(57)【要約】【課題】簡易な構成で、かつ、弱め界磁制御を行うことができる電動機を提供する。【解決手段】ステータの内部空間に配され、永久磁石５８が設けられたロータ２２と、シャフト２４と、を備えた電動機において、ロータがシャフトの軸方向に沿って複数に分割されており、ロータの軸方向両側に付勢部材５１が設けられ、ロータとシャフトとの当接部に、シャフトに対してロータを軸方向に移動可能に構成された滑り部材５２が設けられ、ロータにおける複数のロータ同士の境界部には、シャフトの周方向に沿って溝部４１が形成されるとともに、溝部には重り部材４５が配されており、回転駆動時に径方向に発生する遠心力により重り部材が径方向外側に移動することで複数のロータ同士を付勢部材の付勢力に抗して離間させる離間機構を備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環状のヨークの内側に複数のティースが形成されたステータと、
前記ティースに巻装されるコイルと、
前記ステータの内部空間に配され、永久磁石が設けられたロータと、
該ロータの軸中心に配されたシャフトと、を備えた電動機において、
前記ロータが前記シャフトの軸方向に沿って複数に分割されており、
前記ロータの軸方向両側から前記複数のロータ同士が密着する方向に付勢する付勢部材が設けられ、
前記ロータと前記シャフトとの当接部に、前記シャフトに対して前記ロータを軸方向に移動可能に構成された滑り部材が設けられ、
前記ロータにおける前記複数のロータ同士の境界部には、前記シャフトの周方向に沿って溝部が形成されるとともに、該溝部には重り部材が配されており、
回転駆動時に径方向に発生する遠心力により前記重り部材が径方向外側に移動することで前記複数のロータ同士を前記付勢部材の付勢力に抗して離間させる離間機構を備えていることを特徴とする電動機。
【請求項２】
前記シャフトの内部に油流路が形成されるとともに、前記シャフトの周面に、前記油流路に通流する油をシャフト外部へ吐出するための吐出孔が形成され、
前記吐出孔は、前記溝部が形成された位置に対応して形成され、
前記複数のロータ同士が当接している状態で前記重り部材が前記吐出孔を閉塞し、前記複数のロータ同士が離間している状態で前記重り部材が前記吐出孔を開放し、前記油が前記滑り部材に供給される潤滑機構を備えていることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
前記溝部は、径方向外側に向かって先細り形状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電動機。
【請求項４】
前記油が前記重り部材と前記ロータとの当接部に供給可能に構成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の電動機。
【請求項５】
前記シャフトの周面における前記重り部材が配設される位置に凹部が形成され、前記吐出孔が前記凹部内に形成されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、インナーロータ型のモータ（電動機）は、環状のステータの内側に形成された空間にロータが配置され、ロータがステータに対して回転可能に構成されたものである。また、この種のモータにおいて、ロータに永久磁石を配するとともに、ステータにコイルを配し、コイルに電流を流すことでステータに回転磁界を発生させ、ロータを回転駆動させるモータが知られている。このように構成されたモータは、小型なものであっても高出力化を図ることができるため、車両用のモータとして用いられている。
【０００３】
ところで、車両用のモータとして上述した永久磁石を用いたものを採用すると、ロータの回転数が速くなると、ステータのコイルに過大な誘起電圧が発生する。この誘起電圧により回転数の限界が決まるため、「弱め界磁制御」により誘起電圧を低く抑える手法が用いられている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
特許文献１の磁束量可変磁石型ロータは、高速回転時の減磁を実現するために、永久磁石直動機構を用いて永久磁石を軸方向にスライドさせて磁束量をコントロールするものである。
【０００５】
また、特許文献２の磁石式電動機は、電動機の運転領域を拡大するために、ロータヨークをねじる位相差設定機構を設け、高トルク時と低トルク時の磁束量を変化させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３３６８８０号公報
【特許文献２】特開２００７−９７２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１の磁束量可変磁石型ロータは、永久磁石直動機構にガイドバー、ウェイト、永久磁石の逃げ部（磁石カバーが配された領域）などが必要であるため、軸方向に長いモータになる。また、永久磁石とロータヨークとの間に、永久磁石をスライドさせるためのクリアランスを設ける必要があり、その結果、耐久性および磁気特性が悪化するという問題がある。
