(57)【要約】【課題】磁石のみでなく、ロータごと変位させることで、ステータコイルに生じる逆起電力の低減を図ると共に、簡易な構成でロータを回転速度に合わせて変位可能とした回転電機および電動輪を提供する。【解決手段】回転電機４００は、コイル４２４Ｂを有する環状のステータ４２４と、ステータ４２４内に設けられた回転シャフト４９０と、回転シャフト４９０に設けられ、回転シャフト４９０の軸方向に変位可能に設けられたロータ４２３と、ロータ４２３を軸方向に変位させる駆動機構７１０と、回転シャフト４９０から動力の一部を駆動機構７１０の動力として駆動機構７１０に伝達可能な伝達機構７００とを備える。【選択図】図１
2008131790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルを有する環状のステータと、
前記ステータ内に設けられた回転シャフトと、
前記回転シャフトに設けられ、前記回転シャフトの軸方向に変位可能に設けられたロータと、
前記ロータを前記軸方向に変位させる駆動機構と、
前記回転シャフトから動力の一部を前記駆動機構の動力として前記駆動機構に伝達可能な伝達機構と、
を備えた回転電機。
【請求項２】
前記駆動機構は、前記ロータを押圧する押圧部材を含み、
前記回転シャフトは、前記軸方向に延び、前記押圧部材の一部を受け入れ可能な穴部と、外周面から前記穴部に達する貫通孔とを含み、
前記ロータは、前記回転シャフトに対して前記軸方向に移動可能に設けられるとともに、前記貫通孔から前記穴部内に達し、前記押圧部材によって押圧される壁部を含む、請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記回転シャフトに接続されたギヤ部を含む減速機構をさらに備え、
前記駆動機構は、前記回転シャフトを押圧する押圧部材を含み、
前記回転シャフトは、前記ギヤ部に対して相対移動可能に設けられた、請求項１に記載の回転電機。
【請求項４】
前記伝達機構は、前記回転シャフトからの動力によって回転可能とされた回転子と、前記回転子を収容し、内部に収容した液体状または気体状の媒体を前記回転子の回転によって前記駆動機構に供給する収容ケースとを含み、
前記駆動機構は、前記伝達機構から供給される前記媒体の圧力によって、前記ロータを前記軸方向に変位させる押圧部材を含む、請求項１に記載の回転電機。
【請求項５】
前記回転シャフトを回転自在に支持可能な軸受部をさらに含み、前記伝達機構は、前記軸受部に前記液体状の媒体を供給可能な供給部をさらに備える、請求項４に記載の回転電機。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の回転電機と、
前記ステータおよび前記ロータの少なくとも一部を収容するホイールとを備えた電動輪。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機および回転電機を備えた電動輪に関し、特に、高速回転時に回転電機に生じる逆起電力の低減を図るための回転電機および電動輪に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からモータ等の回転電機において、ロータの高速回転時にステータコイルに生じる逆起電力を低減するために所謂弱め界磁制御が行なわれている。
【０００３】
しかし、この弱め界磁制御においては、ステータコイルに供給する電流のタイミングを最適なタイミングからずれた弱め界磁電流をステータコイルに供給するため、弱め界磁制御を行なうとかえって回転電機の効率が落ちるという問題があった。
【０００４】
このような従来からの課題に鑑みて、弱め界磁制御を行なわずに、ロータの高速回転時にステータコイルに生じる逆起電力の低減が図られた回転電機が各種提案されている。たとえば、特表２００５−５２０４７１号公報には、ロータとステータとの対向面積を低減させる方向にロータを移動させる手段を備えたモータが提案されている。このモータにおいては、回転シャフトに沿ってロータを動かす手段としてアクチュエータが設けられている。
