JP5176298B2 - Variable air gap type rotating electrical machine - Google Patents
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Description
本発明は、回転子であるロータと、固定子であるステータとの隙間(エアギャップ)を可変とすることができる可変エアギャップ式回転電機に関するものである。 The present invention relates to a variable air gap type rotating electrical machine that can change a gap (air gap) between a rotor that is a rotor and a stator that is a stator.
ロータとステータとの隙間はエアギャップと呼ばれ、ロータを駆動するためにロータおよびステータ間で形成される磁気回路の磁気抵抗となる。ロータが高速で回転するときなど、回転電機の運転状態に応じて任意に、エアギャップを変化させることができるアキシャルギャップ型回転電機としては従来、例えば特許文献1に記載のごときものが知られている。
特許文献1に記載のアキシャルギャップ型回転電機は、ステータとロータとの間の隙間、すなわちエアギャップ、の間隔がカウンタ振り子などのアクチュエータによって変化する。
In the axial gap type rotating electrical machine described in Patent Document 1, the gap between the stator and the rotor, that is, the gap of the air gap is changed by an actuator such as a counter pendulum.
しかし、上記従来のようなアキシャルギャップ型回転電機にあっては、以下に説明するような問題を生ずる。つまり、ロータおよびステータ間の磁力に抗してロータ全体を軸方向に平行移動させることから、アクチュエータが大きな力をロータに与える必要がある。そうするとアクチュエータが大型化して、当該アキシャルギャップ型回転電機の搭載性が制約される不都合が生じ、重量が増大する。 However, the conventional axial gap type rotating electrical machine has the following problems. That is, since the entire rotor is translated in the axial direction against the magnetic force between the rotor and the stator, the actuator needs to apply a large force to the rotor. If it does so, an actuator will enlarge, the problem which the mounting property of the said axial gap type rotary electric machine will be restrained will arise, and a weight will increase.
本発明は、上述の実情に鑑み、小さな力でロータを移動することが可能なアキシャルギャップ型の可変エアギャップ式回転電機を提案するものである。 In view of the above circumstances, the present invention proposes an axial gap type variable air gap type rotating electrical machine capable of moving a rotor with a small force.
この目的のため本発明による可変エアギャップ式回転電機は、ステータおよびロータを、軸方向に対向させて配置したアキシャルギャップ型構造を有し、対向面を軸方向に移動可能とした可変エアギャップ式回転電機において、前記ロータのロータコアをロータシャフトの軸回りに複数の鋼板を径方向に積層し、かつ鋼板が軸方向に互いにずれを生じるように移動可能に積層して構成し、前記ロータコアをロータシャフトと共に回転するロータベースに対して、前記ロータコアの外径側部および内径側部のいずれか一方が軸方向移動不能に固定され、他方が軸方向移動可能に取り付けられ、前記ステータと軸方向に対向するロータコアの対向面の外径側の鋼板の軸方向移動量と内径側の鋼板の軸方向移動量とが異なるように構成したことを特徴としたものである。
For this purpose, a variable air gap type rotating electrical machine according to the present invention has an axial gap type structure in which a stator and a rotor are arranged so as to face each other in the axial direction, and a variable air gap type whose movable face can be moved in the axial direction. In the rotating electrical machine, the rotor core of the rotor is configured by laminating a plurality of steel plates in the radial direction around the axis of the rotor shaft, and laminating the steel plates so as to be displaced from each other in the axial direction. With respect to the rotor base that rotates together with the shaft, either one of the outer diameter side portion and the inner diameter side portion of the rotor core is fixed to be immovable in the axial direction, and the other is attached to be movable in the axial direction. JP that axial movement of the steel plate of the outer diameter side of the opposing surface of the opposing rotor core and the axial movement of the inner diameter side of the steel plate and are configured differently It is obtained by the.
かかる本発明の構成によれば、ロータの対向面とステータの対向面との間に形成されるエアギャップが変化するよう、ロータの対抗面部材を移動する際に、対抗面部材の外径側部における軸方向移動量と対抗面部材の内径側部における軸方向移動量とが異なることから、対抗面部材は回転軸と非平行に移動ないし傾斜する。このため、僅かな力をもってすれば、対抗面部材を非平行に移動ないし傾斜することが可能であり、小型のアクチュエータで可変エアギャップ式回転電機を実現することができる。したがって従来のように、大きな力で対抗面構成部材全体を軸方向に平行移動する必要がなく、回転電機の搭載性が制約をうけるという前記の問題や、重量増大といった前記の問題を解消することができる。 According to such a configuration of the present invention, when moving the opposing surface member of the rotor such that the air gap formed between the opposing surface of the rotor and the opposing surface of the stator changes, the outer diameter side of the opposing surface member Since the amount of axial movement in the portion and the amount of axial movement in the inner diameter side portion of the facing surface member are different, the facing surface member moves or tilts non-parallel to the rotation axis. For this reason, with a slight force, it is possible to move or incline the opposing surface member non-parallel, and a variable air gap type rotating electrical machine can be realized with a small actuator. Therefore, unlike the prior art, it is not necessary to translate the entire opposing surface component in the axial direction with a large force, and the problems such as the above-mentioned problem that the mountability of the rotating electrical machine is restricted and the increase in weight are solved. Can do.
