CN101438482B - 电动机 - Google Patents

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Abstract

一种电动机,其转动机构具有:一体且能够旋转地设置于外周侧转子的第一部件;一体且能够旋转地设置于内周侧转子,并且,通过与所述第一部件,将压力室划分在所述内周侧转子的内侧的第二部件,通过向所述压力室供给工作流体,变更所述内周侧转子和所述外周侧转子之间的相对的相位。

Description

电动机
技术领域
本发明涉及电动机。
本申请是将特愿2006—060064号、特愿2006—060065号、特愿2006—060066号、和特愿2006—060067号作为基础申请,将其内容取入的。
背景技术
以往,知道有如下电动机,即具备例如在电动机的旋转轴线的周围以同心圆状设置的第一及第二转子,并根据电动机的转速,或者根据定子产生的旋转磁场的速度,控制第一及第二转子的周向的相对位置即相位差(例如,参照专利文献1)。
在该电动机中,例如,在根据电动机的转速,控制第一及第二转子的相位差的情况下,经由通过离心力的作用沿径向变位的部件,变更第一及第二转子的周向的相对位置。另外,例如,根据在定子产生的旋转磁场的速度,控制第一及第二转子的相位差的情况下,各转子以通过惯性维持转速的状态,向定子绕组通过控制电流,变更旋转磁场速度,由此变更第一及第二转子的周向的相对位置。
还有,在上述以往技术的一例中的电动机中,例如,根据电动机的转速,控制第一及第二转子的相位差的情况下,仅在电动机的运行状态即与转速相应离心力发挥作用的状态下能够控制第一及第二转子的相位差,存在当包括电动机的停止状态的适当的时刻不能控制相位差的问题。另外,如在将该电动机作为驱动源,将其搭载于车辆的情况等一样,来自外部的振动容易作用于该电动机的状态下,存在仅通过离心力的作用难以适当控制第一及第二转子的相位差的问题。而且,在这种情况下,由于不限制于针对电动机的电源中的电源电压的变动而控制相位差,因此例如可能导致电源电压和电动机的反电压的大小关系倒置的不妥善情况。
另外,例如,根据在定子产生的旋转磁场的速度,控制第一及第二转子的相位差的情况下,旋转磁场速度变更,因此,发生电动机的控制处理复杂化的问题。
专利文献1:特开2002—204541号公报
发明内容
本发明是鉴于上述情况而做成的,其目的在于提供能够抑制电动机复杂化的情况,同时,能够通过容易且适当地改变感应电压常数,扩大能够运行的转速范围及转矩范围,从而提高运行效率,并且,能够扩大高效率下的能够运行的范围的电动机。
本发明为了解决上述问题,采用了以下的机构。
即,本发明的电动机同轴地配置沿周向配置的内周侧永久磁铁的内周侧转子及具备沿周向配置的外周侧永久磁铁的外周侧转子的相互的旋转轴线,并具备转动机构,该转动机构至少使所述内周侧转子及所述外周侧转子的任一方围绕所述旋转轴线转动,由此能够变更所述内周侧转子和所述外周侧转子之间的相对的相位,所述转动机构具有:第一部件,其一体且能够旋转地设置于所述外周侧转子;第二部件,其一体且能够旋转地设置于所述内周侧转子,并且通过与所述第一部件而在所述内周侧转子的内侧划分压力室,通过向所述压力室供给工作流体,变更所述内周侧转子和所述外周侧转子之间的相对的相位。。
也可以采用以下结构,即:所述第一部件为配置于所述内周侧转子的内侧,并且,一体地设置于所述外周侧转子的叶片转子,所述第二部件为将所述叶片转子的叶片部收容为能够转动,同时,具有通过与该叶片转子将所述压力室划分的凹部,一体地设置于所述内周侧转子的内侧的壳体。
也可以采用以下结构,即:所述叶片转子经由以覆盖轴线方向的端面的方式固定于所述外周侧转子的端板,一体地设置于所述外周侧转子,且还一体地设置于传递该外周侧转子的驱动力的转动轴。
也可以采用以下结构,即:在所述叶片转子及所述端板之间的空间中,构成一体的所述内周侧转子及所述壳体在周向上能够转动地配置。
也可以采用以下结构,即:所述叶片转子经由以覆盖轴线方向的一方侧端面的方式固定于所述外周侧转子的端板,一体地设置于所述外周侧转子,传递该外周侧转子的驱动力的转动轴从轴线方向的另一方侧一体地设置于所述内周侧转子及所述壳体。
也可以采用以下结构,即:所述工作流体经由所述叶片转子供给于所述压力室。
也可以采用以下结构,即:所述第一部件是以覆盖所述内周侧转子及所述外周侧转子的两端面的方式一体地设置于这些外周侧转子及转动轴,将旋转力向该转动轴传递的传动板,所述第二部件是配置于所述内周侧转子及所述转动轴之间,分别通过螺旋花键与这些内周侧转子及转动轴连结,并且,通过与所述传动板划分所述压力室,通过向该压力室的所述工作流体的供给,在轴线方向上移动的环形齿轮。
也可以采用以下结构,即:所述第一部件是一体地设置于所述外周侧转子及被传递该外周侧转子的驱动力的转动轴的壳体,所述第二部件是插入在所述壳体形成的孔部,通过与该孔部划分所述压力室,并且,与所述内周侧转子的壁面抵接的活塞。
也可以采用以下结构,即:所述外周侧转子及所述内周侧转子将所述外周侧永久磁铁及所述内周侧永久磁铁以相互不同的极性对置的位置设定于原点位置。
也可以采用以下结构,即:从所述内周侧转子相对于所述外周侧转子,所述外周侧永久磁铁及所述内周侧永久磁铁对置相互相同的极性的状态返回所述原点位置的旋转方向、和在减速旋转时产生的惯性力矩的方向一致。
也可以采用以下结构,即:所述端板和所述外周侧转子的端面经由垫片来接合。
也可以采用以下结构,即:在所述端板的、所述外周侧转子和所述内周侧转子之间的缝隙的侧方位置形成有贯通孔。
也可以采用以下结构,即:所述外周侧转子和所述端板以经由所述垫片的状态,通过按规定间隔的螺栓紧固部连结,在所述垫片的、比所述螺栓紧固部靠向轴心侧的位置形成有弯曲部。
也可以采用以下结构,即:所述贯通孔形成于相邻的所述螺栓紧固部之间。
也可以采用以下结构,即:在所述内周侧转子及所述端板的任一方形成有沿轴线方向凹陷的凹部,在所述内周侧转子及所述端板的任意另一方形成有沿轴线方向突出,且在转动时,在所述凹部内滑动移动的凸部。
也可以采用以下结构,即:所述凸部形成为圆环状。
也可以采用以下结构,即:所述凸部由嵌合于所述内周侧转子的环部件形成。
也可以采用以下结构,即:由所述凸部和所述凹部形成曲路密封。
根据本发明可知,通过在内周侧转子及外周侧转子沿周向配置永久磁铁,例如,将外周侧转子的永久磁铁引起的磁场磁通与定子绕组交链的交链磁通量利用内周侧转子的永久磁铁引起的磁场磁通效率良好地增大或降低。还有,在磁场强化状态下,能够将电动机的转矩常数(即,转矩/相电流)设定为相对高的值,能够在不减少电动机运行时的电流损失的情况下,或不变更控制向定子绕组的通电的逆变器的输出电流的最大值的情况下,增大电动机输出的最大转矩值。
而且,转动机构通过向由相对于外周侧转子一体且能够旋转地设置的第一部件、和相对于内周侧转子一体且能够旋转地设置的第二部件而划分在内周侧转子的内侧的压力室供给工作流体,由此变更内周侧转子和外周侧转子之间的相对的相位,因此,能够抑制电动机复杂化,同时,容易且适当地,且以期望的时序改变感应电压常数,其结果,扩大能够运行的转速范围及转矩范围,提高运行效率,并且,能够扩大高效率下的能够运行的范围。
进而,通过控制向压力室的工作流体的供给量,能够将内周侧转子和外周侧转子之间的相对的相位设为期望的相位。
而且,第一部件和第二部件将压力室划分在内周侧转子的内侧,因此,尤其能够抑制旋转轴线方向的厚度的增大,实现小型化。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的电动机的主要部分剖面图。
图2是表示所述电动机的内周侧转子、外周侧转子及转动机构的弱化磁场状态的省略了跟前的传动板的主视图。
图3是表示所述电动机的内周侧转子、外周侧转子及转动机构的分解立体图。
图4是表示所述电动机的内周侧转子、外周侧转子及转动机构的强化磁场状态的省略了跟前的传动板的主视图。
图5A是以示意性表示同极配置了内周侧转子的永久磁铁和外周侧转子的永久磁铁的强化磁场状态的图。
图5B是以示意性表示对极配置了内周侧转子的永久磁铁和外周侧转子的永久磁铁的弱化磁场状态的图。
图6是表示图5A及图5B所示的强化磁场状态和弱化磁场状态中的感应电压的图表。
图7A是表示根据感应电压常数Ke变化的电动机的电流和转矩的关系的图表。
图7B是表示根据感应电压常数Ke变化的电动机的转速和磁场弱化损失的关系的图表。
图8是表示对于根据感应电压常数Ke变化的电动机的转速和转矩的能够运行的区域的图。
图9A是表示根据感应电压常数Ke变化的电动机的转速和转矩的关系的图表。
图9B是表示根据感应电压常数Ke变化的电动机的转速和输出的关系的图表。
图10A是表示在实施例中对于根据感应电压常数Ke变化的电动机的转速和转矩的能够运行的区域及效率的分布的图。
图10B是表示在第二比较例中对于根据感应电压常数Ke变化的电动机的转速和转矩的能够运行的区域及效率的分布的图。
图11是表示本发明的第二实施方式的电动机的主要部分剖面图。
图12是表示所述电动机的内周侧转子、外周侧转子及转动机构的弱化磁场状态的省略了跟前的传动板的主视图。
图13是表示本发明的第三实施方式的电动机的内周侧转子、外周侧转子及转动机构的弱化磁场状态的主要部分剖面图。
图14是表示将本发明的第四实施方式的电动机的内周侧转子、外周侧转子及转动机构的弱化磁场状态的一部分作为剖面,且省略了跟前的传动板的主视图。
图15是表示本发明的第五实施方式的电动机的主要部分剖面图。
图16是表示所述电动机的内周侧转子、外周侧转子及转动机构的弱化磁场状态的省略了跟前的传动板的主视图。
图17是表示所述电动机的内周侧转子、外周侧转子及转动机构的分解立体图。
图18是表示所述电动机的内周侧转子、外周侧转子及转动机构的强化磁场状态的省略了跟前的传动板的主视图。
图19A是以示意性表示同极配置了内周侧转子的永久磁铁和外周侧转子的永久磁铁的强化磁场状态的图。
图19B是以示意性表示对极配置了内周侧转子的永久磁铁和外周侧转子的永久磁铁的弱化磁场状态的图。
图20是表示图19A所示的强化磁场状态和弱化磁场状态中的感应电压的图表。
图21A是表示根据感应电压常数Ke变化的电动机的电流和转矩的关系的图表。
图21B是表示根据感应电压常数Ke变化的电动机的转速和磁场弱化损失的关系的图表。
图22是表示对于根据感应电压常数Ke变化的电动机的转速和转矩的能够运行的区域的图。
图23A是表示根据感应电压常数Ke变化的电动机的转速和转矩的关系的图表。