【０００５】
また、たとえば、特開２００４−３３６８８０号公報には、ロータが高速回転すると、ロータ内の永久磁石をロータの軸方向に変位させる永久磁石直動機構を備えたモータが提案されている。
【０００６】
さらに、特開平４−２５１５３４号公報には、ロータの外周面に張り付けられた永久磁石と、ロータ内に可動に設けられ、ロータの径方向に変位可能とされた可動磁石とを備えたモータが提案されている。このモータにおいては、ロータが高速回転すると、遠心力によって、可動磁石が外周面に設けられた磁石に近接し、この磁石の磁束を低減するようになっている。
【特許文献１】特表２００５−５２０４７１号公報
【特許文献２】特開２００４−３３６８８０号公報
【特許文献３】特開平４−２５１５３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特表２００５−５２０４７１号公報に記載されたモータにおいては、ロータを変位させるためのアクチュエータを駆動するための機構について何等記載されていない。このため、たとえば、ロータの回転数に合わせて、ロータをステータに対して変位させるためには、別途ロータの回転速度の検出手段と、検出されたロータの回転速度に合わせてアクチュエータを駆動するための駆動機構とを設ける必要が生じ、非常に複雑な構成となる。
【０００８】
また、特開２００４−３３６８８０号公報および特開平４−２５１５３４号公報に記載されたモータにおいては、ロータの高速回転時に、磁石のみを変位させると、ロータの内壁面等と可動磁石とが衝突するケースが多くなる。その一方で、磁石は脆いため可動磁石に亀裂などが生じやすくなる。
【０００９】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁石のみでなく、ロータごと変位させることで、ステータコイルに生じる逆起電力の低減を図るとともに、簡易な構成でロータを回転速度に合わせて変位可能とした回転電機および電動輪を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る回転電機は、コイルを有する環状のステータと、ステータ内に設けられた回転シャフトと、回転シャフトに設けられ、回転シャフトの軸方向に変位可能に設けられたロータと、ロータを軸方向に変位させる駆動機構と、回転シャフトから動力の一部を駆動機構の動力として駆動機構に伝達可能な伝達機構とを備える。好ましくは、駆動機構は、ロータを押圧する押圧部材を含み、回転シャフトは、軸方向に延び、押圧部材の一部を受け入れ可能な穴部と、外周面から穴部に達する貫通孔とを含み、ロータは、回転シャフトに対して軸方向に移動可能に設けられるとともに、貫通孔から穴部内に達し、押圧部材によって押圧される壁部を含む。好ましくは、上記回転シャフトに接続されたギヤ部を含む減速機構をさらに備え、駆動機構は、回転シャフトを押圧する押圧部材を含み、回転シャフトは、ギヤ部に対して相対移動可能に設ける。好ましくは、上記伝達機構は、回転シャフトからの動力によって回転可能とされた回転子と、回転子を収容し、内部に収容した液体状または気体状の媒体を回転子の回転によって駆動機構に供給する収容ケースとを含み、駆動機構は、伝達機構から供給される媒体の圧力によって、ロータを軸方向に変位させる押圧部材を含む。好ましくは、上記回転シャフトを回転自在に支持可能な軸受部をさらに含み、伝達機構は、軸受部に液体状の媒体を供給可能な供給部をさらに備える。本発明に係る電動輪は、上記回転電機と、ステータおよびロータの少なくとも一部を収容するホイールとを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る回転電機および電動輪によれば、回転シャフトが高速で回転すると、伝達機構から駆動機構に伝達される動力も大きくなり、駆動機構がロータを大きく変位させ、ステータとロータとの対向面積を小さくすることができ、コイルに生じる逆起電力の低減を図ることができる。また、回転シャフトの回転運動を駆動機構の駆動力として利用することにより、ロータの回転速度に応じた駆動力を提供することができ、ロータの回転速度の検出手段を要さず、簡易な構成とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明に基づく回転電機、電動輪および車両の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付して、その説明を繰り返さない場合がる。