以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
図1は本発明の第1実施例になる可変エアギャップ式回転電機を、回転軸を含む平面で切断した状態を示す縦断面図である。
図1中、1はロータを示す。ロータ1は円盤形状であって、一点鎖線で表される軸Oを中心に回転する。ロータ1の中央には、軸Oに沿って延在するロータシャフト2を設ける。ロータシャフト2はロータ1の回転を取り出す。ロータ1の軸O方向近傍には破線で示すステータを配置して、これらロータ1およびステータを対向させ、アキシャルギャップ構造の回転電機とする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on examples shown in the drawings.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a state where a variable air gap type rotating electrical machine according to a first embodiment of the present invention is cut along a plane including a rotating shaft.
In FIG. 1, 1 indicates a rotor. The rotor 1 has a disk shape and rotates about an axis O represented by a one-dot chain line. A
ロータ1表面のうちステータと対向する対向面3と、ステータの対向面との間にはエアギャップ4(隙間)が形成される。図1に示すようにロータ対抗面3は通常、軸Oと直角方向であり、ステータの対向面も、軸Oと直角方向であり、これら対向面同士は平行にある。しかし、後述するロータ対抗面3の軸方向移動によって、ロータ対抗面3と、ステータの対向面とは適宜、非平行となり、ロータ1とステータとの距離が変化する。
An air gap 4 (gap) is formed between the facing
ロータ対向面3には、ロータコア5を配設する。また、ステータとは対向しないロータ1の背面には、円盤形状のロータベース6を配設する。ロータベース6は中央でロータシャフト2と結着し、ステータに近い側の表面でロータコア5を支持する。
A
ロータコア5は、薄板の鋼板7を径方向に積層した構造であり、対向面3を構成する。ロータコア5には図示しない複数の永久磁石を軸Oからみて周方向等間隔に配設する。またロータコア5には、半径方向に延在する孔を軸Oからみて周方向等間隔に複数設け、これら孔にはそれぞれ、ロッド状の補強部材8を貫通させる。つまり補強部材8は図1に示すように、径方向、すなわち軸Oと直角方向、に積層した鋼板7を径方向に貫通し、鋼板7が軸O方向にばらばらにほどけないようにする。好ましくは補強部材8の表面を電気抵抗の高い材料で被覆する。鋼板7,7間で電気的に短絡することを防止するためである。また好ましくは摩擦係数の低い材料で被覆する。補強部材8および鋼板7間で摩擦抵抗を軽減してロータコア5の変形を滑らかにするためである。具体的にはテフロン(登録商標)などを用いて補強部材8を被覆する。
ロータコア5の径方向外側端は、ロータベース6の外周縁部9で支持される。またロータコア5の径方向内側端は、ロータベース6の中心部10で支持される。鋼板7は、ロータベース6のこれら外周縁部9および中心部10間に介在することから、鋼板7は径方向にばらばらにほどけることがない。
The
The radially outer end of the
ロータベース周縁部9とロータベース中心部10との間には、ロータコア5およびロータベース6に空隙11を設ける。
A
ロータベース周縁部9には前述した補強部材8の径方向外側端をヒンジ結合する。ロータベース中心部10には径方向に延在する孔12を設け、孔12に補強部材8の内径側部を貫通させる。孔12の内空断面は補強部材8の断面よりも大きく、孔12の内周と補強部材8の外周との間には図1に示すように軸O方向の空隙を有する。
The rotor base
ロータベース中心部10とロータシャフト2との間にはピストン機構を介挿する。このピストン機構のピストン13には補強部材8の内径側端をヒンジ結合する。
A piston mechanism is interposed between the rotor base
ロータベース6とピストン13との間には皿バネ15が介在して、皿バネ15がピストン15を図1に示す通常位置に保持する。ピストン13は、ロータシャフト2と、ロータシャフト2の間で液室14を区画する。液室14はロータシャフト2内部に設けた管路16と接続し、管路16から作動液を授受する。
A
図2は、ピストン13が図1に示す通常位置から、エアギャップ4よりも離れるよう軸方向移動した状態を示す縦断面図である。液室14に作動液が流入すると、液室14が膨張し、ピストン13が皿バネ15を押し込みながらエアギャップ4から離れるよう軸方向移動する。これに伴い、補強部材8の内径側端もエアギャップ4から離れるよう軸方向移動する。同時に補強部材8の内径側部も孔12内を軸方向移動する。
これに対し、補強部材8の外径側端はロータベース6にヒンジ結合したまま軸O方向に移動しない。このように補強部材8の内径側端が、外径側端とは異なるよう軸方向移動すると、補強部材8が傾斜して、ロータコア5は図2に示すように空隙11を狭めながらエアギャップ4から離れるよう軸方向移動する。以上より、ピストン13が僅かな力でロータコア5の内径側部を軸O方向に移動させることが可能であり、ロータコア5の対向面3の軸方向移動量が外径側部と内径側部とで異なることでエアギャップ4を拡幅することができる。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a state in which the
In contrast, the outer diameter side end of the reinforcing