图23B是表示根据感应电压常数Ke变化的电动机的转速和输出的关系的图表。
图24A是表示在实施例中对于根据感应电压常数Ke变化的电动机的转速和转矩的能够运行的区域及效率的分布的图。
图24B是表示在第二比较例中对于根据感应电压常数Ke变化的电动机的转速和转矩的能够运行的区域及效率的分布的图。
图25是表示本发明的第六实施方式的电动机的主要部分剖面图。
图26是表示所述电动机的内周侧转子、外周侧转子及转动机构的弱化磁场状态的省略了跟前的传动板的主视图。
图27A是表示所述电动机的外周侧转子及传动板的螺栓紧固部周边的图,表示组装前的局部放大剖面图。
图27B是表示所述电动机的外周侧转子及传动板的螺栓紧固部周边的图,表示组装后的局部放大剖面图。
图28是表示所述电动机的内周侧转子、外周侧转子及转动机构的强化磁场状态的省略了跟前的传动板的主视图。
图29A是以示意性表示同极配置了内周侧转子的永久磁铁和外周侧转子的永久磁铁的强化磁场状态的图。
图29B是以示意性表示对极配置了内周侧转子的永久磁铁和外周侧转子的永久磁铁的弱化磁场状态的图。
图30是表示图29A所示的强化磁场状态和弱化磁场状态中的感应电压的图表。
图31A是表示根据感应电压常数Ke变化的电动机的电流和转矩的关系的图表。
图31B是表示根据感应电压常数Ke变化的电动机的转速和磁场弱化损失的关系的图表。
图32是表示对于根据感应电压常数Ke变化的电动机的转速和转矩的能够运行的区域的图。
图33A是表示根据感应电压常数Ke变化的电动机的转速和转矩的关系的图表。
图33B是表示根据感应电压常数Ke变化的电动机的转速和输出的关系的图表。
图34A是表示在实施例中对于根据感应电压常数Ke变化的电动机的转速和转矩的能够运行的区域及效率的分布的图。
图34B是表示在第二比较例中对于根据感应电压常数Ke变化的电动机的转速和转矩的能够运行的区域及效率的分布的图。
图35是表示本发明的第七实施方式的电动机的主要部分剖面图。
图36是表示所述电动机的内周侧转子、外周侧转子及转动机构的弱化磁场状态的省略了跟前的传动板的主视图。
图37是表示所述电动机的内周侧转子、外周侧转子及转动机构的分解立体图。
图38是表示所述电动机的内周侧转子、外周侧转子及转动机构的强化磁场状态的省略了跟前的传动板的主视图。
图39是所述电动机的转动机构的主要部分放大剖面图。
图40A是以示意性表示同极配置了内周侧转子的永久磁铁、和外周侧转子的永久磁铁的强化磁场状态的图。
图40B是以示意性表示对极配置了内周侧转子的永久磁铁、和外周侧转子的永久磁铁的弱化磁场状态的图。
图41是表示图40A所示的强化磁场状态和弱化磁场状态中的感应电压的图表。
图42A是表示根据感应电压常数Ke变化的电动机的电流和转矩的关系的图表。
图42B是表示根据感应电压常数Ke变化的电动机的转速和磁场弱化损失的关系的图表。
图43是表示对于根据感应电压常数Ke变化的电动机的转速和转矩的能够运行的区域的图。
图44A是表示根据感应电压常数Ke变化的电动机的转速和转矩的关系的图表。
图44B是表示根据感应电压常数Ke变化的电动机的转速和输出的关系的图表。
图45A是表示在实施例中对于根据感应电压常数Ke变化的电动机的转速和转矩的能够运行的区域及效率的分布的图。
图45B是表示在第二比较例中对于根据感应电压常数Ke变化的电动机的转速和转矩的能够运行的区域及效率的分布的图。
图46是表示本发明的第八实施方式的电动机的主要部分剖面图。
图中∶10—电动机;11—内周侧转子;11a—内周侧永久磁铁;12—外周侧转子;12a—外周侧永久磁铁;14、70、105—转动机构(转动装置);16、72、114—输出轴(转动轴);31—传动板(端板);32—叶片转子(第一部件);33—壳体(第二部件);36—叶片部;48—凹部;56、101、116—第一压力室(压力室);57、102、117—第二压力室(压力室);65—输出轴(转动轴);71—传动板(第一部件);74—支撑部件(第一部件、传动板);78—环形齿轮(第二部件);81—圆筒部(转动轴);81a、91a、94a、95a—螺旋花键;82—凸缘部(第一部件、传动板);107—壳体(第一部件);107c、107d—孔部;108—活塞(第二部件);120a、102b—壁面;210—电动机;211—内周侧转子;211a—内周侧永久磁铁;212—外周侧转子;212a—外周侧永久磁铁;214—转动机构(转动装置);216—输出轴;231—传动板(端板);232—叶片转子;233—壳体;236—叶片部;248—凹部;256—第一压力室(压力室);257—第二压力室(压力室);258—空间;310—电动机;311—内周侧转子;311a—内周侧永久磁铁;312—外周侧转子;312A—端面;312A—外周侧永久磁铁;314—转动机构(转动装置);316—输出轴;325—垫片;327—卷边(弯曲部);331—传动板(端板);331f—贯通孔;332—叶片转子;333—壳体;356—第一压力室(压力室);357—第二压力室(压力室);358—空间;363—螺栓紧固部;410—电动机;411—内周侧转子;411a—内周侧永久磁铁;412—外周侧转子;412a—外周侧永久磁铁;414—转动机构(转动装置);416—输出轴;431—传动板(端板);431b—环状槽(凹部);432—叶片转子;433—壳体;434—内周侧转子主体;446a—凸部;456—第一压力室(压力室);457—第二压力室(压力室);458—空间;459—曲路密封;461—环部件。
具体实施方式
[第一实施方式]
以下,参照图1~图10B说明本发明的第一实施方式的电动机。
本实施方式的电动机10如图1~图3所示是无刷DC电动机,其具备:大致圆环状内周侧转子11,其将该电动机10的旋转轴线作为中心能够旋转地设置;大致圆环状外周侧转子12,其在相对于该内周侧转子11的径向外侧将同轴的旋转轴线作为中心能够旋转地设置,且对应于旋转轴线方向的位置而设置;定子13,其具有产生使内周侧转子11及外周侧转子12旋转的旋转磁场的多相的图1所示的定子绕组13a;转动机构(转动装置)14,其与内周侧转子11及外周侧转子12连接,并且,通过作为非压缩性流体的工作油(工作流体)的液压(流体压)变更内周侧转子11和外周侧转子12之间的相对的相位;省略图示的液压控制装置,其控制向转动机构14的液压。该电动机10例如在混合动力车辆或电动车辆等车辆上作为驱动源搭载,此时,其输出轴(转动轴)16与传动装置(省略图示)的输入轴连接,电动机10的驱动力经由传动装置向车辆的驱动轮(省略图示)传递。
还有,若在车辆的减速时,从驱动轮侧向电动机10传递驱动力,则电动机10产生作为发电机发挥功能的所谓的再生制动力,将车体的运动能作为电能(再生能)回收。进而,例如,在混合动力车辆中,该电动机10的旋转轴线与内燃机(省略图示)的曲轴连结,在内燃机的输出传递于电动机10的情况下,电动机10也作为发电机发挥功能,产生发电能。
内周侧转子11配置为其旋转轴线与电动机10的旋转轴线同轴,如图2所示,具有大致圆筒状内周侧转子铁心21,在该内周侧转子铁心21上,在其外周侧的部分沿周向以规定的间隔设置有多个(具体来说,16处)内周侧磁铁装配部23、......、23。另外,在内周侧转子铁心21的外周面21A上,在周向上相邻的内周侧磁铁装配部23、23的所有间隔位置,与旋转轴线平行地延伸的凹槽21a形成为沿径向凹陷。该内周侧转子铁心21例如通过烧结等形成。
各内周侧磁铁装配部23、......、23分别具备与旋转轴线平行地贯通内周侧转子铁心21的一对磁铁装配孔23a、23a。一对磁铁装配孔23a、23a的与旋转轴线平行的方向上的剖面形成为大致长方形状,相互经由中央肋23b在周向上相邻地配置在同一平面内。还有,该平面与连结中央肋23b和旋转轴线的半径线正交。在各磁铁装配孔23a、23a分别装配有与旋转轴线平行地延伸的大致板状永久磁铁11a。
分别装配于磁铁装配孔23a、......、23a的永久磁铁11a在所有厚度方向(即各转子11、12的径向)上相同地被磁化,设置于同一内周侧磁铁装配部23的一对磁铁装配孔23a、23a上所装配的一对永久磁铁11a、11a设定为磁化方向相互相同方向。还有,在所有的内周侧磁铁装配部23、......、23中,在周向上相邻的内周侧磁铁装配部23、23之间设定为在一方装配的一对永久磁铁11a、11a及在另一方装配的一对永久磁铁11a、11a的磁化方向为相互不同方向。即,装配有外周侧被N极化的一对永久磁铁11a、11a的内周侧磁铁装配部23经由凹槽21a,在周向上与装配有外周侧被S极化的一对永久磁铁11a、11a的内周侧磁铁装配部23、......、23邻接。
如上所述,内周侧转子11具备:沿周向配置的多个永久磁铁11a、......、11a。
外周侧转子12也配置为旋转轴线与电动机10的旋转轴线同轴,且具有大致圆筒状的外周侧转子铁心22,在该外周侧转子铁心22上,在其外周侧的部分沿周向以规定的等间距设置有与上述内周侧磁铁装配部23、......、23相同数量的外周侧磁铁装配部24、......、24。另外,在外周侧转子铁心22的外周面22A上,在周向上相邻的外周侧磁铁装配部24、24的所有的间隔位置,与旋转轴线平行地延伸的凹槽22a形成为沿径向凹陷。
进而,在外周侧转子铁心22的各凹槽22a、......、22a的各内径侧即外周侧磁铁装配部24、......、24相邻的装配部之间的各间隔位置分别沿轴线方向贯通形成有图1所示的螺纹孔22b。该外周侧转子铁心22例如也通过烧结等形成。
各外周侧磁铁装配部24、......、24分别具备与旋转轴线平行地贯通的一对磁铁装配孔24a、24a。一对磁铁装配孔24a、24a的与旋转轴线平行的方向上的剖面形成为大致长方形状,相互经由中央肋24b在周向上相邻地配置在同一平面内。还有,该平面与连结中央肋24b和旋转轴线的半径线正交。在各磁铁装配孔24a、24a分别装配有与旋转轴线平行地延伸的大致板状永久磁铁12a。
在各磁铁装配孔24a、......、24a分别装配的永久磁铁12a在所有厚度方向(即各转子11、12的径向)上相同地被磁化,在同一的外周侧磁铁装配部24设置的一对磁铁装配孔24a、24a上装配的一对永久磁铁12a、12a设定为磁化方向为相互相同方向。还有,在所有的外周侧磁铁装配部24、......、24中,在周向上相邻的外周侧磁铁装配部24、24之间设定为在一方装配的一对永久磁铁12a、12a及在另一方装配的一对永久磁铁12a、12a的磁化方向为相互不同方向。即,装配有外周侧为N极的一对永久磁铁12a、12a的外周侧磁铁装配部24经由凹槽22a而在周向上与装配有外周侧为S极的一对永久磁铁12a、12a的外周侧磁铁装配部24邻接。