【００１３】
図１は、本発明の１つの実施の形態に係る車両に含まれる電動輪１の概略構成を示した断面図である。
【００１４】
この図１に示されるように、電動輪１は、ホイールディスク１００と、ホイールハブ２００と、インホイールモータ４００と、ディスクロータ５００と、ブレーキキャリバ６００とを備えている。
【００１５】
インホイールモータ４００は、ステータコア４２４Ａおよびコイル４２４Ｂを有するステータ４２４と、このステータ４２４内に設けられた回転シャフト４９０と、この回転シャフト４９０の軸方向に変位可能に設けられたロータ４２３とを備えている。なお、ロータ４２３の表面または内部には、図示されない複数の永久磁石が設けられている。
【００１６】
そして、電動輪１は、ロータ４２３を回転シャフト４９０の軸方向に変位させる油圧シリンダ（駆動機構）７１０と、回転シャフト４９０の回転運動を油等の媒体Ａを介して、油圧シリンダ７１０に伝達可能な油圧ポンプ（伝達機構）７００とを備えている。油圧ポンプ７００は、減速機構４３０を介し回転シャフト４９０に接続されている。
【００１７】
このインホイールモータ４００においては、回転シャフト４９０の回転数・回転速度が上昇すると、減速機構４３０を介して油圧ポンプ７００に伝達される動力も上昇し、油圧ポンプ７００の動力も上昇する。
【００１８】
このため、油圧シリンダ７１０がロータ４２３を変位させる変位量も大きくなり、ロータ４２３とステータ４２４との対向面積を低減することができ、コイル４２４Ｂに生じる逆起電力を低減することができる。
【００１９】
図２は、油圧ポンプ７００の内部構成を示す断面図である。この図２に示すように、油圧ポンプ７００は、図１に示す減速機構４３０を介して回転シャフトに４９０に接続された駆動軸１２ａと、この駆動軸１２ａと一体的に回転する回転子１２ｂとが設けられている。そして、回転子１２ｂに複数のベーン１２ｃが設けられている。
【００２０】
また、油圧ポンプ７００は、回転子１２ｂおよびベーン１２ｃを収容するカムリング（収容ケース）１２ｄをさらに備えている。
【００２１】
カムリング１２ｄには、油たまりに接続され、油が吸込まれる吸込口１２ｇと、カムリング１２ｄ内の油が吐出される吐出口１２ｈとを備えている。
【００２２】
カムリング１２ｄの内周面１２ｅは、楕円形状に形成されており、この内周面１２ｅと各ベーン１２ｃとの間には、ポンプ室１２ｆが形成されている。そして、回転子１２ｂの回転に伴いポンプ室１２ｆの容積が増大すると、カムリング１２ｄに形成された油がポンプ室１２ｆ内に吸込まれる。
【００２３】
また、回転子１２ｂの回転に伴いポンプ室１２ｆ内の容積が小さくなると、ポンプ室１２ｆ内に吸込まれた油は、加圧された状態で吐出口１２ｈから吐出される。そして、吐出口１２ｈから吐出された媒体Ａは、図１に示す給油管７０１を通って、油圧シリンダ７１０に供給される。
【００２４】
なお、油圧ポンプとしては、ギヤポンプやベーンポンプのいずれでも採用することができる。また、油圧ポンプに限られず、空圧ポンプであってもよい。
【００２５】
図１において、減速機構４３０は、インホイールモータ４００の回転シャフト４９０に接続された小径ギヤ４３１と、この小径ギヤ４３１に噛合する中間ギヤ４３２と、この中間ギヤ４３２に噛合する大径ギヤ４３４とを備えている。なお、大径ギヤ４３４は、中間ギヤ４３２より大径とされており、中間ギヤ４３２は、小径ギヤ４３１より大径とされている。
【００２６】
大径ギヤ４３４には、図２に示す駆動軸１２ａと、ホイールハブ２００を介してホイールディスク１００に接続されたシャフト４５０とが接続されている。
