(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子と固定子とケーシングとを有してなる回転電機であって、
前記回転子の駆動力を外部に伝達する、軸方向に離間した複数組の遊星ロータを含む遊星ローラ機構は、前記回転子の内側，前記ケーシングの内部または前記回転子の外側に設けられ、
前記回転子は、前記遊星ローラ機構の遊星ローラと複数点で接触し、前記回転子の重心は前記遊星ローラとの接触点を頂点とする多面体の内側に存在することを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ，発電機などの回転電機に係り、特に、変速機構や多軸回転動力合成のための機構を回転電機内に収納した回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、産業用として、モータ出力軸に変速ギアを備え、所望の負荷動力に変速して回転動力を出力するギアードモータが、広く製造，販売されている。一般的にギアードモータはギア機構の体格分大きくなるため、例えば、特開平１０−２１０７０９号公報や特開２００１−１２５６３号公報に記載されているように、回転電機内部に変速機構を設け、小型化したものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１０−２１０７０９号公報や特開２００１−１２５６３号公報記載のものでは、変速手段として、歯車列，歯付ベルト，摩擦伝動歯車列といった噛合伝動を用いているため、回転角度によって回転むらが生じる。回転電機内部に噛合伝動要素を用いた場合、部材が小さいために振動を吸収する緩和領域を確保できず、回転電機外部に別部品として変速手段を設けた場合と比較して、回転電機の回転子が受ける外乱が大きくなる。近年、高効率化を目指して回転電機の回転子と固定子間のギャップはより小さくなっているため、この振動によって回転子と固定子とが接触しないように軸受を強化する必要があるが、軸受を強化すると、回転電機が大型化するという問題があった。
【０００４】
一方、機械的動力伝達手段としては、他に摩擦車やプーリーのような摩擦伝動がある。摩擦伝動を実現するためには、潤滑・冷却などを行うためのオイル供給が必要となるが、単にオイル滴下や跳ね上げといった手段では、油膜剥離部分から剥がれ落ちた摩擦車のフラクションが摩擦車や回転電機を傷つける可能性があるため、適切なオイル供給を考慮する必要があった。
【０００５】
本発明の目的は、小型でかつ伝動部にオイル供給が可能な回転電機を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決する手段】
（１）前記目的を達成するため、本発明は、回転子と固定子とケーシングとを有してなる回転電機であって、前記回転子の駆動力を外部に伝達する、軸方向に離間した複数組の遊星ロータを含む遊星ローラ機構は、前記回転子の内側，前記ケーシングの内部または前記回転子の外側に設けられ、前記回転子は、前記遊星ローラ機構の遊星ローラと複数点で接触し、前記回転子の重心は前記遊星ローラとの接触点を頂点とする多面体の内側に存在するようにしたものである。
かかる構成により、回転子の支持剛性が向上し、振動の低減、寿命の延長を得るものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図１及び図２を用いて、本発明の第１の実施形態による回転電機の構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による回転電機の構成を示す正面断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ’断面図である。
【００１３】
本実施形態における回転電機は、インナーロータ型の回転電機であり、永久磁石式同期機を例にして説明する。但し、別の電動機形式、例えば誘導機や直流機に対しても適用可能である。本実施形態では、回転電機の内部に遊星ローラ機構を備えており、遊星ローラ機構のリングローラと回転電機の回転子が結合されている。
【００１４】
回転電機の外殻を形成する円筒形状のケーシング１８の内部には、固定子を構成するステータコア１２が固定されている。ステータコア１２の内周には、回転子１１が対向配置している。図２に示すように、回転子１１の内部には、８個の永久磁石１１Ａ，…，１１Ｈが挿入されている。
【００１５】
回転電機の出力を外部に取り出す動力軸１９と、回転子１１の間には、太陽ローラ１５と、遊星ローラ１６と、リングローラ１３と、キャリア１７とからなる「遊星ローラ機構」が設けられている。遊星ローラは、図２に示すように、４個の遊星ローラ１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄから構成されている。ケーシング１８には、回転子の磁極位置を検出する磁極位置検出器１４が設けられている。
【００１６】
