(57)【要約】【課題】弱め界磁制御が不要であり、かつ、渦電流による発熱を防止可能な電動モータを提供することを目的とする。【解決手段】電動モータ１は、永久磁石を使用したロータ（回転子）２０と、ステータ（固定子）３０と、ロータ２０と連動して回転し、ハウジング１０を貫通する回転軸４０と、ステータ３０とロータ２０との軸方向の相対的位置関係を、ロータ２０の回転速度に応じたオイル７０の油圧で変位させると共に、ロータ２０をオイル７０で冷却する変位・冷却機構とを備えている。【選択図】        図１
2008125235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータと、
永久磁石を備えたロータと、
前記ロータと連動して回転する回転軸と、
前記ステータと前記ロータとの軸方向の相対的位置関係を、前記ロータの回転速度に応じた油圧で変位させると共に、前記ロータをオイルで冷却する変位・冷却機構と、
を備えたことを特徴とする電動モータ。
【請求項２】
前記変位・冷却機構は、前記油圧により前記ロータを軸方向に移動させることを特徴とする請求項１に記載の電動モータ。
【請求項３】
前記変位・冷却機構は、
前記ロータを前記軸方向の一方の方向に付勢する第１の付勢手段と、
前記ロータの回転速度に応じて、前記ロータを前記軸方向の他方の方向に付勢するオイル供給手段と、
を含むことを特徴とする請求項２に記載の電動モータ。
【請求項４】
前記変位・冷却機構は、高速回転領域では、低速回転領域に比して、前記ロータを前記ステータと対向する面積が小さくなる位置に移動させることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の電動モータ。
【請求項５】
前記変位・冷却機構は、前記ロータの回転速度に応じて、オイルの流路を切り替えることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の電動モータ。
【請求項６】
前記変位・冷却機構は、低速回転領域では、オイルの流路を前記ステータを冷却する経路に、高速回転領域では、オイルの流路を前記ロータを冷却する経路に切り替えることを特徴とする請求項５に記載の電動モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動モータに関し、詳細には、永久磁石を備えたロータを使用した電動モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石を備えたロータを使用した電動モータは、高出力かつ高効率であるため、広く車両等に利用されている。かかる永久磁石を備えたロータを使用した電動モータの運転可能条件は、誘起電圧と電動モータにおける電圧降下（コイルに電流が流れることによる低下）との和がインバータから電動モータに出力される出力可能電圧以下となることである。電動モータでは、ロータに設けられている永久磁石が発生する磁束と、電動モータの回転角速度とによって誘起起電力（誘起電圧）が決定される。すなわち、電動モータの回転角速度が上昇すると、電動モータの誘起電圧が比例して上昇する。誘起電圧が支配的になると、電動モータに流せる電流が少なくなる。電動モータにおけるトルクは電流に比例するため、誘起電圧が支配的になる高回転領域では、高トルク出力運転が困難であった。
【０００３】
これを解消するため、弱め界磁制御によって高回転領域を広げる手段を用いた電動モータがある。しかしながら、弱め界磁制御では、回転角速度に比例して上昇する誘起起電力に応じて弱め界磁制御用電流を上昇させる必要があるため、高回転領域において電動モータの効率が低下してしまうという問題がある。
【０００４】
例えば、特許文献１では、弱め界磁制御を用いることなく高回転領域（高トルク出力運転が可能な高回転領域）を広げられる電動モータが提案されている。同文献の電動モータでは、複数の移動体は、ロータの半径方向へ移動可能に構成されている。円筒部の内側に設けられた弾性体は、ロータの半径方向の外側から内側へ向けて移動体を付勢する。出力軸の端部の外周には複数の平面形状の傾斜面が形成されており、移動体には平面形状のカム面が傾斜面と摺接可能に形成されている。モータハウジングの端壁と出力軸の端面との間に介在された圧縮バネは、出力軸をその軸方向へ付勢しており、傾斜面とカム面とが圧縮バネのバネ力によって接合されている。ロータの回転に伴って移動体に作用する遠心力が弾性体による予荷重を上回ると、ロータの全体がその軸方向へ移動する。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１３６１２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、電動モータの高速回転領域では、永久磁石に発生する渦電流により永久磁石が発熱し、この状態で、ステータコイルからの逆磁界を受けると永久磁石減磁が生ずるという問題がある。