(57)【要約】【課題】潤滑油の所要量の低減を図る遊星ローラ機構を備えた回転電機を提供する。【解決手段】回転電機１００は、周方向に沿って永久磁石４を内包する筒状の周壁３ａａをもつ回転子３と、回転子３の周壁３ａａの外側に設けられるステータ２とを備える。さらに、回転電機１００は、周壁３ａａの内側の遊星ローラ機構室３ｄ内に回転子３の回転が周壁３ａａから外周面６ａａに伝達して回転する遊星ローラ６と、周壁３ａａの内側に設けられ且つ遊星ローラ６の回転が外周面６ａａを介して伝達して回転する出力軸９と、周壁３ａａの内側に入れられる磁性を有する磁性オイル２０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に沿って永久磁石を内包する筒状の周壁をもち、前記周壁の内周に密閉された遊星ローラ機構室を有する回転子と、前記回転子の前記周壁の外側に設けられる固定子とを備える回転電機において、
前記遊星ローラ機構室内に、
前記回転子の回転が前記周壁から遊星ローラ面に伝達して回転する遊星ローラと、
前記遊星ローラの回転が前記遊星ローラ面を介して伝達して回転する出力軸と、
磁性潤滑油と
を備える回転電機。
【請求項２】
前記遊星ローラ機構室内には、前記遊星ローラと、前記遊星ローラ面に転がり接触する太陽ローラ面を有する太陽ローラとが配置され、
前記太陽ローラは、前記出力軸と一体回転可能である請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記遊星ローラ機構室内に、前記周壁に一体回転するように固定され且つ前記遊星ローラ面で前記遊星ローラが転がり接触するリングローラ面を有するリングローラをさらに備える請求項２に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機には、回転子の回転を増速又は減速して出力する機構を備えたものがある。例えば、特許文献１には、回転子の回転を増速するための遊星ローラ機構を備えた回転電機が記載されている。この回転電機では、円筒状のケーシングの内部にステータコア（固定子）が固定され、ステータコアの内側には、内部に磁石が挿入された円筒状の回転子が対向配置され、回転子の軸心位置に出力を外部に取り出すための動力軸が設けられている。さらに、回転子の内側において、動力軸には円筒状の太陽ローラが一体回転するように同軸で取り付けられ、回転子の内周面には、円筒状のリングローラが一体回転するように同軸上で取り付けられている。そして、太陽ローラとリングローラとの間には、複数の遊星ローラが配置され、遊星ローラは、太陽ローラ及びリングローラと転がり接触している。また、遊星ローラは、ケーシングに対して太陽ローラの周りを公転移動しないように、ケーシングに固定されている。
【０００３】
これにより、回転子の回転力は、一体に回転するリングローラに入力されて、リングローラと転がり接触している遊星ローラに伝達してこれらを回転させる。さらに、遊星ローラの回転力は、転がり接触している太陽ローラに伝達してこれを回転させ、太陽ローラと共に回転する動力軸に出力される。このとき、リングローラの回転が、リングローラの内径よりも小さい外径を有する太陽ローラに伝達することによって、太陽ローラがリングローラ及び回転子よりも高速で回転駆動される。
