(57)【要約】【課題】電動機のロータの回転によって一次コイルに誘起される電圧を低減する。【解決手段】永久磁石型同期モータ１２を備える電動機１０において、同期モータ１２のステータ２０を動かすための超音波モータ１４を設ける。超音波モータ１４によりステータ１６を螺旋状に駆動する。これにより、同期モータのステータ２０が、ロータ１８に対し軸線方向に変位する。ステータ２０の変位により、ステータ２０とロータ１８の対向する範囲が変化する。この対向範囲を減少させることにより、一次コイルに誘起される電圧が低減される。【選択図】図２
2012100431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータとステータを有し、ロータを回転駆動する回転モータと、
前記ステータを、前記ロータに対して前記ロータの回転軸線方向に変位させる軸線方向駆動手段と、
を有する、電動機。
【請求項２】
請求項１に記載の電動機であって、前記軸線方向駆動手段は、前記ステータを螺旋方向に移動させる、電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気モータ（以下、単にモータと記す。）のステータのコイルには、ロータの回転によって逆起電力、すなわちステータのコイルに供給される電力と逆向きの電力が発生する。この逆起電力は、モータの回転速度が高くなるに従って大きくなる。また、ロータに永久磁石が配置された永久磁石型モータにおいては、ロータが外部より回転駆動されると、ステータのコイルに誘起電圧が発生する。また、ロータ側に電力を供給するコイルを配置する構成を採るモータも知られている。
【０００３】
下記特許文献１には、回転軸線方向に並べられた２個のステータを有するモータが開示され、このモータにおいては、一方のステータが他方のステータに対し回転して、互いの位相を変更可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１６０２７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の逆起電力または誘起電圧が大きくなると、ステータコイルに電力を供給する回路に影響がある。本発明は、モータの逆起電力または誘起電圧の抑制を一つの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の電動機は、回転モータと、この回転モータのステータを、回転モータのロータに対してロータの回転軸線の方向に変位させる手段を有する。ステータを変位させることで、ロータと対向するステータの磁極の面積を減らすことができ、逆起電力等を抑制することができる。
【０００７】
また、ステータを螺旋方向に移動させることで、回転軸線方向に変位させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態の電動機１０の概略構成を示す斜視図である。
【図２】電動機１０の概略構成を示す断面図である。
【図３】参考形態の電動機４０の概略構成を示す。
【図４】他の実施形態の電動機５０の概略構成を示す斜視図である。
【図５】参考形態の電動機６０の概略構成を示す斜視図である。
【図６】さらに他の実施形態の電動機７０の概略構成を示す斜視図である。
【図７】超音波モータの構成例を示す分解側面図である。
【図８】超音波モータの構成例を示す分解斜視図である。
【図９】本発明に係る電動機を備えたトランスアクスルの概略構成を示す断面図である。
【図１０】本発明に係る電動機を備えたトランスアクスルの概略構成を示す断面図である。
【図１１】クラッチ機構を含む、本発明の実施形態の電動機を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１および図２には、本実施形態の電動機１０の概略構成が示されている。図１が斜視図、図２がこの電動機１０の回転軸線を含む断面図である。電動機１０は、永久磁石同期モータ（以下、同期モータと記す。）１２を内側に、超音波モータ１４を外側に配置して組み合わせた構成を有する。永久磁石同期モータ１２は、モータ軸１６と一体のロータ１８と、ロータ１８の周囲を取り囲んで配置されるステータ２０を有する。ステータ２０は、ロータ１８に対してモータ軸１６の軸線方向に移動可能となっている。この移動については、後に詳述する。超音波モータ１４は、固定子２２と可動子２４を含む。固定子２２は、回転方向にも、軸方向にも固定されている。可動子２４は、同期モータ１２のステータ２０と一体となっており、これらにより中間円筒２６が形成される。中間円筒２６より内側に位置する同期モータのロータ１８は内側円筒２８とみることができ、また中間円筒２６より外側に位置する超音波モータの固定子２２は外側円筒３０とみることができる。
