(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータと、
前記ステータとの間に隙間を有して配置されて回転するロータと、
磁性体部材と、
前記磁性体部材を前記ロータの回転軸方向に沿って移動可能な磁性体部材移動手段と、
を具備し、
前記磁性体部材は、前記ロータの前記回転軸方向に沿って前記隙間と対向し、かつ、前記磁性体部材は、前記隙間を覆うように設けられるとともに前記隙間から離れる方向に凹む湾曲面を有する
ことを特徴とする電動機。
【請求項２】
前記ロータの回転に応じて前記磁性体部材移動手段を制御する制御部を具備する
ことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
前記隙間は、環状につながる形状であり、
前記磁性体部材は、前記回転軸方向に前記隙間と対向する環状に形成される
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動機。
【請求項４】
前記磁性体部材は、珪素鋼板で形成される
ことを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弱め界磁を行う電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動機では、回転数の高速域をより高く設定するために、弱め界磁を行うことが提案されている。この種の電動機では、電動機の回転数が所定値を超えると、可動性磁性体がロータに密着して一体に回転する。このことによって、ステータとロータとの間で生じる漏れ磁束量が増えるので、電動機の回転数の高回転域を、より高くすることができる（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−３０８２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示される技術では、ロータに可動性磁性体を密着させる。ロータは、可動性磁性体が密着することによって、重さが増加するので、その慣性が大きくなる。言い換えると、ロータの回転の制御の応答性が低下する。
【０００５】
本発明は、ロータの回転の応答性が低下することを抑制しつつ、弱め界磁を行うことができる電動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】
【０００６】
本発明にかかる電動機の一実施形態は、ステータと、ステータとの間に隙間を有して配置されて回転するロータと、磁性体部材と、磁性体部材をロータの回転軸方向に沿って移動可能な磁性体部材移動手段とを備える。更に、磁性体部材は、ロータの回転軸方向に沿って隙間と対向し、かつ、隙間を覆うように設けられるとともに隙間から離れる方向に凹む湾曲面を有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ロータの回転の応答性が低下することを抑制しつつ、弱め界磁を行うことができる電動機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電動機の内側を示す断面図。
【図２】図１に示された可動リングとロータとステータとを示す斜視図。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る電動機において、第２の位置にある可動リングの一部と、ステータとロータとの間の隙間とを拡大して示す断面図。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る電動機の内側を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の第１の実施形態に係る電動機を、図１，２を用いて説明する。図１は、本実施形態の電動機１０の内側を示す断面図である。図１は、電動機１０を、後述するロータ１３の軸線Ｘに沿って切断した状態を示している。なお、図１中、ロータ１３は切断されていない。
【００１５】
図１に示すように、電動機１０は、ハウジング１１と、ステータ１２と、ロータ１３と、出力軸部材１４と、可動リング１５と、可動システム２０とを備えている。
【００１６】
