(57)【要約】【課題】側部ロータ、中央ロータ間の吸引力を低減する。【解決手段】回転軸方向に間隔をおいて回転軸１２に取付られ、一体的に回転する２つの側部ロータ１２，１４と、２つの側部ロータ１２，１４に挟まれて回転軸１０に取り付けられる中央ロータ１６と、少なくとも１つの側部ロータ１２，１４と中央ロータ１６との間に配置され、両者が離れる方向に付勢するばね要素１８と、を含む。そして、２つの側部ロータ１２，１４および中央ロータ１６のいずれか一方が回転軸１０に対し回動できることで、２つの側部ロータ１２，１４と中央ロータ１６の周方向の相対位置が変更可能であるとともに、中央ロータ１６の両側に側部ロータ１２，１４が配置されることで、２つの側部ロータ１２，１４と中央ロータ１６間の吸引力が相殺される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸方向に間隔をおいて回転軸に取付られ、一体的に回転する２つの側部ロータと、
２つの側部ロータに挟まれて回転軸に取り付けられる中央ロータと、
少なくとも１つの側部ロータと中央ロータとの間に配置され、両者が離れる方向に付勢するばね要素と、
を含み、
２つの側部ロータおよび中央ロータのいずれか一方が回転軸に対し回動できることで、２つの側部ロータと中央ロータの周方向の相対位置が変更可能であるとともに、中央ロータの両側に側部ロータが配置されることで、２つの側部ロータと中央ロータ間の吸引力が相殺される、
回転電機のロータ。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機のロータであって、
２つの側部ロータの回転軸方向の厚みの和と、中央ロータの回転軸方向の厚みが等しい、
回転電機のロータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の回転電機のロータであって、
２つの側部ロータの回転軸方向の厚みは、互いに異なり、
ばね要素の付勢力と、２つの側部ロータと中央ロータの間の磁力に基づく吸引力の合計の力が、厚みが小さい方の側部ロータ側に中央ロータを押し付ける方向に常に働き、中央ロータは厚みが小さい方の側部ロータと接触する、
回転電機のロータ。
【請求項４】
請求項３に記載の回転電機のロータであって、
厚みの小さい方の側部ロータが中央ロータと接触した条件では、ばね要素は、中央ロータまたは厚みの大きい方の側部ロータ、またはその両方に接していない、
回転電機のロータ。
【請求項５】
請求項１または２に記載の回転電機のロータであって、
中央ロータと２つの側部ロータとのそれぞれの間にばね要素が配置され、ばね要素は中央ロータが２つの側部ロータの両方から離れる方向に付勢する、
回転電機のロータ。
【請求項６】
請求項５に記載の回転電機のロータであって、
ばね要素は中央ロータと回転方向に相対運動はできず、２つの側部ロータと回転方向に相対運動できる、
回転電機のロータ。
【請求項７】
請求項５に記載の回転電機のロータであって、
ばね要素は２つの側部ロータと回転方向に相対運動はできず、中央ロータと回転方向に相対運動できる、
回転電機のロータ。
【請求項８】
請求項５に記載の回転電機のロータであって、
ばね要素は２つの側部ロータ、中央ロータの両方と回転方向に相対運動できる、
回転電機のロータ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つに記載の回転電機のロータであって、
２つの側部ロータが回転軸に固定され、中央ロータが回転軸に対し回動できる、
回転電機のロータ。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１つに記載の回転電機のロータであって、
２つの側部ロータが回転軸に対し回動でき、中央ロータが回転軸に固定され、
２つの側部ロータは周方向に伸びる貫通長穴を有し、
２つの側部ロータが貫通長穴を通り軸方向に伸びるロッドによって互いに固定されており、ロッドが貫通長穴内で周方向に移動することで２つの側部ロータと中央ロータの周方向の相対位置が変更可能である、
回転電機のロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は２つの側部ロータと、２つの側部ロータに対し回転方向に相対移動可能な中央ロータを有する３分割の回転電機のロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロータを軸方向に分割し、分割されたロータについて回転方向における相対的な位置を変える（スキューさせる）ことでロータの界磁を可変にするモータが提案されている。