上記特許文献１では、渦電流による発熱について何ら考慮されていない。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、弱め界磁制御が不要であり、かつ、渦電流による発熱を防止可能な電動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】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ステータと、永久磁石を備えたロータと、前記ロータと連動して回転する回転軸と、前記ステータと前記ロータとの軸方向の相対的位置関係を、前記ロータの回転速度に応じた油圧で変位させると共に、前記ロータをオイルで冷却する変位・冷却機構と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記変位・冷却機構は、前記油圧により前記ロータを軸方向に移動させることが望ましい。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記変位・冷却機構は、前記ロータを前記軸方向の一方の方向に付勢する第１の付勢手段と、回転速度に応じて、前記ロータを前記軸方向の他方の方向に付勢するオイル供給手段と、を含むことが望ましい。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記変位・冷却機構は、高速回転領域では、低速回転領域に比して、前記ロータを前記ステータと対向する面積が小さくなる位置に移動させることが望ましい。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記変位・冷却機構は、回転速度に応じてオイルの流路を切り替えることが望ましい。
【００１３】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記変位・冷却機構は、低速回転領域では、オイルの流路を、前記ステータを冷却する経路に、高速回転時には、オイルの流路を、前記ロータを冷却する経路に切り替えることが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ステータと、永久磁石を備えたロータと、前記ロータと連動して回転する回転軸と、前記ステータと前記ロータとの軸方向の相対的位置関係を、前記ロータの回転速度に応じた油圧で変位させると共に、前記ロータをオイルで冷却する変位・冷却機構と、を備えているので、弱め界磁制御が不要であり、かつ、渦電流による発熱を防止可能な電動モータを提供することが可能となるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、この発明の最良の形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものまたは実質的に同一のものが含まれる。
【００１６】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る電動モータの軸方向の概略断面図であり、特に、低速回転時の断面構成を示している。図２は、図１のＡ−Ａ’断面図を示している。図３は、図１のＢ−Ｂ’断面図を示している。図４は、本発明の実施の形態に係る電動モータの軸方向の概略断面図であり、特に、高速回転時の断面構成を示している。図５は、図４のＣ−Ｃ’断面図を示している。図６は、図４のＤ−Ｄ’断面図を示している。図７は、図４のＥ−Ｅ’断面図を示している。
【００１７】
図１において、電動モータ１は、ロータ１０（回転子）、ステータ（固定子）３０，および回転軸（シャフト）４０を収容するハウジング１０と、永久磁石を使用したロータ２０と、ステータ３０と、ロータ２０と連動して回転し、ハウジング１０を貫通する回転軸４０と、ステータ３０とロータ２０との軸方向の相対的位置関係を、ロータ２０の回転速度に応じたオイル７０の油圧で変位させると共に、ロータ２０をオイル７０で冷却する変位・冷却機構とを備えている。
【００１８】
ハウジング１０の第１の収納室１１には、ステータ３０が配置されており、ハウジング１０の周壁内周面に固定されている。このステータ３０は、ステータ本体３１にステータコイル３２が巻回されて構成されている。また、ハウジング１０は、ステータ３０の径方向内側に第２の収納室１２を備えており、この第２の収納室１２には、ロータ２０、回転軸４０が回転自在および軸方向に移動可能に収容されている。
【００１９】
また、ハウジング１０には、図１，図３、図４、図７に示すように、オイル供給機構６０から供給されるオイル７０を、ハウジング１０の第１の収納室１１に導くための複数の通路１３が径方向内側から外側に向かって形成されている。通路１３の入り口にはオイル漏れを防止するためのオイルシール１５が設けられている。
【００２０】