ステータ１２は、内側に収容空間を備える環状に形成されており、ハウジング１１内に固定されている。ロータ１３は、ステータ１２の内側に収容されている。ロータ１３の外面１３ａとステータ１２との間には、所定の隙間Ｓが設けられている。隙間Ｓは、ロータ１３の周方向に一周つながる環状である。隙間Ｓは、ロータ１３の外面１３ａとステータ１２の内面１２ａとの間の幅がロータ１３の周方向に一定になるように設けられている。
【００１７】
出力軸部材１４は、一方向に延びる円柱である。出力軸部材１４は、その軸線がロータ１３の軸線Ｘと重なるように、ロータ１３に一体に設けられている。ロータ１３が回転すると、出力軸部材１４は、ロータ１３と一体に回転する。ロータ１３の軸線Ｘは、ロータ１３が回転する際の回転軸となる。回転軸は、ロータ１３の回転中心である。
【００１８】
出力軸部材１４の一端部１４ａは、ハウジング１１に軸受部１６を介して回転可能に支持されている。出力軸部材１４の他端部１４ｂは、ハウジング１１の外に出ている。出力軸部材１４の他端部１４ｂ側は、軸受部１６によってハウジング１１に回転可能に支持されている。
【００１９】
可動リング１５は、一例として、複数のリング形成部材１５ａが互いに重なることによって、形成されている。各リング形成部材１５ａは、珪素鋼板を材料としており、板状に形成されている。各リング形成部材１５ａの形状は、各々同じである。各リング形成部材１５ａは、例えば溶接されることによって互いに固定されて１つの部材に形成されている。可動リング１５は、本発明で言う磁性体部材の一例である。
【００２０】
可動リング１５は、内側に貫通孔１７が形成されるとともに環状に一周つながる形状である。可動リング１５は、内側の貫通孔１７内に出力軸部材１４が通るように、ハウジング１１内に配置されており、後述される可動装置２１によってハウジング１１内に支持されている。可動装置２１については、後で説明する。
【００２１】
図２は、可動リング１５とロータ１３とステータ１２とを示す斜視図である。図２に示すように、可動リング１５の外縁１５ｃによって形成される形状は、円である。可動リング１５に内縁１５ｂによって形成される形状は、円である。外縁１５ｃによって形成される円と内縁１５ｂによって形成される円との中心、つまり軸線は、出力軸部材１４の軸線と重なる。
【００２２】
図１に示すように、可動リング１５は、ロータ１３の軸線Ｘが延びる方向Ｙに、隙間Ｓに対向する面１８を有している。方向Ｙは、ロータ１３の回転軸方向でもある。図１に示すように、面１８においてロータ１３の径方向に沿う幅Ｗ１は、この方向に沿う隙間Ｓの幅Ｗ２よりも大きい。そして、隙間Ｓの全域は、ロータ１３の方向Ｙに面１８と対向する。つまり、隙間Ｓは、方向Ｙに沿って見たときに、可動リング１５の外縁１５ｃと内縁１５ｂとの間に位置する。
【００２３】
可動システム２０は、可動装置２１と、ガイド部２２と、制御部２３と、回転数検出センサ２４とを備えている。可動装置２１は、可動リング１５を方向Ｙに移動可能に支持する。可動装置２１は、本発明で言う、磁性体部材をロータの回転軸方向に沿って移動可能な磁性体部材移動手段の一例である。可動リング１５には、方向Ｙに垂直な方向に沿って外側に突出する支持用突出部２５が設けられている。
【００２４】
可動装置２１は、支持用突出部２５を支持しており、可動リング１５を方向Ｙに沿って移動可能である。なお、移動中の可動リング１５の姿勢は、変化しない。言い換えると、可動装置２１は、図１に示すように、可動リング１５の面１８が方向に沿って隙間Ｓと対向する姿勢を維持したまま、可動装置２１によって、方向Ｙに沿ってロータ１３に近づく方向に移動されるとともに、方向Ｙに沿ってロータ１３から離れる方向に移動される。
【００２５】
可動装置２１は、ソレノイドを用いて構成されてもよいし、または、ボールねじを用いて構成されてもよい。
【００２６】
ガイド部２２は、可動リング１５の移動をガイドする。可動リング１５において方向Ｙに垂直な方向に沿って支持用突出部２５に対向する位置には、ガイド用突出部２６が形成されている。ガイド用突出部２６は、外側に突出している。
【００２７】
ガイド部２２は、軸受部１６を内側に収容するとともに、方向Ｙに延びる一対の壁形状である。ガイド部２２は、溝２７を有している。溝２７は、方向Ｙに沿って延びている。支持用突出部２５とガイド用突出部２６とは、溝２７内に収容されている。支持用突出部２５ガイド用突出部２６とは、可動リング１５が移動するときに、溝２７の縁面によって移動がガイドされる。このことによって、可動リング１５の移動は、ガイド部２２によってガイドされる。
【００２８】