【０００３】
このようなロータスキュータイプのモータでは、ロータをスムーズにスキューさせるために、分割されたロータ間で生じる電磁気的な吸引力に起因した摩擦を低減する必要がある。
【０００４】
特許文献１には、ロータが軸方向に分割され、ロータの相対的な位置を変更可能なモータにおいて、ロータを３分割し、中央のロータ（中央ロータ）を両側のロータ（側部ロータ）に対し回転することで、中央ロータに対する両側の吸引力を相殺して摩擦を低減する構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−７４９７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、特許文献１では中央ロータの両側のギャップが均一な幅になることで、２つの側部ロータと中央ロータとの吸引力を相殺する。中央ロータの両側のギャップが不均一になると、ギャップが広い側の吸引力よりもギャップが狭い側の吸引力が増加し、中央ロータはギャップが狭い側の側部ロータに引き付けられる。すなわち、図１１に示すように、中央ロータが２つの側部ロータ間の中心（中央ロータ１６の位置０）にある場合には、両側部ロータとの吸引力が相殺され、吸引力は０であるが、中央ロータ１６の位置がずれると、近づいた方の側部ロータとの吸引力がどんどん大きくなる。その結果、いったんギャップが不均一になると、ギャップアンバランスが拡大する方向に吸引力が働き、中央ロータは側部ロータと接触し、吸引力に起因した摩擦が生じることになる。そのため、ロータスキューの際の摩擦トルクを低減するためには、高い精度でギャップを均一に保つ必要がある。
【０００７】
特許文献１には、中央ロータと側部ロータの間にシムを入れて、ギャップを均一に保つことが開示されている。しかし、前述のように、ギャップを均一に保つには高い精度が必要であるため、シムについても適切なものを選択するとともに、シム自体の精度も高いものとしなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、回転軸方向に間隔をおいて回転軸に取付られ、一体的に回転する２つの側部ロータと、２つの側部ロータに挟まれて回転軸に取り付けられる中央ロータと、少なくとも１つの側部ロータと中央ロータとの間に配置され、両者が離れる方向に付勢するばね要素と、を含み、２つの側部ロータおよび中央ロータのいずれか一方が回転軸に対し回動できることで、２つの側部ロータと中央ロータの周方向の相対位置が変更可能であるとともに、中央ロータの両側に側部ロータが配置されることで、２つの側部ロータと中央ロータ間の吸引力が相殺される。
【０００９】
また、２つの側部ロータの回転軸方向の厚みの和と、中央ロータの回転軸方向の厚みが等しいとよい。
【００１０】
また、２つの側部ロータの回転軸方向の厚みは、互いに異なり、ばね要素の付勢力と、２つの側部ロータと中央ロータの間の磁力に基づく吸引力の合計の力が、厚みが小さい方の側部ロータ側に中央ロータを押し付ける方向に常に働き、中央ロータは厚みが小さい方の側部ロータと接触するとよい。
【００１１】
また、厚みの小さい方の側部ロータが中央ロータと接触した条件では、ばね要素は、中央ロータまたは厚みの大きい方の側部ロータ、またはその両方に接していないとよい。
【００１２】
また、中央ロータと２つの側部ロータとのそれぞれの間にばね要素が配置され、ばね要素は中央ロータが２つの側部ロータの両方から離れる方向に付勢するとよい。
【００１３】
また、ばね要素は中央ロータと回転方向に相対運動はできず、２つの側部ロータと回転方向に相対運動できるとよい。
【００１４】
また、ばね要素は２つの側部ロータと回転方向に相対運動はできず、中央ロータと回転方向に相対運動できるとよい。
【００１５】
また、ばね要素は２つの側部ロータ、中央ロータの両方と回転方向に相対運動できるとよい。
【００１６】
また、２つの側部ロータが回転軸に固定され、中央ロータが回転軸に対し回動できるとよい。
【００１７】
また、２つの側部ロータが回転軸に対し回動でき、中央ロータが回転軸に固定され、２つの側部ロータは周方向に伸びる貫通長穴を有し、２つの側部ロータが貫通長穴を通り軸方向に伸びるロッドによって互いに固定されており、ロッドが貫通長穴内で周方向に移動することで２つの側部ロータと中央ロータの周方向の相対位置が変更可能であるとよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、中央ロータと側部ロータ間の摩擦を低減することができ、中央ロータの側部ロータに対する相対回転移動（スキュー）を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態（構成例１）の構成を示す図である。
