして、特許文献１の可変界磁モータは、可変界磁の量を大きくすると、ロータのずらし量（可動範囲）が大きくなりバネの長さも大きくなる為、このようなモータの全長は、さらに長くなる。 Further, the variable field motor of Patent Document 1 is long because the spring and the rotor are arranged in series (in series) in the motor output shaft direction. Further, since the bearings that support the sliding motion of the rotor are arranged in series (in series) in the motor output shaft direction, there is a problem that the bearing becomes longer in the motor output shaft direction. In the diagram of Patent Document 1, the overlap margin between the rotor and the stator core can be varied from 75% to about 100%. Therefore, the variable field quantity is as small as about 25%.
In the variable field motor of Patent Document 1, when the amount of the variable field is increased, the displacement amount (movable range) of the rotor is increased and the length of the spring is also increased. Therefore, the total length of such a motor is further increased. Become.

さらに、特許文献１の可変界磁モータは、ＩＰＭ(埋込磁石型)構造で、ステータとロータ双方に電磁鋼板を積層して使用している。一般に、インナーロータ型はアウターロータ型に比べて最大トルクが小さい。必要なトルクを得るため、モータの直径を大きくするか、ロータとステータコアの軸方向長さ(積み厚)を大きくする必要がある。結果、モータは重くなる。
またさらに、特許文献１の可変界磁モータは、インナーロータ型でＩＰＭ(埋込磁石型)のため、モータ重量当たりのトルクは小さい。一般に、インナーロータ型のモータは高速回転、低トルク特性のものが多い。インナーロータ型のモータはトルクを大きくするために減速機を使うか、ロータとステータの直径を大きくする必要がある。
このように、特許文献１の可変界磁モータは、カムとカムフォロアが中心軸付近にあるためカムの周長が短く、変位量(リフト量)を大きくできない。変位量(リフト量)が大きいと、圧力角が大きくなりカムフォロア(特許文献１では、ピン)に過大な力が加わるため、ピンとカムが著しく摩耗する。 Furthermore, the variable field motor of Patent Document 1 has an IPM (embedded magnet type) structure and uses electromagnetic steel plates laminated on both the stator and the rotor. In general, the inner rotor type has a smaller maximum torque than the outer rotor type. In order to obtain the required torque, it is necessary to increase the diameter of the motor or to increase the axial length (stack thickness) of the rotor and the stator core. As a result, the motor becomes heavy.
Furthermore, since the variable field motor of Patent Document 1 is an inner rotor type and IPM (embedded magnet type), the torque per motor weight is small. Generally, many inner rotor type motors have high-speed rotation and low torque characteristics. In order to increase torque, the inner rotor type motor needs to use a reduction gear or increase the diameters of the rotor and the stator.
As described above, in the variable field motor of Patent Document 1, since the cam and the cam follower are in the vicinity of the central axis, the circumferential length of the cam is short and the displacement amount (lift amount) cannot be increased. If the displacement amount (lift amount) is large, the pressure angle becomes large and an excessive force is applied to the cam follower (in Patent Document 1, the pin), so that the pin and the cam are significantly worn.

特許文献１の他、特許文献２、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献３等は、水、泥水、砂埃などに対して耐環境性が悪い。
特許文献２、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献３等はステータを動かす構造のため電線が屈曲疲労し破断することがある。 In addition to Patent Literature 1, Patent Literature 2, Patent Literature 5, Patent Literature 6, Patent Literature 7, Patent Literature 3, and the like have poor environmental resistance against water, muddy water, dust and the like.
In Patent Document 2, Patent Document 5, Patent Document 6, Patent Document 7, Patent Document 3, and the like, the electric wire may be bent and fatigued due to the structure that moves the stator.

本発明は、正、逆回転方向ともに、負荷トルクの大きさに合わせて自動的に可変界磁する(変速する)アウターロータ型ブラシレスモータであり、本発明によって、必要な可変界磁の効果(の量)を低下させることなく、相互(永久磁石と電磁石)の相対的なずらし量(可動範囲)およびモータの全長を短くすることができ、可変界磁動作の追従性を素早くすることができるアウターロータ型可変界磁式モータを提供することを目的とする。   The present invention is an outer rotor type brushless motor that automatically changes (changes speed) in accordance with the magnitude of the load torque in both the forward and reverse rotation directions. The relative shift amount (movable range) of each other (permanent magnet and electromagnet) and the overall length of the motor can be shortened, and the follow-up performance of the variable field operation can be made quick. An object of the present invention is to provide an outer rotor type variable field motor.

本発明は、上記課題を解決するため、ステータに対して該ステータの径方向外側に配置されたアウターロータをモータ軸方向にスライド運動させて可変界磁を行うアウターロータ型可変界磁式モータにおいて、前記アウターロータを、モータ軸方向にスライドする内側ロータ本体と、外側ロータ本体との分割構造とし、前記内側ロータ本体の内面側に配設される永久磁石として、主磁石と副磁石を軸方向に間隙を置いて並設し、これら主磁石と副磁石の磁石特性を互いに逆向きに構成し、前記内側ロータ本体にカムフォロアを配置するとともに前記外側ロータ本体に軸方向のカム面を形成し、前記カムフォロアをモータ軸に加わる負荷に応じて前記カム面に沿って移動可能に構成し、前記アウターロータを前記ステータに対して前記モータ軸方向に実質的にスライド運動させることにある。
前記内側ロータ本体の基端側に前記主磁石を、先端側に前記副磁石をモータ軸方向に隣接して配置し、前記アウターロータの前記モータ軸方向のスライド運動は、外側ロータ本体に設けられたカム面と、前記モータ軸と平行に配置された弾発機構によりモータ軸方向にスライドする内側ロータ本体の軸方向位置を制御することでおこなう。
前記主磁石を前記副磁石よりモータ軸方向に大型とし、モータが高速時に前記副磁石が前記ステータのステータコアとモータ軸方向において完全に重複するように制御して行うことにある。
前記主磁石を前記副磁石よりモータ軸方向に大型とし、モータが低速時に前記主磁石が前記ステータのステータコアとモータ軸方向において完全に重複するように制御して行うことにある。 In order to solve the above problems, the present invention provides an outer rotor type variable field motor that performs a variable field by sliding an outer rotor disposed radially outward of the stator in the motor axial direction with respect to the stator. The outer rotor is divided into an inner rotor body that slides in the motor axial direction and an outer rotor body, and the main magnet and the submagnet are axially arranged as permanent magnets disposed on the inner surface side of the inner rotor body. Are arranged in parallel with each other, the magnet characteristics of the main magnet and the sub magnet are configured in opposite directions, a cam follower is disposed on the inner rotor body, and an axial cam surface is formed on the outer rotor body, The cam follower is configured to be movable along the cam surface in accordance with a load applied to the motor shaft, and the motor shaft is configured to move the outer rotor with respect to the stator. Substantially lies in sliding movement direction.
The main magnet is disposed on the proximal end side of the inner rotor body, the sub magnet is disposed adjacent to the distal end side in the motor axial direction, and the sliding motion of the outer rotor in the motor axial direction is provided in the outer rotor body. This is done by controlling the axial position of the inner rotor body that slides in the motor axial direction by the cam surface and a resilient mechanism arranged in parallel with the motor shaft.
The size of the main magnet is larger than that of the sub-magnet in the motor axis direction, and control is performed so that the sub-magnet completely overlaps with the stator core of the stator in the motor axis direction when the motor is operating at high speed.
The size of the main magnet is larger than that of the sub-magnet in the motor axis direction, and control is performed so that the main magnet completely overlaps with the stator core of the stator in the motor axis direction when the motor is running at a low speed.

本発明によるアウターロータ型可変界磁式モータによれば、高トルクが出し易く、薄型が可能であり、ステータコイルが巻き易い等の効果がある。アウターロータのスライド量は、カム面とバネによる制御だけであり、構造が簡単である。可変界磁にカムフォロアとカム面を利用するが、インナーロータ型に比べてカムフォロアの数や大きさに自由度があることから耐久性を確保し易い。アウターロータのモータ軸方向のスライド量を少なくすることができる。前記アウターロータを、モータ軸方向にスライドする内側ロータ本体と、外側ロータ本体との分割構造とし、内側ロータ本体の内面側に配設される永久磁石として、主磁石と副磁石を軸方向に間隙を置いて並設し、これら主磁石と副磁石の磁石特性を互いに逆向きに構成したので、主磁石と副磁石が電磁石コアに対してモータ軸方向に同時に移動する。この移動により主磁石の作用が増加し、副磁石の副作用が同時に減少することにより、１列の磁石式に比べてより大きな可変界磁の効果が得られる。主磁石と副磁石は、磁石の極性が逆向きに並ぶので、接触状態では相互に吸着して、接触部の近傍では磁石の作用が低下する。主磁石と副磁石を軸方向に間隙を置いて並設しているので、主磁石と副磁石を独立して機能させることができ、磁石の作用が低下することがない。   According to the outer rotor type variable field motor according to the present invention, there are effects such that high torque can be easily generated, the thickness can be reduced, and the stator coil can be easily wound. The sliding amount of the outer rotor is only controlled by the cam surface and the spring, and the structure is simple. Cam followers and cam surfaces are used for the variable field. However, the number and size of the cam followers are more flexible than the inner rotor type, so it is easy to ensure durability. The amount of sliding of the outer rotor in the motor axial direction can be reduced. The outer rotor has a divided structure of an inner rotor body that slides in the motor axial direction and an outer rotor body, and a permanent magnet disposed on the inner surface side of the inner rotor body has a gap between the main magnet and the sub magnet in the axial direction. Since the magnet characteristics of the main magnet and the submagnet are opposite to each other, the main magnet and the submagnet move simultaneously in the motor axial direction with respect to the electromagnet core. By this movement, the action of the main magnet is increased, and the side effect of the secondary magnet is reduced at the same time, so that a larger variable field effect can be obtained as compared with the single-row magnet type. Since the main magnet and the sub magnet are arranged in opposite directions, the magnets are attracted to each other in the contact state, and the action of the magnet is reduced in the vicinity of the contact portion. Since the main magnet and the submagnet are arranged side by side with a gap in the axial direction, the main magnet and the submagnet can function independently, and the action of the magnet does not decrease.