如上所述,外周侧转子12也具备:沿周向配置的多个永久磁铁12a、......、12a。
还有,内周侧转子11的各内周侧磁铁装配部23、......、23和外周侧转子12的各外周侧磁铁装配部24、......、24配置为能够在各转子11、12的径向上对置配置。在该对置配置状态时,形成为所有一对永久磁铁11a、11a与任意对应的一对永久磁铁12a、12a以一对一使旋转方向的相位一致的状态。另外,关于内周侧转子11的各凹槽21a、......、21a和外周侧转子12的各凹槽22a、......、22a,也形成为所有的凹槽21a、......、21a与任意对应的凹槽22a以一对一使旋转方向的相位一致的状态。
由此,能够根据内周侧转子11和外周侧转子12的围绕旋转轴线的相对位置,将电动机10的状态设定为如下适宜的状态,即:在内周侧转子11的所有的永久磁铁11a、......、11a和外周侧转子12的所有的永久磁铁12a、......、12a中,遍及从成对的永久磁铁11a、11a和成对的永久磁铁12a、12a的同极的磁极之间被对置配置(即,成对的永久磁铁11a、11a和成对的永久磁铁12a、12a被对极配置),从而磁场被最大幅度弱化的图2所示的弱化磁场状态,至成对的永久磁铁11a、11a和成对的永久磁铁12a、12a的异极的磁极之间被对置配置(即,成对的永久磁铁11a、11a和成对的永久磁铁12a、12a被同极配置),从而磁场被最大幅度强化的图4所示的强化磁场状态中的适当的状态。
在此,图1所示的定子13形成为与外周侧转子12的外周部对置配置的大致圆筒状,例如,固定于车辆的传动装置的壳体(省略图示)等。
其次,对进行如上所述的内周侧转子11和外周侧转子12的相对的相位变更的转动机构14进行说明。
如图1及图3所示,本实施方式的转动机构14具有:在外周侧转子12的轴线方向两侧以覆盖外周侧转子12的内侧的空间的方式固定的圆板状的一对传动板(端板)31、31;通过被这些传动板31、31夹持而一体地设置于外周侧转子12的内侧的叶片转子(第一部件)32;在内周侧转子11的内侧一体地固定,与该内周侧转子11一同配置于叶片转子32、外周侧转子12及传动板31、31之间的壳体(第二部件)33。叶片转子32及壳体33例如通过烧结等形成。
在一对传动板31、31的各自的外周侧的部分以在同一圆周上隔开等间隔的方式形成有在轴线方向上贯通的多个(与螺纹孔22b相同的数量)的螺栓插入孔31a、......、31a,在这些螺栓插入孔31a、......、31a的内侧的一侧形成有沿轴线方向凹陷的图1所示的环状槽31b。另外,在传动板31的比环状槽31b靠向内侧处以在同一圆周上空开等间隔的方式形成有沿轴线方向贯通的多个螺栓插入孔31c、......、31c,在这些螺栓插入孔31c、......、31c的内侧以在同一圆周上空开等间隔的方式也形成有与螺栓插入孔31c、......、31c相同的数量的沿轴线方向贯通的图3所示的螺栓插入孔31d、......、31d。在此,在所有的螺栓插入孔31c、......、31c中,在圆周方向上相邻的螺栓插入孔31c、31c之间的各中央位置形成有内侧的螺栓插入孔31d。进而,在内侧的螺栓插入孔31d、......、31d的内侧即传动板31的中心位置形成有沿轴线方向贯通的嵌合孔31e。
叶片转子32具有:圆筒状毂部35;从该毂部35的外周面中的圆周方向的等间隔位置向径向外侧延伸的多个(与所述螺栓插入孔31c相同的数量(具体来说为6处))叶片部36、......、36。
毂部35形成为台阶状,该台阶状具有:位于外周侧,且与叶片部36、......、36相同的轴线方向长度的夹持基底部37;从该夹持基底部37的内周侧向轴线方向两侧突出的圆筒状一对嵌合部38。在夹持基底部37的相邻的叶片部36、36之间的中央位置分别形成有沿轴线方向贯通的多个(与上述螺栓插入孔31d相同的数量)螺纹孔35a。另外,在毂部35的内径侧的轴线方向一侧形成有图1所示的连结用花键35b,在轴线方向另一侧,如图1所示地在以在轴线方向的位置不同的方式形成有如图2所示地从各叶片部36、......、36的位置的内周侧分别向最靠近的叶片部36的基端的旋转方向上的相同一侧贯通的通路孔35c、......、35c、和从各叶片部36、......、36的位置的内周侧分别向最靠近叶片部36的基端的旋转方向上的相同的相反侧贯通的通路孔35d、......、35d。
在该叶片转子32的内径侧安装传递外周侧转子12的驱动力的输出轴16。在该输出轴16具有与毂部35的连结用花键35b结合的连结用花键16a、以用连结用花键16a结合的状态使毂部35的所有的通路孔35c连通的环状连通槽16b;以相同状态使所有的通路孔35d连通的环状连通槽16c;在这些连通槽16b、16c之间的位置及两外侧位置形成的密封槽16d、16d、16d,在这些密封槽16d、16d、16d分别配设密封与叶片转子32的间隙的省略图示的密封环。另外,在该输出轴16形成有用于通过其内部对连通槽16b进行工作油的供给排出的通路孔16e;用于对连通槽16c进行工作油的供给排出的通路孔16f。还有,在该输出轴16的比传动板31、31靠向轴线方向外侧突出的部分分别形成有使例如在车辆的传动装置的壳体保持的一对轴承42、42嵌合的轴承嵌合部16g。
各叶片部36、......、36形成为大致板状,如图2所示,在中间位置分别形成有沿轴线方向贯通的螺纹孔36a。另外,在圆周方向的两侧面的螺纹孔36a的形成位置的外周侧沿轴线方向的全长分别形成有一对凹状部36b、36b,在螺纹孔36a的形成位置的内侧也沿轴线方向的全长形成有凹状部36c、36c。进而,在各叶片部36、......、36的各自的外周面沿轴线方向的全长形成有从外周面朝向中心侧凹陷的密封件保持槽36d。在这些密封件保持部36d、......、36d分别配置密封与壳体33的间隙的弹簧密封件44。各弹簧密封件44、......、44包括:设置于外侧,与壳体33滑接的密封件44a、和设置于内侧,将密封件44a向径向外侧的壳体33侧按压的弹簧44b。
以成为规定的相位关系的方式一体地嵌合于内周侧转子11的内侧的壳体33具有:径向厚度薄的圆筒状基底部46、从该基底部46的内周面中的圆周方向的等间隔位置向径向内侧突出的、与叶片部36、......、36相同数量的突出部47、......、47。在此,如图1所示,基底部46在全周上比突出部47更向轴线方向两侧突出。各突出部47、......、47如图2所示,分别在轴线方向上观察的情况下形成为前端细的大致等腰三角形状,在所有的突出部47、......、47中,在圆周方向上相邻的突出部47、47彼此之间形成有能够配置所述叶片转子32的叶片部36的凹部48。在各突出部47、......、47形成有从轴线方向的两面凹陷规定的深度的一对减轻重量孔47a、47a,另外,在各自的内端面沿轴线方向的全长形成有朝向外径侧凹陷的密封件保持槽47b。在这些密封件保持部47b、......、47b分别配置密封与叶片转子32的毂部35的外周面的间隙的弹簧密封件50。这些弹簧密封件50、......、50包括:设置于内周侧,与叶片转子32的毂部35滑接的密封件50a、和设置于外径侧,将密封件50a向叶片转子32侧按压的弹簧密封件50b。还有,通过螺栓等的紧固来将壳体33一体地连结于内周侧转子11也可。
在组装上述各部件的情况下,例如,以使外周侧转子12对应于一方的传动板31的状态,分别将螺栓52插入该传动板31的各螺栓插入孔31a、......、31a,将各螺栓52、......、52分别螺合于外周侧转子12的螺纹孔22b。另外,以通过将另一方的嵌合部38嵌合于嵌合孔31e而使叶片转子32嵌合于该传动板31的状态,将省略图示的螺栓分别插入该传动板31的各螺栓插入孔31d、......、31d,并将各螺栓分别螺合于叶片转子32的毂部35的螺纹孔35a。进而,分别将螺栓54插入该传动板31的各螺栓插入孔31c、......、31c,将螺栓54、......、54分别螺合于叶片转子32的叶片部36的螺纹孔36a。还有,以将弹簧密封件44分别安装于叶片转子32的各叶片部36、......、36的状态,将各叶片部36、......、36以一对一分别放入凹部48,由此以安装有弹簧密封件50、......、50的状态插入预先在内侧压入有壳体33的内周侧转子11。
还有,通过将叶片转子32的另一方的嵌合部38与嵌合孔31e嵌合而从相反侧配合另一方的传动板31,将螺栓52分别插入该传动板31的各螺栓插入孔31a、......、31a,使各螺栓52、......、52分别螺合于外周侧转子12的螺纹孔22b。另外,在该传动板31的各螺栓插入孔31d、......、31d中插入省略图示的螺栓,将各螺栓分别螺合于叶片转子32的毂部35的螺纹孔35a,进而,在各螺栓插入孔31c、......、31c中分别插入螺栓54,并使各螺栓54、......、54分别螺合于叶片转子32的叶片部36的螺纹孔36a。其结果,在外周侧转子12的轴线方向两端面固定的传动板31、31分别通过叶片转子32的各叶片部36、......、36和螺栓54、......、54一体地被固定,通过毂部35和省略图示的螺栓一体地被固定。还有,将叶片部36、......、36固定于传动板31的螺栓54、......、54使用根数比将外周侧转子12固定于传动板31的螺栓52、......、52少,且尺寸大的螺栓。
然后,将输出轴16嵌合于叶片转子32的内侧,此时,结合连结花键16a及连结花键35b。其结果,形成为输出轴16一体地固定于叶片转子32的状态。当然,上述组装步骤为一例,也可以与上述不同的步骤来组装。
由此,与壳体33成一体的内周侧转子11设置于外周侧转子12的内侧且叶片转子32的外侧,且在传动板31、31之间的空间58,在进入传动板31、31的环状槽31b、31b的基底部46的轴线方向两侧部分被保持为能够旋转。进而,在壳体33的凹部48、......、48分别一片片配置叶片转子32的叶片部36。另外,与叶片转子32花键结合的输出轴16能够与外周侧转子12、传动板31、31及叶片转子32一体地旋转,具体来说,一体地被固定。
