(57)【要約】    【課題】  軸方向寸法が長くなること及び構造が複雑化することを抑制しつつ出力特性を変更可能なブラシレスモータを提供する。    【解決手段】  磁束を生成するステータ６と、ケーシング２に回転可能に支持された回転軸３と、ステータ６の内側において回転軸３に固定され、ステータ６が生成する磁束によって回転する円柱状のロータ７とを備える。ロータ７は、永久磁石１０と、磁性材及び非磁性材を結合させた円柱状の複合磁性部材８とを複数備え、該複数の複合磁性部材８は、ロータ７の周方向に等角度間隔でかつ回転可能に配置されている。複数の複合磁性部材８を回転駆動する駆動モータ１３と、複合磁性部材８に固定された受動ギヤ１１と、駆動モータ１３の出力トルクを受動ギヤ１１に伝達する駆動ギヤ１２とを備え、駆動ギヤ１２の回転速度を調整することによってブラシレスモータ１の出力特性を変更する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングに固定され、磁束を生成するステータと、前記ケーシングに回転可能に支持された回転軸と、前記ステータの内側において前記回転軸に固定され、前記ステータが生成する磁束によって回転する円柱状のロータとを備えるブラシレスモータにおいて、
前記ロータは、永久磁石と、磁性材及び非磁性材を結合させた円柱状の複合磁性部材とを複数備え、該複数の複合磁性部材は、前記ロータの周方向に等角度間隔でかつ回転可能に配置されており、
前記複数の複合磁性部材を回転駆動する駆動機構を備え、前記複数の複合磁性部材を回転駆動することによって、当該ブラシレスモータの出力特性を変更可能としたことを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項２】
前記複合磁性部材は、半円柱状の磁性材と、半円柱状の非磁性材とを結合させて構成されることを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータ。
【請求項３】
前記駆動機構は、前記複合磁性部材に固定された受動ギヤと、前記ケーシングに固定された駆動モータと、該駆動モータの出力トルクを前記受動ギヤに伝達する駆動ギヤとによって構成され、
前記駆動モータの回転速度を前記ロータの回転速度と一致させることによって、前記複合磁性部材の回転角度位置を一定に保持し、前記駆動モータの回転速度を前記ロータの回転速度と異なる速度とすることによって、前記回転角度位置を変化させることを特徴とする請求項１または２に記載のブラシレスモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスモータに関し、特に回転速度に対する出力トルクの変化特性（以下「出力特性」という）を変更可能なブラシレスモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ケーシングに固定されたステータと、ステータの内側に配置されたロータとを備えるブラシレスモータであって、ロータの回転とともに回転し、半径方向に摺動可能なウエイトを備え、ウエイトに加わる遠心力によってロータの外周部に設けられた永久磁石を移動可能に構成されたものが示されている。具体的には、ウエイトの移動に伴って永久磁石が軸方向に移動し、永久磁石がステータと対向する面積が変化するように構成されている。したがって、永久磁石の移動によって、ブラシレスモータの出力特性が変更される。
【０００３】
特許文献２には、ロータの内側にステータが配置されたブラシレスモータが示されており、このブラシレスモータで、ステータが軸方向に移動可能に構成されている。ステータの移動によってロータに固定された永久磁石との対向面積が変化し、出力特性が変更される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−３００７１２号公報
【特許文献２】特開２００８−７９４４６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に示された構成では、ウエイト及びウエイトの移動に伴って永久磁石を移動させるためのリンク機構が、永久磁石と同じ数だけ必要となる。したがって、永久磁石の数が多い場合には、モータ全体としてリンク機構の数が多くなり、構造が複雑化するという課題がある。
【０００６】