アウターロータ型ブラシレスモータに適用した本発明の実施の形態による負荷トルクの大きさに合わせて自動的に可変界磁するアウターロータ型可変界磁式モータの構造を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the outer rotor type | mold variable field motor which changes automatically according to the magnitude | size of the load torque by embodiment of this invention applied to the outer rotor type brushless motor. カムのカムフォロアを押し付けるためのバネの構造を示す図１の部分拡大断面図である。It is the elements on larger scale of FIG. 1 which shows the structure of the spring for pressing the cam follower of a cam. 図１のバネ座を示す図である。It is a figure which shows the spring seat of FIG. 磁石、ヨーク、ステータ、磁気センサ等の位置関係を示す正面図である。It is a front view which shows the positional relationship of a magnet, a yoke, a stator, a magnetic sensor, etc. （ａ）はアウターロータ型可変界磁式モータの外観を示す正面図である。（ｂ）は内側ロータ本体と外側ロータ本体を示す図５（ａ）の右側面図である。(A) is a front view which shows the external appearance of an outer rotor type variable field motor. FIG. 6B is a right side view of FIG. 5A showing the inner rotor body and the outer rotor body. 図１のアウターロータ型可変界磁式モータで、負荷トルクが２５％程度の状態の磁石の位置を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the position of a magnet in a state where a load torque is about 25% in the outer rotor type variable field motor of FIG. 1. 図１のアウターロータ型可変界磁式モータで、負荷トルクが５０％程度の状態の磁石の位置を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the position of a magnet in a state where the load torque is about 50% in the outer rotor type variable field motor of FIG. 1. 図１のアウターロータ型可変界磁式モータで、負荷トルクが７５％程度の状態の磁石の位置を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the position of a magnet in a state where the load torque is about 75% in the outer rotor type variable field motor of FIG. 1. 図１のアウターロータ型可変界磁式モータで、負荷トルクが１００％程度の状態の磁石の位置を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the position of a magnet in a state where the load torque is about 100% in the outer rotor type variable field motor of FIG. 1. 負荷トルクが２５％程度の状態の誘導起電圧の波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the waveform of the induced electromotive voltage in a state whose load torque is about 25%. 負荷トルクが５０％程度の状態の誘導起電圧の波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the waveform of the induced electromotive voltage of a state whose load torque is about 50%. 負荷トルクが７５％程度の状態の誘導起電圧の波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the waveform of the induced electromotive voltage in a state whose load torque is about 75%. 負荷トルクが１００％程度の状態の誘導起電圧の波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the waveform of the induced electromotive voltage in a state whose load torque is about 100%. 内側ロータとステータコアの相対的な位置を示した展開図で、（ａ）は負荷トルクが１００％以上の時の位置関係、（ｂ）は負荷トルクが７５％程度の時の位置関係、（ｃ）は負荷トルクが５０％程度の時の位置関係、（ｄ）は負荷トルクが２５％程度の時の位置関係を示す図である。FIG. 4 is a development view showing the relative positions of the inner rotor and the stator core, where (a) shows the positional relationship when the load torque is 100% or more, (b) shows the positional relationship when the load torque is about 75%, (c ) Is a diagram showing the positional relationship when the load torque is about 50%, and (d) is a diagram showing the positional relationship when the load torque is about 25%. 本発明の他の実施の形態によるアウターロータ型可変界磁式モータの構造を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the outer rotor type | mold variable field motor by other embodiment of this invention. 従来のモータの回転速度とトルク特性を表す線図である。It is a diagram showing the rotational speed and torque characteristics of a conventional motor. 従来の回転速度の上昇に伴って界磁電流も自動的に減少する直巻きモータの原理を示す図である。It is a figure which shows the principle of the direct-winding motor in which a field current also reduces automatically with the raise of the conventional rotational speed.

以下本発明によるアウターロータ型可変界磁式モータの実施の形態を、図１から図１４に示す図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、ブラシレスモータに適用した正逆回転方向ともに負荷トルクの大きさに合わせて自動的に可変界磁する開放型のアウターロータ型可変界磁式モータの構造を示したものである。図２は図１のアウターロータ型可変界磁式モータのカムとカムフォロアの作用によって内側ロータ本体が移動した状態を示す図である。 Embodiments of an outer rotor type variable field motor according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings shown in FIGS.
FIG. 1 shows the structure of an open-type outer rotor type variable field motor that automatically changes the field in accordance with the magnitude of the load torque in both the forward and reverse rotation directions applied to the brushless motor. FIG. 2 is a view showing a state in which the inner rotor main body is moved by the action of the cam and cam follower of the outer rotor type variable field motor of FIG.

図１および図２において、本実施の形態に係るアウターロータ型可変界磁式モータは、モータ本体１と、このモータ本体１の円筒部１ａ内周面側に一対の回転軸受２、３を介して回転自在に支持されたモータ軸４と、前記円筒部１ａ外周面側に設けられたステータ５と、前記モータ軸４の一端部に支持されるとともに前記ステータ５の外周側に一定間隔を置いて磁石６を軸方向に移動可能に配置されたアウターロータ７とを備えている。   1 and 2, the outer rotor type variable field motor according to the present embodiment includes a motor body 1 and a pair of rotary bearings 2 and 3 on the inner peripheral surface side of the cylindrical portion 1a of the motor body 1. The motor shaft 4 is rotatably supported, the stator 5 is provided on the outer peripheral surface side of the cylindrical portion 1a, and is supported on one end portion of the motor shaft 4 and at a certain interval on the outer peripheral side of the stator 5. The magnet 6 is provided with an outer rotor 7 arranged so as to be movable in the axial direction.

前記モータ本体１は、前記円筒部１ａの一端外周面側に端板１ｂが設けられており、この端板１ｂの内側に設けられた複数のボス部１ｃに基板８がネジ９を介して取り付けられている。前記円筒部１ａの内周面側には滑り軸受１０が設けられ、この滑り軸受１０の内面側に隙間を設けて前記回転軸受３が軸方向に摺動可能に配置されている。
図示左側の回転軸受２は、モータ本体１に対しモータ軸４を回転だけの1自由度で支える。右側の回転軸受３は、モータ軸４を半径方向にだけ支える。同軸受３は内輪をモータ軸４外周面に摺動可能に配置し、外輪を滑り軸受１０の内面側に隙間を置いて組み付けられている。このため、同軸受３は、後述する内側ロータ本体７２のスライド運動に伴って、モータ軸方向に可動する。滑り軸受１０は右側の回転軸受３の外輪を、隙間をもって摺動可能に支持している。 The motor body 1 is provided with an end plate 1b on one end outer peripheral surface side of the cylindrical portion 1a, and a substrate 8 is attached to a plurality of boss portions 1c provided on the inner side of the end plate 1b via screws 9. It has been. A sliding bearing 10 is provided on the inner peripheral surface side of the cylindrical portion 1a, and a clearance is provided on the inner surface side of the sliding bearing 10 so that the rotary bearing 3 is slidable in the axial direction.
The rotary bearing 2 on the left side in the figure supports the motor shaft 4 with respect to the motor body 1 with only one degree of freedom of rotation. The right rotary bearing 3 supports the motor shaft 4 only in the radial direction. In the bearing 3, the inner ring is slidably disposed on the outer peripheral surface of the motor shaft 4, and the outer ring is assembled with a gap on the inner surface side of the sliding bearing 10. For this reason, the bearing 3 is movable in the motor axial direction in accordance with the sliding movement of the inner rotor body 72 described later. The sliding bearing 10 supports the outer ring of the right rotating bearing 3 so as to be slidable with a gap.

前記回転軸受２と前記回転軸受３との間には、軸方向に対して付勢力を付与する弾発機構としての複数のコイルバネ１１が前記モータ軸４の周囲に円周方向に一定間隔を置いて配置されている。前記コイルバネ１１は、図３に示すように前記円筒部１ａの内面に配置された一対の円板状のバネ座１２に両端部が係止されている。前記一対のバネ座１２は前記回転軸受２と前記回転軸受３の間に対向して配置されており、円周方向に一定間隔で配置された前記コイルバネ１１の両端部を支持している。前記回転軸受３側に配置されたバネ座１２は、回転軸受３の摺動とともに軸方向に摺動可能に配置されている。   Between the rotary bearing 2 and the rotary bearing 3, a plurality of coil springs 11 serving as a resilient mechanism for applying an urging force in the axial direction are spaced around the motor shaft 4 in the circumferential direction. Are arranged. As shown in FIG. 3, both ends of the coil spring 11 are engaged with a pair of disk-shaped spring seats 12 arranged on the inner surface of the cylindrical portion 1a. The pair of spring seats 12 are arranged to face each other between the rotary bearing 2 and the rotary bearing 3 and support both ends of the coil springs 11 arranged at regular intervals in the circumferential direction. The spring seat 12 arranged on the rotary bearing 3 side is arranged to be slidable in the axial direction along with the sliding of the rotary bearing 3.