在此,在外周侧转子12的永久磁铁12a、......、12a和内周侧转子11的永久磁铁11a、......、11a使异极之间对置的强化磁场状态时,如图4所示,所有的叶片部36、......、36在各自对应的凹部48内与相邻于旋转方向上的相同一侧的突出部47抵接,在与抵接的突出部47之间形成第一压力室56,并且,分别在相邻于旋转方向上的相同的相反侧的突出部47之间形成比第一压力室56广的第二压力室57(换而言之,通过凹部48、......、48及收容于凹部48、......、48的叶片部36、......、36形成第一压力室56、......、56及第二压力室57、......、57)。其结果,这些第一压力室56、......、56及第二压力室57、......、57划分在内周侧转子11的内侧。
相反,在外周侧转子12的永久磁铁12a、......、12a和内周侧转子11的永久磁铁11a、......、11a使同极之间对置的弱化磁场状态时,如图2所示,所有的叶片部36、......、36在各自对应的凹部48内与相邻于旋转方向上的相同的所述相反侧的突出部47抵接,缩小第二压力室57,分别扩大与相邻于旋转方向上的相同的所述一侧的突出部47之间的第一压力室56。还有,叶片转子32的各通路孔35c、......、35c以一对一总是开口的方式设置在各第一压力室总是开口的方式设置在各第二压力室57、......、57。
在此,外周侧转子12及内周侧转子11将永久磁铁12a、......、12a及永久磁铁11a、......、11a以相互不同的极性对置,并相互吸引的图4所示的强化磁场的位置设定为第一压力室56、......、56及第二压力室57、......、57基本上不受到工作液压时的原点位置。还有,第一压力室56、......、56及第二压力室57、......、57在不受到工作液压的状态下也被工作油充满。还有,从该原点位置经由各通路孔35c、......、35c向各第一压力室56、......、56导入工作油(即,向第一压力室56、......、56导入工作液压)的同时,从各第二压力室57、......、57经由各通路孔35d、......、35d排出工作油的情况下,外周侧转子12及内周侧转子11克服磁力,进行相对旋转,形成为弱化磁场状态。相反,经由各通路孔35d、......、35d向各第二压力室57、......、57导入工作油的同时,从各第一压力室56、......、56经由各通路孔35c、......、35c排出工作油的情况下,外周侧转子12及内周侧转子11返回原点位置,形成为强化磁场状态,但此时,外周侧转子12的永久磁铁12a、......、12a、和内周侧转子11的永久磁铁11a、......、11a通过磁力相互吸引,因此,导入各第二压力室57、......、57的工作油的压力比相位变更为弱化磁场状态的情况所需的压力低即可,根据情况也可不导入液压,仅进行工作油的供给排出即可。
另外,电动机10使内周侧转子11相对于外周侧转子12,从使永久磁铁12a、......、12a及永久磁铁11a、......、11a相互相同的极性对置的弱化状态返回原点位置时的旋转方向、和在减速旋转时产生的惯性力矩的方向一致。即,电动机10在车辆的前进行驶时使外周侧转子12及内周侧转子11设定为向图2及图4中的顺时针方向旋转,若外周侧转子12从图2所示的弱化磁场状态减速,则在处于浮置状态的内周侧转子11产生恢复为图4所示的强化磁场状态的惯性力矩。
在此,工作油为非压缩性,因此,无论在向如上所述的强化磁场状态及弱化磁场状态的两极限端的相位的变更的情况下,还是这些两极限端之间的中间位置的情况下,省略图示的液压控制装置例如也通过用省略图示的开闭阀的隔断停止来自所有的第一压力室56、......、56及第二压力室57、......、57的工作油的供给排出,由此外周侧转子12及内周侧转子11维持所述时刻下的相位关系,从而能够在任意的磁场状态下停止相位变更。
如上所述,所述叶片转子32一体地固定于外周侧转子12,能够一体地旋转,并配置于内周侧转子11的内侧。而且,叶片转子32经由以覆盖外周侧转子12及内周侧转子11的轴线方向的两端面的方式固定于外周侧转子12的传动板31、31而一体地固定于外周侧转子12,还一体地设置于输出外周侧转子12的驱动力的输出轴16。另外,所述壳体33与内周侧转子11一体地嵌合,能够一体地旋转,其凹部48通过与叶片转子32而在内周侧转子11的内侧划分第一压力室56及第二压力室57。进而,通过向这些第一压力室56及第二压力室57的工作油的供给排出即工作液压的导入控制,变更叶片转子32相对于壳体33的相对的相位,其结果,变更内周侧转子11和外周侧转子12之间的相对的相位。在此,内周侧转子11和外周侧转子12之间的相对的相位至少能够向超前角侧或滞相角侧变化电角180°,电动机10的状态能够设定为内周侧转子11的永久磁铁11a和外周侧转子12的永久磁铁12a的同极的磁极之间被对置配置的弱化磁场状态、和内周侧转子11的永久磁铁11a和外周侧转子12的永久磁铁12a的异极的磁极之间被对置配置的强化磁场状态之间的适当的状态。
而且,在向输出轴16传递外周侧转子12的驱动力的传动板31分别固定于外周侧转子12及叶片转子32的轴线方向两端面而形成的这些外周侧转子12、叶片转子32及两个传动板31、31之间的图2所示的空间58中,将成一体的内周侧转子11及壳体33配置为能够沿周向旋转。还有,内周侧转子11及壳体33的一体制品在空间58内设置为以浮置状态旋转自如(即,未固定于传动板31、31及输出轴16)。
还有,例如图5A所示内周侧转子11的永久磁铁11a和外周侧转子12的永久磁铁12a被同极配置的强化磁场状态、和例如图5B所示内周侧转子11的永久磁铁11a和外周侧转子12的永久磁铁12a被对极配置的弱化磁场状态下,例如图6所示,感应电压的大小变化,因此,通过在强化磁场状态和弱化磁场状态之间变化电动机10的状态而变更感应电压常数Ke。
该感应电压常数Ke例如为通过各转子11、12的旋转,在定子绕组13a的绕组端被感应的感应电压的转速比,进而,通过极对数p、电动机外径R、电动机累计厚度(積厚)L、磁通密度B、和圈数T之积,能够记述为Ke=8×p×R×L×B×T×π。由此,通过将电动机10的状态在强化磁场状态和弱化磁场状态之间变化,内周侧转子11的永久磁铁11a和外周侧转子12的永久磁铁12a引起的磁场磁通的磁通密度B的大小变化,从而感应电压常数Ke变更。
在此,例如图7A所示,电动机10的转矩与感应电压常数Ke和向定子绕组13a通电的电流之积成比例(转矩∝(Ke×电流))。
另外,例如图7B所示,电动机10的磁场弱化损失与感应电压常数Ke和转速之积成比例(磁场弱化损失∝(Ke×转速)),因此,电动机10的容许转速与感应电压常数Ke和转速之积的倒数成比例(容许转速∝(1/(Ke×转速))。
即,例如图8所示,在感应电压常数Ke相对大的电动机10中,能够运行的转速相对降低,但能够输出相对大的转矩,另一方面,在感应电压常数Ke相对小的电动机10中,能够输出的转矩相对降低,但能够运行至相对高的转速,相对于转矩及转速的能够运行的区域根据感应电压常数Ke而变化。
因此,例如图9A所示的实施例一样,通过设定为伴随电动机10的转速的增加,感应电压常数Ke变化为(例如,依次变化为A、B(<A)、C(<B))降低的倾向,与不使感应电压常数Ke变化的情况(例如,第一~第三实施例)相比,相对于转矩及转速的能够运行的区域扩大。
另外,电动机10的输出与从感应电压常数Ke和向定子绕组13a通电的电流和转速之积减去磁场弱化损失及其他损失得到的值成比例(输出∝(Ke×电流×转速—磁场弱化损失—其他损失))。即,例如图9B所示,在感应电压常数Ke相对大的电动机10中,能够运行的转速相对降低,但是在相对低的转速区域内的输出增大,另一方面,在感应电压常数Ke相对小的电动机10中,相对低的转速区域下的输出降低,但是能够运行至相对高的转速,并且,在相对高的转速下的输出增大,相对于输出及转速的能够运行的区域根据感应电压常数Ke而变化。因此,通过设定为伴随电动机10的转速的增大,感应电压常数Ke变化为(例如,依次变化为A、B(<A)、C(<B))降低的倾向,与不使感应电压常数Ke变化的情况(例如,第一~第三比较例)相比,相对于输出及转速的能够运行的区域扩大。
另外,电动机10的效率与从对定子绕组13a的输入功率减去铜损及磁场弱化损失及其他损失得到的值除以输入功率得到的值成比例(效率∝((输入功率—铜损—磁场弱化损失—其他损失)/输入功率))。
因此,在相对低的转速区域到中转速区域中,通过选择相对大的感应电压常数Ke,降低输出期望的转矩而所需的电流,降低铜损。
还有,在从中转速区域到相对高的转速区域中,通过选择相对小的感应电压常数Ke,降低磁场弱化电流,降低磁场弱化损失。
由此,例如图10A所示的实施例一样,通过设定为伴随电动机10的转速的增加,感应电压常数Ke变化为降低倾向,与不使感应电压常数Ke变化的情况(例如,图10B所示的第二比较例)相比,转速及相对于转速的能够运行的区域扩大,并且,电动机10的效率成为规定效率以上的高效率区域E扩大,进而,能够到达的最高效率的值增大。
如上所述,根据本实施方式可知,首先,在内周侧转子11及外周侧转子12沿周向配置永久磁铁11a及永久磁铁12a,由此能够利用内周侧转子11的永久磁铁11a引起的磁场磁通,效率良好地增大或减少例如外周侧转子12的永久磁铁12a引起的磁场磁通与定子绕组13a交链的交链磁通量。还有,在磁场强化状态下,能够将电动机10的转矩常数(即,转矩/相电流)设定为相对高的值,能够在不减少电动机运行时的电流损失的情况下,或不变更控制向定子绕组13a的通电的逆变器的输出电流的最大值的情况下,增大电动机10输出的最大转矩值。
而且,转动机构14通过向由能够与外周侧转子12一体地旋转地设置的叶片转子32和能够与内周侧转子11一体且能够旋转地设置的壳体33而划分在内周侧转子11的内侧的第一压力室56、......、56及第二压力室57、......、57进行工作油的供给排出,变更内周侧转子11和外周侧转子12之间的相对的相位,因此,能够抑制电动机10复杂化的情况,容易且适当地,且以期望的时序改变感应电压常数,其结果,扩大能够运行的转速范围及转矩范围,提高运行效率,并且,能够扩大高效率下的能够运行的范围。