特許文献２に示された構成では、ステータが軸方向に移動するためのスペース及びステータを移動させるための駆動機構によって、モータの軸方向寸法が長くなるという課題がある。
【０００７】
本発明は上述した点を考慮してなされたものであり、軸方向寸法が長くなること及び構造が複雑化することを抑制しつつ出力特性を変更可能なブラシレスモータ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】
【０００８】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、ケーシング（２）に固定され、磁束を生成するステータ（６）と、前記ケーシング（２）に回転可能に支持された回転軸（３）と、前記ステータ（６）の内側において前記回転軸（３）に固定され、前記ステータ（６）が生成する磁束によって回転する円柱状のロータ（７）とを備えるブラシレスモータ（１）において、前記ロータ（７）は、永久磁石（１０）と、磁性材（８ａ）及び非磁性材（８ｂ）を結合させた円柱状の複合磁性部材（８）とを複数備え、該複数の複合磁性部材（８）は、前記ロータ（７）の周方向に等角度間隔でかつ回転可能に配置されており、前記複数の複合磁性部材（８）を回転駆動する駆動機構（１１，１２，１３）を備え、前記複数の複合磁性部材（８）を回転駆動することによって、当該ブラシレスモータ（１）の出力特性を変更可能としたことを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、ロータに配置された複数の複合磁性部材が駆動機構によって回転駆動され、回転角度位置が変化する。複合磁性部材の回転角度位置が変化すると、永久磁石によって生成される磁束密度が変化し、当該ブラシレスモータの回転動作中に出力特性を変更することが可能となる。永久磁石あるいはステータを軸方向の移動させる上記従来のブラシレスモータと比較して、軸方向寸法が長くなること及び構造が複雑化することを抑制しつつ出力特性を変更することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のブラシレスモータにおいて、前記複合磁性部材（８）は、半円柱状の磁性材（８ａ）と、半円柱状の非磁性材（８ｂ）とを結合させて構成されることを特徴とする。
この構成によれば、複合磁性部材を回転駆動して回転角度位置を変更することによって、永久磁石によって生成される磁束が通る磁路の透磁率が変化し、ブラシレスモータの出力特性が変更される。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のブラシレスモータにおいて、前記駆動機構は、前記複合磁性部材（８）に固定された受動ギヤ（１１）と、前記ケーシング（２）に固定された駆動モータ（１３）と、該駆動モータ（１３）の出力トルクを前記受動ギヤ（１１）に伝達する駆動ギヤ（１２）とによって構成され、前記駆動モータ（１３）の回転速度（ＮＤ）を前記ロータの回転速度（ＮＲ）と一致させることによって、前記複合磁性部材（８）の回転角度位置を一定に保持し、前記駆動モータの回転速度（ＮＤ）を前記ロータの回転速度（ＮＲ）と異なる速度とすることによって、前記回転角度位置を変化させることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、駆動モータの回転速度をロータの回転速度と一致させることによって、受動ギヤと駆動ギヤの相対速度が「０」となり、受動ギヤは回転駆動されないため、複合磁性部材の回転角度位置は一定に保持される。一方、駆動モータの回転速度をロータの回転速度と異なる速度とするによって、受動ギヤと駆動ギヤの相対速度が「０」より大きくなって、受動ギヤが回転駆動され、複合磁性部材の回転角度位置が変化する。したがって、相対速度「０」の状態から、例えば駆動モータの回転速度をロータ回転速度より若干高くすることによって、複合磁性部材を回転させ、その後相対速度を「０」に戻すことによって、複合磁性部材を回転後の角度位置に保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態にかかるブラシレスモータの断面図である。
【図２】図１に示すブラシレスモータの要部を示す斜視図である。
【図３】複合磁性部材（８）の内部構造を説明するための断面図である。
【図４】図１に示すロータ（７）における永久磁石（１０）及び複合磁性部材（８）の配置を説明するための図である。