回転数検出センサ２４は、出力軸部材１４の回転数に応じた信号を、後述する制御部２３に出力する。言い換えると、回転数検出センサ２４は、ロータ１３の回転数に応じた信号を制御部２３に出力する。なお、ロータ１３の回転数とは、いわゆる、電動機１０の回転数である。
【００２９】
制御部２３は、回転数検出センサ２４から受信した信号に基づいて出力軸部材１４の回転数を検出する。そして、制御部２３は、検出した回転数に基づいて、可動装置２１を駆動して、可動リング１５を移動する。
【００３０】
ここで、可動リング１５の位置について説明する。本実施形態では、可動リング１５は、第１の位置Ｐ１と、第２の位置Ｐ２との間で移動可能である。第１の位置Ｐ１は、図１中実線で示している。第１の位置Ｐ１は、ロータ１３から離れた位置であって、可動リング１５が、ロータ１３とステータ１２との間で生じる漏れ磁束の量に影響しない位置である。言い換えると、第１の位置Ｐ１にあるときは、可動リング１５が弱め界磁を行わない位置である。本実施形態では、第１の位置Ｐ１は、ロータ１３に対して予め決定された１つの位置である。
【００３１】
第２の位置Ｐ２は、図１中２点鎖線で示す位置である。第２の位置Ｐ２は、第１の位置Ｐ１に対してロータ１３に近づく位置である。可動リング１５が第２の位置Ｐ２にあることによって、ロータ１３とステータ１２との間で生じる漏れ磁束の量が多くなる。漏れ磁束の量が多くなることによって、電動機１０に対して弱め界磁が施されるので、ロータ１３の回転数、つまり、電動機１０の回転数の高回転域を、より高回転にすることができる。第２の位置Ｐ２は、電動機１０に求められる高回転域に合わせて設定されている。
【００３２】
なお、第２の位置Ｐ２は、可動リング１５が、ロータ１３とステータ１２とに接触しない位置である。
【００３３】
制御部２３は、ロータ１３の回転数が所定回数未満であるときは、可動リング１５が第１の位置Ｐ１に位置するように可動装置２１を制御する。制御部２３は、ロータ１３の回転数が所定回転数以上になると、可動リング１５を第２の位置Ｐ２に移動するために、可動装置２１を制御する。
【００３４】
ここで言う所定回転数とは、電動機１０に予め設定されている値である。一例として、所定回転数は、電動機１０の高回転域において電動機１０のトルクが急激に低下し始める値である。この電動機１０の高回転域における電動機１０のトルクの急激な低下は、電動機１０の誘起電圧の大きさが電動機１０の電源電圧の大きさを超したときに起こる。つまり、電動機１０の誘起電圧の大きさが電動機１０の電源電圧の大きさを超し、電動機１０の回転数が、電動機１０のトルクが急激に低下しはじめる回転数以上になったときに可動リング１５が第２の位置Ｐ２に移動して弱め界磁が行われることによって、電動機１０の高回転域をさらに高回転にすることができる。
【００３５】
ロータ１３の回転数が所定回転数以上になると可動リング１５を第２の位置Ｐ２に移動するべく可動装置２１を制御することは、本発明で言う、ロータの回転数に応じて磁性体部材移動手段を制御することの一例である。
【００３６】
つぎに、電動機１０の動作を説明する。電動機１０は、電池３１から電力が供給されることによって、ロータ１３が回転し、それゆえ、出力軸部材１４が回転する。電池３１から電動機１０に供給される電力は、外部に設置されるインバータ３０によって制御される。
【００３７】
制御部２３は、本実施形態では、インバータ３０も制御する。制御部２３は、ロータ１３の回転数が所定値以上になったと判定すると、インバータ３０を制御して、電動機１０に供給される電流を制御して弱め界磁制御を行う。
【００３８】
また、制御部２３は、上記のように、電動機１０に供給される電流を制御して弱め界磁制御を行うとともに、可動装置２１を制御して、可動リング１５を第１の位置Ｐ１から第２の位置Ｐ２に移動する。
【００３９】
可動リング１５が第２の位置Ｐ２に移動することによって、ロータ１３とステータ１２との間に生じる漏れ磁束の量が増加する。このことによって、ロータ１３とステータ１２との間に弱め界磁が施される。
【００４０】
電動機１０に弱め界磁が施されることによって、ロータ１３の高回転域を、より高回転にすることができる。
【００４１】
このように、本実施形態では、電動機１０に供給される電流を制御することによる弱め界磁制御と、可動リング１５を用いる弱め界磁とを行っている。可動リング１５を用いる弱め界磁では、可動リング１５をロータ１３側に動かす。このため、弱め界磁を行うために、ロータ１３に磁性体部材を取り付けたりすることがない。言い換えると、ロータ１３の慣性を変更することがないので、ロータ１３の回転を止める際、または、さらに高速回転させる場合などにおいて、ロータ１３の回転の応答性が低下することがない。