また、この回転電機では、回転子の内側に潤滑のためのオイルが封入されている。そして、この回転電機では、リングローラ、遊星ローラ及び太陽ローラ間の動力伝達に、各ローラ間の転がり接触による摩擦に加えて、各ローラ間に浸入するオイルの粘性による粘性摩擦も利用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１４３８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の回転電機では、遊星ローラにおける他のローラとの接触面が常にオイルに接触するようにオイルを封入する必要があるため、封入オイル量が多くなる。特に、様々な向きで使用される回転電機では、常に遊星ローラの接触面が完全に浸る程度のオイル量が必要になる。このように回転子の内側に封入された多量のオイルは、回転する各ローラによって攪拌されてその温度を上昇させ、回転子の内側から外部へのオイルの漏出を防ぐためのシールの耐久性を低下させるという問題がある。また、各ローラによってオイルが攪拌され、オイルの温度が上昇するとオイルの粘性摩擦が低下し、遊星ローラ機構の動力伝達能力が低下してしまう問題がある。
【０００６】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、潤滑用オイルの所要量の低減を図る遊星ローラ機構を備えた回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、この発明に係る回転電機は、周方向に沿って永久磁石を内包する筒状の周壁をもち、周壁の内周に密閉された遊星ローラ機構室を有する回転子と、回転子の周壁の外側に設けられる固定子とを備える回転電機において、遊星ローラ機構室内に、回転子の回転が周壁から遊星ローラ面に伝達して回転する遊星ローラと、遊星ローラの回転が遊星ローラ面を介して伝達して回転する出力軸と、磁性潤滑油とを備える。
【０００８】
遊星ローラ機構室内には、遊星ローラと、遊星ローラ面に転がり接触する太陽ローラ面を有する太陽ローラとが配置され、太陽ローラは、出力軸と一体回転可能であってもよい。
上記回転電機は、遊星ローラ機構室内に、周壁に一体回転するように固定され且つ遊星ローラ面で遊星ローラが転がり接触するリングローラ面を有するリングローラをさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係る回転電機によれば、遊星ローラ機構を備え且つ潤滑油の所要量を低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態に係る回転電機の構成を示す模式的な断面側面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態
以下、この発明の実施の形態に係る回転電機１００について添付図面に基づいて説明する。
まず、回転電機１００の構成を説明する。
図１を参照すると、回転電機１００は、有底円筒状のケーシング１を有している。ケーシング１は、円筒状の周壁１ａと、周壁１ａの両端を閉鎖する端壁１ｂ及び１ｃとを有している。端壁１ｂ及び１ｃのそれぞれの中心には、貫通穴１ｂａ及び１ｃａが形成されている。
【００１２】
また、回転電機１００は、ケーシング１の内部において、周壁１ａの内表面に沿って設けられた円筒状のステータ２を有している。ステータ２は、周壁１ａに固定されて固定子を構成しており、周壁１ａの周方向に沿って延在するコイルを含んでいる。
さらに、回転電機１００は、ケーシング１の内部において、ステータ２の内側に略円筒状の回転子３を有している。回転子３は、有底円筒状の本体部３ａと、本体部３ａの両端部３ａｂ及び３ａｃからそれぞれ突出する軸部３ｂ及び３ｃとを有している。軸部３ｂ及び３ｃは、本体部３ａと同軸上に配置されている。
【００１３】
回転子３は、本体部３ａの円筒状の周壁３ａａの外周面３ａａ１をステータ２の内周側に対向させるようにして配置され、軸部３ｂ及び３ｃがそれぞれ、ケーシング１の貫通穴１ｂａ及び１ｃａ内に延び、貫通穴１ｂａ及び１ｃａそれぞれに設けられた軸受１１及び１２によって回転自在に支持されている。