前記ステータ５は、鋼板を積層したステータコア５１と、ステータコア５１に組み付けられたインシュレータ５２に巻回されたステータコイル５３で構成され、取り付けネジ５４を介して前記円筒部１ａの外周面側に組み付けられている。前記ステータコイル５３の両端部は前記基板８の回路に接続されており、この回路に接続されている外部の動力線と制御線からなる電線１３によって駆動電力および制御信号が送られる。前記ステータコア５１は、図４に示すように角度４０度ごとに極歯５１ａを９つ形成したもので、前記各極歯５１ａに巻線５３ａを巻回して前記ステータコイル５３を構成している。前記ステータコア５１には、絶縁素材で成形したインシュレータ５２を予め組み付けてステータコア５１とステータコイル５３の絶縁を保持している。   The stator 5 is composed of a stator core 51 in which steel plates are laminated, and a stator coil 53 wound around an insulator 52 assembled to the stator core 51, and is assembled to the outer peripheral surface side of the cylindrical portion 1a via a mounting screw 54. ing. Both ends of the stator coil 53 are connected to the circuit of the substrate 8, and driving power and control signals are sent by an electric wire 13 composed of an external power line and a control line connected to this circuit. As shown in FIG. 4, the stator core 51 has nine pole teeth 51a formed at every angle of 40 degrees, and the stator coil 53 is configured by winding a winding 53a around each pole tooth 51a. An insulator 52 formed of an insulating material is assembled in advance on the stator core 51 to keep the insulation between the stator core 51 and the stator coil 53.

前記アウターロータ７は、前記モータ軸４の基端部に中心部が装着された有底円筒体状の外側ロータ本体７１と、該外側ロータ本体７１の内側に前記モータ軸４の軸方向に摺動可能に配置された有底円筒体状の内側ロータ本体７２とで２分割に構成されている。前記外側ロータ本体７１の外周部円筒部７１ａの端面には、図５（ｂ）に示すように、円周方向に沿って軸方向に傾斜面をした凹部のカム面７３ａを形成するように湾曲したカム７３が図示例では円周方向に所定間隔で３か所形成されている。このカム７３のカム面７３ａの形状は、前記モータ軸方向に谷を設けた略Ｖ字形状に形成されている。
このカム７３のカム面７３ａは、略Ｖ字形状に形成した谷の底部７３ｂの最下点７３Ａから両側に徐々に上がる傾斜部７３ｃを形成し、谷の上部７３ｄの最上点７３Ｂでは互いに向かい合う方向の略半円を描くように湾曲したストッパ部７３ｅを形成している。 The outer rotor 7 includes a bottomed cylindrical outer rotor body 71 having a central portion attached to a base end portion of the motor shaft 4, and slides in the axial direction of the motor shaft 4 inside the outer rotor body 71. A bottomed cylindrical inner rotor body 72 that is movably arranged is divided into two parts. As shown in FIG. 5B, the outer rotor main body 71 is curved so as to form a concave cam surface 73a having an inclined surface in the axial direction along the circumferential direction. In the illustrated example, three cams 73 are formed at predetermined intervals in the circumferential direction. The cam surface 73a of the cam 73 is formed in a substantially V shape having a valley in the motor shaft direction.
The cam surface 73a of the cam 73 forms an inclined portion 73c that gradually rises on both sides from the lowest point 73A of the valley bottom 73b formed in a substantially V shape, and faces in the uppermost point 73B of the upper portion 73d of the valley. The stopper portion 73e curved so as to draw a substantially semicircle is formed.

一方、前記内側ロータ本体７２の外周部円筒部７２ａには、径方向のカムフォロア軸７４が正三角形を形成するように各頂点位置に装着されており、このカムフォロア軸７４には前記カム面７３ａに沿って転動して移動するカムフォロア７５がそれぞれ装着されている。前記内側ロータ本体７２の中心側基端部７２ｂは、リング状の回転滑り軸受７６に装着されており、この回転滑り軸受７６は軸線上に、前記モータ軸４が挿通されて回転かつ摺動可能に支持されている。この回転滑り軸受７６は、図１に示すように右側回転軸受３の内輪右側面と滑り接触し、モータ軸４とは回転と滑り接触する。   On the other hand, a radial cam follower shaft 74 is mounted at each apex position on the outer peripheral cylindrical portion 72a of the inner rotor body 72 so as to form an equilateral triangle, and the cam follower shaft 74 is attached to the cam surface 73a. Cam followers 75 that roll and move along are respectively mounted. A central base end portion 72b of the inner rotor body 72 is attached to a ring-shaped rotary slide bearing 76. The rotary slide bearing 76 can be rotated and slid by inserting the motor shaft 4 on an axis. It is supported by. As shown in FIG. 1, the rotary slide bearing 76 is in sliding contact with the right side surface of the inner ring of the right rotary bearing 3 and is in sliding contact with the motor shaft 4.

１４は、前記ステータ５のステータ極歯５１ａ相互間に配設された回転位置検出用磁気センサであり、この回転位置検出用磁気センサ１４は、ステータ５に対する内側ロータ本体７２の主磁石リング６１に設けられた主磁石６Ａの回転方向の位置を検出する。内側ロータ本体７２のモータ軸方向の位置は検出しない。図１および図２に示すように、内側ロータ本体７２がモータ軸方向にスライドしても、全域においてステータ５に対する内側ロータ本体７２（主磁石６Ａ）の回転方向の位置を検出することができる。１５は前記回転軸受２，３間にできた空気室の体積変化に伴う圧力変動を、大気に逃がし緩和するための通気口である。 14, the a magnetic sensor for a rotating position detection which is disposed between the stator pole teeth 51a each other of the stator 5, the rotational position detecting magnetic sensor 14, the main magnet ring 61 of the inner rotor body 72 with respect to the stator 5 The position of the main magnet 6 </ b> A provided in the rotation direction is detected. The position of the inner rotor body 72 in the motor shaft direction is not detected. As shown in FIGS. 1 and 2, even if the inner rotor body 72 slides in the motor axial direction, the position of the inner rotor body 72 (main magnet 6A) in the rotational direction relative to the stator 5 can be detected in the entire region. Reference numeral 15 denotes a vent for releasing the pressure fluctuation caused by the change in volume of the air chamber between the rotary bearings 2 and 3 to the atmosphere and mitigating it.

前記内側ロータ本体７２の外周部円筒部７２ａは、前記外側ロータ本体７１の外周部円筒部７１ａに対して軸方向の長さを長く形成されており、前記内側ロータ本体７２の外周部円筒部７２ａの内面側に、主磁石６Ａと副磁石６Ｂが間隙ｇを置いて軸方向に並べて構成された磁石６が装着されている。前記主磁石６Ａと副磁石６Ｂは磁石特性を互いに逆向きに構成している。   The outer peripheral cylindrical portion 72 a of the inner rotor main body 72 is formed to be longer in the axial direction than the outer peripheral cylindrical portion 71 a of the outer rotor main body 71, and the outer peripheral cylindrical portion 72 a of the inner rotor main body 72 is formed. On the inner surface side, a magnet 6 is mounted in which a main magnet 6A and a submagnet 6B are arranged in the axial direction with a gap g therebetween. The main magnet 6A and the sub magnet 6B are configured so that their magnet characteristics are opposite to each other.

前記主磁石６Ａは、Ｎ極の極性が内周側で、Ｓ極の極性が外周側に配置された永久磁石６１Ａと、Ｓ極の極性が内周側で、Ｎ極の極性が外周側に配置された永久磁石６２Ａとを円周方向に交互に配置して６組の極を形成している。一方、前記副磁石６Ｂは、Ｎ極の極性が内周側で、Ｓ極の極性が外周側に配置された永久磁石６１Ｂと、Ｓ極の極性が内周側で、Ｎ極の極性が外周側に配置された永久磁石６２Ｂとを円周方向に交互に配置して６組の極を形成している。図４で（６１Ｂ）、（６２Ｂ）で示された符号は、円周方向に６０度ずらせて主磁石６Ａと極性を変えて配置された副磁石６Ｂの永久磁石６１Ｂ、永久磁石６２Ｂの位置を示したものである。   The main magnet 6A has a permanent magnet 61A in which the polarity of the N pole is on the inner peripheral side and the polarity of the S pole on the outer peripheral side, the polarity of the S pole on the inner peripheral side, and the polarity of the N pole on the outer peripheral side. The arranged permanent magnets 62A are alternately arranged in the circumferential direction to form six sets of poles. On the other hand, the secondary magnet 6B has a permanent magnet 61B in which the polarity of the N pole is on the inner peripheral side and the polarity of the S pole on the outer peripheral side, and the polarity of the S pole is on the inner peripheral side and the polarity of the N pole is the outer peripheral side. Six pairs of poles are formed by alternately arranging the permanent magnets 62B arranged on the side in the circumferential direction. In FIG. 4, the reference numerals (61B) and (62B) indicate the positions of the permanent magnets 61B and the permanent magnets 62B of the submagnet 6B that are shifted by 60 degrees in the circumferential direction and changed in polarity with the main magnet 6A. It is shown.