【００４２】
また、制御部２３は、電動機１０の回転数、つまり、ステータ１２に対するロータ１３の回転数に基づいて可動装置２１を制御して可動リング１５をロータ１３に近づける。具体的には、電動機１０の回転数が所定回転数以上になると可動リング１５をロータ１３に近づける。電動機１０の高回転域をさらに高回転とするために必要なときに可動リング１５をロータ１３に近づけるので、電動機１０のトルクの低下を抑制しつつ、電動機１０の高回転域をさらに高回転にすることができる。
【００４３】
また、可動リング１５が、ロータ１３とステータ１２との間に設けられる隙間Ｓにロータ１３の軸線Ｘが延びる方向Ｙに沿って対向するので、ロータ１３とステータ１２との間に生じる磁束を効率よく吸収できる。言い換えると、ロータ１３とステータ１２との間に生じる漏れ磁束を効率よく増やすことができる。
【００４４】
また、可動リング１５は、隙間Ｓと対向する環状に形成されることによって、面積を大きくすることができるので、ステータ１２とロータ１３との間に生じる磁束を多く吸収することができる。
【００４５】
また、可動リング１５が珪素鋼板で形成されている。珪素鋼板は鉄損が小さく透磁率が高いので、磁束を効率よく吸収することが可能である。よって、可動リング１５が珪素鋼板で形成されることによって磁気抵抗を効率よく低減させることができる。
【００４６】
つぎに、本発明の第２の実施形態に係る電動機を説明する。なお、第１の実施形態と同様の機能を有する構成は、第１の実施形態と同一の符合を付して説明を省略する。本実施形態では、制御部２３と、可動装置２１とが第１の実施形態と異なる。上記異なる点を説明する。
【００４７】
なお、第２の実施形態の電動機１０の構成は、第１の実施形態と同じであって、制御部２３の動作と可動装置２１の動作とが異なるので、第１の実施形態で用いた図１，２を用いて説明する。
【００４８】
本実施形態では、制御部２３は、可動リング１５の位置を、第１，２の位置Ｐ１，Ｐ２との間の位置にも位置決めする。この点について具体的に説明する。可動リング１５は、ロータ１３とステータ１２との間に生じる磁束を吸収する。可動リング１５の位置に応じて、可動リング１５が吸収する磁束の量が変化する。可動リング１５がロータ１３に近づくにつれて、可動リング１５が吸収する磁束の量は増加する。言い換えると、可動リング１５がロータ１３に近づくにつれて、漏れ磁束の量が増加する。
【００４９】
制御部２３は、ロータ１３の高回転域を、ロータ１３の回転数に応じて段階的に高回転側に移行できるように、可動リング１５の位置を制御する。具体的には、制御部２３は、記憶部を有しており、この記憶部にロータ１３の回転数と可動リング１５の位置との関係を示すマップなどの情報を有している。制御部２３は、回転数検出センサ２４から受信した信号に基づいてロータ１３の回転数を検出すると、上記情報に基づいて、可動リング１５の位置をロータ１３の回転数に応じた位置に位置決めるように、可動装置２１を制御する。
【００５０】
本実施形態では、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態では、電動機１０の高回転域を、ロータ１３の回転数に応じて、細かく制御することができる。
【００５１】
つぎに、本発明の第３の実施形態に係る電動機を、図３を用いて説明する。なお、第１の実施形態と同様の機能を有する構成は、第１の実施形態と同一の符合を付して説明を省略する。本実施形態では、可動リング１５の形状が第１の実施形態に対して異なる。他の点は、第１の実施形態と同じである。上記異なる点について、説明する。
【００５２】
図３は、本実施形態の電動機１０において、第２の位置Ｐ２にある可動リング１５の一部と、ステータ１２とロータ１３との間の隙間Ｓとを拡大して示す断面図である。図３は、電動機１０をロータ１３の軸線Ｘに沿って切断した断面において、第２の位置Ｐ２にある可動リング１５の近傍を示している。
【００５３】
図３に示すように、本実施形態の可動リング１５の面１８は、隙間Ｓを覆うように設けられるとともに隙間Ｓから離れる方向に湾曲する湾曲部１８ａを有している。面１８は、湾曲部１８ａを有することによって、面積が増加する。面１８の面積が増加することによって、可動リング１５が吸収できる磁束の量が増加する。また、方向Ｙに沿って見ると、隙間Ｓの全域は、湾曲部１８ａに対向している。