回転軸４０は、両端側がベアリング４５，４６を介してハウジング１０に回転自在および軸方向に移動可能に支承されている。また、回転軸４０には、図１〜図７に示すように、オイル供給機構６０から供給されるオイル７０が流れる通路４１が形成されている。この通路４１には、オイル供給機構６０から圧送されるオイル７０をハウジング１０の通路１３に導くための、略扇形形状を呈する第１の吐出口４１ａと、オイル供給機構６０から供給されるオイルを、第２の収納室１２（空間）を介して、ロータ２０の通路２１に導くための、略扇形形状を呈する第２の吐出口４１ｂとが設けられている。
【００２１】
ベアリング４５には、リング形状を呈するスペーサ４７が固定されている。回転軸４０の外周方向には、第１の付勢手段であるスプリング５０が配されており、このスプリング５０の一端側は、スペーサ４７に固定されており、その他端側は、ロータ２０に当接して
ロータ２０を軸方向のリア方向（一方の方向）に付勢している。
【００２２】
ロータ２０は、断面視リング形状を呈しており、フランジ２２を介して回転軸４０に固定されている。ロータ２０は、永久磁石ロータで構成されており、図１および図２に示すように、電磁鋼板（コア）２４に、径方向外側に周方向に沿って、複数の永久磁石２５が埋め込まれて構成されている。周方向に隣接する２つの永久磁石２５の極性は反対となっている。また、永久磁石２５の内側には、電磁鋼板２４の内部にオイル７０を供給するための，断面視Ｌ字形状を呈する複数の通路２１が形成されている。なお、ここでは、埋込磁石型の永久磁石ロータを使用することとしたが、表面磁石型の永久磁石を使用することにしてもよい。
【００２３】
ロータ２０および回転軸４０は、スプリング５０により軸方向のリア方向（一方の方向）に付勢されるとともに、オイル供給機構６０から供給されるオイル７０の油圧により軸方向のフロント方向（他方の方向）に付勢され、ベクトル的にバランスする軸方向位置に移動する。
【００２４】
オイル供給機構６０は、オイルポンプで構成されており、回転軸４０の通路４１にオイル７０を圧送するものであり、回転軸４０に連結しており、回転軸４０と共に回転し、その回転速度に応じて油圧を変化させる。具体的には、回転速度が高くなるほど油圧を高くする。オイルポンプの構成は、公知であるのでその詳細な説明は省略する。なお、オイル供給機構６０は、回転軸４０に直接連結せずに、電磁弁を設け、不図示のコントローラから供給される制御信号に応じて、電磁弁の開度を調整して油圧を変更することにしてもよい。この場合、コントローラは、ロータ２０の回転速度を検出し、高回転時に油圧が高くなるようにオイル供給機構６０を制御する。
【００２５】
上記構成において、スプリング５０、ハウジング１０の通路１３，ロータ２０の通路２１、回転軸４０の通路４１、第１の吐出口４１ａ、第２の突出口４１ｂ、オイル供給機構
６０は、変位・冷却機構を構成する。
【００２６】
上記構成の電動モータ１の動作を説明する。不図示の電気回路によりステータコイル３２が通電すると、ロータ２０および回転軸４０は回転を開始する。低速回転時には、オイル供給機構６０から低い圧力で圧送され、図１に示すように、通路４１がオイル７０で満たされる。この場合、スプリング５０のリア方向への付勢力が通路４１内のオイル７０のフロント方向への付勢力よりも大きく、ロータ２０および回転軸４０は移動しない。これにより、ロータ２０は、ステータ３０と対向する部分の面積が大きく、磁石磁束量を増大することができる。
【００２７】
また、低速回転時には、図１、図３に示すように、回転軸４０の通路４１の第１の吐出口４１ａとハウジング１０の通路１３とは、同じ高さにあり、第１の吐出口４１ａは、回転軸４０の回転に従って、複数の通路１３と連結して、順次、オイル７０を供給する。通路１３に供給されるオイル７０は、第１の収納室１１に流入して、ステータ３０を冷却する第１の冷却経路が形成される。この場合、第１の収納室１１のオイル７０の高さは、第２の突出口４１ｂと同じになる。一方、図１，図２に示すように、第２の吐出口４１ｂとロータ２０の通路２１は連結されない。低速回転時の高トルク運転時の発熱は、ステータコイル３２＞永久磁石２５となるため、低速回転領域では、オイル冷却経路をステータ３０側に設定している。
【００２８】
他方、高速回転時には、オイル供給機構６０から高い圧力でオイル７０が圧送され、図４に示すように、通路４１内のオイル７０のフロント方向への付勢力が増大して、ロータ２０および回転軸４０をフロント方向へスプリング５０の付勢力に抗して移動させる。この結果、ロータ２０のステータ３０と対向する部分の面積は減少し、磁石磁束量を減少させ、ステータ３０のステータコイル３２の誘起電圧が小さくなる。これにより、弱め界磁制御が不要となる。
【００２９】
また、高速回転時には、図４，図７に示すように、回転軸４０の通路４１の第１の吐出口４１ａとハウジング１０の通路１３は遮断される。他方、図４〜図６に示すように、第２の吐出口４１ｂは、回転軸４０の外周の第２の収容室１２の空間と連結し、オイル７０は、第２の吐出口４１ｂから第２の収納室１２の空間を通り、さらに、ロータ２０の通路２１に至り、ロータ２０を冷却する第２の冷却路が形成される。高速回転領域では、ステータコイル３２の鎖交磁束変化の増大により、永久磁石２５の渦電流が大きくなって発熱するため、オイル冷却経路をロータ２０側に設定している。