これらの永久磁石６１Ａおよび永久磁石６１Ｂと、永久磁石６２Ａおよび永久磁石６２Ｂは、前記内側ロータ本体７２の外周部円筒部７２ａの内面側に円筒状の主ヨーク６３Ａおよび副ヨーク６３Ｂを介して組み付けられている。ヨーク６３Ａおよび６３Ｂは磁路を形成するものでヨーク止めネジ６４を介して前記内側ロータ本体７２の外周部円筒部７２ａに装着されている。   The permanent magnet 61A and the permanent magnet 61B, and the permanent magnet 62A and the permanent magnet 62B are assembled to the inner surface side of the outer peripheral cylindrical portion 72a of the inner rotor main body 72 via a cylindrical main yoke 63A and sub yoke 63B. ing. The yokes 63 </ b> A and 63 </ b> B form a magnetic path and are attached to the outer peripheral cylindrical portion 72 a of the inner rotor main body 72 via a yoke set screw 64.

前記主磁石６Ａおよび副磁石６Ｂは、図４に示すように、主ヨーク(磁路)６３Ａおよび副ヨーク６３Ｂの内側に設置されて、主磁石リング６１と副磁石リング６２が形成されており、それぞれ半径方向に着磁されている。前記主ヨーク６３Ａおよび副ヨーク６３Ｂは、内側ロータ本体７２の外周部円筒部７２ａの内側に設置されている。表面磁石型のアウターロータ型の磁石は、インナーロータ型の磁石に比べて、遠心力等で脱落することが少ないので脱落防止リングは不要なことが多い。このことから、前記主磁石６Ａおよび副磁石６Ｂはステータコア５１に対して半径方向に、より接近できる。このため、発生する最大トルクも大きくなる。主磁石リング６１と副磁石リング６２の厚さの比は、副磁石リング６２の厚さ（軸方向長さ）＝３／８×主磁石リング６１の厚さ（軸方向長さ）の関係となっている。 The main magnet 6A and subsidiary magnets 6B, as shown in FIG. 4, the main yoke is installed inside the (magnetic path) 63A and auxiliary yoke 63B, the main magnet ring 61 and the sub magnet ring 6 2 are formed They are each magnetized in the radial direction. The main yoke 63A and the sub yoke 63B are installed inside the outer peripheral cylindrical portion 72a of the inner rotor main body 72. Since the surface magnet type outer rotor type magnet is less likely to fall off due to centrifugal force or the like than the inner rotor type magnet, a drop preventing ring is often unnecessary. Therefore, the main magnet 6A and the sub magnet 6B can be closer to the stator core 51 in the radial direction. For this reason, the maximum torque to be generated also increases. The ratio of the main magnet ring 61 and the sub magnet ring 6 2 thickness, sub-magnet ring 6 2 thickness (axial length) = 3/8 × main magnet ring 61 of a thickness (axial length ).

次に、前記内側ロータ本体７２とカム７３とカムフォロア７５の関係を説明する。
前記内側ロータ本体７２の内側に、主磁石リング６１と副磁石リング６２を、モータ軸方向に磁気的な隙間ｇを空けて設置し、磁石の作用が低下するのを防止する。前記内側ロータ本体７２の外周にはカムフォロア７５を円周方向に一定間隔で３個設置する。前記内側ロータ本体７２は、図１および図２に示すように、コイルバネ１１とバネ座１２によって中心付近を同図の右方向に押される。前述のように、３組のカム７３とカムフォロア７５は、モータを正面から見て正三角形に配置する。 Next, the relationship among the inner rotor body 72, the cam 73, and the cam follower 75 will be described.
Inside the inner rotor body 72, a main magnet ring 61 and the sub magnet ring 6 2, placed at a magnetic gap g in the axial direction of the motor, to prevent the effect of the magnet is decreased. Three cam followers 75 are installed on the outer periphery of the inner rotor body 72 at regular intervals in the circumferential direction. As shown in FIGS. 1 and 2, the inner rotor main body 72 is pushed in the vicinity of the center by the coil spring 11 and the spring seat 12 in the right direction in the figure. As described above, the three cams 73 and the cam follower 75 are arranged in an equilateral triangle when the motor is viewed from the front.

このことにより、内側ロータ本体７２は三脚が安定して立つように、外側ロータ本体７１(３か所のカム面)に支えられて安定して回転とスライドの相対運動をする。内側ロータ本体７２の半径方向の位置決めを、図１と図４に示すようにモータ軸４に隙間をもたせて嵌合した回転滑り軸受３によって行う。   As a result, the inner rotor body 72 is supported by the outer rotor body 71 (three cam surfaces) so that the tripod stands stably, and stably rotates and slides relative to each other. Positioning of the inner rotor body 72 in the radial direction is performed by the rotary slide bearing 3 fitted with a gap on the motor shaft 4 as shown in FIGS.

内側ロータ本体７２は、モータ軸４(外側ロータ本体７１と一体になっている)が受ける負荷トルクの大きさによって、外側ロータ本体７１との相対的な回転方向の位置が変わる。この時、外側ロータ本体７１と内側ロータ本体７２に設けたカム７３とカムフォロア７５の作用によって内側ロータ本体７２は、外側ロータ本体７１に対してモータ軸方向の位置も変わる。   The position of the inner rotor body 72 in the rotational direction relative to the outer rotor body 71 changes depending on the magnitude of the load torque received by the motor shaft 4 (integrated with the outer rotor body 71). At this time, the position of the inner rotor body 72 in the motor axial direction also changes with respect to the outer rotor body 71 by the action of the cam 73 and the cam follower 75 provided on the outer rotor body 71 and the inner rotor body 72.

図１の例では、モータ軸４が受ける負荷トルクの大きさが最大トルクの２５％程度以下の時に、内側ロータ本体７２は外側ロータ本体７１に最も接近した状態にある。図６から図９にも、負荷トルクが２５％程度以下から１００％以上のトルクを受ける時のステータコア５１に対する相対的な磁石６の位置として示す。図６から図９では、４段階の状態を示すが、内側ロータ本体７２はモータ軸４に加わる負荷トルクの大きさによってモータの軸方向に無段階にスライドし、磁石６とステータコア５１の重なり代が無段階に変わる。   In the example of FIG. 1, the inner rotor body 72 is closest to the outer rotor body 71 when the magnitude of the load torque received by the motor shaft 4 is about 25% or less of the maximum torque. 6 to 9 also show the position of the magnet 6 relative to the stator core 51 when the load torque receives a torque of about 25% or less to 100% or more. 6 to 9 show four stages, the inner rotor body 72 slides steplessly in the axial direction of the motor depending on the magnitude of the load torque applied to the motor shaft 4, and the overlapping amount of the magnet 6 and the stator core 51 is not limited. Changes steplessly.

図６は、負荷トルクが２５％程度の状態の磁石６の位置を示したもので、副磁石６Ｂの軸方向先端が、ステータコア５１の先端と略一致する位置に移動し、主磁石６Ａの基端部側が、ステータコア５１の基端から外れてステータコイル５３の端部位置に移動している。   FIG. 6 shows the position of the magnet 6 in a state where the load torque is about 25%. The tip of the secondary magnet 6B in the axial direction moves to a position substantially coincident with the tip of the stator core 51, and the base of the main magnet 6A is shown. The end side is moved from the base end of the stator core 51 to the end position of the stator coil 53.

図７は、負荷トルクが５０％程度の状態の磁石の位置を示したもので、副磁石６Ｂの軸方向先端が、ステータコア５１の先端より先のステータコイル５３の中間位置と略一致する位置に移動し、主磁石６Ａの基端部側が、ステータコア５１の基端から外れて反対側のステータコイル５３の中間位置と略一致する位置に移動している。   FIG. 7 shows the position of the magnet in a state where the load torque is about 50%. The tip of the secondary magnet 6B in the axial direction is substantially coincident with the intermediate position of the stator coil 53 beyond the tip of the stator core 51. The base end side of the main magnet 6 </ b> A is moved away from the base end of the stator core 51 to a position substantially coincident with the intermediate position of the stator coil 53 on the opposite side.

図８は、負荷トルクが７５％程度の状態の磁石の位置を示したもので、副磁石６Ｂの軸方向先端が、ステータコア５１の先端より先のステータコイル５３の先端位置近くと略一致する位置に移動し、主磁石６Ａの先端が、ステータコア５１の先端近くに移動し、主磁石６Ａの基端部側が、ステータコア５１の基端からわずかに外れて反対側のステータコイル５３にわずかに一致する位置に移動している。   FIG. 8 shows the position of the magnet in a state where the load torque is about 75%, and the position where the tip of the secondary magnet 6B in the axial direction substantially coincides with the vicinity of the tip of the stator coil 53 ahead of the tip of the stator core 51. , The distal end of the main magnet 6A moves closer to the distal end of the stator core 51, and the proximal end portion side of the main magnet 6A slightly deviates from the proximal end of the stator core 51 and slightly coincides with the stator coil 53 on the opposite side. Moved to position.