进而,通过控制向第一压力室56、......、56及第二压力室57、......、57的工作油的供给量,能够在磁场弱化状态和磁场强化状态之间的电角180°的范围内无级变化内周侧转子11和外周侧转子12之间的相对的相位。
而且,叶片转子32及壳体33将第一压力室56、......、56及第二压力室57、......、57划分在内周侧转子11的内侧,因此,能够抑制电动机10的尤其轴线方向的厚度的增大,实现小型化。
具体来说,若向由叶片转子32的叶片部36、......、36和壳体33的凹部48、......、48划分的第一压力室56、......、56供给工作油,同时,从第二压力室57、......、57排出工作油,则在第一压力室56、......、56扩大的方向上变更壳体33和叶片转子32之间的相对的相位,其结果,变更在壳体33的外侧一体地设置的内周侧转子11和在叶片转子32一体地设置的外周侧转子12之间的相对的相位,形成为弱化磁场状态。另一方面,相反,向第二压力室57、......、57供给工作油,同时,从第一压力室56、......、56排出工作油,则在第二压力室57、......、57扩大的方向上变更壳体33和叶片转子32之间的相对的相位,其结果,变更内周侧转子11和外周侧转子12之间的相对的相位,形成为强化磁场状态。这样,作为转动机构14,使用具有叶片转子32和壳体33的简单的叶片促动器机构,因此,能够可靠地抑制电动机10复杂化的情况,同时,容易且适当地,且以期望的时序该不该感应电压常数。
而且,叶片转子32经由以覆盖轴线方向的端面的方式固定于外周侧转子12的传动板31、31被一体地设置于外周侧转子12,而且,也一体地设置于输出外周侧转子12的驱动力的输出轴16,因此,能够将外周侧转子12的旋转通过直接连结来向输出轴16传递,另一方面,导入第一压力室56、......、56及第二压力室57、......、57的工作油的压力主要为了变更在内周侧转子11的内侧一体地设置的壳体33与叶片转子32之间的相对的相位,即内周侧转子11和外周侧转子12之间的相对的相位而使用。从而,能够降低抑制需要由工作油产生的压力。
进而,工作油经由叶片转子32对第一压力室56、......、56及第二压力室57进行供给排出,因此,能够抑制伴随工作油的流路形成的轴线方向的厚度的增大。
而且,第一压力室56、......、56及第二压力室57由压入内周侧转子11的壳体33划分,因此,第一压力室56、......、56及第二压力室57、......、57的工作油经由壳体33吸取内周侧转子11的热量,将其冷却。进而,第一压力室56、......、56及第二压力室57、......、57的工作油通过外周侧转子12及内周侧转子11的旋转引起的离心力而向外侧移动,若不采用特别的密封结构,则经由一对传动板31、31、壳体33、内周侧转子11及外周侧转子12之间的间隙向外侧漏出,但在间隙通过过程中,从内周侧转子11及外周侧转子12吸取热量,将其冷却。进而,泄露的工作油通过离心力,还浇在定子13的主要定子绕组13a,冷却定子13。
[第二实施方式]
其次,主要参照图11及图12,以与上述第一实施方式不同的部分为中心说明本发明的第二实施方式的电动机。还有,对与上述第一实施方式相同的部分标注相同的符号,省略其说明。
在本实施方式中,对上述第一实施方式变更转动机构14的一部分。首先,如图11所示,一方的传动板31与上述第一实施方式相同地,通过螺栓52、......、52固定于外周侧转子12,并且,通过省略图示的螺栓固定于叶片转子32的毂部35,进而,通过螺栓54、......、54固定于叶片转子32的叶片部36。
对此,在相对于该传动板31的轴线方向相反侧以覆盖外周侧转子12和内周侧转子76的外周侧的一部分的方式配置圆环状传动板61。在该传动板61上,在同一圆周上空开等间隔地形成有与螺纹孔22b相同数量的沿轴线方向贯通的螺栓插入孔61a、......、61a,另外,在内周缘部形成有沿轴线方向呈台阶状的环状台阶部61b。该传动板61通过在螺栓插入孔61a、......、61a中分别插入螺栓52,且各螺栓52、......、52分别螺合于外周侧转子12的螺纹孔22b,由此一体且能够旋转地固定于外周侧转子12。
本实施方式的叶片转子32相对于上述第一实施方式的叶片转子32,不同点在于在各叶片部36、......、36形成的螺纹孔36a、......、36a形成在从一方的传动板31侧的端面到中间位置为止,均不贯通叶片部36,经由以覆盖轴线方向的一方侧端面的方式固定于外周侧转子12的传动板31一体地设置于外周侧转子12。另外,在本实施方式的叶片转子32的内径侧嵌合与上述第一实施方式的输出轴16相同的连通槽16b、16b、密封槽16d、16d、16d、通路孔16e及形成有一方轴承嵌合部16g的液压导入轴63。该液压导入轴63不从叶片转子32向传动板61侧突出。
本实施方式的壳体33如图12所示,在各突出部47、......、47未形成有上述第一实施方式的减轻重量孔47a、47a,在各突出部47、......、47,如图11所示,从与一方的传动板31相反的一侧的端面到中间位置为止沿轴线方向分别形成有螺纹孔47c。
在本实施方式中,输出轴(转动轴)65一体且能够旋转地设置于一体地压入内周侧转子11的壳体33,而不是叶片转子32。即,输出轴65具有:轴部66、和从轴部66的一端侧沿径向延伸的圆板状的凸缘部67,在凸缘部67,在同一圆周上空开等间隔地形成有与螺纹孔47c、......47c相同数量的沿轴线方向贯通的螺栓插入孔67a、......、67a。还有,通过将以将凸缘部67的外周缘部插入传动板61的台阶部61b和壳体33的间隙的状态,插入各螺栓插入孔67a、......、67a的各螺栓68分别螺合于螺纹孔47c,从而将输出轴65固定于壳体33。还有,在输出轴65的轴部66形成有与轴承42嵌合的轴承嵌合部66a。由此,输出外周侧转子12的驱动力的输出轴65从与传动板31相反的轴线方向的另一侧一体地设置于内周侧转子11及壳体33。
根据这样的本实施方式可知,叶片转子32经由以覆盖轴线方向的一方侧端面的方式固定于外周侧转子12的传动板31一体地设置于外周侧转子12,输出该外周侧转子12的驱动力的输出轴65从轴线方向的另一方侧与内周侧转子11及壳体33一体地设置,因此,在外周侧转子12和输出轴72之间,经由第一压力室56、......、56或第二压力室57、......、57的工作油传递驱动力。这样经由工作油传递驱动力,因此,能够以工作油吸收产生的振动,能够提高寂静性。还有,此时所需的工作油的压力成为电动机10的转矩和使内周侧转子11及外周侧转子12的相位变化所需的转矩的合力。
[第三实施方式]
其次,主要参照图13,以与上述第一实施方式的不同部分为中心说明本发明的第三实施方式的电动机。还有,对与上述第一实施方式相同的部分标注相同符号,省略其说明。
在本实施方式中,使用与上述第一实施方式不同的转动机构70。
本实施方式的转动机构70具有:以覆盖外周侧转子12的内侧的空间的方式固定于外周侧转子12的轴线方向两侧的圆环状一对传动板(第一部件)71、71;一体地设置于一方的传动板71,且支撑于电动机10的输出轴72的支撑部件73;一体地设置于另一方的传动板71,支撑于输出轴72的支撑部件(第一部件、传动板)74;与上述第一实施方式的内周侧转子11相同的结构的内周侧转子主体75;一体地压入固定于内周侧转子主体75的内侧,与内周侧转子主体75构成内周侧转子76的内侧部件77;在该内侧部件77和支撑部件73、74之间配置的环形齿轮(第二部件)78。
在外周侧转子12的与上述螺纹孔22b、......、22b相同的位置形成有螺栓插入孔22c、......、22c。
在一对传动板71、71的各自的外周侧的部分,在同一圆周上空开等间隔地形成有沿轴线方向贯通的多个(与螺栓插入孔22c相同的数量)的螺栓插入孔71a、......、71a,在比螺栓插入孔71a、......、71a靠向中心侧,也在同一圆周上空开等间隔地形成有沿轴线方向贯通的多个螺栓插入孔71b、......、71b。这些一对传动板71、71以配合于外周侧转子12的轴线方向两侧的状态,利用插入一方的传动板71的螺栓插入孔71a、螺栓插入孔22c及另一方的传动板71的螺栓插入孔71a的螺栓79、和螺合于该螺栓79的螺母80而固定于外周侧转子12。
一方的支撑部件73具有:圆筒部(转动轴)81、和从该圆筒部81的轴线方向一侧向径向外侧以圆板状延伸出的凸缘部(第一部件、传动板)82,在凸缘部82的外周侧形成有在轴线方向上的圆筒部81侧形成台阶状的环状的台阶部82a。另外,在该台阶部82a的位置,在同一圆周上空开等间隔地形成有沿轴线方向贯通的多个(与螺栓插入孔71b相同的数量)的螺纹孔82b。另外,在支撑部件73的圆筒部81的外周侧形成有螺旋花键81a,在内周侧形成有连结用花键81b。
进而,在圆筒部81的与凸缘部82的边界位置形成有沿径向贯通内外周的多个通路孔81c、......、81c,其以放射状延伸至一部分凸缘部82。这样的支撑部件73与一方的传动板71的内侧的台阶部82a配合,在该状态下插入螺栓插入孔71b、......、71b的各螺栓84分别螺合于螺纹孔82b,由此固定于一方的传动板71。
另一方的支撑部件74形成为圆环状,在其外周侧形成有在轴线方向上呈台阶状的环状台阶部74a。另外,在该台阶部74a的位置,在同一圆周上空开等间隔地形成有沿轴线方向贯通的多个(与螺栓插入孔71b相同的数量)的螺纹孔74b。另外,在支撑部件74的与台阶部74a相反的一侧的端面以放射状形成有从内周侧去掉一部分而沿径向延伸出的半孔状多个通路槽74c、......、74c。这样的支撑部件74对应于另一方的传动板71的内侧的台阶部74a,在该状态下插入螺栓插入孔71b、......、71b的各螺栓84分别螺合于螺纹孔84b,由此固定于另一方的传动板71。还有,支撑部件74在安装状态下与支撑部件73的圆筒部81的前端面抵接。
在上述支撑部件73及支撑部件74的内径侧安装有电动机10的输出轴72。在该输出轴72上具有:与支撑部件73的连结用花键81b结合的连结花键72a;在用连结花键72a结合于支撑部件73的状态下使支撑部件73的所有的通路孔81c、......、81c连通的环状的连通槽72b;在连通槽72b的两个外侧位置形成的密封槽72c、72c;通过内部而对连通槽72b进行工作油的供给排出的通路孔72d,在密封槽72c、72c分别配设有密封与支撑部件73的间隙的省略图示的密封环。