ここでロータコア5の鋼板7に着目すると、図1に示す通常の状態では径方向で隣接する鋼板同士で軸O方向のずれが生じていない。しかし、補強部材8が図2に示すように傾斜するに伴って、径方向で隣接する鋼板同士で軸O方向の微小なずれが生じる。
When attention is paid to the
したがって、補強部材8を設けるとともに、あるいは補強部材8に代えて、図3および図4に示す凹凸形状を鋼板7に設けて径方向で隣接する鋼板同士で生じる軸O方向の微小なずれを適切に規定することにより、ロータコア5の軸方向移動を実現してもよい。
Accordingly, the reinforcing
図3は、図1に示すロータコア5のうち、二点鎖線で表示する部分の鋼板7を拡大して示す図である。鋼板7のうち、一方の表面には、軸方向の幅W1を具えた凹部7aを形成する。また他方の表面には、凹部7aよりも狭い軸方向の幅W2を具えた凸部7bを形成する。そして、これら凹部7aと凸部7bとを係合する。図3に示すように、凸部7bは凹部7aの図中左側に位置する。
FIG. 3 is an enlarged view of the portion of the
図4は、図2に示すロータコア5のうち、二点鎖線で表示する部分の鋼板7を拡大して示す図である。ロータコア5が軸方向に移動すると、隣接する鋼板7同士で軸方向にW1−W2の長さにずれて、図4に示すように、凸部7bは凹部7aの図中右側に移動する。
FIG. 4 is an enlarged view showing a portion of the
図3および図4に示すように、凸部7aの軸方向移動は、凹部7a内に制限される。したがって凹凸係合部7a、7bを設けることによって。隣接する鋼板7,7同士の軸方向移動を、凹部7aの軸方向幅と凸部7bの軸方向幅との差分に規定することができ、鋼板7を径方向に積層したロータコア5の軸方向移動は、図1および図2に示す範囲に規定することが可能となる。この結果、ロータコア5外径側部の軸方向移動量と内径側部の軸方向移動量とが異なるよう構成することができる。
As shown in FIGS. 3 and 4, the axial movement of the
なお、ピストン13を図2に示す位置から、図1に示す通常位置に戻すには、液室14から作動液を流出して液室14を収縮し、皿バネ15がピストン13を押し戻してピストン13がエアギャップ4に近づくよう軸方向移動する。
In order to return the
次に本発明の第2実施例について説明する。
図5は、第2実施例になるロータ1の縦断面図であり、ロータコア5の通常位置を示す。
この第2実施例もロータ21とステータとをロータ1の軸O方向に対向配置したアキシャルギャップ型の回転電機に係る。したがって、上述した第1実施例と共通する構成については、同様の符号を付して説明を省略し、異なる構成について説明する。
図5に示す第2実施例では、ピストン機構をロータコア5の内径側部ではなく外径側部に設ける。ピストン機構のピストン13は、ロータコア5の外径側部と連結し、ロータベース6との間で液室14を区画する。液室14の膨張収縮によってピストン13は軸O方向に移動する。
ロータベース6内部には、管路22を設ける、管路22はロータシャフト2内部の管路16と液室14とを接続する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the rotor 1 according to the second embodiment, and shows a normal position of the
This second embodiment also relates to an axial gap type rotating electrical machine in which the
In the second embodiment shown in FIG. 5, the piston mechanism is provided not on the inner diameter side portion of the
A
図5に示す第2実施例によっても、ピストン13が僅かな力でロータコア5の外径側部を軸O方向に移動に移動させることが可能であり、ロータコア5の対向面3の軸方向移動量が外径側部と内径側部とで異なることでエアギャップ4を拡幅することができる。
Also in the second embodiment shown in FIG. 5, the
これまで説明してきた、ロータコア5の内径側部をロータベース6に軸方向移動可能に取り付けた第1実施例と、ロータコア5の外径側部をロータベース6に軸方向移動可能に取り付けた第2実施例とにつき、ロータコア全体を移動する従来例と比較しつつ説明する。
図6は、ロータコアの軸方向移動量と当該移動に必要な軸方向力との関係を示す特性図である。図6中、横軸は軸方向移動量を示し、縦軸は軸方向力を示す。
ロータコア全体を移動する従来例では、軸方向移動量の大小にかかわらず大きな軸方向力を必要とする。
ロータコア5の外径側部を移動する第2実施例では、軸方向移動量の大小にかかわらず従来例よりも小さな軸方向力で、ロータコア5を移動させることができる。
ロータコア5の内径側部を移動する第1実施例では、軸方向移動量の大小にかかわらず従来例よりも更に小さな軸方向力で、ロータコア5を移動させることができる。
The first embodiment in which the inner diameter side portion of the
FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the axial movement amount of the rotor core and the axial force necessary for the movement. In FIG. 6, the horizontal axis indicates the amount of axial movement, and the vertical axis indicates the axial force.