図９は、負荷トルクが１００％程度の状態の磁石の位置を示したもので、副磁石６Ｂの軸方向先端が、ステータコア５１の先端より先のステータコイル５３の先端位置と略一致する位置に移動し、主磁石６Ａの先端が、ステータコア５１の先端に略一致する位置に移動し、主磁石６Ａの基端部側が、ステータコア５１の基端に略一致する位置に移動している。   FIG. 9 shows the position of the magnet in a state where the load torque is about 100%, and the tip of the secondary magnet 6B in the axial direction is substantially coincident with the tip of the stator coil 53 beyond the tip of the stator core 51. The leading end of the main magnet 6 </ b> A moves to a position that substantially matches the leading end of the stator core 51, and the base end side of the main magnet 6 </ b> A moves to a position that substantially matches the base end of the stator core 51.

この時の、誘導起電圧を図１０〜図１３に示している。各図面で、一点鎖線は主磁石６Ａの波形を示し、破線は副磁石６Ｂの波形を示し、実線は主磁石６Ａと副磁石６Ｂの合成波形を示している。図１０は、負荷トルクが２５％程度の状態の誘起起電圧波形を示している。図１１は、負荷トルクが５０％程度の状態の誘起起電圧波形を示している。図１２は、負荷トルクが７５％程度の状態の誘起起電圧波形を示している。図１３は、負荷トルクが１００％程度の状態の誘起起電圧波形を示している。
このことにより、モータは自動的に可変界磁することが示されている。 The induced electromotive voltage at this time is shown in FIGS. In each drawing, the alternate long and short dash line indicates the waveform of the main magnet 6A, the broken line indicates the waveform of the submagnet 6B, and the solid line indicates the combined waveform of the main magnet 6A and the submagnet 6B. FIG. 10 shows an induced electromotive voltage waveform in a state where the load torque is about 25%. FIG. 11 shows an induced electromotive voltage waveform in a state where the load torque is about 50%. FIG. 12 shows an induced electromotive voltage waveform in a state where the load torque is about 75%. FIG. 13 shows an induced electromotive voltage waveform in a state where the load torque is about 100%.
This shows that the motor is automatically variable fielded.

この時のコイルバネ１１の作用を説明する。
前述のようにコイルバネ１１は、外側ロータ本体７１の外周部に設置したカム７３に、内側ロータ本体７２の外周に設置したカムフォロア７５を押し付ける。コイルバネ１１の力は、図１に示すように、コイルバネ１１、右側のバネ座１２、右側の回転軸受３の内輪、回転滑り軸受７６、内側ロータ本体７２、カムフォロア７５、カム７３、外側ロータ本体７１、モータ軸４、左側の回転軸受２の右側の軸止め輪２２、左側のバネ座１２と伝わり、力はコイルバネ１１に戻っている(力は閉じている)。このようにコイルバネ１１の力は、モータ軸４の回転を支える両回転軸受２，３に対しスラスト力として働かないので、コイルバネ１１の力は直接にはモータ軸４の回転負荷抵抗にはならない。 The operation of the coil spring 11 at this time will be described.
As described above, the coil spring 11 presses the cam follower 75 installed on the outer periphery of the inner rotor body 72 against the cam 73 installed on the outer periphery of the outer rotor body 71. As shown in FIG. 1, the force of the coil spring 11 includes the coil spring 11, the right spring seat 12, the inner ring of the right rotating bearing 3, the rotating sliding bearing 76, the inner rotor body 72, the cam follower 75, the cam 73, and the outer rotor body 71. The power is transmitted to the motor shaft 4, the right shaft retaining ring 22 of the left rotary bearing 2, and the left spring seat 12, and the force returns to the coil spring 11 (the force is closed). Thus, since the force of the coil spring 11 does not act as a thrust force on the rotary bearings 2 and 3 that support the rotation of the motor shaft 4, the force of the coil spring 11 does not directly become the rotational load resistance of the motor shaft 4.

図３に示すように、コイルバネ１１はモータ軸４の周りに複数本(図３では、６本の例を示す)並べて設置する。コイルバネ１１を複数本に分けることにより、バネ加重を分担することができ、コイルバネ１１の線径を小さくできる。図１に示すように密着長さが小さい場合でも、個々のコイルバネ１１の巻数を多くすることができるため、より広い範囲でバネ定数を設定できる。また、コイルバネ１１を設置する空間の利用効率も上がる。コイルバネ１１は両端をバネ座１２に設けた座グリ穴によって支持される。コイルバネ１１の力はバネ座１２でまとめられ、モータ軸４に近い部分に設けた突起(座)により、モータ軸４に近い部分で次部品に伝えることができる。   As shown in FIG. 3, a plurality of coil springs 11 (six examples are shown in FIG. 3) are arranged around the motor shaft 4. By dividing the coil spring 11 into a plurality of pieces, the spring load can be shared and the wire diameter of the coil spring 11 can be reduced. As shown in FIG. 1, even when the contact length is small, the number of turns of each coil spring 11 can be increased, so that the spring constant can be set in a wider range. Moreover, the utilization efficiency of the space in which the coil spring 11 is installed also increases. The coil spring 11 is supported by counterbore holes provided on the spring seat 12 at both ends. The force of the coil spring 11 is collected by the spring seat 12, and can be transmitted to the next part near the motor shaft 4 by a projection (seat) provided near the motor shaft 4.

カム７３とカムフォロア７５の関係を図５（ｂ）および図１４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）により説明すると、カム７３はモータ正面からみて外側ロータ本体７１の外周部に、カムフォロア７５は内側ロータ本体７２の外周部にそれぞれ正三角形になるよう配置する。図１と図１４（ｄ）の右側は、モータ軸４が受ける負荷トルクの大きさが最大トルクの２５％程度以下の時を表す。この位置で外側ロータ本体７１と内側ロータ本体７２は最も接近する。この最下点７３Ａで、カム７３とカムフォロア７５の運動中の衝撃を緩和するために、カムフォロア７５のローラの半径に対しカム７３の接触面の半径を少し大きくする。   The relationship between the cam 73 and the cam follower 75 will be described with reference to FIGS. 5B and 14A, 14B, 14C, and 12D. The cam 73 is formed on the outer periphery of the outer rotor body 71 as viewed from the front of the motor. Are arranged on the outer peripheral portion of the inner rotor body 72 so as to be equilateral triangles. The right side of FIGS. 1 and 14 (d) represents a time when the magnitude of the load torque received by the motor shaft 4 is about 25% or less of the maximum torque. At this position, the outer rotor body 71 and the inner rotor body 72 are closest to each other. At the lowest point 73A, the radius of the contact surface of the cam 73 is slightly increased with respect to the radius of the roller of the cam follower 75 in order to reduce the impact during the movement of the cam 73 and the cam follower 75.

図２と図１４（ａ）は、モータ軸４が受ける負荷トルクの大きさが最大トルク１００％以上を受ける時を表す。この最上点７３Ｂでも、カム７３の接触面の半径を少し大きくする。最上点７３Ｂには、図５（ｂ）、図１４（ａ）に示すようにストッパ部７３ｅを設ける。最下点７３Ａと最上点７３Ｂを結ぶカム面７３ａは曲面で結ぶ。図１４（ｂ）は、負荷トルクが最大トルクの７５％程度の時を表す。また、図１４（ｃ）は、負荷トルクが最大トルクの５０％程度の時を表す。   2 and 14 (a) show the case where the magnitude of the load torque received by the motor shaft 4 receives 100% or more of the maximum torque. Also at the uppermost point 73B, the radius of the contact surface of the cam 73 is slightly increased. As shown in FIGS. 5B and 14A, the uppermost point 73B is provided with a stopper 73e. A cam surface 73a connecting the lowest point 73A and the highest point 73B is connected by a curved surface. FIG. 14B shows a time when the load torque is about 75% of the maximum torque. FIG. 14C shows the case where the load torque is about 50% of the maximum torque.

次に、本発明の実施の形態によるアウターロータ型可変界磁式モータの動作を説明する。
図１に示すように、ステータ５とアウターロータ７との間に生じる回転磁界によりアウターロータ７が回転し、モータ軸４に直結している外側ロータ本体７１の回転がモータ軸４に伝わり、モータ軸４に組み付けられた負荷が駆動される。負荷が自動車であれば、モータ軸４の回転が車輪に伝わり、走行が開始される。アウターロータ７は内側ロータ本体７２の回転がカム７３とカムフォロア７５を介して外側ロータ本体７１に伝わり、モータ軸４が駆動される。 Next, the operation of the outer rotor type variable field motor according to the embodiment of the present invention will be described.
As shown in FIG. 1, the outer rotor 7 is rotated by a rotating magnetic field generated between the stator 5 and the outer rotor 7, and the rotation of the outer rotor body 71 directly connected to the motor shaft 4 is transmitted to the motor shaft 4. A load assembled to the shaft 4 is driven. If the load is an automobile, the rotation of the motor shaft 4 is transmitted to the wheels, and traveling is started. In the outer rotor 7, the rotation of the inner rotor body 72 is transmitted to the outer rotor body 71 via the cam 73 and the cam follower 75, and the motor shaft 4 is driven.