【図２】構成例１のロータ位置と吸引力の関係を示す図である。
【図３】実施形態（構成例２）の構成を示す図である。
【図４】構成例２のロータ位置と吸引力の関係を示す図である。
【図５】実施形態（構成例３）の構成を示す図である。
【図６】実施形態（構成例４）の構成を示す図である。
【図７】実施形態（構成例５）の構成を示す図である。
【図８】ばね要素とベアリングの構成を示す図である。
【図９】ばね要素の他の例（皿ばね）を示す図である。
【図１０】中央ロータを固定、側部ロータを回動可能として構成を示す図である。
【図１１】従来例のロータ位置と吸引力の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。
【００２１】
「構成例１」
図１には、構成例１に係る回転電機のロータの構成を示してある。回転軸１０には、２つの側部ロータ１２，１４が回転軸１０の軸方向に間隔をおいて固定されている。そして、２つの側部ロータ１２，１４の間に中央ロータ１６が配置されている。この中央ロータ１６は、回転軸１０に対し、回転方向において移動可能に設置されている。なお、中央ロータ１６の移動を不可とするロック機構を設け、回転電機の通常の駆動状態では中央ロータ１６を所定の状態でロックすることが好適である。なお、このロック機構については各種のものが知られておりその説明を省略する。
【００２２】
この例においては、側部ロータ１２，１４は、中心側に回転軸１０側に固定される基部を有し、基部の外側が多数の電磁鋼板を軸方向に積層するなどして構成され、ここに複数の永久磁石が周方向に間隔をおいて所定数埋め込まれて磁極が構成されている。また、中央ロータ１６も、中心側に回転軸１０に対し、回転方向および軸方向に相対移動可能な基部を有し、基部の外側が電磁鋼板などで構成され、ここに永久磁石が埋め込まれている。
【００２３】
側部ロータ１２，１４、中央ロータ１６の永久磁石の配置は、基本的に同一であり、中央ロータ１６の磁石位置（磁極としての位相）と、側部ロータ１２，１４の周方向磁石位置（磁極としての位相）が同一になった場合に、側部ロータ１２，１４、中央ロータ１６を合わせた界磁が最大になる。一方、中央ロータ１６の磁石位置と、側部ロータ１２，１４の周方向磁石位置がずれて、その磁極としての位相がちょうど反対になった場合に、側部ロータ１２，１４、中央ロータ１６を合わせた界磁が最低になる。従って、中央ロータ１６の側部ロータ１２，１４に対する周方向位置を調整することで、ロータ全体としての界磁をコントロールすることができる。なお、通常の駆動時は、中央ロータ１６を側部ロータ１２，１４、または回転軸１０に対しロックする。
【００２４】
ここで、側部ロータ１２，１４と、中央ロータ１６は、両者の磁石の位相が反対になった時に、両者の磁力がちょうど相殺され、両者からの磁力線が内部に閉じ込められることが好適である。このため、側部ロータ１２，１４を合わせた軸方向長さは、中央ロータ１６の軸方向長さと同一になっている。すなわち、側部ロータ１２，１４と中央ロータ１６の、磁極として機能する部分（この例では電磁鋼板で形成される部分）の軸方向長さが同一になっている。
【００２５】
そして、この例においては、側部ロータ１２の軸方向の厚みが、側部ロータ１４に軸方向の厚みに比べ小さくなっている。これによって、側部ロータ１４の中央ロータ１６に対する磁気吸引力が、側部ロータ１２の中央ロータ１６に対する吸引力に比べ大きくなる。
【００２６】
一方、本実施形態では、側部ロータ１４の中央ロータ１６側の面の一部にばね要素（この例では、弦巻ばね）１８が配置されており、このばね要素１８は中央ロータ１６を側部ロータ１４に近づけないように付勢力を発揮する。そこで、中央ロータ１６は、側部ロータ１４から離れる方向に付勢され、側部ロータ１２と接触することになる。なお、ばね要素１８を弦巻ばねとし、これを２つ示したが、周方向に任意数設けることができ、等間隔で設けるとよい。この例では、ばね要素１８を収容する円筒状の穴を周方向に所定数設けるとよい。
【００２７】