In the conventional example of moving the entire rotor core, a large axial force is required regardless of the amount of axial movement.
In the second embodiment in which the outer diameter side portion of the
In the first embodiment in which the inner diameter side portion of the
したがって、小型のピストン機構やアクチュエータを用いて可変エアギャップ式回転電機を実現することができ、回転電機の搭載性を向上と、重量増大という問題を解消することができる。 Therefore, a variable air gap type rotating electrical machine can be realized by using a small piston mechanism or actuator, and the problem of improving the mountability of the rotating electrical machine and increasing the weight can be solved.
次に本発明の第3実施例について説明する。
図7は、第3実施例になるロータ1の縦断面図であり、ロータコア5の通常位置を示す。
この第3実施例もロータ31とステータとをロータ1の軸O方向に対向配置したアキシャルギャップ型の回転電機に係る。したがって、上述した第1実施例と共通する構成については、同様の符号を付して説明を省略し、異なる構成について説明する。
図7に示す第3実施例では、ピストン機構をロータコア5の外径側部に設ける。ピストン機構のピストン13は、ロータコア5の外径側部と連結し、ロータベース6との間で液室14を区画する。液室14の膨張収縮によってピストン13は軸O方向に移動する。鋼板7からなるロータコア5には半径方向に延在する孔を設け、この孔に弾性素材からなる中空部材32を貫通させる。つまり中空部材32は図1に示すように、径方向、すなわち軸Oと直角方向、に積層した鋼板7を径方向に貫通し、鋼板7が軸O方向にばらばらにほどけないようにする。鋼板7には、図3、図4および前述した凹凸形状7a、7bを設ける。
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 7 is a longitudinal sectional view of the rotor 1 according to the third embodiment, and shows the normal position of the
This third embodiment also relates to an axial gap type rotating electrical machine in which the
In the third embodiment shown in FIG. 7, the piston mechanism is provided on the outer diameter side portion of the
ロータコア5外径側部にあるピストン機構の液室14は、中空部材32の径方向外側端とを接続する。中空部材32の径方向内側端は、ロータシャフト2内部に設けた管路16と接続する。
The
管路16から中空部材32を経由してピストン機構の液室14に作動液を授受することにより、ピストン13が軸O方向に移動し、ロータコア5外径側部がロータベース6に対して軸方向に移動する。図5はロータコア5およびピストン13の通常位置を示す。液室14に作動液が流入すると、液室14が膨張してピストン13はこの通常位置から皿バネ15を押し込みながら図中左へ軸方向移動する。これに伴い、ロータコア5外径側部が空隙11を狭めながら図示しないステータから遠ざかる。以上より、ロータコア5およびロータ対向面3は軸方向に移動し、エアギャップ4が拡幅する。
By transferring the hydraulic fluid from the
図7に示す第3実施例によっても、ピストン13が僅かな力でロータコア5の外径側部を軸O方向に移動に移動させることが可能であり、ロータコア5の対向面3の軸方向移動量が外径側部と内径側部とで異なることでエアギャップ4を拡幅することができる。
Also in the third embodiment shown in FIG. 7, the
次に本発明の第4実施例について説明する。
図8は、第4実施例になるロータ1の縦断面図であり、ロータコア5の通常位置を示す。
この第4実施例もロータ41とステータとをロータ1の軸O方向に対向配置したアキシャルギャップ型の回転電機に係る。したがって、上述した第1実施例と共通する構成については、同様の符号を付して説明を省略し、異なる構成について説明する。
図8に示す第4実施例では、ロータベース42をロータシャフト2に対して軸方向移動可能に取り付けるロータベース42の中央部はピストン機構のピストンとして、ロータシャフト2の拡径部44との間で液室14を区画する。液室14の膨張収縮によってロータベース42は軸O方向に移動する。液室14から見て遠い側にあるロータベース42の表面、すなわちロータ41の背面、には皿バネ15と、これら皿バネ15およびロータベース42が、ロータシャフト2から抜け出ることを防止する抜け止めナット43とを順次取り付ける。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 8 is a longitudinal sectional view of the rotor 1 according to the fourth embodiment, and shows a normal position of the