【０００８】
また、特許文献２の磁石式電動機は、ロータ間に皿バネを設ける必要があるため、有効に磁束を使えず、トルクが小さくなるという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、簡易な構成で、かつ、弱め界磁制御を行うことができる電動機を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、円環状のヨークの内側に複数のティースが形成されたステータ（例えば、実施形態におけるステータ２１）と、前記ティースに巻装されるコイル（例えば、実施形態におけるコイル２０）と、前記ステータの内部空間に配され、永久磁石（例えば、実施形態における永久磁石５８）が設けられたロータ（例えば、実施形態におけるロータ２２）と、該ロータの軸中心に配されたシャフト（例えば、実施形態におけるシャフト２４）と、を備えた電動機（例えば、実施形態におけるモータ２３）において、前記ロータが前記シャフトの軸方向に沿って複数に分割されており、前記ロータの軸方向両側から前記複数のロータ同士が密着する方向に付勢する付勢部材（例えば、実施形態における板バネ５１）が設けられ、前記ロータと前記シャフトとの当接部に、前記シャフトに対して前記ロータを軸方向に移動可能に構成された滑り部材（例えば、実施形態における滑りキー５２）が設けられ、前記ロータにおける前記複数のロータ同士の境界部には、前記シャフトの周方向に沿って溝部（例えば、実施形態におえる溝部４１）が形成されるとともに、該溝部には重り部材（例えば、実施形態におけるウェイト４５）が配されており、回転駆動時に径方向に発生する遠心力により前記重り部材が径方向外側に移動することで前記複数のロータ同士を前記付勢部材の付勢力に抗して離間させる離間機構を備えていることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項２に記載した発明は、前記シャフトの内部に油流路（例えば、実施形態における空洞部６１）が形成されるとともに、前記シャフトの周面に、前記油流路に通流する油をシャフト外部へ吐出するための吐出孔（例えば、実施形態における貫通孔６２）が形成され、前記吐出孔は、前記溝部が形成された位置に対応して形成され、前記複数のロータ同士が当接している状態で前記重り部材が前記吐出孔を閉塞し、前記複数のロータ同士が離間している状態で前記重り部材が前記吐出孔を開放し、前記油が前記滑り部材に供給される潤滑機構を備えていることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項３に記載した発明は、前記溝部は、径方向外側に向かって先細り形状に形成されていることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項４に記載した発明は、前記油が前記重り部材と前記ロータとの当接部に供給可能に構成されていることを特徴としている。
【００１４】
さらに、請求項５に記載した発明は、前記シャフトの周面における前記重り部材が配設される位置に凹部（例えば、実施形態における凹陥部６３）が形成され、前記吐出孔が前記凹部内に形成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載した発明によれば、ロータの軸方向側方に複数のロータを離間させるための離間機構が配されないため、電動機の軸方向の長さを抑えることができ、電動機の小型化を図ることができる。また、永久磁石をロータに固定することができるため、永久磁石とロータとの間にガタが生じることがなくなり、耐久性向上および磁気特性向上を図ることができる。また、電動機の回転停止時および低回転時には複数のロータは付勢部材により密着しているため、発生する磁束を有効に使用することができ、トルク向上を図ることができる。そして、複数のロータが離間して永久磁石が軸方向外側に移動することで、コイルに入る磁束量を減らすことができる。したがって、この構成を採用することにより、簡易な構成で、かつ、弱め界磁制御を行うことができる。
【００１６】
請求項２に記載した発明によれば、シャフト内部に通流している油は、複数のロータ同士が離間した場合のみに供給されるため、低回転時にロータにフリクションが生じるのを抑制することができる。さらに、油は遠心力で飛散されるため、ロータおよびステータの冷却に寄与することができるとともに、油が滑り部材に供給されることで、シャフトに対してロータを軸方向にスムーズに移動させることができる。
【００１７】
請求項３に記載した発明によれば、溝部を径方向外側に向かって先細り形状にすることで、重り部材を介して隣り合うロータをスムーズに離間させることができる。したがって、簡易な構成で確実にロータを離間させることができる。