【００１０】
同期モータ１２は、ロータ１８とステータ２０のいずれか一方に回転磁界を形成するためのコイルが設けられ、他方に永久磁石が設けられる。外部からコイルに電力を供給し、回転磁界を形成すると、この回転磁界と永久磁石が相互作用してロータ１８がモータ軸１６を軸として回転する。後述するように、ステータ２０は、回転方向にも軸線方向にも移動可能であり、これに対してロータ１８は回転運動のみ可能である。外部からの電力供給は、動きが単純なロータ１８に対して行うのが好ましく、よってロータ１８にコイルが、ステータ２０に永久磁石が配置される。しかし、ロータ１８に永久磁石を、ステータ２０にコイルを配置してもよい。このように同期モータ１０は、ロータ１８を回転駆動する回転モータとして機能する。
【００１１】
超音波モータ１４は、高周波電力が供給される圧電素子と、圧電素子に密着するよう配置されている駆動対象となる対象子を含む。超音波モータの固定子２２と可動子２４のいずれか一方に圧電素子が配置され、他方はこの圧電素子に駆動される対象子となる。超音波モータの可動子２４を含む中間円筒２６は移動するので、固定されている固定子２２に圧電素子を設け、これに高周波電力を供給するのが好ましい。しかし、可動子２４に圧電素子を設けてもよい。超音波モータ１４の圧電素子は、固定子２２に設けられる場合、固定子の内周面に螺旋方向に進行する進行波を形成するように構成される。可動子２４に設ける場合には、可動子の外周面に螺旋方向の進行波を形成するように構成される。これにより中間円筒２６は、回転しながら、回転軸線方向に移動する。図１および図２は、中間円筒２６が内側および外側円筒２８，３０と軸線方向に揃った位置から、超音波モータの駆動により軸線方向に変位した状態を示している。よって、電動機１０においては、超音波モータ１４が、回転モータのステータ２０を、ロータ１８に対して回転軸線方向に変位させる手段として機能する。
【００１２】
ロータ１８がステータ２０に対して正面に向き合わず、変位してずれた状態においては、永久磁石から出る磁束のうちコイルを通過する磁束が減少するため、永久磁石の回転によりコイル内に誘起される電圧が抑えられる。したがって、ロータ１８の高速回転時にステータ２０を変位させて、ロータとずらすことにより、逆起電力を減少させることができる。また、電動機１０を車両を駆動するための原動機として用いる場合、車両を牽引するとロータ１８が回転する。このときにも、コイル内に電圧が誘起されるが、ステータを変位させれロータとずらすことにより、この誘起電圧を低下させることができる。
【００１３】
同期モータにおいては、ロータが停止した状態で駆動トルクを発生させようとすると、一つの相に電流が長い時間集中し、このためコイルおよび回路素子が過熱する場合がある。例えば、電動機を車両を駆動するための電動機として用いる場合、登坂路でアクセルペダル操作により車両を停止状態に維持すると、上記の状況となる。この電動機１０は、ステータ２０を回転方向にも駆動することができるので、これを利用して、長時間、１相に電流が集中しないようにすることができる。つまり、超音波モータ１４により中間円筒２６を回転させ、これとは逆向きに、かつ同速度で同期モータ１２によりロータ１８を回転させることにより、ロータ１８は、超音波モータの固定子２２からみれば回転方向において静止する。ただし、中間円筒２６は、回転軸線方向に移動するので、この移動が許容される範囲で上記の動作は実行される。
【００１４】
図３は、参考形態としての電動機４０の概略構成を示す図である。電動機４０においては、前述の電動機１０の同期モータ１２全体が回転軸線方向に変位する。電動機４０は、電動機１０の中間円筒２６、外側円筒３０と同一の構成を有する中間円筒４２、外側円筒４４を有する。内側円筒４６は、単体の構成は、電動機１０の内側円筒と同一であるが、中間円筒４２と共に軸線方向に変位する。
【００１５】
図４は、他の実施形態の電動機５０の概略構成を示す図である。電動機５０は、同心配置された二重の中間円筒５２，５４を有する。外側のものを第１中間円筒５２、内側のものを第２中間円筒５４と記す。さらに、第１中間円筒５２の外側に外側円筒５６、第２中間円筒５４の内側に内側円筒５８を有する。外側円筒５６と第１中間円筒５２の外周側とで第１超音波モータが構成され、第１中間円筒５２の内周側と第２中間円筒５４の外周側とで第２超音波モータが構成される。個々の超音波モータの構成は、電動機１０の超音波モータ１４の構成と同様である。また、第２中間円筒５４と内側円筒５８により同期モータが構成され、この同期モータは、電動機１０と場合と同様にロータ（内側円筒）は、回転軸線方向において固定され、ステータ（第２中間円筒）がロータ（内側円筒）に対して軸線方向において変位する。第１および第２超音波モータの進行波の進む螺旋の向きは、逆向きとなっている。つまり、一方が右ねじの向きであれば、他方は左ねじの向きとなっている。このため、二つの超音波モータを、第１中間円筒５２と第２中間円筒５４が逆向きに回転するように駆動すると、これらの中間円筒５２，５４は回転軸線方向に関し同じ向きに変位する。中間円筒を二重にすることにより、中間円筒が一つの場合に比べ、同期モータのステータを軸線方向において、より大きく変位させることができる。