このように、側部ロータ１２，１４の積厚を異ならせ、厚みが大きい側部ロータ１４と中央ロータ１６との間にばね要素１８を設けている。これによって、図２に示すように、側部ロータ１２側に中央ロータ１６を押し付けるばね力が加わり、ばね力と吸引力の合計の力が常にばね力の方向に働いて、中央ロータ１６は側部ロータ１２と接触する。すなわち、吸引力は、中央ロータ１６が側部ロータ１２に近い側で側部ロータ１２側に働くが、中央ロータ１６の位置が０（中心：ギャップ均等）の位置に至る前に、すでに側部ロータ１４側に吸引するように働き始め、側部ロータ１４側に近くなるに従って大きくなり、最大値は側部ロータ１２側への吸引力に比べ大きい。一方、ばね力は、中央ロータ１６の位置が側部ロータ１２に接触する位置で０であり、それより側部ロータ１４側に行くに従って、側部ロータ１２側に押し付ける力が大きくなる。そして、吸引力とばね力の合計の力としては、中央ロータ１６を側部ロータ１２側へ常に押し付ける力となる。しかしながら、側部ロータ１２の厚みが小さいため、中央ロータ１６が側部ロータ１２に接触したときの吸引力は、図１１の場合に比べ比較的小さい。従って、図２の場合に比べて吸引力を低減でき、摩擦を低減することができる。なお、側部ロータ１２と中央ロータ１６の接触する面には、低摩擦材をコーティングすることが好適である。例えば、側部ロータ１２と中央ロータ１６の基部を接触させ、いずれかの基部表面に低摩擦材をコーティングするとよい。
【００２８】
さらに、中央ロータ１６と側部ロータ１２が接触した状態で、ばね要素１８が側部ロータ１４もしくは中央ロータ１６に接触しないように設計することが好適である。これによって、側部ロータ１４、中央ロータ１６間にベアリングなどを設ける必要がなくなる。
【００２９】
このように、図１の構成の場合、側部ロータ１２，１４と中央ロータ１６との２つのギャップの大きさは不均一になるが、ギャップが小さい方の側部ロータ１２の厚みが小さく、摩擦力を吸引力の小さい側部ロータ１２と中央ロータ１６とのものに限定することができ、摩擦力を予め設定した比較的小さなものとすることができる。
【００３０】
「構成例２」
図３には、構成例２に係る回転電機のロータが示されている。この例は、２つの側部ロータ１２，１４の軸方向厚みは同一である。そして、これら２つの側部ロータ１２，１４の厚みの合計が、中央ロータ１６の軸方向厚みに等しい。
【００３１】
そして、側部ロータ１２，１４の両方と中央ロータ１６との間に中央ロータ１６から離れる方向に付勢力が働くばね要素１８がそれぞれ設けられている。そして、これらばね要素１８は、中央から離れた側の端部が側部ロータ１２，１４に接触または固定されており、ばね要素１８と中央ロータ１６との間にはベアリング２０がそれぞれ配置されている。従って、中央ロータ１６が側部ロータ１２，１４の両方から力を受けて中間位置に保持されるとともに、中央ロータ１６はばね要素１８に対しベアリング２０を介し接触しているため、側部ロータ１２，１４と中央ロータ１６との間の回転方向の摩擦力はほとんど０になる。なお、この例では、ベアリング２０として、ボールベアリングが選択されている。
【００３２】
このように、側部ロータ１２，１４と中央ロータ１６間との間にばね要素１８およびベアリング２０を設ける構成では、図４のように、ばね力と吸引力がほぼ相殺し、ばね力によって中央ロータ１６の位置は０になるように力が働く。このため、中央ロータ１６の位置が自動的に０位置となり、側部ロータ１２，１４と中央ロータ１６間の２つのギャップが均一になり、吸引力が相殺される。側部ロータ１２，１４は、ばね要素１８のばね力によって、中央ロータ１６から離れる方向に力が掛かっているが、ベアリングがあるため、中央ロータ１６の回転に対する摩擦力は、非常に小さい。また、中央ロータ１６の位置が０のときに、両側からのばね力を両方とも０になるようにしてもよいし、両側からのばね力をある程度残し、これらを合算した値が０になるようにしてもよい。
【００３３】
「構成例３」
図５には、構成例３が示されている。この構成例３では、図３の構成例２に比べて、ばね要素１８と、ベアリング２０の位置関係が反対になっている。すなわち、側部ロータ１２，１４と中央ロータ１６間に配置されるばね要素１８の中央側の端部が中央ロータ１６に接続され、ばね要素１８の外側の端部と側部ロータ１２，１４の間にベアリング２０が配置されている。このような構成によっても、ばね力と吸引力の関係が得られ、合計の力も、構成例２と同様となり、同様の作用効果が得られる。
【００３４】
「構成例４」
図６には、構成例４が示されている。この例では、図３の構成例に比べて、ベアリング２０の代わりに、低摩擦材２２を採用している。この低摩擦材は、鋼材などの摩擦側表面に、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）、ポリイミドアミドなどをコーティングしてあり、これによって、中央ロータ１６との接触面における摩擦抵抗を低減している。なお、図５のように、側部ロータ１２，１４側に低摩擦材２２を配置してもよい。