The fourth embodiment also relates to an axial gap type rotating electrical machine in which the
In the fourth embodiment shown in FIG. 8, the central portion of the
ロータベース42の外周縁部45は、ロータコア5の外径側部を支持する。
ロータコア5の内径側部は、ロータシャフト2の拡径部44に支持される。
ロータコア5の鋼板7は、ロータベース42の外周縁部45およびロータシャフト2の拡径部44間に介在することから、鋼板7は径方向にばらばらにほどけることがない。
The outer
The inner diameter side portion of the
Since the
液室14に作動液が流入すると、液室14が膨張し、図9に示すようにロータベース42および外周縁部45が皿バネ15を押し込み、空隙11を広げながらエアギャップ4から離れるよう移動する。これに伴い、補強部材8の径方向外側端がエアギャップ4から離れるよう移動する。補強部材8の径方向内側端はロータシャフト2の拡径部44に取り付けられているため、これら両端で軸O方向の移動量が異なり、補強部材8が傾斜する。補強部材8が貫通するロータコア5は、エアギャップ4から離れるよう軸方向移動する。以上より、ロータベース42が僅かな力でロータコア5の外径側部を軸O方向に移動させることが可能であり、ロータコア5の対向面3の軸方向移動量が外径側部と内径側部とで異なることでエアギャップ4を拡幅することができる。
When the hydraulic fluid flows into the
図8および図9に示すように、ロータベース42の背面には、摩擦クラッチ締結部材46を取り付け、エアギャップ4からみてこの摩擦締結部材46よりも遠い側には、被締結部材47を配置する。エアギャップ4を変化させない通常位置では、図8に示すように、ロータ41と被締結部材47とは離れており、両者41,47は締結していない。
これに対し、エアギャップ4を拡幅した状態では、図9に示すように、摩擦締結部材46が被締結部材47と接触し、ロータ41は被締結部材47と締結する。
As shown in FIGS. 8 and 9, a friction
On the other hand, in a state where the
図10は、上述した第4実施例の回転電機と、この回転電機の駆動力を取り出す駆動伝達経路上に設けたクラッチおよびブレーキとを組み合わせた応用例を示す縦断面図である。
ロータシャフト2の先端部には、遊星歯車組51のサンギア51sを結合する。遊星歯車組51のキャリア51cは、遊星歯車組51からみてロータシャフト2とは反対側に設けた出力軸52と結合する。サンギア51sとキャリア51cとの間には摩擦クラッチ53を挿置する。遊星歯車組51のリングギア51rと減速機ケース等の固定部材54との間には摩擦ブレーキ55を挿置する。この構成は、車両のパワートレーンとして用いる。
FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing an application example in which the rotating electric machine of the fourth embodiment described above is combined with a clutch and a brake provided on a drive transmission path for taking out the driving force of the rotating electric machine.
A
摩擦クラッチ53は、ロータ41の近傍に配置される。ロータ41の背面には突起48を設ける。図10に示すように、通常はエアギャップ4を小さく設定しておくことから、ロータベース42は、図10中左方のステータ49側に位置し、摩擦クラッチ53から離れている。したがって、突起48と摩擦クラッチ53との間には空隙56が生じる。空隙56は、ロータ41に遊星歯車組51側から熱が及ぶことを防止する。摩擦クラッチ53は解放されている。同時に、摩擦ブレーキ55は、附属のアクチュエータ57によって締結されている。そうすると、キャリア51cの回転数がサンギア51sの回転数よりも少なく、ロータ41の回転が減速されて出力軸52に伝達される減速状態となる。なお、エアギャップ4は小さいため、ロータ41が出力するトルクは大きい。
The
摩擦ブレーキ55を締結したまま、前述したように液室14に作動液を供給してエアギャップ4を拡幅すると、ロータベース42が図10中右方の摩擦クラッチ53側に移動する。この移動中、突起48が空隙56は狭まるものの、摩擦クラッチ53は未だ押しつけられていない。そうすると、摩擦クラッチ締結部材および非締結部材であるキャリア51cおよびサンギア51sは解放されているものの、エアギャップ4の拡幅に伴って、ロータ41のトルクは減少する。つまり、上述した減速状態よりもロータ41のトルクが減少し、かつ、ロータ41の回転が減速されて出力軸52に伝達される過渡状態にある。
When the hydraulic fluid is supplied to the
液室14に作動液を十分供給してロータベース42が摩擦クラッチ53側に完全に移動すると、摩擦クラッチ53が完全締結し、キャリア51cおよびサンギア51s間で締結が完了する。同時に、摩擦ブレーキ55は、附属のアクチュエータ57によって解放される。そうすると、キャリア51cの回転数がサンギア51sの回転数と一致し、直結状態となる。なお、エアギャップ4は大きいため、直結状態ではロータ41が出力するトルクが小さい。