【００１８】
請求項４に記載した発明によれば、重り部材に油が供給されるため、重り部材の耐久性を向上することができる。したがって、信頼性の高い電動機を提供することができる。
【００１９】
請求項５に記載した発明によれば、電動機の回転停止時および低回転時には重り部材が凹部に配置されているため、より確実に吐出孔を封止することができる。つまり、低回転時などに油が吐出孔から漏洩してロータにフリクションが生じるのを防止することができる。したがって、信頼性の高い電動機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態における車両用モータユニットの概略構成断面図である。
【図２】本発明の実施形態におけるロータおよびシャフトの側面断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】本発明の実施形態におけるロータおよびシャフトの側面断面図であり、右側ロータと左側ロータとが離反した状態を示す側面断面図である。
【図５】本発明の実施形態におけるモータの出力特性を説明する線図である。
【図６】本発明の実施形態におけるモータの出力特性を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、本発明の実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。なお、本実施形態では車両用モータユニットに採用した永久磁石電動機について説明する。
図１は車両用モータユニットの概略構成断面図である。図１に示すように、車両用モータユニット１０は、コイル２０が巻回されたステータ２１およびステータ２１の内周側に配されたロータ２２を備えた永久磁石電動機（以下、モータという。）２３を収容するモータハウジング１１と、モータハウジング１１の一方側に締結され、モータ２３の回転軸であるシャフト２４からの動力を伝達する動力伝達部（不図示）を収容するミッションハウジング１２と、モータハウジング１１の他方側に締結され、モータ２３の回転センサ２５を収容するセンサハウジング１３と、を備えている。なお、ミッションハウジング１２は、モータハウジング１１に締結された共用ハウジング１２Ａと、共用ハウジング１２Ａに締結されたギアハウジング１２Ｂとで構成されている。また、モータハウジング１１の内部はモータ室３６として、ミッションハウジング１２の内部はミッション室３７として、センサハウジング１３の内部はセンサ室３８として、それぞれ構成されている。
【００２２】
モータハウジング１１は、モータ２３全体を覆うような略円筒形状で形成されている。モータハウジング１１とミッションハウジング１２との境界部のミッションハウジング１２側には、モータ２３のシャフト２４の一端を回転自在に支持するベアリング２６が設けられ、モータハウジング１１とセンサハウジング１３との境界部のセンサハウジング１３側には、モータ２３のシャフト２４の他端を回転自在に支持するベアリング２７が設けられている。
【００２３】
ここで、ロータ２２の構成について説明する。図２はロータおよびシャフトの部分拡大図であり、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図２、図３に示すように、ロータ２２は、軸方向から見た正面視略リング状の磁性板材５５が複数積層されたヨーク５６と、ヨーク５６の外周縁に周方向略等間隔に保持された永久磁石５８（本実施形態では６個）と、ヨーク５６の内周側に設けられ、ヨーク５６を保持するとともに、シャフト２４に対して軸方向に移動可能に構成された可動ヨークホルダー５７と、を備え、シャフト２４とともに回転可能に構成されている。なお、ロータ２２はコイル２０が巻回されたステータ２１と所定間隔を空けて対向配置されている。また、軸方向とは、シャフト２４の回転中心に沿う方向のことをいう。
【００２４】
本実施形態では、ロータ２２が軸方向の略中間部において二分割されており、図２における右側のロータを右側ロータ２２Ａ、左側のロータを左側ロータ２２Ｂとする。右側ロータ２２Ａと左側ロータ２２Ｂとはロータ２２の軸方向両端に設けられた板バネ５１，５１により互いに当接し合う方向に付勢されており、ロータ２２が回転していない状態において右側ロータ２２Ａと左側ロータ２２Ｂとは当接している。
【００２５】
また、可動ヨークホルダー５７とシャフト２４とは滑りキー５２を介して連接されている。つまり、可動ヨークホルダー５７はシャフト２４に対して軸方向に沿って移動可能になっているとともに、シャフト２４とともに軸方向を中心に回転可能になっている。また、可動ヨークホルダー５７の外周縁にはヨーク５６が保持されており、ヨーク５６は可動ヨークホルダー５７の回転とともに軸方向に回転可能になっている。
【００２６】