モータ軸４に負荷が加わると、モータ軸４に直結している外側ロータ本体７１と、回転滑り軸受７６に取り付けられている内側ロータ本体７２との間に、回転に伴うずれが生じ、内側ロータ本体７２のカムフォロア７５が外側ロータ本体７１のカム７３のカム面７３ａに沿って回動して内側ロータ本体７２を軸方向に移動させる。内側ロータ本体７２は、コイルバネ１１の付勢力に抗して図６から図９へと順次移動する。   When a load is applied to the motor shaft 4, a displacement due to rotation occurs between the outer rotor body 71 directly connected to the motor shaft 4 and the inner rotor body 72 attached to the rotary slide bearing 76, and the inner rotor The cam follower 75 of the main body 72 rotates along the cam surface 73a of the cam 73 of the outer rotor main body 71 to move the inner rotor main body 72 in the axial direction. The inner rotor body 72 sequentially moves from FIG. 6 to FIG. 9 against the urging force of the coil spring 11.

負荷トルクが２５％程度の状態では、図６に示すように、副磁石６Ｂの軸方向先端が、ステータコア５１の先端と略一致する位置に移動し、主磁石６Ａの基端部側が、ステータコア５１の基端から外れてステータコイル５３の端部位置に移動する。この時の誘導起電圧の波形を図１０に実線で示している。   In a state where the load torque is about 25%, as shown in FIG. 6, the tip end of the secondary magnet 6B in the axial direction moves to a position substantially coincident with the tip end of the stator core 51, and the base end side of the main magnet 6A is the stator core 51. And move to the end position of the stator coil 53. A waveform of the induced electromotive voltage at this time is shown by a solid line in FIG.

次に、負荷トルクが５０％程度の状態では、図７に示すように、副磁石６Ｂの軸方向先端が、ステータコア５１の先端より先のステータコイル５３の中間位置と略一致する位置に移動し、主磁石６Ａの基端部側が、ステータコア５１の基端から外れて反対側のステータコイル５３の中間位置と略一致する位置に移動する。この時の誘導起電圧の波形を図１１に実線で示している。   Next, in a state where the load torque is about 50%, as shown in FIG. 7, the axial tip of the secondary magnet 6 </ b> B moves to a position that substantially coincides with the intermediate position of the stator coil 53 beyond the tip of the stator core 51. The base end side of the main magnet 6 </ b> A moves away from the base end of the stator core 51 and moves to a position that substantially coincides with the intermediate position of the stator coil 53 on the opposite side. A waveform of the induced electromotive voltage at this time is shown by a solid line in FIG.

そして、負荷トルクが７５％程度の状態では、図８に示すように、副磁石６Ｂの軸方向先端が、ステータコア５１の先端より先のステータコイル５３の先端位置近くと略一致する位置に移動し、主磁石６Ａの先端が、ステータコア５１の先端近くに移動し、主磁石６Ａの基端部側が、ステータコア５１の基端からわずかに外れて反対側のステータコイル５３にわずかに一致する位置に移動する。この時の誘導起電圧の波形を図１２に実線で示している。   In the state where the load torque is about 75%, as shown in FIG. 8, the axial tip of the secondary magnet 6 </ b> B moves to a position that substantially coincides with the vicinity of the tip of the stator coil 53 ahead of the tip of the stator core 51. The tip of the main magnet 6A moves near the tip of the stator core 51, and the base end side of the main magnet 6A moves slightly away from the base end of the stator core 51 to a position that slightly matches the stator coil 53 on the opposite side. To do. A waveform of the induced electromotive voltage at this time is shown by a solid line in FIG.

また、負荷トルクが１００％程度の状態では、図９に示すように、副磁石６Ｂの軸方向先端が、ステータコア５１の先端より先のステータコイル５３の先端位置と略一致する位置に移動し、主磁石６Ａの先端が、ステータコア５１の先端に略一致する位置に移動し、主磁石６Ａの基端部側が、ステータコア５１の基端に略一致する位置に移動する。
この時の誘導起電圧の波形を図１３に実線で示している。 In the state where the load torque is about 100%, as shown in FIG. 9, the axial tip of the secondary magnet 6 </ b> B moves to a position that substantially coincides with the tip position of the stator coil 53 ahead of the tip of the stator core 51. The front end of the main magnet 6 </ b> A moves to a position that substantially matches the front end of the stator core 51, and the base end side of the main magnet 6 </ b> A moves to a position that substantially matches the base end of the stator core 51.
A waveform of the induced electromotive voltage at this time is shown by a solid line in FIG.

このように、図６から図９に示すように、コイルバネ１１とカム７３とカムフォロア７５によってステータコア５１と主磁石６Ａと副磁石６Ｂからなる磁石６との相対的な重なり代を変えることにより、誘導起電圧定数(トルク定数)を変え、モータの特性(図１６のＴ−Ｎ線の傾き)を変えている。
こうして、図１に示された、コイルバネ１１とカム７３とカムフォロア７５によって、正、逆回転方向ともに、負荷トルクの大きさに合わせて自動的に可変界磁する(変速する)アウターロータ型ブラシレスモータの機能と構造を形成することができる。
主磁石リング６１と副磁石リング６２は、ステータコア５１に対して、モータ軸方向に、同時に移動する。この移動により主磁石リング６１のモータとしての作用が増加し、副磁石リング６２の発電機としての副作用が減少することにより、１列の磁石式に比べてより大きな（約２倍の）可変界磁の効果が得られる。主磁石リング６１と副磁石リング６２は、磁石の極性が逆向きに並ぶため、接触状態では相互に吸着して接触部の近傍では磁石の作用が低下する。主磁石リング６１と副磁石リング６２の間に磁気的な隙間ｇを設けているので、電磁石のコアに対して、主磁石リング６１と副磁石リング６２を独立して機能させることができ、磁石の作用が低下するのを防止することができる。主磁石リング６１と副磁石リング６２は、非磁性体製のロータにねじ等で固定しているので、筐体やヨークを通して磁気的に結合して磁石の作用を失うことがない。主磁石リング６１は、電磁石のコアに対して独立して作用し、副磁石リング６２は、電磁石のコアに対して独立して作用する。こうして、主磁石リング６１と電磁石のコアがモータとして機能するとき、副磁石リング６２と電磁石のコアは発電機として機能することができる。 In this way, as shown in FIGS. 6 to 9, the coil spring 11, the cam 73, and the cam follower 75 change the relative overlap margin of the stator core 51, the main magnet 6 </ b> A, and the magnet 6 made of the submagnet 6 </ b> B to thereby induce induction. The electromotive force constant (torque constant) is changed, and the motor characteristics (inclination of the TN line in FIG. 16) are changed.
In this way, the outer rotor type brushless motor that automatically changes (changes speed) in accordance with the magnitude of the load torque in the forward and reverse rotation directions by the coil spring 11, the cam 73, and the cam follower 75 shown in FIG. Functions and structures can be formed.
The main magnet ring 61 and the sub magnet ring 6 2, with respect to the stator core 51, in the axial direction of the motor, move simultaneously. This movement increases the action of the main motor of the magnet ring 61, by the side effects as a generator of auxiliary magnet ring 6 2 decreases, larger and more as compared to the magnet of one row (approximately 2 fold) A variable field effect is obtained. The main magnet ring 61 and the sub magnet ring 6 2, the polarity of the magnets are arranged in the opposite direction, is in contact in the vicinity of the contact portion adsorbed on the interaction of the magnet is decreased. Since there is provided a magnetic gap g between the main magnet ring 61 and the sub magnet ring 6 2, the core of the electromagnet, be made to function independently of the main magnet ring 61 and the sub magnet ring 6 2 It is possible to prevent a decrease in the action of the magnet. The main magnet ring 61 and the sub magnet ring 6 2, since the non-magnetic steel rotor is fixed with screws or the like, not to lose the effect of the magnet magnetically coupled through the housing and the yoke. The main magnet ring 61 acts independently of the core of the electromagnet, the sub-magnet ring 6 2 acts independently of the core of the electromagnet. Thus, when the main magnet ring 61 and the core of the electromagnet acts as a motor, the core of the secondary magnet ring 6 2 and the electromagnet can function as a generator.

回生制動の際も、負荷トルクの大きさに合わせて(ここでは制動トルクの大きさに合わせて)自動的に可変界磁する。モータが低速回転の際も、制動する強さ(取り出す電流の大きさ)に伴って図６から図９に示すように、自動的に可変界磁し誘導起電圧定数が図１０から図１３に示すように大きくなるため、回生制動の効果がより大きくなる。よって回生電力が、より効果的に回収できる。
モータ軸４を支持する回転軸受２，３に、前述のコイルバネ１１によるスラスト荷重は加わらない。このことにより、可変界磁機能を付加したことによる回転抵抗の増加はない。 During regenerative braking, the variable field is automatically generated according to the magnitude of the load torque (here, according to the magnitude of the braking torque). Even when the motor rotates at a low speed, as shown in FIGS. 6 to 9, the variable field is automatically generated and the induced electromotive force constant is changed from FIG. 10 to FIG. Since it becomes large as shown, the effect of regenerative braking becomes larger. Therefore, the regenerative power can be collected more effectively.
The thrust load by the coil spring 11 is not applied to the rotary bearings 2 and 3 that support the motor shaft 4. Thus, there is no increase in rotational resistance due to the addition of the variable field function.