また、回転子３は、本体部３ａの周壁３ａａ内部に複数の永久磁石４を含んでおり、永久磁石４は、周壁３ａａの外周面３ａａ１の近傍で周方向に沿って並べられて、ステータ２に対向するように配置されている。（図２参照）
【００１４】
図２をあわせて参照すると、回転子３は、本体部３ａの内部に円柱状の空間である遊星ローラ機構室３ｄを有している。遊星ローラ機構室３ｄは、本体部３ａの周壁３ａａ並びに端部３ａｂ及び３ａｃによって囲繞されている。遊星ローラ機構室３ｄの内部には、円筒状のリングローラ５が設けられ、リングローラ５は、遊星ローラ機構室３ｄの円筒状の外周面に対向する周壁３ａａの内周面３ａａ２にその外周面を嵌合させて配置され、回転子３と一体に回転する。
【００１５】
また、回転子３には、遊星ローラ機構室３ｄから本体部３ａの端部３ａｂ及び軸部３ｂを貫通して外部に開口する軸受穴３ｅが形成され、軸受穴３ｅは、本体部３ａ並びに軸部３ｂ及び３ｃと同軸上に配置されている。そして、軸受穴３ｅには、リングローラ５よりも小径の円筒状をした太陽ローラ７が挿入されている。太陽ローラ７は、遊星ローラ機構室３ｄ内にまで延在し、軸受穴３ｅ内に設けられた軸受１３及び１４によって、その軸心を中心として回転自在に支持されている。なお、軸受１４は、軸受１３よりも遊星ローラ機構室３ｄ側に配置されている。さらに、太陽ローラ７には、出力軸９が同軸で挿入されて嵌合し、太陽ローラ７及び出力軸９は、その軸心を中心に一体に回転することができる。
【００１６】
そして、軸受穴３ｅ内には、軸受１４よりも遊星ローラ機構室３ｄ側に、環状のシール材１５が設けられている。シール材１５は、回転子３と太陽ローラ７との間を液密に封止して、遊星ローラ機構室３ｄを閉鎖する。さらに、回転子３の本体部３ａの端部３ａｂにおいて、軸受穴３ｅを遊星ローラ機構室３ｄに連通する複数の油戻し通路３ｆが形成されている。油戻し通路３ｆは、シール材１５と軸受１４との間で軸受穴３ｅ内に開口し、端部３ａｂ内において軸受穴３ｅから軸受穴３ｅの径方向に放射状に延びたあと方向を変え、端部３ａｂ側の面で遊星ローラ機構室３ｄに開口する。油戻し通路３ｆは、遊星ローラ機構室３ｄから太陽ローラ７上に沿ってシール材１５を通過して漏れ出た流体を、遊星ローラ機構室３ｄに戻すための通路である。
【００１７】
また、遊星ローラ機構室３ｄ内において、リングローラ５と太陽ローラ７との間には、複数（本実施の形態では３つ）の遊星ローラ６が設けられている。遊星ローラ６はそれぞれ、円柱状のローラ本体部６ａと、ローラ本体部６ａの両端部からそれぞれ突出するローラ軸部６ｂ及び６ｃとを有している。ローラ軸部６ｂ及び６ｃは、ローラ本体部６ａと同軸上に配置されている。遊星ローラ６は、ローラ軸部６ｂ及び６ｃの軸方向がリングローラ５及び太陽ローラ７の軸方向と平行になるようにして、太陽ローラ７の外周に沿って互いに間隔をあけて配置されている。各遊星ローラ６は、ローラ本体部６ａの外周面６ａａを、リングローラ５の内周面５ａ及び太陽ローラ７の外周面７ａに転がり接触させている。そして、各遊星ローラ６は、その外周面６ａａを永久磁石４に対向させるようにして配置されている。
ここで、リングローラ５の内周面５ａは、リングローラ面を構成し、遊星ローラ６の外周面６ａａは、遊星ローラ面を構成し、太陽ローラ７の外周面７ａは、太陽ローラ面を構成している。
【００１８】