【００３０】
以上説明したように、本実施の形態の電動モータによれば、ステータ３０と、永久磁石２５を備えたロータ２０と、ロータ２０と連動して回転する回転軸４０と、ステータ３０とロータ２０との軸方向の相対的位置関係を、ロータ２０の回転速度に応じたオイル７０の油圧で変位させると共に、ロータ２０をオイル７０で冷却する変位・冷却機構とを備えているので、高速回転時にはステータ３０とロータ２０との軸方向の相対的位置関係を変位させることで、弱め界磁制御を行わなくても、磁石磁束量を減少させて減磁作用を奏することができ、また、ロータ２０をオイル７０で冷却することができ、弱め界磁制御を不要とし、かつ、渦電流による発熱を防止することが可能となる。
【００３１】
また、本実施の形態の電動モータによれば、変位・冷却機構は、油圧によりロータ２０を軸方向に移動させることとしたので、ステータ３０とロータ２０との軸方向の相対的位置関係を簡単な構成で変位させることが可能となる。
【００３２】
また、本実施の形態の電動モータによれば、変位・冷却機構は、ロータ２０を軸方向の一方の方向に付勢するスプリング５０と、ロータ２０の回転速度に応じて、ロータ２０を軸方向の他方の方向に付勢するオイル供給機構６０と、を含んでいるので、スプリング５０の付勢力と、オイル供給機構６０から供給されるオイルの油圧がベクトル的にバランスする軸方向位置にロータ２０を移動することが可能となる。
【００３３】
また、本実施の形態の電動モータによれば、変位・冷却機構は、高速回転領域では、低速回転領域に比して、ロータ２０をステータ３０と対向する面積が小さくなる位置に移動させることとしたので、高速回転領域で磁石磁束量を減少させることが可能となる。
【００３４】
また、本実施の形態の電動モータによれば、変位・冷却機構は、ロータ２０の回転速度に応じてオイル７０の流路を切り替えることとしたので、ロータ２０の回転速度に応じてオイル７０の冷却経路を切り替えることが可能となる。
【００３５】
また、本実施の形態の電動モータによれば、変位・冷却機構は、低速回転領域では、オイル７０の流路をステータ３０を冷却する経路に、高速回転領域では、オイル７０の流路をロータ２０を冷却する経路に切り替えることとしたので、低速回転領域では発熱の大きいステータ３０を冷却し、速回転領域では発熱の大きいロータ２０を冷却することが可能となり、効果的に電動モータ１を冷却することが可能となる。
【００３６】
なお、本実施の形態では、変位・冷却機構により、ステータ３０とロータ２０との相対的位置関係を変位させるために、ロータ２０および回転軸４０を軸方向に移動させることとしたが、油圧でロータ２０のみを軸方向に移動させる構成としてもよく、また、ロータ２０の位置を固定にして、油圧でステータ３０を軸方向に移動させる構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明に係る電動モータは、永久磁石を備えたロータを有する電動モータにおいて、弱め界磁制御が必要な電動モータに広く利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態に係る電動モータの軸方向の概略断面図（低速回転時）である。
【図２】図１のＡ−Ａ’断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ’断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る電動モータの軸方向の概略断面図（高速回転時）である。
【図５】図４のＣ−Ｃ’断面図である。
【図６】図４のＤ−Ｄ’断面図である。
【図７】図４のＥ−Ｅ’断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  電動モータ
１０  ハウジング
１１  第１の収納室
１２  第２の収納室
１３  通路
１５  オイルシール
２０  ロータ
２１  通路
２２  フランジ
２４  電磁鋼板（コア）
２５  永久磁石
３０  ステータ
３１  ステータ本体
３２  ステータコイル
４０  回転軸
４１  通路
４１ａ  第１の吐出口
４１ｂ  第２の突出口
４５，４６  ベアリング
４７  スペーサ
５０  スプリング
６０  オイル供給機構
７０  オイル
【図１】
2008125235.tif 000003
【図２】
2008125235.tif 000004
【図３】
2008125235.tif 000005
【図４】
2008125235.tif 000006
【図５】
2008125235.tif 000007
【図６】
2008125235.tif 000008
【図７】
2008125235.tif 000009