【図５】ブラシレスモータ及び駆動モータの制御系の構成を示すブロック図である。
【図６】図１に示す駆動ギヤ（１２）を回転駆動したときの受動ギヤ（１１）の動きを説明するための図である。
【図７】複合磁性部材（８）の回転角度位置と、ブラシレスモータ（１）の出力特性との関係を説明するための図である。
【図８】ブラシレスモータ（１）の出力特性（回転速度と出力トルクとの関係）を示す図である。
【図９】図１に示す構成の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかるブラシレスモータの断面図であり、図２は図１に示すブラシレスモータの要部を示す斜視図である。ブラシレスモータ１は、ケーシング２に固定され、磁束を生成するステータ６と、ケーシング２に軸受４及び５を介して回転可能に支持された回転軸３と、ステータ６の内側において回転軸３に固定され、ステータ６が生成する磁束によって回転する円柱状のロータ７とを備える。
【００１５】
ロータ７には円柱状の凹部７ａが８個、穿設されており、凹部７ａの内部には、円柱状の複合磁性部材８が支持軸９によって回転可能に支持されている。凹部７ａの表面及び複合磁性部材８の表面は滑らかに仕上げられており、複合磁性部材８は低速で回転可能である。
【００１６】
複合磁性部材８の一方の端部には受動ギヤ１１が固定されており、受動ギヤ１１は、駆動ギヤ１２と噛合している。駆動ギヤ１２は、ケーシング２に固定された駆動モータ１３の出力軸１３ａと一体に構成されたフランジ１３ｂに固定されている。駆動モータ１３の出力軸１３ａは、駆動モータ１３のモータケースに軸受（図示せず）を介して回転可能に支持されており、駆動モータ１３を駆動することによって、駆動ギヤ１２はロータ７と同様に回転軸３を中心として回転駆動される。
【００１７】
なお、図１及び２において受動ギヤ１１及び駆動ギヤ１２の歯の図示は省略されている。また図２（ｂ）には、ケーシング２の一部（駆動モータ１３が固定されている部分）のみが示されている。
【００１８】
ロータ７の回転速度（以下「ロータ回転速度」という）ＮＲを検出するロータ回転速度センサ２１及び駆動ギヤ１２の回転速度（以下「駆動ギヤ回転速度」という）ＮＤを検出する駆動ギア回転速度センサ２２がケーシング２内の適宜の位置に設けられている。
【００１９】
図３は、複合磁性部材８の内部構造を説明するための横断面図（同図（ａ））及び縦断面図（同図（ｂ））を示す。すなわち、複合磁性部材８は、半円柱状の磁性部材８ａと、半円柱状の非磁性部材８ｂとを結合して構成され、支持軸９が貫通する貫通孔８ｃが穿設されている。
【００２０】
図４に示すように、ロータ７は、磁性材（例えば鉄）で構成される基材部７ｂにおいて、周方向に一定角度（４５度）間隔で配置された８個の永久磁石１０と、永久磁石１０の間に配置された８個の複合磁性部材８とを備えている。すなわち、複合磁性部材８も、永久磁石１０と同様に周方向に一定角度（４５度）間隔で配置されている。
【００２１】
ロータ７の停止時及び低回転時は、図４に示すように、複合磁性部材８は、磁性部材８ａが径方向内側となる回転角度位置（以下「初期角度位置」という）θ０に保持されている。
【００２２】
図５は、ブラシレスモータ１及び駆動モータ１３の制御系の構成を示すブロック図であり、ロータ回転速度センサ２１及び駆動ギヤ回転速度センサ２２は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）２０に接続されている。ＥＣＵ２０は、ロータ回転速度センサ２１及び駆動ギヤ回転速度センサ２２によって検出されるロータ回転速度ＮＲ及び駆動ギヤ回転速度ＮＤに基づいて、ブラシレスモータ１及び駆動モータ１３の駆動制御を実行する。
【００２３】
図６は、駆動ギヤ１２を回転駆動したときの受動ギヤ１１の動きを説明するための図である。駆動ギヤ回転速度ＮＤがロータ回転速度ＮＲと等しいときは、駆動ギヤ１２と受動ギヤ１１の相対速度は「０」となり、受動ギヤ１１は回転しない。したがって、複合磁性部材８は回転駆動されず、その時点の回転角度位置を維持する。
【００２４】
駆動モータ回転速度ＮＤをロータ回転速度ＮＲより少し高くすると、図６に示す矢印の向きに受動ギヤ１１が回転駆動される。また、駆動モータ回転速度ＮＤをロータ回転速度ＮＲより少し低くすると、図６に示す矢印の向きと逆向きに受動ギヤ１１が回転駆動される。受動ギヤ１１が所望の回転角度位置（本実施形態では、初期角度位置θ０から１８０度回転した反転角度位置θ１）に達した時点で、駆動モータ回転速度ＮＤをロータ回転速度ＮＲと一致させることにより、複合磁性部材８の回転角度位置を反転角度位置θ１に維持することができる。