また、３つの遊星ローラ６は、遊星ローラ機構室３ｄ内に設けられた保持部材８によってその位置が保持されている。保持部材８は、各遊星ローラ６のローラ本体部６ａの両端部に対向するように配置された保持プレート８ａ及び８ｂと、保持プレート８ａ及び８ｂを互いに連結する連結材８ｃとを含んでいる。保持プレート８ａ及び８ｂは、それぞれに埋め込まれた軸受８ａａ及び８ｂａによって、各遊星ローラ６のローラ軸部６ｂ及び６ｃを回転自在に支持する。また、保持プレート８ａ及び８ｂはそれぞれ、太陽ローラ７を貫通させる貫通穴を有し、貫通穴のそれぞれに設けられた軸受８ａｂ及び８ｂｂを介して、太陽ローラ７に対して周方向に自在に相対回転することができる。さらに、保持プレート８ａ及び８ｂは、太陽ローラ７の外周面７ａに嵌合する固定リング９ａ及び９ｂによって軸方向両側から挟まれ、太陽ローラ７に対して軸方向に固定されている。なお、本実施の形態では、保持部材８は、回転子３に固定されておらず、回転子３及び太陽ローラ７に対して相対回転することができる。
そして、リングローラ５、遊星ローラ６、太陽ローラ７及び保持部材８は、遊星ローラ機構１０を構成している。
【００１９】
また、回転子３の遊星ローラ機構室３ｄ内には、磁性潤滑油として磁性流体である磁性オイル２０が封入されている。磁性オイル２０は、ベース液であるオイル内に、表面が界面活性剤で覆われた強磁性微粒子を混入させたコロイド状溶液である。オイル中での強磁性微粒子は、界面活性剤及びオイルの親和力と界面活性剤同士の反発力との作用によって、安定に分散した状態を維持する。強磁性微粒子を構成する磁性材として、マグネタイト、マンガン亜鉛フェライトなどを用いることができる。そして、遊星ローラ機構室３ｄ内では、磁性オイル２０は、オイル及び強磁性微粒子が一体となって、永久磁石４によって引き付けられ、リングローラ５側に偏って存在する。
【００２０】
次に、回転電機１００の動作を説明する。
図１及び図２をあわせて参照すると、回転電機１００において、ステータ２に交流電力が印加されるとステータ２のコイルが回転磁界を発生する。回転子３の永久磁石４が回転磁界の作用を受けることによって、回転子３がその軸部３ｂ及び３ｃの軸心を中心として回転駆動される。回転子３と共にリングローラ５が回転することによって、リングローラ５の内周面５ａに転がり接触している各遊星ローラ６が回転する。
【００２１】
このとき、磁性オイル２０が永久磁石４の磁力によってリングローラ５に向かって引き寄せられており、引き寄せられた磁性オイル２０は、リングローラ５と遊星ローラ６との間に侵入してこの間を潤滑している。さらに、磁性オイル２０の粘性摩擦力の作用と、強磁性微粒子が抵抗となることで増大する磁性オイル２０表面摩擦力の作用とによって、磁性オイル２０は、両ローラ間の摩擦力を増大させて回転力の伝達能力を向上させる、つまり、トラクションオイルとしての能力を向上させている。よって、遊星ローラ６は、リングローラ５との転がり接触による摩擦力と、磁性オイル２０による摩擦力とによって、リングローラ５の回転力が伝達されてリングローラ５の内周面５ａに沿って転がり移動するように回転駆動される。
【００２２】
そして、遊星ローラ６が回転することによって、遊星ローラ６に転がり接触している太陽ローラ７が回転する。このとき、遊星ローラ６の外周面６ａａに付着した磁性オイル２０が、回転する外周面６ａａと共に運ばれて、遊星ローラ６と太陽ローラ７との間に侵入してこの間を潤滑する。そして、太陽ローラ７は、磁性オイル２０による摩擦力と、遊星ローラ６との転がり接触による摩擦力とによって、遊星ローラ６の回転力が伝達されて遊星ローラ６の外周面６ａａと共に回転するように回転駆動される。
【００２３】