【００５４】
本実施形態では、可動リング１５は、複数のリング形成部材１５ａから構成されている。このため、本実施形態では、隙間Ｓに対向するリング形成部材１５ａのみが湾曲部１８ａを有する形状である。
【００５５】
本実施形態では、第１の実施形態の効果に加えて、さらに、可動リング１５が吸収できる磁束の量を増やすことができる。なお、本実施形態の可動リング１５は、第２の実施形態に用いられてもよい。
【００５６】
本実施形態では、面１８の一部が湾曲部１８ａとなっている。しかしながら、他の例としては、面１８の全体が隙間Ｓから離れる方向に湾曲していてもよい。この場合、面１８が湾曲部１８ａとなる。このことは、面が湾曲部を有することの一例である。
【００５７】
つぎに、本発明の第４の実施形態に係る電動機を、図４を用いて説明する。なお、第１の実施形態と同様の機能を有する構成は、第１の実施形態と同一の符合を付して説明を省略する。本実施形態では、可動システム２０が２つの可動装置２１を備える点が、第１の実施形態と異なる。他の点は、第１の実施形態と同一である。
【００５８】
図４は、本実施形態の電動機１０の内側を示す断面図である。図４は、電動機１０を図１と同様に示す断面図である。図４に示すように、本実施形態の可動システムは、一対のガイド部２２と、一対の可動リング１５と、一対の可動装置２１とを備えている。一方のガイド部２２と一方の可動リング１５と一方の可動装置２１とは、第１の実施形態で説明されたようにハウジング１１に設けられている。
【００５９】
他方のガイド部２２と、他方の可動装置２１と、他方の可動リング１５とは、出力軸部材１４において、ロータ１３を挟んで一端部側に設けられている。出力軸部材１４の一端部側に設けられるガイド部２２と可動リング１５と可動装置２１とは、第１の実施形態で説明された、出力軸部材１４の他端部側に設けられるガイド部２２と可動リング１５と可動装置２１と同じである。
【００６０】
本実施形態では、制御部２３は、回転数検出センサ２４の出力信号に基づいて、両可動装置２１の動作を制御する。第１の実施形態と同じである。本実施形態では、第１の実施形態と同様の効果に加えて、２つの可動リング１５を用いるので、吸収する磁束の量を増加することができる。
【００６１】
なお、本実施形態の可動システムは、第２，３の実施形態の電動機１０に用いられてもよい。
【００６２】
なお、第１〜４の実施形態では、可動リング１５は、複数のリング形成部材１５ａで形成されているが、可動リング１５は、種々形態に応じて、単一のリング形成部材で形成されてもよいし、複数のリング形成部材で構成されてもよい。
【００６３】
この発明は、上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、上述した実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
以下、本願の出願当初の特許請求の範囲に記載された内容を付記する。
１、
前記ステータとの間に隙間を有して配置されて回転するロータと、磁性体部材と、前記磁性体部材を前記ロータの回転軸方向に沿って移動可能な磁性体部材移動手段とを具備することを特徴とする電動機。
２、
前記ロータの回転に応じて前記磁性体部材移動手段を制御する制御部を具備することを特徴とする１に記載の電動機。
３、
前記磁性体部材は、前記ロータの前記回転軸方向に沿って前記隙間と対向することを特徴とする１または２に記載の電動機。
４、
前記磁性体部材は、前記隙間を覆うように設けられるとともに前記隙間から離れる方向に凹む湾曲面を有することを特徴とする３に記載の電動機。
５、
前記隙間は、環状につながる形状であり、前記磁性体部材は、前記回転軸方向に前記隙間と対向する環状に形成されることを特徴とする３または４に記載の電動機。
６、
前記磁性体部材は、珪素鋼板で形成されることを特徴とする１〜５のうちのいずれかに記載の電動機。
【符号の説明】
【００６４】
１０…電動機、１２…ステータ、１３…ロータ、１５…可動リング（磁性体部材）、１８ａ…湾曲部（湾曲面）、２１…可動装置（磁性体部材移動手段）、２３…制御部、Ｓ…隙間、Ｙ…方向（回転軸方向）。
【図１】
0005782985.tif 000002
【図２】
0005782985.tif 000003
【図３】
0005782985.tif 000004
【図４】
0005782985.tif 000005