回転子１１とリングローラ１３とは、剛体接続されている。なお、強度や加工精度が許せば、回転子１１とリングローラ１３とを同一部材で形成しても差し支えないものである。
【００１７】
遊星ローラ１６は、キャリア１７に回転可能なように取り付けられる。キャリア１７は、太陽ローラ１５と同軸上に配置され、軸受２１Ｄによって太陽ローラ１５に回転可能となるように取り付けられる。遊星ローラ１６は、太陽ローラ１５と転がり接触し、クーロン摩擦またはオイル粘性を用いた粘性摩擦を利用して動力伝達を行う。遊星ローラ１６は、リングローラ１３とも転がり接触し、クーロン摩擦またはオイル粘性を用いた粘性摩擦を利用して動力伝達を行う。太陽ローラ１５と遊星ローラ１６との間、および遊星ローラ１６とリングローラ１３の間に摩擦による動力伝達を行うためには、押し付け力が必要となるが、これはリングローラ１３を焼きばめすることなどにより、上記押し付け力の発生が可能である。
【００１８】
動力軸１９は、軸受２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃにより、キャリア１７に対して、回転可能に支持されている。太陽ローラ１５は、軸受２１Ｅにより、リングローラ１３に対して回転可能に支持されている。太陽ローラ１５は、軸受２１Ｆにより、ケーシング１８に対して回転可能に支持されている。キャリア１７は、軸受２１Ｇにより、リングローラ１３に対して回転可能に支持されている。
【００１９】
「遊星ローラ機構」は、太陽ローラ１５，リングローラ１３，キャリア１７の３つの回転軸を有する機構である。この遊星ローラ機構を変速機構として用いる場合には、これら３つの回転軸のうち一つを拘束する。ここでは、固定ねじ２０によって、キャリア１７をケーシング１８に固定し、遊星ローラ機構を変速機として働かせている。
【００２０】
回転電機をモータとして用いた場合、回転電機回転出力，すなわち、回転子１１の回転力は、リングローラ１３に入力され、遊星ローラ１６を介して、太陽ローラ１５に出力される。太陽ローラ１５の回転は、動力軸１９により、外部に取り出される。即ち、回転子１１−リングローラ１３−遊星ローラ１６−太陽ローラ１５−動力軸１９の動力伝達経路により、回転子１１の回転力が動力軸１９から外部に取り出すことができる。
【００２１】
本実施形態では、モータの回転が速度を速めて動力軸１９より出力される構成となっており、特に高速回転を目的とする対象、例えばタービンポンプなどに好適である。
【００２２】
また、遊星ローラ機構を実現する上で、各ローラの表面には潤滑油膜やトラクションオイル膜の形成する必要がある。そこで、本実施形態では、回転子１１の内側にオイルを封入するようにしている。オイルシール２２は、シーラントや磁性流体シール等によって実現される。オイルシール２２は、リングローラ１３の内部よりオイルが漏出しないように設けたものである。このように、オイルをロータ内部に封入することにより、例えばグリースをローラ面に塗布する方法などと比較してメンテナンスフリー化が期待できる。
【００２３】
以上のように、本実施形態では、遊星ローラ機構を回転子内部に設け、さらに回転子内部にオイルを封入したことに特徴がある。遊星ローラ機構はバックラッシュが無く、回転軸の振れもギアと比較して小さい。そのため、遊星ローラ機構をモータ内部に設けた場合には遊星ローラ機構が回転子を支えることになり、同じ個数の軸受を用いた場合、ギア機構による構成と比較すると遊星ローラ機構を用いた場合には全体剛性が向上するという利点が生じる。このため、回転子内に変速機構を内蔵しても、回転子の偏心は少なく、回転電機そのものへの影響は少ないものである。
【００２４】
以上説明したように、本実施形態によれば、遊星ローラ機構を用いることにより、回転子内に変速機構を内蔵することが可能となり、また、オイルを封入することにより、遊星ローラ機構が必要とするオイル供給も容易となり、結果として体格を大きくすること無く、ギアードモータの機能を回転電機に持たせることができる。
【００２５】
次に、図３を用いて、本発明の第２の実施形態による回転電機の構成について説明する。
図３は、本発明の第２の実施形態による回転電機の構成を示す正面断面図である。なお、図１と同一符号は同一部分を示している。
【００２６】
本実施形態における回転電機は、インナーロータ型の回転電機であり、遊星ローラ機構を回転子内部に設け、さらにケーシング内部にオイルを封入したものである。
【００２７】
本実施形態では、回転子１１をキャリア１７に接続する。リングローラ１３は固定ねじ２０によってケーシング１８に固定されており、動力軸１９は太陽ローラ１５に取り付けられる。回転子１１の回転力は、回転子１１−キャリア１７−遊星ローラ１６−太陽ローラ１５−動力軸１９の動力伝達経路により、動力軸１９から外部に取り出すことができる。本実施形態では、モータの回転が速度を速めて動力軸１９より出力される構成となっており、特に高速回転を目的とする対象、例えばタービンポンプなどに好適である。
【００２８】