【００３５】
「構成例５」
図７には、さらに他の構成例が示されており、この例では、ベアリング２０をばね要素１８の両側、すなわち側部ロータ１２，１４と中央ロータ１６側の両方に、ベアリング２０を設けている。従って、ばね要素１８は、側部ロータ１２，１４および中央ロータ１６の両方と相対運動することができる。
【００３６】
「その他」
図８には、図７に示した構成例５における、ばね要素１８とベアリング２０の拡大図が示してある。このように、ばね要素１８の両端が、ベアリング２０の一端に接続される。従って、ベアリングの他端側はばね要素１８に対し、自由に相対回転することが可能になる。
【００３７】
「皿ばね」
図９には、ばね要素１８としての皿ばねの例を示してある。皿ばねは中心部が開口しており、その開口部に回転軸１０を挿通して、側部ロータ１２，１４と、中央ロータ１６との間に配置すればよい。
【００３８】
「側部ロータ」
図１０には、他の構成例を示してある。この構成では、側部ロータ１２，１４、中央ロータ１６の回転軸１０の取付についての上述したものと異なる構成としている。ばね要素１８の構成については、上述した各種の構成を採用可能であり、その記載を省略している。また、この例では２つの側部ロータ１２，１４について、その厚みを同一としているが、図１に示されるような厚みの異なる２つの側部ロータ１２，１４を用いる場合にも適用できる。
【００３９】
この例では、中央ロータ１６が回転軸１０に固定され、２つの側部ロータ１２，１４が回転軸１０対し回動可能に取り付けられている。そして、２つの側部ロータ１２，１４は、２つの側部ロータ１２，１４間を軸方向に伸びる複数のロッド３０によって固定されており、一体的に回転する。すなわち、２つの側部ロータ１２，１４には、周方向に複数の磁石が設けられているが、２つの側部ロータ１２，１４における磁石の周方向の位置（位相）は、同一となっている。
【００４０】
そして、中央ロータ１６には、周方向に伸びる細長の貫通長穴３２が設けられており、ここにロッド３０が貫通する。この例では、貫通長穴３２は、周方向４５°の範囲の幅を有し、従って、ロッド３０が４５°の範囲移動可能であり、側部ロータ１２，１４が中央ロータ１６に対し、４５°の範囲移動可能である。図示の通り、中央ロータ１６は、８つの磁石３４を８つ周方向等間隔で有しており、８つの磁石３４の極性はＮ，Ｓが交互に位置するようになっている。側部ロータ１２，１４も同様の磁石配置を有しており、ロッド３０が一端側にあるときに、中央ロータ１６と側部ロータ１２，１４の磁石が同位置（または反対位置）となり、ロッド３０が他端側にあるときに、中央ロータ１６と側部ロータ１２，１４の磁石が反対位置（または同位置）となる。同位置の場合にロータの磁界が最大、反対位置にあるとき、ロータの磁界が最小になる。
【００４１】
このような構成によっても、側部ロータ１２，１４と中央ロータ１６間に上述したようなばね要素１８を配置することによって、同様の作用効果が得られる。
【００４２】
なお、この貫通長穴３２とロッド３０の組み合わせは、中央ロータ１６と側部ロータ１２，１４の相対回転におけるリミッタとして機能できる。
【００４３】
「ロータの分割数」
上述の例においては、１つの中央ロータ１６と、２つの側部ロータ１２を用いた。しかし、この例のように、ロータの分割数が３つの場合に限定したものではなく、任意の個数に分割されたロータについて、ばね要素を用いて分割されたロータの軸方向位置を制御することで、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４４】
「実施形態の効果」
本実施形態によれば、側部ロータ１２，１４と中央ロータ１６との間のギャップについて、その精度をそれほど高くしなくても、側部ロータ１２，１４と中央ロータ１６の相対回転についての摩擦力を低減することができる。従って、比較的困難な適切なシム選択の工程が不要となる。
【符号の説明】
【００４５】
１０  回転軸、１２，１４  側部ロータ、１６  中央ロータ、１８  ばね要素、２０  ベアリング、２２  低摩擦材、３０  ロッド、３２  貫通長穴、３４  磁石。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2018042433.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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