主磁石６Ａと副磁石６Ｂを備えた内側ロータ本体７２のイナーシャ(慣性モーメント)が小さいため、起動時の可変界磁機能の立ち上がりが早い。このことにより、モータ起動時に、もしモータ軸４に加わる負荷トルクが大きく外側ロータ本体７１の回転の立ち上がりが遅れても、可変界磁効果がより早く表れるためトルク定数がより急速に大きくなり、モータ軸４の立ち上がりが早くなる。   Since the inertia (moment of inertia) of the inner rotor body 72 including the main magnet 6A and the submagnet 6B is small, the variable field function at the time of start-up is quick. As a result, when the motor is started, even if the load torque applied to the motor shaft 4 is large and the rise of the rotation of the outer rotor body 71 is delayed, the variable field effect appears more quickly, and the torque constant increases more rapidly. The rise of the axis 4 becomes faster.

図１に示すように、正、逆回転方向ともに負荷トルクの大きさに合わせて自動的に可変界磁する開放型のアウターロータ型ブラシレスモータは、アウターロータ７とステータ５が開放型の構造のため空冷の効果が高い。
内側ロータ本体７２だけがモータの内側でモータ軸方向にスライドするため、モータの全長は変化しない。 As shown in FIG. 1, an open-type outer rotor brushless motor that automatically changes the field torque according to the magnitude of the load torque in both the forward and reverse rotation directions has an outer rotor 7 and a stator 5 with an open-type structure. Therefore, the effect of air cooling is high.
Since only the inner rotor body 72 slides in the motor axial direction inside the motor, the total length of the motor does not change.

ステータコア５１部、基板８、磁石６とヨーク(磁路)等を樹脂により被覆またはモールドすることにより防滴など耐環境性が向上する。
外側ロータ本体７１と主磁石６Ａと副磁石６Ｂを備えた内側ロータ本体７２を設けることで、いわゆる可変界磁機能をアウターロータ７とステータ５の(モータ軸方向の)重なり代を変える方法で実現しながら、ステータ５も外側ロータ本体７１も(モータ軸方向に)移動させていない。
モータ軸４、コイルバネ１１、滑り軸受１０、ステータコア５１、内側ロータ本体７２の回転位置検出用磁気センサ１４、磁石６、ヨーク(磁路)６３、カムフォロア７５、カム７３等、機能部品を半径方向に重ねて配置することで偏平で高トルクなアウターロータ型ブラシレスモータ構造を実現している。 By covering or molding the stator core 51, the substrate 8, the magnet 6 and the yoke (magnetic path) with a resin, environmental resistance such as drip-proofing is improved.
By providing the inner rotor body 72 including the outer rotor body 71, the main magnet 6A, and the submagnet 6B, a so-called variable field function is realized by a method of changing the overlap margin (in the motor axis direction) of the outer rotor 7 and the stator 5. However, neither the stator 5 nor the outer rotor main body 71 is moved (in the motor axis direction).
Functional components such as the motor shaft 4, the coil spring 11, the sliding bearing 10, the stator core 51, the magnetic sensor 14 for detecting the rotational position of the inner rotor body 72, the magnet 6, the yoke (magnetic path) 63, the cam follower 75, the cam 73, and the like in the radial direction. The outer rotor brushless motor structure that is flat and has high torque is realized by overlapping the arrangement.

図１５は、本発明の他の実施の形態による密封型のアウターロータ型可変界磁式モータを示したもので、図１および図２と同一部分は、同符号を付して同一部分の説明は省略して説明する。
図１５の上半分は、図１と同一のモータ軸４が受ける負荷トルクの大きさが最大トルクの２５％程度以下の時を表している。また、図１５の下半分は、図２と同一のモータ軸４が受ける負荷トルクの大きさが１００％以上のトルクを受ける時を表している。
モータ本体１は、モータ本体前部１６とモータ本体後部１７とで構成され、外周部に設けられた外周筒部１６ａと外周筒部１７ａをネジ１８により締結して密封型モータが構成されている。モータ本体後部１７には、中央部にボス部１７ｂが設けられ、このボス部１７ｂ内に回転軸受３２を配置して密封構造を作成している。
このように、密封型モータは、図１の開放型モータに比べて基本的な性能や機能は同等である上、モータ本体１を密封構造としていることから水や埃などに対して耐環境性が高い。 FIG. 15 shows a sealed outer rotor type variable field motor according to another embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 1 and FIG. Will be omitted.
The upper half of FIG. 15 represents the time when the magnitude of the load torque received by the same motor shaft 4 as in FIG. 1 is about 25% or less of the maximum torque. The lower half of FIG. 15 represents the time when the magnitude of the load torque received by the same motor shaft 4 as in FIG. 2 is 100% or more.
The motor main body 1 includes a motor main body front portion 16 and a motor main body rear portion 17, and a sealed motor is configured by fastening the outer peripheral cylindrical portion 16 a and the outer peripheral cylindrical portion 17 a provided on the outer peripheral portion with screws 18. . The motor main body rear 17, the boss portion 17b is provided at the center, which creates a sealed structure by placing the rotational bearing 3 2 in the boss portion 17b.
As described above, the sealed motor has the same basic performance and function as the open motor shown in FIG. 1, and the motor body 1 has a sealed structure. Is expensive.

上記の実施の形態によるアウターロータ型可変界磁式モータによれば、正、逆回転方向ともに、負荷トルクの大きさに合わせて自動的に可変界磁するので、正回転時は勿論、電気自動車等で後退時(逆回転時)にも起動時に高トルクが出力できる。
また、回生制動の際にも負荷トルク(この時は、制動トルク)の大きさに合わせて自動的に可変界磁する。このため、低速回転の状態でも回生電力をより効果的に回収できる。 According to the outer rotor type variable field motor according to the above embodiment, the variable field is automatically variable according to the magnitude of the load torque in both the forward and reverse rotation directions. High torque can be output at startup even during reverse (reverse rotation).
Also during regenerative braking, variable field is automatically generated according to the magnitude of the load torque (in this case, braking torque). For this reason, regenerative electric power can be more effectively collected even in a state of low speed rotation.

また、外側ロータ本体７１と主磁石６Ａと副磁石６Ｂを備えた内側ロータ本体７２、ステータ５、バネ１１、モータ軸４を径方向に配置して厚み部分を扁平型に形成しているので、起動時に高トルクが出る。しかも可変界磁することで高速回転もできる。
さらに、開放型のモータは、空冷の効果が高く、また、軽いので、重量当たりの出力を大きくできる。 In addition, since the outer rotor body 71, the inner rotor body 72 provided with the main magnet 6A and the submagnet 6B, the stator 5, the spring 11, and the motor shaft 4 are arranged in the radial direction, the thickness portion is formed in a flat shape. High torque is generated at startup. Moreover, high speed rotation is possible by variable field.
Furthermore, since the open motor has a high air cooling effect and is light, the output per weight can be increased.

一方、密封型のモータは、耐環境性が高いので、電気自動車や電動バイクのような、使用条件が厳しい場所で使用することができる。
また、可変界磁の際に、主磁石６Ａと副磁石６Ｂを備えた内側ロータ本体７２だけがモータの内側でモータ軸方向にスライドすることから、可変界磁の際にも、モータの全長は変化しない。モータの重心の変化も少ない。 On the other hand, since the sealed motor has high environmental resistance, it can be used in places where use conditions are severe, such as an electric vehicle and an electric motorcycle.
Further, since only the inner rotor body 72 having the main magnet 6A and the sub magnet 6B slides in the motor axial direction inside the motor during the variable field, the total length of the motor is also increased during the variable field. It does not change. Little change in the center of gravity of the motor.

さらに、可変界磁の際に、ステータコイル５３がモータ軸方向にスライド(可動)しないので、電線１３が屈曲疲労しない。
またさらに、負荷トルクの大きさに合わせて自動的に可変界磁する機能をつくるためのバネ１１の力は、ロータ７内で閉じている。すなわち、バネ１１の力は、モータ軸４の回転を支える両回転軸受２，３に対しスラスト力として働かない。よって、バネ１１の力はモータ軸４の直接の回転負荷抵抗にはならないため、モータの損失にはならない。 Further, since the stator coil 53 does not slide (movable) in the motor axial direction during the variable field, the electric wire 13 does not bend and fatigue.
Furthermore, the force of the spring 11 for creating a function of automatically changing the field according to the magnitude of the load torque is closed in the rotor 7. That is, the force of the spring 11 does not act as a thrust force on the rotary bearings 2 and 3 that support the rotation of the motor shaft 4. Therefore, since the force of the spring 11 does not become a direct rotational load resistance of the motor shaft 4, it does not cause a loss of the motor.

正、逆回転方向ともに、負荷トルクの大きさに合わせて自動的に可変界磁する高機能なブラシレスモータでありながら小型(偏平)、軽量、低コスト、高トルク、高回転、広い回転域で高効率なモータをつくることができる。また、回生ブレーキとして使用の際は、低速回転時においても回生エネルギーを大きく取り出そうとすれば、負荷トルク(この時は、制動トルク)の大きさに合わせて自動的に可変界磁を行い(誘導起電圧定数が大きくなる)、回生エネルギーをより多く回収できる(回生ブレーキがよく効く)。   Although it is a high-performance brushless motor that automatically changes the field according to the magnitude of the load torque in both the forward and reverse rotation directions, it is small (flat), lightweight, low cost, high torque, high rotation, in a wide rotation range A highly efficient motor can be made. Also, when using as a regenerative brake, if a large amount of regenerative energy is extracted even at low speed rotation, a variable field is automatically generated according to the magnitude of the load torque (in this case, the braking torque) (induction The regenerative energy can be recovered more (regenerative braking works well).