另外,在输出轴72具有:在用连结花键72a结合于支撑部件73的状态下使支撑部件74的所有的通路槽74c、......、74c连通的环状的连通槽72e;在连通槽72e的两侧形成的密封槽72f、72f;通过内部而对连通槽72e进行工作油的供给排出的通路孔72g,在密封槽72f、72f配设有密封与支撑部件74的间隙的省略图示的密封环。还有,在输出轴72形成的通路孔72d、72g相互在输出轴72的轴线方向相反侧开口。
还有,在输出轴72的比支撑部件73及支撑部件74向轴线方向外侧突出的两侧部分形成有使轴承42分别嵌合的轴承嵌合部72h、72h,在一方的轴承嵌合部72h的轴线方向的内侧花键结合有传递转动力的齿轮88。
在内周侧转子主体75的内侧一体地压入的内侧部件77具有:径向厚度薄的圆筒状的基底部90、和从该基底部90的内周面中的轴线方向的中间位置向中心轴线侧突出的环状突出部91。在环状突出部91的内周面形成有返向与上述螺旋花键81a相反的方向的螺旋花键91a。
环形齿轮78具有:圆环状基板部93;从基板部93的内周部向轴线方向一侧突出的内圆筒部94;从基板部93的外周部向轴线方向两侧突出的外圆筒部95;从外圆筒部95的轴线方向的与内圆筒部94相反的端部向径向外侧以环状突出的环状突出部96。还有,在内圆筒部94的内周面形成有能够滑动移动地结合于上述支撑部件73的螺旋花键81a的螺旋花键94a,在外圆筒部95的外周面形成有能够滑动移动地结合于上述内侧部件77的螺旋花键91a的螺旋花键95a。进而,在环状突出部96的外周面形成有向中心侧凹陷的环状密封槽96a,在该密封槽96a配设有密封与内侧部件77的间隙的省略图示的密封环。
还有,在环形齿轮78和支撑部件73的凸缘部82之间形成有经由输出轴72的通路孔72d及连通槽72b和支撑部件73的通路孔81c、......、81c进行工作油的供给排出的第一压力室101,在环形齿轮78和支撑部件74之间形成有经由输出轴72的通路孔72g及连通槽72e和支撑部件74的通路槽74c、......、74c进行工作油的供给排出的第二压力室102。这些第一压力室101及第二压力室102划分在内周侧转子76的内侧。还有,第一压力室101及第二压力室102在不受到的状态下也被工作油充满。
在此,在本实施方式中,若向第一压力室101导入工作油的同时从第二压力室102排出工作油,则环形齿轮78与支撑部件74的省略图示的止动部抵接,使第二压力室102变得狭窄,扩大第一压力室101。此时,例如,外周侧转子12的永久磁铁12a和内周侧转子76的永久磁铁11a形成为弱化磁场状态。另一方面,若向第二压力室102导入工作油的同时从第一压力室101排出工作油,则环形齿轮78在轴线方向上移动,与支撑部件73的凸缘部82抵接,使第一压力室101变得狭窄,扩大第二压力室102。此时,通过相互啮合的螺旋花键81a、94a的拧动,环形齿轮78相对于外周侧转子12及与输出轴72成一体的支撑部件73的圆筒部81转动,同时,通过相互啮合的螺旋花键95a、91a的拧动使内周侧转子76向相同方向进而旋转。由此,例如,外周侧转子12的永久磁铁12a和内周侧转子76的永久磁铁11a相对于上述弱化磁场状态,变化电角的180°相位,形成为强化磁场状态。此时,外周侧转子12的永久磁铁12a和内周侧转子76的永久磁铁11a通过磁力相互吸引,导入各第二压力室102、......、102的工作油的压力比相位变更为弱化磁场状态的情况下所需的压力低即可,根据情况不导入液压,仅进行工作油的供给排出即可。这样,通过对第一压力室101及第二压力室102的工作油的供给排出,变更内周侧转子76和外周侧转子12之间的相对的相位。在此,在本实施方式中,无论如上所述的向两极限端的相位的变更的情况下,还是这些两极限端之间的中间位置的情况下,省略图示的液压控制装置例如也通过用省略图示的开闭阀的隔断停止来自第一压力室101及第二压力室102的工作油的供给排出,由此外周侧转子12及内周侧转子11维持该时刻下的相位关系。
如上所述,传动板71、71及支撑部件73、74相对于外周侧转子12能够一体地旋转,以覆盖内周侧转子76及外周侧转子12的两端面的方式一体地设置于外周侧转子12及输出轴72,向输出轴72传递旋转力。另外,环形齿轮78配置于内周侧转子76和支撑部件73的圆筒部81之间,通过螺旋花键94a、95a连结于圆筒部81的螺旋花键81a及内周侧转子76的螺旋花键91a。
进而,环形齿轮78通过传动板71、71及支撑部件73、74将第一压力室101及第二压力室102划分在内周侧转子76的内侧,通过向这些第一压力室101及第二压力室102的工作油的供给排出沿轴线方向移动。即,环形齿轮78相对于内周侧转子76一体且能够旋转地连结,并且,通过在轴线方向上移动,还能够进行相对转动。
在以上所述的本实施方式中,转动机构70通过一体且能够旋转地设置于外周侧转子12,传递驱动力的传动板71、71及支撑部件73、74、和一体且能够旋转地设置于内周侧转子76的环形齿轮78,对划分在内周侧转子76的内侧的第一压力室101及第二压力室102进行工作油的供给排出,由此变更内周侧转子76和外周侧转子12之间的相对的相位,因此,能够抑制电动机10复杂化,同时,容易且适当地,且以期望的时序改变感应电压常数,其结果,扩大能够运行的转速范围及转矩范围,提高运行效率,并且,能够扩大高效率下的能够运行的范围。
进而,通过控制向第一压力室101及第二压力室102的工作油的供给量,在磁场弱化状态和磁场强化状态之间的电角180°的范围内无级变更内周侧转子76和外周侧转子12之间的相对的相位。
而且,传动板71、71及支撑部件73、74和环形齿轮78将第一压力室101及第二压力室102划分在内周侧转子76的内侧,尤其,能够抑制旋转轴线的延伸方向的厚度的增大,实现小型化。
若对由传动板71、71及支撑部件73、74和环形齿轮78形成的第一压力室101及第二压力室102进行工作油的供给排出,则环形齿轮78相对于传动板71、71、支撑部件73、74及外周侧转子12,沿轴线方向相对移动,但环形齿轮78配置于支撑部件73的圆筒部81和内周侧转子76之间,通过螺旋花键94a、95a连结于圆筒部81的螺旋花键81a及内周侧转子76的螺旋花键91a,因此,通过轴线方向的移动来变更内周侧转子76、和输出轴72、传动板71、71、支撑部件73、74及外周侧转子12之间的相对的相位。这样,作为转动机构70,使用使具有螺旋花键94a、95a的环形齿轮78沿轴线方向移动的简单的促动器机构,因此,能够可靠地抑制电动机10复杂化,同时,容易且适当地,且以期望的时序改变感应电压常数。
[第四实施方式]
下面,主要参照图14,以与上述第一实施方式的不同部分为中心说明本发明的第四实施方式的电动机。还有,对与上述第一实施方式相同的部分标注相同符号,省略其说明。
在本实施方式中,也使用与上述第一实施方式不同的转动机构105。
本实施方式的转动机构105具有:一体且能够旋转地固定于外周侧转子12的轴线方向两侧的一对传动板106(图14中仅图示一方);一体且能够旋转地固定于这些传动板106之间的壳体(第一部件)107;能够滑动移动地支撑于壳体107的多个(具体来说为4个)活塞(第二部件)108、......、108;与上述第一实施方式的内周侧转子111相同的内周侧转子主体109;一体且能够旋转地压入内周侧转子主体109的内侧,与内周侧转子主体109构成内周侧转子110的内侧部件111。
在壳体107的中央贯通形成有用于一体地安装输出轴(转动轴)114的安装孔107a,用于螺栓固定两个传动板106的多个螺纹孔107b、......、107b在安装孔107a的周围以在同一圆周上空开等间隔地形成。在此,在安装孔107a通过花键结合一体地连结上述输出轴114,由此,壳体107一体地设置于外周侧转子12及传递外周侧转子112的驱动力的输出轴114。
另外,在壳体107沿与安装孔107a的轴线正交的方向,以与相互正交的一对轴线分别平行的方式形成有一对孔部107c、107c,在这样的一对孔部107c、107d夹着安装孔107a的对称位置形成有两对。另外,在壳体107从安装孔107a形成有与以各对向旋转方向的相同一侧开口的孔部107c、107c的各自底侧连通的省略图示的通路孔、和与以各对向旋转方向的相同的相反侧开口的孔部107d、107d的各自底侧连通的通路孔107e、107e,连通孔107e、107e及省略图示的连通孔与输出轴114的省略图示的个别的连通槽及通路孔连通。
还有,在壳体107形成的各孔部107c、107c、107d、107d能够滑动移动地分别嵌合上述活塞108。分别插入向旋转方向的相同的一侧开口的孔部107c、107c的活塞108在与孔部107c之间分别划分与省略图示的通路孔连通的第一压力室116,分别插入向旋转方向的相同的相反侧开口的孔部107d、107d的活塞108在与孔部107d之间分别划分与通路孔107e连通的第二压力室117。还有,第一压力室116、116及第二压力室117、117在不受到工作液压的状态下也被工作油充满。
内侧部件111具有:嵌合于内周侧转子主体109的内侧的圆筒状的基底部119;从基底部119的内周侧的对置位置向中心侧突出的一对突出部120、120,在突出部120、120分别形成有使插入到对置的孔部107c的活塞108抵接的壁面120a、和使插入到对置的孔部107d的活塞108抵接的壁面120b。所有的活塞108、......、108在与壁面120a、120a对置的壁面抵接的状态下,能够相对于内周侧转子110一体地旋转。
在此,在本实施方式中,若向第一压力室116、116导入工作油的同时,从第二压力室117、117排出工作油,则第二压力室117、117变窄,扩大第一压力室116、116,在划分第一压力室116、116的方向上朝向旋转方向上的同一侧的孔部107c、107c上设置的活塞108、108按压内周侧转子110的壁面120a、120a,在划分第二压力室117、117的旋转方向朝向相同的相反侧的孔部107d、107d上设置的活塞108、......、108解除内周侧转子111的壁面120b、120b的按压,使内周侧转子110相对于外周侧转子12相对转动。此时,例如,外周侧转子12的永久磁铁12a和内周侧转子110的永久磁铁11b形成为弱化磁场状态。