【００２７】
このため、インホイールモータ４００からの動力は、減速機構４３０を介してホイールディスク１００に伝達される一方で、駆動軸１２ａにも伝達される。なお、上記のような減速機構４３０に代えて、プラネタリギヤを減速機構として採用してもよい。
【００２８】
そして、インホイールモータ４００の回転シャフト４９０の回転数が上昇すると、図２に示す駆動軸１２ａの回転数も上昇する。このため、図２に示す油圧ポンプ７００が図１に示す油圧シリンダ７１０に供給する媒体Ａの供給圧力も上昇する。その一方で、回転シャフト４９０の回転数が低くなると、油圧シリンダ７１０に供給される媒体Ａの供給圧力も低くなる。
【００２９】
図３は、インホイールモータ４００の内部構成を示す断面図である。この図３に示すように、回転シャフト４９０は、油圧シリンダ７１０側の端部側で開口し、軸方向に延びる穴部５２４Ａが形成されており、穴部５２４Ａ内には、油圧シリンダ７１０のロッド７１１が当接する節部（係合部）４２５が形成されている。
【００３０】
油圧シリンダ７１０のロッド７１１は、図１に示す給油管７０１を介して供給される油圧に応じて節部４２５を回転シャフト４９０の軸方向に向けて押圧する。
【００３１】
そして、ロッド７１１が節部４２５を押圧すると、回転シャフト４９０および回転シャフト４９０に固設されたロータ４２３は、回転シャフト４９０の軸方向に沿って小径ギヤ４３１側に変位する。このように、図３に示す例においては、ロータ４２３を直接押圧しないため、ロータ４２３の磨耗などを抑制することができる。さらに、ロッド７１１は、回転シャフト４９０の軸線（回転軸線）およびその近傍を押圧するようになっているため、ロッド７１１と回転シャフト４９０との間に生じる摩擦を小さく抑えることができる。
【００３２】
回転シャフト４９０の小径ギヤ４３１側の端部には、回転シャフト４９０の外周面から径方向外方に向けて突出する突出部４２６が形成されている。
【００３３】
小径ギヤ４３１は、内部に回転シャフト４９０の軸方向に延びる穴部４７１が形成されている。そして、この穴部４７１の内周面には、突出部４２６が嵌りこむ溝部４７０が回転シャフト４９０の軸方向に延びており、突出部４２６は、溝部４７０内を移動可能とされている。なお、上記突出部４２６および溝部４７０をそれぞれ複数設けてもよい。
【００３４】
このため、回転シャフト４９０が小径ギヤ４３１側に変位すると、回転シャフト４９０の端部は、順次小径ギヤ４３１の穴部４７１内に受け入れられ、回転シャフト４９０は、小径ギヤ４３１に対して回転シャフト４９０の軸方向に沿って相対的変位可能とされている。その一方で、回転シャフト４９０が周方向に回転すると、突出部４２６と溝部４７０の内側面とが係合し、小径ギヤ４３１も周方向に回転する。このため、ロータ４２３は、回転シャフト４９０と一体とされた状態で、周方向に回転可能であるとともに、軸方向に沿ってステータ４２４に対して相対移動可能とされている。
【００３５】
このため、小径ギヤ部４３１自体を変位させることなく、ロータ４２３を軸方向に沿って変位させることができる。さらに、上記のように回転シャフト４９０を構成することにより、回転シャフト４９０のロータ４２３の両側に軸受部９００を設けることができ、回転シャフト４９０に生じる振動を抑制することができる。
【００３６】
図４は、ロータの回転数と、油圧シリンダに供給される油圧、ステータのコイルに生じる逆起電力およびステータのコイルに供給される電圧との関係を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸にロータの回転数をとり、縦軸に油圧および電圧をとったグラフである。
【００３７】
このグラフにおいて、破線Ｌ１は、コイル４２４Ｂに供給される電圧を示し、破線Ｌ２は、ロータ４２３がステータ４２５Ａに対して相対移動しない場合にコイル４２４Ｂに生じる逆起電力の電圧を示す。さらに、線分Ｌ３は、油圧ポンプ７１０に供給される油圧を示し、点Ｐ１は、本実施の形態に係るインホールモータ４００において、コイル４２４Ｂに生じる逆起電力を示す。