また、オイルは、ケーシング１８内に封入される構成としている。これにより、オイルはステータコア１２に発生した熱をケーシング１８に伝達し、油冷することができるという利点を有する。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態によれば、遊星ローラ機構を用いることにより、回転子内に変速機構を内蔵することが可能となり、また、ケーシング内部にオイルを封入することにより、遊星ローラ機構が必要とするオイル供給も容易となり、結果として体格を大きくすること無く、ギアードモータの機能を回転電機に持たせることができる。
【００３０】
次に、図４及び図５を用いて、本発明の第３の実施形態による回転電機の構成について説明する。
図４は、本発明の第３の実施形態による回転電機の構成を示す正面断面図である。図５は、図４のＡ−Ａ’断面図である。なお、図１と同一符号は同一部分を示している。
【００３１】
本実施形態における回転電機は、インナーロータ型の回転電機であり、遊星ローラ機構を回転子外部に設け、さらにケーシング内部にオイルを封入したものである。
【００３２】
本実施形態による回転電機は、扁平型のアキシャルモータである。ここでは、ケーシング１８がリングローラ１３を兼ね、太陽ローラ１５は回転子１１に接続されている。また、軸受２１は、軸方向荷重を支えることができるものを用いている。なお、符号２３はコイル、２４はオイルシールに用いるＯリングである。
【００３３】
回転子１１の回転力は、回転子１１−太陽ローラ１５−ケーシング１８（リングローラ１３）−キャリア１７−動力軸１９の動力伝達経路により、動力軸１９から外部に取り出すことができる。本実施形態では、リングローラを固定した遊星ローラ機構により回転電機の回転が減速されて動力軸１９に伝達される。従って、この構成は低速高トルクの対象、例えば電動工具などに好適である。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態によれば、遊星ローラ機構を用いることにより、回転子外部に変速機構を備え、また、ケーシング内部にオイルを封入することにより、遊星ローラ機構が必要とするオイル供給も容易となり、結果として体格を大きくすること無く、ギアードモータの機能を回転電機に持たせることができる。
【００３５】
次に、図６を用いて、本発明の第４の実施形態による回転電機の構成について説明する。
図６は、本発明の第４の実施形態による回転電機の構成を示す正面断面図である。なお、図１と同一符号は同一部分を示している。
【００３６】
本実施形態における回転電機は、インナーロータ型の回転電機であり、遊星ローラ機構をケーシング内部に設け、さらにケーシング内部にオイルを封入したものである。
【００３７】
遊星ローラユニット２５は、回転子１１の内部に配置され、内部に遊星ローラ機構を有する。また、遊星ローラユニットのオイルケーシング２６の内部には、オイルが封入される。遊星ローラユニット２５のケーシングは回転電機のケーシング１８に固定されており、減速機として作用する。
【００３８】
回転子１１の回転力は、回転子１１−太陽ローラ１５−遊星ローラ１６−キャリア１７−動力軸１９の動力伝達経路により、動力軸１９から外部に取り出すことができる。本実施形態では、遊星ローラ機構が軸受としての機能も果たすため、構成要素が少なく、回転電機の小型化に好適である。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態によれば、遊星ローラ機構を用いることにより、ケーシング内部に変速機構を備え、また、ケーシング内部にオイルを封入することにより、遊星ローラ機構が必要とするオイル供給も容易となり、結果として体格を大きくすること無く、ギアードモータの機能を回転電機に持たせることができる。
【００４０】
次に、図７及び図８を用いて、本発明の第５の実施形態による回転電機の構成について説明する。
図７は、本発明の第５の実施形態による回転電機の構成を示す正面断面図である。図８は、本発明の第５の実施形態による回転電機における回転子の支持構造を示す要部斜視図である。なお、図１と同一符号は同一部分を示している。
【００４１】
本実施形態における回転電機は、アウターロータ型の回転電機であり、遊星ローラ機構を回転子外部に設け、さらにケーシング内部にオイルを封入したものである。
【００４２】
図７に示すように、回転子１１は、ステータコア１２の外側に配置され、アウターロータ型回転電機を構成している。回転子１１は、太陽ローラ１５の役割を兼ねており、また、ケーシング１８は、リングローラ１３の役割を兼ねている。オイルは、ケーシング１８の内部に封入される。ステータコア１２は、支持部２７によってケーシング１８に接合される。
【００４３】
回転子１１の回転力は、回転子１１−遊星ローラ１６−キャリア１７−動力軸１９の動力伝達経路により、動力軸１９から外部に取り出すことができる。一般的にアウターロータ型回転電機では、回転子１１の支持機構が複雑となりやすい傾向があるが、本実施形態では、遊星ローラ１６が外側から回転子１１を支持するため、軸受個数を低減でき、小型化に有利である。