【００１６】
また、電動機５０において、電動機４０と同様、同期モータのロータとステータを一体に回転軸線方向に変位するようにできる。
【００１７】
図５は、他の参考形態としての電動機６０の構成を示す図である。電動機６０は、同心配置された二重の中間円筒６２，６４を有する。外側のものを第１中間円筒６２、内側のものを第２中間円筒６４と記す。さらに、第１中間円筒６２の外側に外側円筒６６、第２中間円筒６４の内側に内側円筒６８を有する。外側円筒６６と第１中間円筒６２の外周側とで第１超音波モータが構成され、第１中間円筒６２の内周側と第２中間円筒６４の外周側とで第２超音波モータが構成される。個々の超音波モータの構成は、電動機１０の超音波モータ１４の構成と同様である。また、第２中間円筒６４と内側円筒６８により同期モータが構成され、この同期モータは、電動機４０と場合と同様に同期モータ全体が第２中間円筒６４と共に軸線方向に変位する。第１および第２超音波モータの進行波の進む螺旋の向きは、同じ向きとなっている。つまり、一方が右ねじの向きであれば、他方も右ねじの向きとなっている。このため、二つの超音波モータを、第１中間円筒６２と第２中間円筒６４が逆向きに回転するように駆動すると、第１中間円筒６２は外側円筒６６に対して第１の向きに、第２中間円筒６４は第１中間円筒６２に対して第１の向きと逆向きの第２の向きに変位する。二つの超音波モータの進行波の進む向き、つまり螺旋のヘリカル角が等しく、回転の速さが等しければ（向きは反対）、第２中間円筒６４は、外側円筒６６に対して移動しない。この状態が図５に示されている。
【００１８】
図６は、更に他の実施形態の電動機７０の概略構成を示す図である。電動機７０は、電動機１０の中間円筒を軸線方向に分割した構成を有する。第１および第２中間円筒７２，７４の外側に外側円筒７６が、内側に内側円筒７８が配置される。外側円筒７６と第１および第２中間円筒７２，７４の外周側で超音波モータが構成される。第１中間円筒７２により構成される超音波モータと、第２中間円筒７４により構成される超音波モータにおいては、その進行波の形成される螺旋の向きが反対である。つまり、一方の超音波モータにおいては進行波が右ねじの向きに形成され、他方の超音波モータにおいては左ねじの向きに形成される。この結果、２個の超音波モータにより２個の中間円筒７２，７４を同じ向きに回転させた場合、これらの中間円筒は、互いに遠ざかる向き、または互いに近づく向きに移動する。
【００１９】
第１および第２中間円筒７２，７４の内側部分と内側円筒７８で同期モータが構成される。同期モータのロータ（内側円筒）は、回転軸線方向には移動しないよう構成される。前述の、第１および第２中間円筒７２，７４の回転軸線方向の移動により、同期モータのステータは、ロータに対し回転軸線方向に変位する。図６に示すように、第１および第２中間円筒７２，４７を互いに遠ざかる向きに移動させると、同期モータのステータとロータの対向する部分が減少し、同期モータのコイル内に誘起される電圧が減少する。
【００２０】
図７および図８は、超音波モータの一構成例を示す図である。上述の電動機１０の超音波モータ１４および電動機４０，５０，６０，７０の超音波モータは、同軸配置された二重の円筒の対向する円筒面、つまり外側の円筒の内周面と内側の円筒の外周面で構成されている。図７および図８に示す超音波モータ８０は、螺旋状に設けられた斜面を超音波モータとして構成したものである。図７は、超音波モータ８０を構成する可動子８２と固定子８４を分離した状態を示す側面図、図８は同斜視図である。
【００２１】
可動子８２は、円筒形の円筒部８６と、この円筒部８６の外周に設けられる螺旋部８８を含む。螺旋部８８は円筒面の一部である外周面９０と、螺旋状の螺旋側面９２を有する。固定子８４は、円筒形の円筒部９４と、この円筒部８６の内周に設けられる螺旋部９６を有する。螺旋部９６は円筒面の一部である内周面９８と、螺旋状の螺旋側面１００を有する。可動子の螺旋部８８と固定子の螺旋部９６は、お互いの螺旋側面９２，１００が対向し、密着するように配置される。また、二つの螺旋部８８，９６は互いに補い合って一つの円筒を形成するすることができる。また、可動子の螺旋部８８の外周面９０は固定子の円筒部９４の内周面と、また固定子の螺旋部９６の内周面９８は可動子の円筒部８６の外周面と対向している。