【００３８】
この図４に示すグラフにおいて、ロータ４２３の回転数が上昇すると、図１に示す小径ギヤ４３１の回転数が上昇する。これに伴い、油圧ポンプ７００が油圧シリンダ７１０に供給する油圧も上昇することがわかる。
【００３９】
このため、図３において、ロッド７１１が回転シャフト４９０およびロータ４２３を小径ギヤ４３１側に向けて変位させる。
【００４０】
図５および図６は、ロータ４２３および回転シャフト４９０が小径ギヤ４３１に向けて変位したときの断面図である。この図５に示すように、ロータ４２３が小径ギヤ４３１側に変位することにより、ロータ４２３とステータ４２４との対向面積が順次小さくなる。
【００４１】
このため、コイル４２４Ｂを横切る磁束量の変化率を低減することができ、コイル４２４Ｂに生じる逆起電力の上昇を抑えることができる。これにより、たとえば、インバータ等を介して燃料電池または大型のコンデンサからコイル４２４Ｂに供給される電圧よりも、逆起電力が高くなることを抑制することができる。
【００４２】
特に、本実施の形態においては、ロータ４２３の移動量と、ロータ４２３の回転数とが比例するため、コイル４２４Ｂに生じる逆起電力を一定に維持することができる。
【００４３】
すなわち、図４の点Ｐ１に示されるように、コイル４２４Ｂに生じる逆起電力は、ロータ４２３の回転数に関係なく略一定に保たれる。このため、コイル４２４Ｂに供給される電流の電圧より、逆起電力を低減することができ、ロータ４２３が高速回転しても、弱め界磁制御を行なう必要もなく、電流をコイル４２４Ｂに良好に供給することができる。
【００４４】
また、図２に示す油圧ポンプ７００の駆動軸１２ａをホイールディスク１００および回転シャフト４９０に直接または間接的に接続するという簡易な構成によって、ロータ４２３を変位させることができ、低廉なコストで逆起電力の低減を図ることができる。
【００４５】
ここで、ロータ４２３の回転数が落ちてくると、図２に示す油圧ポンプ７００の回転子１２ｂの回転数も落ちる。このため、油圧ポンプ７００から図５に示す油圧シリンダ７１０に供給される媒体Ａの油圧も低減される。
【００４６】
油圧シリンダ７１０のロッド７１１が回転シャフト４９０を小径ギヤ４３１側に向けて押圧する押圧力も低減される。その一方で、ロータ４２３は、ステータ４２４側に磁気的に常に引き付けられており、油圧シリンダ７１０からの押圧力が低減されると、ロータ４２３は、この吸引力によってステータ４２４側に引き戻される。
【００４７】
そして、ロータ４２３の回転数が低速となると、図３に示されるように、ロータ４２３の全周面がステータ４２４の内周面とが対向するように配置され、高トルクを得ることができる。
【００４８】
図１に示すように、油圧シリンダ７１０油圧ポンプ７００との間を接続する給油管７０１に別途給油管を接続して、軸受部９００に油を供給するようにしてもよく、さらに、コイル４２４Ｂに冷却油として油を供給するようにしてもよい。
【００４９】
これにより、軸受部９００の潤滑および、コイル４２４Ｂの冷却も同時に達成することができる。なお、油圧ポンプ７００から供給される油圧は、ロータ４２３および回転シャフト４９０の回転数が上昇するにしたがって、順次高くなるため、軸受部９００への給油およびコイル４２４Ｂの冷却には、好適である。
【００５０】
さらに、油圧ポンプ７００に代えて、空圧ポンプを採用した場合には、図３に示すロータ４２３とステータ４２４とのギャップに空気を供給するようにしてもよい。これにより、ロータ４２３とステータ４２４との間に油やその他の異物が入り込むことを抑制することができ、さらに、ロータ４２３の冷却も兼ねることができる。
【００５１】
図７は、本実施の形態に係る電動輪１の第１変形例を示す断面図であり、図８は、図７に示す電動輪１の高速回転時における断面図である。また、図９は、図７に示すＩＸ−ＩＸ線における断面図である。
【００５２】
図７に示すように、ロータ４２３には、油圧シリンダ７１０側に開口部し、軸方向に延びる穴部８１０が形成されている。
【００５３】