When the hydraulic fluid is sufficiently supplied to the
上述した減速状態と、過渡状態と、直結状態との関係で表すと、図11に示すグラフようになる。図11中、横軸は車速[km/h]を表し、出力軸52の回転数[rpm]と等価である。図11中、縦軸は出力軸52の駆動力[N]を表す。
図10に示す実施例によれば、減速状態では出力軸52の駆動トルクを大きくすることができ、過渡状態では出力軸52の駆動トルクを小さくすることができる。また減速状態から過渡状態を経て直結状態に切り換え操作したり、これとは逆向きに切り換え操作したりする際に、出力軸52の駆動トルクを適切に制御することができる。さらに、ロータベース42が、エアギャップ4を調節するだけでなく、摩擦クラッチ53のアクチュエータとしての役目を兼用することから、部品スペースの節減および部品点数の削減に寄与することができ、コスト上有利となる。
なお、図10に示す実施例の他、図には示さなかったが突起48の形状を変更したり、空隙56の大きさを変更したりして、摩擦クラッチ53および摩擦ブレーキ55の締結解放パターンを様々なバリエーションで実現することが可能である。
When represented by the relationship between the deceleration state, the transient state, and the direct connection state, the graph shown in FIG. 11 is obtained. In FIG. 11, the horizontal axis represents the vehicle speed [km / h] and is equivalent to the rotational speed [rpm] of the
According to the embodiment shown in FIG. 10, the driving torque of the
In addition to the embodiment shown in FIG. 10, although not shown in the drawing, the engagement release pattern of the
ところで、上記した各実施例によれば、対向面3を有するロータコア5のうち、外径側部の軸方向移動量と内径側部の軸方向移動量とが異なるよう構成したことことから、従来のようにロータコア5全体を平行移動することなくエアギャップ4を変化させることができる。したがって、僅かな力を用いて可変エアギャップ式回転電機を実現することが可能となり、ピストン機構等のアクチュエータの小型化・省力化を図ることができる。また回転電機の重量や部品の占有スペースが増大するといった弊害を解消することができる。
なおロータまたはステータのいずれか一方の対向面部材を軸Oと非平行に移動させればよいことから、上述したようにエアギャップ4のロータ側対向面3を構成するロータコア5を移動させる他、図には示さなかったが、エアギャップ4のステータ側対向面を構成する部材について、当該部材のうち、外径側部の軸方向移動量と内径側部の軸方向移動量とが異なるよう構成してもよいこと勿論である。
By the way, according to the above-described embodiments, the
In addition, since it is only necessary to move the opposing surface member of either the rotor or the stator non-parallel to the axis O, as described above, the
具体的には、第1実施例では、対向面3を構成する部材であるロータ1のロータコア5のうち、ロータコア外径側部をロータ1のロータベース6に軸方向移動不能に取り付け、ロータコア内径側部をロータベース6にピストン13を介して軸方向移動可能に取り付けたことから、僅かな力で対向面部材であるロータコア5を軸方向移動することが可能となり、ピストン機構等のアクチュエータの小型化・省力化を図り、回転電機の重量や部品の占有スペースが増大するといった弊害を解消することができる。また、内径側にピストン機構を設けることから、ロータシャフト2から液室14まで管路16を容易に配索することができる。
Specifically, in the first embodiment, of the
また、第2実施例および第3実施例では、対向面3を構成する部材であるロータ21,31のロータコア5のうち、ロータコア内径側部をロータ21,31のロータベース6に軸方向移動不能に取り付け、ロータコア外径側部をロータベース6にピストン13を介して軸方向移動可能に取り付けたことから、
アクチュエータとしてピストン機構を採用する場合には、周長が長い外径側でピストン面積などを大きくすることができ、ピストン機構の径方向寸法を短くすることができる。
In the second and third embodiments, the rotor core inner diameter side portion of the
When a piston mechanism is employed as the actuator, the piston area and the like can be increased on the outer diameter side having a long circumference, and the radial dimension of the piston mechanism can be shortened.