なお、太陽ローラ７の外周面７ａに付着した磁性オイル２０は、軸方向に沿って外周面７ａ上を移動する場合があるが、シール材１５によって遊星ローラ機構室３ｄから外部への漏出がほとんど防がれる。たとえ、磁性オイル２０がシール材１５の周囲に浸透して遊星ローラ機構室３ｄから漏出したとしても、漏出した磁性オイル２０は、永久磁石４の磁力によって引き付けられ、それにより、油戻し通路３ｆを通って遊星ローラ機構室３ｄに引き戻される。
【００２４】
また、３つの遊星ローラ６を保持する保持部材８が、リングローラ５及び太陽ローラ７に対して相対回転可能であるため、３つの遊星ローラ６は、一体となって太陽ローラ７の周囲を公転しつつ、各遊星ローラ６が、ローラ軸部６ｂ及び６ｃを中心に自転する。このため、太陽ローラ７の外周面７ａの回転方向の移動量は、リングローラ５の内周面５ａの回転方向の移動量から、公転による遊星ローラ６の太陽ローラ７の外周面７ａ上での移動量を減じたものとなる。太陽ローラ７の外周面７ａの外径はリングローラ５の内周面５ａの内径よりも、遊星ローラ６の外径分だけ小さく、かなり小さいものとなっているため、太陽ローラ７は、リングローラ５よりも回転速度を増加させて回転する。なお、リングローラ５の内径と太陽ローラ７の外径との比率を変更することによって、太陽ローラ７の回転速度の増加率を変更することができる。
さらに、保持部材８を回転子３に固定して相対回転しないようにすれば、遊星ローラ６が公転しないため、太陽ローラ７の回転速度の増加率を増大させることもできる。
【００２５】
そして、上述より、磁性オイル２０は、永久磁石４によって引き付けられてリングローラ５と遊星ローラ６との間を潤滑できる程度の量で遊星ローラ機構室３ｄ内に封入されれば、潤滑用のオイルとしてもトラクションオイルとしても十分に機能することができる。さらに、磁性オイル２０は、リングローラ５に付着して共に回転移動するため、１つの遊星ローラ６とリングローラ５との間を潤滑できる程度の量でも、全ての遊星ローラ６に対して潤滑作用及びトラクション作用を奏することができる。
【００２６】
このように、この発明の実施の形態に係る回転電機１００は、周方向に沿って永久磁石４を内包する筒状の周壁３ａａをもち、周壁３ａａの内周に密閉された遊星ローラ機構室３ｄを有する回転子３と、回転子３の周壁３ａａの外側に設けられる固定子としてのステータ２とを備える。さらに、回転電機１００は、遊星ローラ機構室３ｄ内に、回転子３の回転が周壁３ａａから外周面６ａａに伝達して回転する遊星ローラ６と、遊星ローラ６の回転が外周面６ａａを介して伝達して回転する出力軸９と、磁性オイル２０とを備える。
【００２７】
このとき、磁性オイル２０は、永久磁石４の磁力によって回転子３の周壁３ａａに向かって引き付けられる。そして、回転子３の回転が周壁３ａａから伝達する遊星ローラ６の外周面６ａａに対して、周壁３ａａに向かって引き付けられた磁性オイル２０は付着しやすい。さらに、外周面６ａａに付着した磁性オイル２０は、遊星ローラ６の回転と共に移動して、遊星ローラ６の外周面６ａａ全体を潤滑することができる。よって、磁性オイル２０の所要量は、引き付けられた磁性オイル２０が遊星ローラ６の外周面６ａａに付着可能な程度であればよいため、その所要量の低減が可能になる。従って、リングローラ５、遊星ローラ６及び太陽ローラ７によってオイルが攪拌され、オイルの温度が上昇し、シール材１５の耐久性が低下することを抑制することができる。また、リングローラ５、遊星ローラ６及び太陽ローラ７によってオイルが攪拌され、オイルの温度が上昇し、オイルの粘性摩擦が低下し、遊星ローラ機構１０の動力伝達能力が低下することを抑制することができる。
【００２８】