另一方面,若向第二压力室117、117导入工作油的同时,从第一压力室116、116排出工作油,则第一压力室116、116变窄,扩大第二压力室117、117,在划分第二压力室117、117的朝向旋转方向上的相同一侧的孔部107d、107d设置的活塞108、108按压内周侧转子110的壁面120b、120b,在划分第一压力室116、116的朝向旋转方向上的相同的相反侧的孔部107c、107c设置的活塞108、108解除内侧部件111的壁面120a、120a的按压,将内周侧转子110相对于外周侧转子12,与上述相反地相对转动。
由此,例如,外周侧转子12的永久磁铁12a和内周侧转子110的永久磁铁11a相对于上述弱化磁场状态,变化电角的180°,形成为强化磁场状态。此时,外周侧转子12的永久磁铁12a和内周侧转子110的永久磁铁11a通过磁力相互吸引,导入第二压力室117、117的工作油的压力比相位变更为弱化磁场状态的情况下所需的压力低即可,根据情况,不导入液压,仅进行工作油的供给排出即可。由此,通过对第一压力室116、116及第二压力室117、117的工作油的供给排出,变更内周侧转子110和外周侧转子12之间的相对的相位。在此,在本实施方式中,无论如上所述的向两极限端的相位的变更的情况下,还是这些两极限端之间的中间位置的情况下,省略图示的液压控制装置例如也通过用省略图示的开闭阀的隔断停止来自第一压力室116、116及第二压力室117、117的工作油的供给排出,由此外周侧转子12及内周侧转子110维持该时刻下的相位关系。
如上所述,壳体107相对于外周侧转子12,能够一体地旋转,一体地设置于外周侧转子12及传递外周侧转子12的驱动力的输出轴114。另外,活塞108一体且能够旋转地设置于内周侧转子110,并且,插入在壳体107形成的孔部107c或孔部107d,将第一压力室116或第二压力室117划分在内周侧转子110的内侧,进而与内周侧转子110的壁面120a或壁面120b抵接。
在如上所述的本实施方式中,转动机构105通过一体且能够旋转地设置于外周侧转子12的壳体107和一体且能够旋转地设置于内周侧转子110的活塞108、......、108,对划分在内周侧转子110的内侧的第一压力室116、116及第二压力室117、117进行工作油的供给排出,由此变更内周侧转子110和外周侧转子12之间的相对的相位,因此,能够抑制电动机10复杂化,同时,容易且适当地,且以期望的时序改变感应电压常数,其结果,扩大能够运行的转速范围及转矩范围,提高运行效率,并且,能够扩大高效率下的能够运行的范围。
进而,通过控制对第一压力室116、116及第二压力室117、117的工作油的供给量,在磁场弱化状态和磁场强化状态之间的电角180°的范围内无级变更内周侧转子110和外周侧转子12之间的相对的相位。
而且,壳体107、和活塞108将第一压力室116、116及第二压力室117、117划分在内周侧转子110的内侧,因此,尤其能够抑制旋转轴线方向的厚度的增大,实现小型化。
另外,若向由壳体107和活塞108形成的第一压力室116、116及第二压力室117、117进行工作油的供给排出,则划分第一压力室116、116的活塞108、108的突出量增大,或相反,划分第二压力室117、117的活塞108、108的突出量增大。其结果,变更使活塞108、......、108抵接于壁面120a、120a或壁面120b、120b的内周侧转子110、和一体地设置于壳体107、外周侧转子12及输出轴114之间的相对的相位。这样,作为转动机构105,使用具有活塞108、......、108的简单的促动器,因此,能够抑制电动机10复杂化,同时,容易且适当地,且以期望的时序改变感应电压常数。
还有,转动机构只要是能够通过利用工作液压至少将内周侧转子11及外周侧转子12的任一方围绕旋转轴线转动而变更内周侧转子11和外周侧转子12之间的相对的相位的机构,就可以适用其他各种机构。
如上所述,本发明的电动机具备以下的特征点。
(1)一种电动机(例如,实施方式中的电动机10),其特征在于,同轴地配置具备沿周向配置的内周侧永久磁铁(例如,实施方式中的内周侧永久磁铁11a)的内周侧转子(例如,本实施方式中的内周侧转子11)及具备沿周向配置的外周侧永久磁铁(例如,实施方式的外周侧永久磁铁12a)的外周侧转子(例如,实施方式中的外周侧转子12)的相互的轴线方向,具备至少将所述内周侧转子及所述外周侧转子的任一方围绕所述旋转轴线转动,由此能够变更所述内周侧转子和所述外周侧转子之间的相对的相位的转动机构(例如,实施方式中的转动机构14、70、105),所述转动机构具有:相对于所述外周侧转子例如以固定状态或连结状态或抵接状态一体且能够旋转地设置的第一部件(例如,实施方式中的叶片转子32、传动板71、支撑部件74、凸缘部82、壳体107);相对于所述内周侧转子例如以固定状态或连结状态或抵接状态一体且能够旋转地设置,并且,通过与所述第一部件将压力室(例如,实施方式中的第一压力室56、101、116、第二压力室57、102、117)划分在所述内周侧转子的内侧的第二部件(例如,实施方式中的壳体33、环形齿轮78、活塞108),通过向所述压力室供给工作流体,变更所述内周侧转子和所述外周侧转子之间的相对的相位。
根据该电动机可知,在内周侧转子及外周侧转子沿周向配置永久磁铁,由此例如利用内周侧转子的永久磁铁引起的磁场磁通,将外周侧转子的永久磁铁引起的磁场磁通与定子绕组交链的交链磁通量有效地增大或降低。还有,在磁场强化状态下,能够将电动机的转矩常数(即,转矩/相电流)设定为相对高的值,能够在不减少电动机运行时的电流损失的情况下,或不变更控制向定子绕组的通电的逆变器的输出电流的最大值的情况下,增大电动机输出的最大转矩值。
而且,转动机构通过相对于外周侧转子一体且能够旋转地设置的第一部件、和相对于内周侧转子一体且能够旋转地设置的第二部件,向划分在内周侧转子的内侧的压力室供给工作流体,变更内周侧转子和外周侧转子之间的相对的相位,因此,能够抑制电动机复杂化,同时,容易且适当地,且以期望的时序改变感应电压常数,其结果,扩大能够运行的转速范围及转矩范围,提高运行效率,并且,能够扩大高效率下的能够运行的范围。
进而,通过控制对压力室的工作流体的供给量,能够将内周侧转子和外周侧转子之间的相对的相位形成为期望的相位。
而且,第一部件及第二部件将压力室划分在内周侧转子的内侧,因此,尤其能够抑制旋转轴线方向的厚度,实现小型化。
(2)在上述(1)中,可以采用如下结构,即:所述第一部件是配置于所述内周侧转子的内侧,并且,一体地设置于所述外周侧转子的叶片转子(例如,实施方式中的叶片转子32),所述第二部件是将所述叶片转子的叶片部能够转动地收容(例如,实施方式中的叶片部36),同时,具有通过与叶片转子划分所述压力室(例如,实施方式中的第一压力室56、第二压力室57)的凹部(例如,实施方式中的凹部48),并一体地设置于所述内周侧转子的内侧的壳体(例如,实施方式中的壳体33)。
在这种情况下,若向通过作为第一部件的叶片转子的叶片部和作为第二部件的壳体的凹部划分的压力室供给工作流体,则在扩大压力室的方向上变更壳体和叶片转子之间的相对的相位,其结果,变更在壳体的外侧一体地设置的内周侧转子、和在叶片转子一体地设置的外周侧转子之间的相对的相位。这样,作为转动机构,使用具有叶片转子和壳体的简单的叶片促动器,因此,能够可靠地抑制电动机复杂化,同时,容易且适当地且以期望的时序改变感应电压常数。
(3)在上述(2)中,也可以采用以下结构,即:所述叶片转子经由以覆盖轴线方向的端面的方式固定于所述外周侧转子的端板(例如,实施方式中的传动板31),一体地设置于所述外周侧转子,也一体地设置于传递该外周侧转子的驱动力的转动轴(例如,实施方式中的输出轴16)。
在这种情况下,叶片转子经由以覆盖轴线方向的端面的方式固定于外周侧转子的端板,一体地设置于外周侧转子,而且,也一体地设置于传递外周侧转子的驱动力的转动轴,因此,能够通过直接连结向转动轴传递外周侧转子的旋转,另一方面,导入压力室的工作流体的压力主要为了变更一体地设置于内周侧转子的内侧的壳体、和叶片转子直觉地相对的相位即内周侧转子和外周侧转子之间的相对的相位而使用。从而,能够降低抑制需要由工作流体产生的压力。
(4)在上述(2)中,也可以采用以下的结构,即:所述叶片转子经由以覆盖轴线方向的端面的方式固定于外周侧转子的端板(例如,实施方式中的传动板31),一体地设置于外周侧转子,且传递该外周侧转子的驱动力的转动轴(例如,实施方式中的输出轴65)从轴线方向的另一方侧一体地设置于所述内周侧转子及所述壳体。
在这种情况下,叶片转子经由以覆盖轴线方向的一方侧端面的方式固定于外周侧转子的端板,一体地设置于外周侧转子,传递该外周侧转子的驱动力的转动轴从轴线方向的另一方侧一体地设置于内周侧转子及壳体,因此,经由压力室的工作流体,向一体地设置于内周侧转子及壳体的转动轴传递外周侧转子的驱动力。这样,经由工作流体,传递驱动力,因此,能够用流体吸收产生的振动,能够提高寂静性。
(5)在上述(2)~(4)的任一项中,采用以下结构也可,即:所述工作流体经由所述叶片转子,供给于所述压力室。
在这种情况下,工作流体经由叶片转子供给于压力室,因此,能够抑制伴随工作流体的流路形成的轴线方向的厚度的增大。
(6)在上述(1)中,采用以下的结构也可,即:所述第一部件是以覆盖所述内周侧转子及所述外周侧转子的两端面的方式,一体地设置于外周侧转子及转动轴(例如,实施方式中的输出轴72、圆筒部81),将旋转力向该转动轴传递的端板(例如,实施方式中的传动板71、支撑部件74、凸缘部82),所述第二部件是配置于所述内周侧转子及所述转动轴之间,分别通过螺旋花键(例如,实施方式中的螺旋花键81a、91a、94a、95a)连结于这些内周侧转子及转动轴,并且,通过与所述端板划分所述压力室(例如,实施方式中的第一压力室101、第二压力室102),通过向该压力室的所述工作流体的供给,在轴线方向上移动的环形齿轮(例如,实施方式中的环形齿轮78)。
在这种情况下,若向由作为第一部件的端板和作为第二部件的环形齿轮形成的压力室供给工作流体,则环形齿轮相对于端板及一体地设置于其的外周侧转子,在轴线方向上相对地移动,但环形齿轮配置于与端板一体地设置的转动轴和内周侧转子之间,分别通过螺旋花键连结于这些转动轴及内周侧转子,因此,通过轴线方向的移动,变更内周侧转子、转动轴、端板及外周侧转子之间的相对的相位。这样,作为转动机构,使用在轴线方向上使具有螺旋花键的环形齿轮移动的简单的促动器,因此,能够可靠地抑制电动机复杂化,同时,容易且适当地且以期望的时序改变感应电压常数。