また、第4実施例では、対向面3を構成する部材であるロータ41のロータコア5のうち、ロータコア内径側部をロータ41のロータシャフト2に軸方向移動不能に取り付け、ロータコア外径側部をロータ41のロータベース42に取り付け、ロータベース42をロータシャフト2に軸方向移動可能に取り付けたことから、
僅かな力で対向面部材であるロータコア5を軸方向移動することが可能となり、ピストン機構等のアクチュエータの小型化・省力化を図り、回転電機の重量や部品の占有スペースが増大するといった弊害を解消することができる。またロータベース42の軸方向移動を別途アクチュエータとして援用することができる。
Further, in the fourth embodiment, of the
It is possible to move the
第4実施例の可変エアギャップ式回転電機を応用した実施例として、図10に示すようにロータ41の駆動伝達経路上に摩擦クラッチ53および摩擦ブレーキ55の少なくとも一方を設け、ロータベース42の軸O方向移動を利用して摩擦クラッチ53を締結解放するよう構成したことから、ロータベース42が、エアギャップ4を調節するだけでなく、摩擦クラッチ53のアクチュエータとしての役目を兼用して、部品スペースの節減および部品点数の削減に寄与することができ、コスト上有利となる。
As an embodiment in which the variable air gap type rotating electrical machine of the fourth embodiment is applied, at least one of a
そして第1実施例〜第4実施例においてロータコア5は、鋼板7を径方向に積層したものであって、永久磁石を具えたことから、本発明になる可変エアギャップの技術を、ロータに永久磁石を用いた永久磁石モータにおいて適用することができ、ロータコア5が変形しながらエアギャップが変化するという特異な効果を奏する。また、ピストン13等のアクチュエータおよびロータコア5の結合を柔らかくすることができ、エアギャップ変化中に当該結合箇所に無理な変形や応力が生じることを回避できる。
In the first to fourth embodiments, the
また、鋼板7からなるロータコア5に半径方向に延在する孔を設け、該孔に補強部材8を貫通し、補強部材8の内径側端部および外径側端部のうち、一方をロータベース6に軸方向移動不能に取り付け、他方をロータベース6にピストン13を介して軸方向移動可能に取り付けたことから、鋼板7を軸O方向にずらして、エアギャップ4を変化することができる。
Further, a hole extending in the radial direction is provided in the
ロータコア5が変形する構造として図3および図4に示すように、外径側の鋼板7と内径側の鋼板7とが接触する面のうち、一方の面には凹部7aを設け、他方の面には凸部7bを設けて、これら凹凸部7a,7bを相互に係合し、該凹凸部7a、7bはロータコア5の前記軸方向移動を、凹凸部7a,7bの軸方向幅の差分(所定範囲)に規定するものであれば、
ロータコア5外径側部の軸方向移動量と内径側部の軸方向移動量とが異なるよう構成することができ、対向面3をステータに対して非平行に移動させて、エアギャップ4を変化することができる。また、ロータコアの半径方向中央がステータ方向に撓んだりして、エアギャップ4が不所望に狭くなる懸念が生じず、エアギャップの管理が容易になる。
As shown in FIG. 3 and FIG. 4 as a structure in which the
The amount of axial movement of the outer diameter side portion of the
また図7に示す第3実施例のように、鋼板7からなるロータコア5に半径方向に延在する孔を設け、該孔に弾性素材からなる中空部材32を貫通し、ロータコア5外径側部とロータベース6との間に軸方向に移動するピストン機構を設け、該ピストン機構の液室14と中空部材32の径方向外側端とを接続し、中空部材32の径方向内側端を経由してピストン機構の液室14に作動液を授受することにより、ピストン13がロータコア5外径側部をロータベース6に対して軸方向移動させることから、
対向面3をステータに対して非平行に移動させて、エアギャップ4を変化することができる。また弾性素材を用いることから、ピストン13等のアクチュエータおよびロータコア5の結合において、前述したヒンジ結合が不要になり機構を単純化することができる。そして当該結合箇所および隣接する鋼板7同士においてガタツキを軽減することができる。また中空部材が管路を兼用することから、部品スペースおよび部品点数を削減することができる。
Further, as in the third embodiment shown in FIG. 7, a hole extending in the radial direction is provided in the
The
なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり、本発明はその主旨に逸脱しない範囲において種々変更が加えられうるものである。 The above description is merely an example of the present invention, and the present invention can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.
1 ロータ
2 ロータシャフト
3 ロータの対向面
4 エアギャップ
5 ロータコア
6 ロータベース
7 鋼板
8 補強部材
13 ピストン
14 ピストン機構の液室
48 摩擦クラッチを締結する突起
49 ステータ
52 出力軸
53 摩擦クラッチ
55 摩擦ブレーキ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (7)
前記ロータのロータコアをロータシャフトの軸回りに複数の鋼板を径方向に積層し、かつ鋼板が軸方向に互いにずれを生じるように移動可能に積層して構成し、前記ロータコアをロータシャフトと共に回転するロータベースに対して、前記ロータコアの外径側部および内径側部のいずれか一方が軸方向移動不能に固定され、他方が軸方向移動可能に取り付けられ、前記ステータと軸方向に対向するロータコアの対向面の外径側の鋼板の軸方向移動量と内径側の鋼板の軸方向移動量とが異なるように構成したことを特徴とする可変エアギャップ式回転電機。 In a variable air gap type rotating electrical machine having an axial gap type structure in which a stator and a rotor are arranged so as to face each other in the axial direction, and the opposing surface is movable in the axial direction,
The rotor core of the rotor is configured by laminating a plurality of steel plates in the radial direction around the axis of the rotor shaft, and laminating the steel plates so as to be displaced from each other in the axial direction, and the rotor core rotates together with the rotor shaft. One of an outer diameter side portion and an inner diameter side portion of the rotor core is fixed so as not to move in the axial direction with respect to the rotor base, and the other is attached so as to be movable in the axial direction. A variable air gap type rotating electrical machine characterized in that the axial movement amount of the steel plate on the outer diameter side of the opposing surface is different from the axial movement amount of the steel plate on the inner diameter side .