【００２２】
圧電素子は、固定子８４の螺旋側面１００または可動子８２の螺旋側面９２に設けられ、対向密着する相手側の螺旋側面を駆動する。可動子８２と固定子８４は、互いに螺旋側面に沿って、回転しつつ、軸線方向にも変位する。この螺旋側面を利用した超音波モータを前述の電動機１０、４０，５０，６０，７０の超音波モータとして採用することができる。
【００２３】
図９および図１０は、ハイブリッド車両のトランスアクスルに、ステータがロータの回転軸線の方向に変位可能な電動機を適用した例を示す図である。トランスアクスル１１０は、変速機構、差動機構、最終減速機構に加え、二つの電動機１１２、１１４を有する。一方の電動機１１４は、永久磁石型同期モータ１１６とその外周に設けられた超音波モータ１１８を有する。同期モータ１１６は、モータ軸１２０と一体に回転するロータ１２２と、ロータ１２２を囲むように位置するステータ１２４を有する。超音波モータ１１８は、図７および図８に示した超音波モータ８０と同一の構成を有する。超音波モータ１１８の可動子１２６はステータ１２４と一体となっており、固定子１２８はトランスアクスルのケース１３０に固定されている。可動子１２６と固定子１２８の軸線方向に対向する面１３２，１３４は、螺旋状となっている。この螺旋側面１３２，１３４は、前述の超音波モータ８０の螺旋側面９２，１００に相当する。
【００２４】
超音波モータ１１８を動作させて可動子１２６を回転させると、可動子１２６は、螺旋側面９２，１００により形成される周方向に関する傾斜により軸線方向に変位する。可動子１２６と一体の同期モータのステータ１２４は、可動子１２６と共に移動し、ロータ１２２に対して回転軸線方向に変位する。図９は、ステータ１２４がロータ１２２に対して正面に位置する通常の配置を示している。一方、図１０においては、ステータ１２４が、ロータ１２２に対して通常の位置から変位した状態が示されている。図１０のように変位すると、ロータ１２２とステータ１２４の対向する範囲が狭くなり、ロータ１２２の回転によってコイルに誘起される電圧が低下する。
【００２５】
図１１は、中間円筒の回転軸線方向の変位によりクラッチを接続および切断する機能を有する電動機１４０の概略構成を示す図である。電動機１４０は、前述の電動機１０と同じ同期モータおよび超音波モータを組み合わせた電動機部１４２と、クラッチ部１４４を有する。電動機部１４２は、モータ軸１４６と一体となった内側円筒１４８と、この外側に二重に配置される中間円筒１５０、外側円筒１５２を有する。超音波モータにより中間円筒１５０を回転軸線方向に変位させることができる。中間円筒１５０には、軸線方向に隣接して押圧板１５４が結合されている。また、モータ軸１４６には入力板１５６が結合されている。入力板１５６に対向して出力板１５８が配置される。
【００２６】
超音波モータにより中間円筒１５０を通常の位置から軸方向に変位させると、押圧板１５４も変位する。さらに、押圧板１５４はスラストベアリング１６０を介して、入力板１５６を押し、入力板１５６が出力板１５８に押し付けられる。これにより、クラッチ部１４４が接続された状態となる。この状態が図１１に示されている。中間円筒１５０を逆に変位させると、入力板１５６が出力板１５８から離れ、クラッチ部１４４が切断状態となる。
【符号の説明】
【００２７】
１０  電動機、１２  永久磁石型同期モータ、１４  超音波モータ、１８  同期モータのロータ、２０  同期モータのステータ、２２  超音波モータの固定子、２４  超音波モータの可動子、２６  中間円筒、２８  内側円筒、３０  外側円筒、１１０  トランスアクスル、１１２，１１４  電動機、１１６  永久磁石型同期モータ、１１８  超音波モータ、１２２  同期モータのロータ、１２４  同期モータのステータ、１２６  超音波モータの可動子、１２８  超音波モータの固定子、１３２，１３４  螺旋側面。
【図１】
2012100431.tif 000003
【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】
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【図８】
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【図９】
2012100431.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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