【００４４】
また、図８に示すように、６個の遊星ローラ１６Ｂ１，１６Ｂ２，１６Ｂ３，１６Ｃ１，１６Ｃ２，１６Ｃ３が存在し、３個の遊星ローラ１６Ｂ１，１６Ｂ２，１６Ｂ３が第１の組を構成し、別の３個の遊星ローラ１６Ｃ１，１６Ｃ２，１６Ｃ３が第２の組を構成している。第１の組は、回転子１１の左側円周上，すなわち、図７に示したＢ−Ｂ’の平面上を支え、第２の組は、回転子１１の右側円周上，すなわち、図７に示したＣ−Ｃ’の平面上を支えている。そのため、遊星ローラ１６との接触点により構成される多面体の内部に、回転子１１の重心２８が配置される。このようなアウターロータ型回転電機における回転子１１の支持方式とすることで、回転子１１の支持剛性が向上し、振動の低減、寿命の延長といった効果が得られる。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態によれば、遊星ローラ機構を用いることにより、回転子外部に変速機構を備え、また、ケーシング内部にオイルを封入することにより、遊星ローラ機構が必要とするオイル供給も容易となり、結果として体格を大きくすること無く、ギアードモータの機能を回転電機に持たせることができる。
【００４６】
次に、図９を用いて、本発明の第１若しくは第２の実施形態による回転電機における回転子の支持構造について説明する。
図９は、本発明の第１若しくは第２の実施形態による回転電機における回転子の支持構造を示す要部斜視図である。なお、図１と同一符号は同一部分を示している。
【００４７】
本実施形態では、図９に示したような回転子の支持構造を、図１若しくは図３に示したインナーロータ型回転電機に適用している。本実施形態では、遊星ローラ１６が内側から回転子１１を支持し、回転子１１はリングローラ１３の役割も兼ねる。なお、太陽ローラやステータコアといった部分の図示は省略している。本実施形態においても、遊星ローラ１６は６個存在し、３個ずつが組になっている。一方の組は回転子１１の左側円周上を支え、もう一方の組は回転子１１の右側円周上を支えている。そのため、遊星ローラ１６との接触点により構成される多面体の内部に回転子１１の重心２８が配置される。本実施形態では、軸受に拠らずとも回転子を支えることができるため、軸受を簡素化または省略でき、全体の小型化に貢献する。
【００４８】
なお、以上の説明においては、回転電機内に変速機を内包するものとして説明したが、遊星ローラ機構の有する３つの回転軸をそれぞれ別々の対象に接続する形としてもよいものである。例えば、図１において、固定ねじ２０を用いずキャリア１７をエンジンに接続し、動力軸１９を車軸に接続すれば、エンジン−電気ハイブリッド車を実現することも可能である。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、小型でかつ伝動部にオイル供給が可能な回転電機を提供することにある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による回転電機の構成を示す正面断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態による回転電機の構成を示す正面断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態による回転電機の構成を示す正面断面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ’断面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態による回転電機の構成を示す正面断面図である。
【図７】本発明の第５の実施形態による回転電機の構成を示す正面断面図である。
【図８】本発明の第５の実施形態による回転電機における回転子の支持構造を示す要部斜視図である。
【図９】本発明の第１若しくは第２の実施形態による回転電機における回転子の支持構造を示す要部斜視図である。
【符号の説明】
１１…回転子
１２…ステータコア
１３…リングローラ
１４…磁極位置検出器
１５…太陽ローラ
１６…遊星ローラ
１７…キャリア
１８…ケーシング
１９…動力軸
２０…固定ねじ
２１…軸受
２２…オイルシール
２３…コイル
２４…Ｏリング
２５…遊星ローラユニット
２６…オイルケーシング
２７…支持部
２８…重心
【図１】
0003560947.tif 000002
【図２】
0003560947.tif 000003
【図３】
0003560947.tif 000004
【図４】
0003560947.tif 000005
【図５】
0003560947.tif 000006
【図６】
0003560947.tif 000007
【図７】
0003560947.tif 000008
【図８】
0003560947.tif 000009
【図９】
0003560947.tif 000010