本発明は、回転軸、バネ、軸受、ステータ、ロータ、カム、カムフォロア等の機能部品を半径方向に重ねて配置することにより小型(偏平)にできる。また、ロータのスライド運動時の傾き、揺れを防止するため、回転と摺動兼用の軸受けやロータの外周に設置した3組のカムとカムフォロア、それを押し付けるバネにより創出している。こうして、床に置いた三脚が重力で安定するように傾きや揺れを防止することができる。
アウターロータ型は、ヨーク(磁路)の内側に磁石を直接設置(接着)するSPM(表面磁石型)構造でも、磁石に加わる遠心力が外側(ヨーク側)に向くので、高速回転時にも遠心力による磁石の脱落がない。その点、ＳＰＭ(表面磁石型)のインナーロータ型は、脱落防止用リングが磁石の外側に必要となる。 The present invention can be downsized (flattened) by arranging functional parts such as a rotating shaft, a spring, a bearing, a stator, a rotor, a cam, and a cam follower in a radial direction. In addition, in order to prevent tilting and shaking during the sliding movement of the rotor, it is created by bearings for both rotation and sliding, three sets of cams and cam followers installed on the outer periphery of the rotor, and a spring that presses them. In this way, it is possible to prevent tilting and shaking so that the tripod placed on the floor is stabilized by gravity.
The outer rotor type has a SPM (surface magnet type) structure in which the magnet is directly installed (adhered) inside the yoke (magnetic path), and the centrifugal force applied to the magnet is directed to the outside (yoke side). There is no falling off of the magnet due to force. In that regard, the SPM (surface magnet type) inner rotor type requires a drop prevention ring outside the magnet.

本発明は、元となる形式がアウターロータ型ブラシレスモータである。一般にアウターロータ型はインナーロータ型に比べて、ロータの直径が大きいため、比較的に高トルク、低速回転のものが多い。よって、モータの重量当たりのトルクが大きい。インホイールモータやダイレクトドライブモータ等、高トルクが必要な分野で応用が期待できる。   The original form of the present invention is an outer rotor type brushless motor. In general, the outer rotor type has a larger rotor diameter than the inner rotor type, and therefore has a relatively high torque and low speed rotation. Therefore, the torque per weight of the motor is large. Applications can be expected in fields that require high torque, such as in-wheel motors and direct drive motors.

本発明のように、ロータとステータコアの重なり代が２５％から１００％程度まで可変できる(可変界磁量４倍)ようにすると、特開２０１４−５０２５１の図は、さらに軸方向に長くなる構造である。   As in the present invention, when the overlap between the rotor and the stator core can be varied from about 25% to about 100% (variable field quantity is 4 times), the diagram of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-50251 is further elongated in the axial direction. It is.

なお、本発明は、上記実施の形態のみに限定されるものではなく、アウターロータ型可変界磁式モータは、電気自動車あるいは電動バイク以外にも、変速して駆動するものであれば、他の負荷に対しても用いることができる。また、上記実施の形態では、３組のカム７３とカムフォロア７５を用いる場合について説明したが、４組、５組、６組等、３組以上のカム７３とカムフォロア７５を用いることもできる。内側ロータ本体７２の回転位置検出用磁気センサ１４もこれに合わせて４組、５組、６組等の回転位置検出用磁気センサ１４を用いることもできる。その他、本発明の技術的範囲を変更しない範囲内で適宜、変更して実施し得ることは言うまでもない。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the outer rotor type variable field motor is not limited to an electric vehicle or an electric motorcycle. It can also be used for loads. In the above-described embodiment, the case where three sets of cams 73 and cam followers 75 are used has been described, but three or more sets of cams 73 and cam followers 75 such as four sets, five sets, and six sets may be used. Corresponding to this, the rotational position detecting magnetic sensors 14 of the inner rotor main body 72 can also be used in four sets, five sets, six sets, and the like. In addition, it goes without saying that the present invention can be appropriately modified and implemented within a range that does not change the technical scope of the present invention.

１ モータ本体
１ａ 円筒部
２ 回転軸受
３ 回転軸受
４ モータ軸
５ ステータ
６ 磁石
６Ａ 主磁石
６Ｂ 副磁石
６１ 主磁石リング
６２ 副磁石リング
７ アウターロータ
８ 基板
９ ネジ
１０ 滑り軸受
１１ コイルバネ
１２ バネ座
１３ 電線
１４ 回転位置検出用磁気センサ
１５ 通気口
１６ モータ本体前部
１７ モータ本体後部
１８ ネジ
５３ ステータコイル
６１Ａ、６１Ｂ 永久磁石
６２Ａ、６２Ｂ 永久磁石
６３ ヨーク(磁路)
６３Ａ 主ヨーク
６３Ｂ 副ヨーク
７１ 外側ロータ本体
７２ 内側ロータ本体
７３ カム
７４ カムフォロア軸
７５ カムフォロア
７６ 回転滑り軸受 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor body 1a Cylindrical part 2 Rotating bearing 3 Rotating bearing 4 Motor shaft 5 Stator 6 Magnet 6A Main magnet 6B Sub magnet 6 1 Main magnet ring 6 2 Sub magnet ring 7 Outer rotor 8 Substrate 9 Screw 10 Sliding bearing 11 Coil spring 12 Spring seat DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 Electric wire 14 Magnetic sensor for rotational position detection 15 Air vent 16 Motor main body front part 17 Motor main body rear part 18 Screw 53 Stator coil 61A, 61B Permanent magnet 62A, 62B Permanent magnet 63 Yoke (magnetic path)
63A Main yoke 63B Sub yoke 71 Outer rotor main body 72 Inner rotor main body 73 Cam 74 Cam follower shaft 75 Cam follower 76 Rotary sliding bearing

Claims (4)

ステータに対して該ステータの径方向外側に配置されたアウターロータをモータ軸方向にスライド運動させて可変界磁を行うアウターロータ型可変界磁式モータにおいて、
前記アウターロータを、モータ軸方向にスライドする内側ロータ本体と、外側ロータ本体との分割構造とし、
前記内側ロータ本体の内面側に配設される永久磁石として、主磁石と副磁石を軸方向に間隙を置いて並設し、これら主磁石と副磁石の磁石特性を互いに逆向きに構成し、
前記内側ロータ本体にカムフォロアを配置するとともに前記外側ロータ本体に軸方向のカム面を形成し、前記カムフォロアをモータ軸に加わる負荷に応じて前記カム面に沿って移動可能に構成し、前記アウターロータを前記ステータに対して前記モータ軸方向に実質的にスライド運動させることを特徴とするアウターロータ型可変界磁式モータ。 In an outer rotor type variable field motor that performs a variable field by sliding an outer rotor arranged radially outside the stator with respect to the stator in the motor axial direction,
The outer rotor has a split structure of an inner rotor body that slides in the motor axial direction and an outer rotor body,
As a permanent magnet disposed on the inner surface side of the inner rotor body, the main magnet and the sub magnet are arranged side by side with a gap in the axial direction, and the magnet characteristics of the main magnet and the sub magnet are configured to be opposite to each other.
A cam follower is disposed on the inner rotor body, an axial cam surface is formed on the outer rotor body, and the cam follower is configured to be movable along the cam surface in accordance with a load applied to the motor shaft. The outer rotor type variable field motor is characterized by causing the stator to slide substantially in the motor axial direction with respect to the stator. 前記内側ロータ本体の基端側に前記主磁石を、先端側に前記副磁石をモータ軸方向に隣接して配置し、前記アウターロータの前記モータ軸方向のスライド運動は、外側ロータ本体に設けられたカム面と、前記モータ軸と平行に配置された弾発機構によりモータ軸方向にスライドする内側ロータ本体の軸方向位置を制御することを特徴とする請求項１に記載のアウターロータ型可変界磁式モータ。   The main magnet is disposed on the proximal end side of the inner rotor body, the sub magnet is disposed adjacent to the distal end side in the motor axial direction, and the sliding motion of the outer rotor in the motor axial direction is provided in the outer rotor body. 2. The outer rotor type variable field according to claim 1, wherein an axial position of the inner rotor body that slides in the motor axial direction is controlled by a cam surface and a resilient mechanism disposed in parallel with the motor shaft. Magnetic motor. 前記主磁石を前記副磁石よりモータ軸方向に大型とし、モータが高速時に前記副磁石が前記ステータのステータコアとモータ軸方向において完全に重複することを特徴とする請求項１または２に記載のアウターロータ型可変界磁式モータ。   The outer magnet according to claim 1 or 2, wherein the main magnet is larger in the motor axial direction than the sub magnet, and the secondary magnet completely overlaps with the stator core of the stator in the motor axial direction when the motor is operating at high speed. Rotor type variable field motor. 前記主磁石を前記副磁石よりモータ軸方向に大型とし、モータが低速時に前記主磁石が前記ステータのステータコアとモータ軸方向において完全に重複することを特徴とする請求項１または２に記載のアウターロータ型可変界磁式モータ。   The outer magnet according to claim 1 or 2, wherein the main magnet is larger than the sub magnet in the motor axial direction, and the main magnet completely overlaps with the stator core of the stator in the motor axial direction when the motor is at a low speed. Rotor type variable field motor.
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