また、回転電機１００において、回転子３は、周壁３ａａの内側に閉鎖された空間である遊星ローラ機構室３ｄを有している。さらに、遊星ローラ機構室３ｄには、遊星ローラ６と、遊星ローラ６の外周面６ａａに転がり接触する太陽ローラ面である外周面７ａを有する太陽ローラ７とが配置されている。そして、太陽ローラ７は、出力軸９と一体に回転することができる。さらに、回転電機１００は、遊星ローラ機構室３ｄ内に、回転子３の周壁３ａａに一体回転するように固定され且つ外周面６ａａで遊星ローラ６が転がり接触するリングローラ面である内周面５ａを有するリングローラ５を備えている。
【００２９】
このとき、閉鎖された空間である遊星ローラ機構室３ｄ内に、リングローラ５、遊星ローラ６及び太陽ローラ７が収容されるため、磁性オイル２０も遊星ローラ機構室３ｄに封入すればよい。このため、外部に漏れ出すことによる磁性オイル２０の減少を抑えることができ、遊星ローラ機構室３ｄ内に封入すべき磁性オイル２０の所要量を低減することができる。また、リングローラ５、遊星ローラ６及び太陽ローラ７を上述のように転がり接触させて配置することによって、リングローラ５、遊星ローラ６及び太陽ローラ７による遊星ローラ機構１０の小型化が可能になる。
【００３０】
また、回転電機１００において、遊星ローラ６は、太陽ローラ７の外周面７ａの周囲に複数設けられ、複数の遊星ローラ６は、この外周面７ａとリングローラ５の内周面５ａとの間に位置する。さらに、複数の遊星ローラ６は、遊星ローラ機構室３ｄ内で太陽ローラ７に対して相対回転可能に設けられた保持部材８によって保持される。このとき、複数の遊星ローラ６及びその外側のリングローラ５によって、太陽ローラ７が径方向で支持されるため、回転時の太陽ローラ７の軸ブレを抑制することができる。さらに、保持部材８により各遊星ローラ６が保持されることによって、全ての遊星ローラ６が同期した運動を行う。これにより、リングローラ５から遊星ローラ６への回転の伝達、及び遊星ローラ６から太陽ローラ７への回転の伝達が円滑になり、各ローラの回転が円滑になる。そして、上述のように各ローラの動作が円滑になることによって、磁性オイル２０の各部への供給が均等化され、各部における潤滑及び動力伝達を均等にすることができる。
【００３１】
また、実施の形態の回転電機１００では、回転子３にリングローラ５が設けられていたが、これに限定されるものでない。回転子３の周壁３ａａに強度及び耐摩耗性が備わっていれば、遊星ローラ６を周壁３ａａに直接接触させてもよい。
また、実施の形態の回転電機１００では、太陽ローラ７と出力軸９とが別個の部材であったが、これに限定されるものでない。太陽ローラ７が出力軸９を兼ねてもよく、強度及び耐摩耗性が備わっていれば出力軸９が太陽ローラ７を兼ねてもよい。
また、実施の形態の回転電機１００では、３つの遊星ローラ６が設けられていたが、これに限定されるものでなく、遊星ローラ６は、１つであっても、２つであっても、４つ以上であってもよい。
また、実施の形態の回転電機１００において、遊星ローラ６の外周面６ａａ付近に永久磁石を埋め込んでもよい。これにより、遊星ローラ６の外周面６ａａに付着した磁性オイル２０の飛散、剥離を抑制することができ、磁性オイル２０の所要量をさらに低減することができる。
【符号の説明】
【００３２】
２  ステータ（固定子）、３  回転子、３ａａ  周壁、３ｄ  遊星ローラ機構室（空間）、４  永久磁石、５  リングローラ、５ａ  内周面（リングローラ面）、６  遊星ローラ、６ａａ  外周面（遊星ローラ面）、７  太陽ローラ、７ａ  外周面（太陽ローラ面）、８  保持部材、９  出力軸、１０  遊星ローラ機構、２０  磁性オイル（磁性潤滑油）、１００  回転電機。
【図１】
2014187836.tif 000003
【図２】
2014187836.tif 000004