可動ヨークホルダー５７は、例えば型成形により一体成形された部材であり、正面視略リング状に形成されている。また、可動ヨークホルダー５７は、軽量化のために余分な部分（例えば、凹部５３）が肉抜きされている。また、隣り合う可動ヨークホルダー５７，５７の当接面における内径側には溝部４１がそれぞれ形成されている。
本実施形態では、溝部４１は周方向に沿って略等間隔に４箇所形成されている。また、溝部４１は径方向内側から外側に向かって直線部４０が形成され、直線部４０の径方向外側端部から徐々に溝部４１の深さが浅くなるように傾斜部４６が形成されている。つまり、隣り合う可動ヨークホルダー５７，５７が当接することで形成される空間部４２の形状は、径方向外側に向かって先細りしている。なお、この空間部４２にはウェイト４５が収容可能に構成されている。
【００２７】
ウェイト４５は球状の部材であり、空間部４２内に配置されている。つまり、ウェイト４５は、モータ２３の駆動時に遠心力により径方向外側へ移動しようとするものである。また、ウェイト４５はモータ２３の非駆動時には空間部４２内で移動できないようになっている（後に詳述する）。
【００２８】
次に、シャフト２４には軸方向に沿って空洞部６１が形成されている。この空洞部６１には冷却用および潤滑用の油が通流可能になっている。また、シャフト２４には空洞部６１とシャフト外側との間を連通する貫通孔６２が形成されている。具体的には、貫通孔６２は右側ロータ２２Ａと左側ロータ２２Ｂとが無負荷時に当接する位置に対応した位置に、周方向に略等間隔に形成されている（本実施形態では４箇所）。さらに、貫通孔６２が形成されたシャフト２４の外周面は凹陥部６３が形成され、凹陥部６３の最深部に貫通孔６２が配されている。つまり、モータ２３の無負荷時にはウェイト４５が凹陥部６３内に配置されるようになっており、ウェイト４５により貫通孔６２が閉塞されるように構成されている。ウェイト４５はシャフト２４の貫通孔６２に対応する位置に配置されている。つまり、ウェイト４５は４個配置されている。
【００２９】
空間部４２における径方向に直交する方向の幅Ｗ１（図３参照）は、ウェイト４５が凹陥部６３上に載置された状態において、ウェイト４５が略当接する大きさで形成されている。また、空間部４２における軸方向に沿う方向の長さＬ１（図２参照）は、ウェイト４５が凹陥部６３上に載置された状態において、ウェイト４５が略当接する大きさで形成されている。さらに、空間部４２における径方向に先細りしている傾斜部４６にもウェイト４５は略当接している。つまり、モータ２３の非駆動時にはウェイト４５は移動できないようになっている。
【００３０】
このように構成されたモータ２３のロータ２２およびシャフト２４が回転駆動したときの動きについて説明する。
モータ２３が駆動する前の停止状態およびモータ２３の低回転時は、図２の状態で保持されている。つまり、ロータ２２の軸方向の長さとステータ２１の軸方向の長さが略同一の長さで対向しており、高トルクを得ることが可能となる。
【００３１】
なお、モータ２３の低回転時には、ウェイト４５は遠心力により径方向外側に移動しようとしてウェイト４５が傾斜部４６を押し付け、右側ロータ２２Ａおよび左側ロータ２２Ｂに対して互いに離反する方向に力Ｆ１をかけるが、遠心力が小さいため、板バネ５１の付勢力よりも力Ｆ１が小さい。したがって、右側ロータ２２Ａと左側ロータ２２Ｂとは当接したままの状態で回転する。その結果、ウェイト４５は貫通孔６２を閉塞した状態であるため、シャフト２４の空洞部６１に通流している油は吐出しない。
【００３２】
次に、モータ２３の高回転時は、図４に示すように、右側ロータ２２Ａと左側ロータ２２Ｂとが互いに離反する。具体的には、ウェイト４５が径方向外側に移動しようとして、右側ロータ２２Ａおよび左側ロータ２２Ｂに対して互いに離反する方向に力Ｆ２をかけるが、その力Ｆ２が板バネ５１の付勢力よりも大きくなると、ウェイト４５が径方向外側に移動し、右側ロータ２２Ａと左側ロータ２２Ｂとが互いに離反する方向に移動する。つまり、高回転時にはステータ２１に対向配置されるロータ２２の長さが短くなり、誘起電圧を低く抑えることができる。
【００３３】
さらに、ウェイト４５が径方向外側に移動することにより、シャフト２４の貫通孔６２が開放され、貫通孔６２から油Ｓが吐出する。吐出された油Ｓは、滑りキー５２に供給されることで、滑りキー５２の潤滑性能を保持することができ、シャフト２４に対してロータ２２（２２Ａ，２２Ｂ）をスムーズに摺動させることが可能となる。また、油Ｓは径方向外側に移動してロータ２２およびステータ２１へ供給され、各所を適宜冷却することができる。つまり、油Ｓは各所が高温となる高回転時のみに供給され、低回転時などの冷却が不要の場合には油Ｓは供給されない。したがって、油Ｓが供給されることによるロータ２２のフリクションの発生を抑制することができる。なお、油Ｓはモータ室３６の下方へと導かれ、図示しない油循環系統により循環している。
【００３４】