【００２５】
図７は、複合磁性部材８の回転角度位置と、ブラシレスモータ１の出力特性との関係を説明するための図であり、図７（ａ）は複合磁性部材８が初期角度位置θ０にある状態に対応し、図７（ｂ）は複合磁性部材８が反転角度位置θ１にある状態に対応する。
【００２６】
図７（ａ）に示す状態では、永久磁石１０の磁界によって発生する磁束Ｆ０が通る磁路の透磁率が比較的大きくなり、磁束密度が比較的高くなる。その結果、ブラシレスモータ１の出力特性（ロータ回転速度ＮＲと、出力トルクＴＲＱとの関係）は、図８に実線で示すように比較的低速回転に適した出力特性が得られる。この場合には実線で示す第１高効率領域ＲＨ０は比較的低速回転側に位置する。一方、図７（ｂ）に示す状態では、永久磁石１０の磁界によって発生する磁束Ｆ１が通る磁路の透磁率が、図７（ａ）に示す状態に比べて小さくなり、磁束密度が低下する。したがって、ブラシレスモータ１の出力特性は図８に破線で示すようになり、比較的高速回転に適した出力特性が得られる。この場合には破線で示す第２高効率領域ＲＨ１は、第１高効率領域ＲＨ０に比べて高速回転側に移動する。
【００２７】
以上のように本実施形態では、駆動モータ１３を回転させることによって、複合磁性部材８の回転角度位置を変更することができる。複合磁性部材８の回転角度位置が変化すると、永久磁石１０によって生成される磁束密度が変化し、ブラシレスモータ１の回転動作中に出力特性を変更することが可能となる。永久磁石１０あるいはステータ６を軸方向の移動させる従来のブラシレスモータと比較して、軸方向寸法が長くなること及び構造が複雑化することを抑制しつつ出力特性を変更することができる。
【００２８】
また複合磁性部材８は、半円柱状の磁性材８ａと、半円柱状の非磁性材８ｂとを結合させて構成されるので、複合磁性部材８を回転駆動して回転角度位置を変更することによって、永久磁石１０によって生成される磁束が通る磁路の透磁率が変化し、ブラシレスモータ１の出力特性を変更することができる。
【００２９】
また、駆動モータ回転速度ＮＤをロータ回転速度ＮＲと一致させることによって、受動ギヤ１１と駆動ギヤ１２の相対速度が「０」となり、受動ギヤ１１は回転駆動されないため、複合磁性部材８の回転角度位置は一定に保持される。一方、駆動モータ回転速度ＮＤをロータ回転速度ＮＲと異なる速度とするによって受動ギヤ１１と駆動ギヤ１２の相対速度が「０」より大きくなって、受動ギヤ１１が回転駆動され、複合磁性部材８の回転角度位置が変化する。したがって、相対速度「０」の状態から、例えば駆動モータ回転速度ＮＤをロータ回転速度ＮＲより若干高くすることによって、複合磁性部材８を回転させ、その後相対速度を「０」に戻すことによって、複合磁性部材８を回転後の角度位置に保持することができる。
【００３０】
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、凹部７ａに複合磁性部材８を直接挿入するようにしたが、図９に示すように、凹部７ａの直径を若干拡大して、円筒状のスリーブ１４を挿入し、スリーブ１４の内側に複合磁性部材８を挿入するようにしてもよい。スリーブ１４の内周面を滑らかに仕上げることによって、複合磁性部材８をより円滑に回転駆動することができる。
【００３１】
また上述した実施形態では、ロータ７に複合磁性部材８を８個配置した例を示したが、ロータ７の直径と、複合磁性部材８の直径との比率を変更して、ロータ７に配置する複合磁性部材８の数を増加または減少させてもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１  ブラシレスモータ
２  ケーシング
３  回転軸
６  ステータ
７  ロータ
８  複合磁性部材
９  支持軸
１０  永久磁石
１１  受動ギヤ（駆動機構）
１２  駆動ギヤ（駆動機構）
１３  駆動モータ（駆動機構）
【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】
2019075876.tif 000009
【図８】
2019075876.tif 000010
【図９】
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