そして、図７および図９に示すように、回転シャフト８０１の周面には、穴部８１０に達する穴部８０３と、回転シャフト８０１の軸方向に沿って延びる溝部８０２とが形成されている。
【００５４】
穴部８０３は、回転シャフト８０１の周面の対向する部分に２箇所形成されており、この穴部８０３には、ロータ４２３のエンド部に形成された突出部８００が挿入されている。なお、図７に示すように、穴部８０３は、回転シャフト８０１の軸方向に延びている。そして、溝部８０２には、ロータ４２３の周面に形成され、周面から径方向内方に向けて突出する突出部４２３Ａが嵌め込まれている。
【００５５】
この突出部４２３Ａは、溝部８０２内を回転シャフト８０１の軸方向に移動可能な一方で、回転シャフト８０１の周方向においては、溝部８０２の内壁面と係合している。このため、ロータ４２３は、回転シャフト４９０を軸方向に相対的に移動可能な一方で、ロータ４２３が周方向に回転すると、回転シャフト８０１も周方向に回転する。
【００５６】
そして、ロータ４２３の突出部８００は、油圧シリンダ７１０のロッド７１１によって押圧されており、油圧シリンダ７１０内の油圧が上昇すると、ロータ４２３は、回転シャフト８０１の軸方向に沿って移動する。このように、ロッド７１１は、ロータ４２３の回転中心およびその近傍を押圧することができ、ロッド７１１とロータ４２３との間の生じる摩擦を低減することができる。
【００５７】
そして、図８に示すように、ロータ４２３が、ステータ４２４に対して軸方向にずれることにより、コイル４２４Ｂに生じる逆起電力の低減を図ることができる。
【００５８】
なお、本実施の形態においては、インホイールモータに適用した場合について説明したが、インホイールモータに限られず、エンジンと回転電機とをプラネタリギヤで接続して、車輪に動力を供給するような形式においても適用することができる。
【００５９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、回転電機および回転電機を有する電動輪に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の１つの実施形態に係る車両に含まれる電動輪の概略構成を示した断面図である。
【図２】油圧ポンプの内部構成を示す断面図である。
【図３】インホイールモータの内部構成を示す断面図である。
【図４】ロータの回転数と、油圧シリンダに供給される油圧、ステータのコイルに生じる逆起電力およびステータのコイルに供給される電圧との関係を示すグラフである。
【図５】ロータおよび回転シャフトが小径ギヤに向けて変位したときの断面図である。
【図６】ロータおよび回転シャフトが小径ギヤに向けて変位したときの詳細を示す断面図である。
【図７】本実施の形態に係る電動輪の第１変形例を示す断面図である。
【図８】図７に示す電動輪の高速回転時における断面図である。
【図９】図７に示すＩＸ−ＩＸ線における断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  電動輪、１００  ホイールディスク、２００  ホイールハブ、４００  インホイールモータ、４２３  ロータ、４２４  ステータ、４２４Ａ  ステータコア、４２４Ｂ  コイル、４２５  節部、４２６  突出部、４３０  減速機構、４９０  回転シャフト、５００  ディスクロータ、６００  ブレーキキャリバ、７００  油圧ポンプ、７１０  油圧シリンダ、７１１  ロッド、９００  軸受部。
【図１】
2008131790.tif 000003
【図２】
2008131790.tif 000004
【図３】
2008131790.tif 000005
【図４】
2008131790.tif 000006
【図５】
2008131790.tif 000007
【図６】
2008131790.tif 000008
【図７】
2008131790.tif 000009
【図８】
2008131790.tif 000010
【図９】
2008131790.tif 000011