このように構成されたモータ２３の出力特性図を図５に示す。図５において、右側ロータ２２Ａと左側ロータ２２Ｂとが当接している状態における出力特性線１００（一点鎖線）と、右側ロータ２２Ａと左側ロータ２２Ｂとが最大に離反している状態における出力特性線２００（二点鎖線）と、示す。図５に示すように、低回転時には出力特性線１００に沿ったトルクＴ２が得られる。つまり、右側ロータ２２Ａと左側ロータ２２Ｂとが当接しており、ステータ２１とロータ２２との対向面積が大きいため高トルクを得ることができる。出力特性線１００において、トルクが減少し始める回転数Ｒ１において右側ロータ２２Ａと左側ロータ２２Ｂとが徐々に離反し始めるように構成すると、出力特性線３００（鎖線）に沿う性能が得られる。そして、右側ロータ２２Ａと左側ロータ２２Ｂとが最大に離反した状態（回転数Ｒ２）で出力特性線２００に沿ったトルクＴ１を得ることができる。つまり、高回転時には右側ロータ２２Ａと左側ロータ２２Ｂとが離反しているためトルク値は低下するものの高回転域までトルクを得ることが可能となる。結果として、本実施形態のモータ２３は、図６に示すような出力特性が得られる。
【００３５】
本実施形態の車両用モータユニット１０によれば、従来のようにロータ２２の軸方向側方に複数のロータ２２を離間させるための離間機構が配されないため、モータ２３の軸方向の長さを抑えることができ、モータ２３の小型化を図ることができる。また、永久磁石５８をヨーク５６に固定しているため、永久磁石５８とヨーク５６との間にガタが生じることがなくなり、耐久性向上および磁気特性向上を図ることができる。また、モータ２３の回転停止時および低回転時には複数のロータ２２Ａ，２２Ｂは板バネ５１，５１により密着しているため、発生する磁束を有効に使用することができ、トルク向上を図ることができる。そして、複数のロータ２２Ａ，２２Ｂが離間して永久磁石５８が軸方向外側に移動することで、コイル２０に入る磁束量を減らすことができる。したがって、この構成を採用することにより、簡易な構成で、かつ、弱め界磁制御を行うことができる。
【００３６】
また、シャフト２４内部に通流している油Ｓは、複数のロータ２２Ａ，２２Ｂが離間した場合のみに供給されるため、低回転時にロータ２２にフリクションが生じるのを抑制することができる。さらに、油Ｓは遠心力で飛散されるため、ロータ２２およびステータ２１の冷却に寄与することができるとともに、油Ｓが滑りキー５２に供給されることで、シャフト２４に対してロータ２２を軸方向にスムーズに移動させることができる。なお、油Ｓの供給方法は必ずしもこの構成にする必要はなく、別途油を供給する装置を設けてもよい。
【００３７】
また、溝部４１を径方向外側に向かって先細り形状にすることで、ウェイト４５を介して隣り合うロータ２２Ａ，２２Ｂをスムーズに離間させることができる。したがって、簡易な構成で確実に隣接するロータ２２Ａ，２２Ｂを離間させることができる。
【００３８】
さらに、ウェイト４５に油Ｓが供給されるため、ウェイト４５の耐久性を向上することができる。したがって、信頼性の高いモータ２３を提供することができる。
【００３９】
そして、モータ２３の回転停止時および低回転時にはウェイト４５が凹陥部６３に配置されているため、より確実に貫通孔６２を封止することができる。つまり、低回転時などに油Ｓが貫通孔６２から漏洩してロータ２２にフリクションが生じるのを防止することができる。したがって、信頼性の高いモータ２３を提供することができる。
【００４０】
尚、本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や数値などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態において、球状のウェイトを用いて、モータ駆動時にウェイトが溝部の傾斜部に当接することで隣接するロータを離反させるようにしたが、溝部に傾斜部を設けずウェイトの径方向外側に隣接するロータ間に介入可能な先が尖った突起を形成し、遠心力で突起が隣接するロータ間の隙間に入り込むことでロータ同士を離反させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
２１…ステータ  ２２…ロータ  ２３…モータ（電動機）  ２４…シャフト  ４１…溝部  ４５…ウェイト（重り部材）  ５１…板バネ（付勢部材）  ５２…滑りキー（滑り部材）  ５８…永久磁石  ６１…空洞部（油流路）  ６２…貫通孔（吐出孔）  ６３…凹陥部（凹部）  Ｓ…油
【図１】
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【図２】
2010213448.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010213448.tif 000006
【図５】
2010213448.tif 000007
【図６】
2010213448.tif 000008