前記ロータのロータコアをロータシャフトの軸回りに複数の鋼板を径方向に積層し、かつ鋼板が軸方向に互いにずれを生じるように移動可能に積層して構成し、
ロータコア内径側部をロータシャフトに軸方向移動不能に取り付け、ロータコア外径側部をロータシャフトと共に回転するロータベースに取り付け、かつロータベースを前記ロータシャフトに軸方向移動可能に取り付け、前記ステータと軸方向に対向するロータコアの対向面の外径側の鋼板の軸方向移動量と内径側の鋼板の軸方向移動量とが異なるように構成したことを特徴とする可変エアギャップ式回転電機。 In a variable air gap type rotating electrical machine having an axial gap type structure in which a stator and a rotor are arranged so as to face each other in the axial direction, and the opposing surface is movable in the axial direction,
The rotor core of the rotor is configured by laminating a plurality of steel plates in the radial direction around the axis of the rotor shaft, and laminating the steel plates so as to be displaced from each other in the axial direction
The rotor core inner diameter side portion is attached to the rotor shaft so as not to be axially movable, the rotor core outer diameter side portion is attached to a rotor base that rotates together with the rotor shaft, and the rotor base is attached to the rotor shaft so as to be movable in the axial direction. A variable air gap type rotating electrical machine characterized in that an axial movement amount of a steel plate on an outer diameter side of a facing surface of a rotor core facing in a direction is different from an axial movement amount of a steel plate on an inner diameter side .
前記ロータの駆動伝達経路上にクラッチおよびブレーキの少なくとも一方を設け、前記ロータベースの軸方向移動を利用してこれらクラッチまたはブレーキを締結解放するよう構成したことを特徴とする可変エアギャップ式回転電機。 In the variable air gap type rotating electrical machine according to claim 2,
A variable air gap type rotating electric machine characterized in that at least one of a clutch and a brake is provided on a drive transmission path of the rotor, and the clutch or the brake is engaged and released by using the axial movement of the rotor base. .
前記ロータコアは、鋼板を径方向に積層したものであって、永久磁石を具えたことを特徴とする可変エアギャップ式回転電機。 In the variable air gap type rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 3,
The rotor core is obtained by laminating steel plates in the radial direction, and includes a permanent magnet.
前記鋼板からなるロータコアに半径方向に延在する孔を設け、該孔に補強部材を貫通し、該補強部材の内径側端部および外径側端部のうち、一方を前記ロータベースに軸方向移動不能に取り付け、他方をロータベースに軸方向移動可能に取り付けたことを特徴とする可変エアギャップ式回転電機。 In the variable air gap type rotating electrical machine according to claim 4,
A hole extending in the radial direction is provided in the rotor core made of the steel plate, the reinforcing member is passed through the hole, and one of the inner diameter side end portion and the outer diameter side end portion of the reinforcing member is axially formed on the rotor base. A variable air gap type rotating electrical machine characterized in that it is mounted so as not to move and the other is mounted on a rotor base so as to be movable in the axial direction.
外径側の前記鋼板と内径側の前記鋼板とが接触する面のうち、一方の面には凹部を設け、他方の面には凸部を設けて、これら凹凸部を相互に係合し、該凹凸部は隣接する鋼板同士の軸方向移動を所定範囲に規定することを特徴とする可変エアギャップ式回転電機。 In the variable air gap type rotating electrical machine according to claim 5,
Of the surfaces where the steel plate on the outer diameter side and the steel plate on the inner diameter side are in contact with each other, a concave portion is provided on one surface, a convex portion is provided on the other surface, and these concave and convex portions are engaged with each other, The variable air gap type rotating electrical machine is characterized in that the uneven portion defines axial movement of adjacent steel plates within a predetermined range.
前記鋼板からなるロータコアに半径方向に延在する孔を設け、該孔に弾性素材からなる中空部材を貫通し、
ロータコア外径側部とロータベースとの間に軸方向に移動するピストン機構を設け、該ピストン機構と中空部材の径方向外側端とを接続し、
中空部材を経由して前記ピストン機構に作動液を授受することにより、ロータコア外径側部をロータベースに対して軸方向移動可能としたことを特徴とする可変エアギャップ式回転電機。 In the variable air gap type rotating electrical machine according to claim 6,
A hole extending in the radial direction is provided in the rotor core made of the steel plate, and the hole penetrates a hollow member made of an elastic material,
A piston mechanism that moves in the axial direction is provided between the rotor core outer diameter side portion and the rotor base, and the piston mechanism and the radially outer end of the hollow member are connected,
A variable air gap type rotating electrical machine characterized in that a hydraulic fluid is transferred to the piston mechanism via a hollow member so that an outer diameter side portion of the rotor core can be moved in an axial direction with respect to the rotor base.
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