(7)在上述(1)中,采用以下的结构也可,即:所述第一部件是一体地设置于所述外周侧转子及传递外周侧转子的驱动力的转动轴(例如,实施方式中的输出轴114)的壳体(例如,实施方式中的壳体107),所述第二部件是插入在所述壳体形成的孔部(例如,实施方式中的孔部107c、107d),通过与该孔部划分所述压力室(例如,实施方式中的第一压力室116、第二压力室117),并且,与所述内周侧转子的壁面(例如,实施方式中的壁面120a、102b)抵接的活塞(例如,实施方式中的活塞108)。
在这种情况下,若向由作为第一部件的壳体、和作为第二部件的活塞形成的压力室供给工作流体,则活塞增大来自压力室的突出量,其结果,变更使活塞与壁面抵接的内周侧转子、和一体地设置的壳体、外周侧转子及转动轴之间的相对的相位。
这样,作为转动机构,使用具有活塞的简单的促动器,因此,能够可靠地抑制电动机复杂化,同时,容易且适当地且以期望的时序改变感应电压常数。
[第五实施方式]
以下,参照图15~图24B,同时,说明本发明的第五实施方式的电动机。
本实施方式的电动机210如图15~图17所示是无刷DC电动机,其具备:将该电动机210的旋转轴线作为中心能够旋转地设置的大致圆环状内周侧转子211;相对于内周侧转子211,在其径向外侧以同轴的旋转轴线为中心能够旋转地设置,而且使旋转轴线方向的位置对应地设置的大致圆环状外周侧转子212;具有产生使内周侧转子211及外周侧转子212旋转的旋转磁场的多相的图15所示的定子绕组213a的定子213;连接于内周侧转子211及外周侧转子212,并且,通过作为非压缩性流体的工作油(工作流体)的液压(流体压)变更内周侧转子211和外周侧转子212之间的相对的相位的转动机构(转动机构)214;控制对转动机构214的液压的省略图示的液压控制装置。该电动机210例如作为驱动源搭载于混合动力车辆或电动车辆等车辆,此时,其输出轴(转动轴)216连接于传动装置(省略图示)的输入轴,电动机210的驱动力经由传动装置传递于车辆的驱动轮(省略图示)。
还有,若在车辆的减速时,从驱动轮侧向电动机210传递驱动力,则电动机210作为发电机发挥功能,产生所谓的再生制动力,将车体的运动能作为电能(再生能)回收。进而,例如,在混合动力车辆中,该电动机210的旋转轴线连结于内燃机(省略图示)的曲轴,内燃机的输出向电动机210传递的情况下,电动机210也作为发电机发挥功能,产生发电能。
内周侧转子211配置为其旋转轴线与电动机210的旋转轴线同轴,如图16所示,具有大致圆筒状内周侧转子铁心221,在该内周侧转子铁心221的外周侧的部分沿周向以规定的等间距设置有多个(具体来说16处)内周侧磁铁装配部223、......、223。另外,在内周侧转子铁心221的外周面221A上,在周向上相邻的内周侧磁铁装配部223、223的所有的间隔位置以沿径向凹陷的方式形成有与旋转轴线平行地延伸的凹槽221a。该内周侧转子铁心221例如通过烧结等来形成。
各内周侧磁铁装配部223、......、223分别具备:与旋转轴线平行地贯通内周侧转子铁心221的一对磁铁装配孔223a、223a。一对磁铁装配孔223a、223a的与旋转轴线平行的方向上的剖面形成为大致长方形状,相互经由中央肋223b,在周向上相邻地形成于同一平面内。还有,该平面与连结中央肋223b和旋转轴线的半径线正交。在各磁铁装配孔223a、223a分别装配有与旋转轴线平行地延伸的大致板状的永久磁铁211a。
分别装配于磁铁装配孔223a、......、223a的永久磁铁211a均在厚度方向上(即,各转子211、212的径向)上相同地被磁化,设置于同一内周侧磁场装配部223的一对磁铁装配孔223a、223a的一对永久磁铁211a、211a设定为磁化方向相互相同的方向。还有,在所有的内周侧磁铁装配部223、......、223中,在周向上相邻的内周侧磁铁装配部223、223之间设定为在一方装配的一对永久磁铁211a、211a及在另一方装配的一对永久磁铁211a、211a的磁化方向为相互不同方向。即,装配有外周侧被N极化的一对永久磁铁211a、211a的内周侧磁铁装配部223经由凹槽221a而在周向上与装配有外周侧被S极化的一对永久磁铁211a、211a的内周侧磁铁装配部223邻接。
如上所述,内周侧转子211具备:沿周向配置的多个永久磁铁211a、......、211a。
外周侧转子212也配置为旋转轴线与电动机210的旋转轴线同轴,具有大致圆筒状的外周侧转子铁心222,在该外周侧转子铁心222上,在其外周侧的部分沿周向以规定的等间距设置有与上述内周侧磁铁装配部223、......、223相同数量的外周侧磁铁装配部224、......、224。另外,在外周侧转子铁心222的外周面222A上,在周向上相邻的外周侧磁铁装配部224、224的所有的间隔位置,沿径向凹陷地形成有与旋转轴线平行地延伸的凹槽222a。
进而,在外周侧转子铁心222的各凹槽222a、......、222a的各内径侧即外周侧磁铁装配部224、......、224相邻的装配部之间的各间隔位置分别沿轴线方向贯通形成有图15所示的螺纹孔222b。该外周侧转子铁心222例如也通过烧结等形成。
各外周侧磁铁装配部224、......、224分别具备与旋转轴线平行地贯通的一对磁铁装配孔224a、224a。一对磁铁装配孔224a、224a的与旋转轴线平行的方向上的剖面形成为大致长方形状,相互经由中央肋224b在周向上相邻地配置在同一平面内。还有,该平面相对于连结中央肋224b和旋转轴线的半径线正交。在各磁铁装配孔224a、224a分别装配有与旋转轴线平行地延伸的大致板状永久磁铁212a。
在各磁铁装配孔224a、......、224a分别装配的永久磁铁212a在所有厚度方向(即各转子211、212的径向)上相同地被磁化,在同一的外周侧磁铁装配部224设置的一对磁铁装配孔224a、224a上装配的一对永久磁铁212a、212a设置为磁化方向为相互相同方向。还有,在所有的外周侧磁铁装配部224、......、224中,在周向上相邻的外周侧磁铁装配部224、224之间设定为在一方装配的一对永久磁铁212a、212a及在另一方装配的一对永久磁铁212a、212a的磁化方向为相互不同方向。即,装配有外周侧被N极化的一对永久磁铁212a、212a的外周侧磁铁装配部224经由凹槽222a在周向上与装配有外周侧被S极化的一对永久磁铁212a、212a的外周侧磁铁装配部224邻接。
如上所述,外周侧转子212也具备:沿周向配置的多个永久磁铁212a、......、212a。
还有,内周侧转子211的各内周侧磁铁装配部223、......、223和外周侧转子212的各外周侧磁铁装配部224、......、224配置为能够在各转子211、212的径向上对置配置。在该对置配置状态时,形成为所有一对永久磁铁211a、211a与任意对应的一对永久磁铁212a、212a以一对一相对应旋转方向的相位的状态。另外,关于内周侧转子211的各凹槽221a、......、221a和外周侧转子212的各凹槽222a、......、222a,也形成为所有的凹槽221a、......、221a与任意对应的凹槽22a以一对一相对应旋转方向的相位的状态。
由此,根据内周侧转子211和外周侧转子212的围绕旋转轴线的相对位置,能够将电动机210的状态设定为如下状态中适当的状态,即:在内周侧转子211的所有的永久磁铁211a、......、211a和外周侧转子212的所有的永久磁铁212a、......、212a中,从成对的永久磁铁211a、211a和成对的永久磁铁212a、212a的同极的磁极之间被对置配置(即,成对的永久磁铁211a、211a和成对的永久磁铁212a、212a被对极配置),从而磁场被最大幅度弱化的图16所示的弱化磁场状态,至成对的永久磁铁211a、211a和成对的永久磁铁212a、212a的异极的磁极之间被对置配置(即,成对的永久磁铁211a、211a和成对的永久磁铁212a、212a被同极配置),从而磁场被最大幅度强化的图8所示的强化磁场状态中的适当的状态。
在此,图15所示的定子213形成为与外周侧转子212的外周部对置配置的大致圆筒状,例如,固定于车辆的传动装置的壳体(省略图示)等。
其次,对进行如上所述的内周侧转子211和外周侧转子212的相对的相位变更的转动机构214进行说明。
本实施方式的转动机构214如图15及图17所示,在外周侧转子212的轴线方向两侧具有:以覆盖外周侧转子212的内侧的空间的方式固定于外周侧转子212的轴线方向两侧的圆板状的一对传动板(端板)231、231;通过被这些传动板231、231夹持,一体地设置于外周侧转子212的内侧的叶片转子232;在内周侧转子211的内侧一体地固定,与该内周侧转子211一同配置于叶片转子232、外周侧转子212及传动板231、231之间的壳体233。叶片转子232及壳体233例如通过烧结等形成。
在一对传动板231、231的各自的外周侧的部分以在同一圆周上空开等间隔的方式形成有在轴线方向上贯通的多个(与螺纹孔222b相同的数量)的螺栓插入孔231a、......、231a,在这些螺栓插入孔231a、......、231a的内侧的一侧形成有沿轴线方向凹陷的图15所示的环状槽231b。另外,在传动板231的比环状槽231b靠向内侧处以在同一圆周上空开等间隔的方式形成有沿轴线方向贯通的多个螺栓插入孔231c、......、231c,在这些螺栓插入孔231c、......、231c的内侧以在同一圆周上空开等间隔的方式也形成有与螺栓插入孔231c、......、231c相同的数量的沿轴线方向贯通的图3所示的螺栓插入孔231d、......、231d。在此,在所有的螺栓插入孔231c、......、231c中,在圆周方向上相邻的螺栓插入孔231c、231c之间的各中央位置形成有内侧的螺栓插入孔231d。进而,在内侧螺栓插入孔231d、......、231d的内侧即传动板231的中心位置形成有沿轴线方向贯通的嵌合孔231e。
叶片转子232具有:圆筒状的毂部235;从该毂部235的外周面中的圆周方向的等间隔位置向径向外侧延伸的多个(与所述螺栓插入孔231c相同的数量(具体来说为6处))叶片部236、......、236。
毂部235形成为台阶状,该台阶状具有:位于外周侧,且与叶片部236、......、236相同的轴线方向长度的夹持基底部237;从该夹持基底部237的内周侧向轴线方向两侧突出的圆筒状的一对嵌合部238。在夹持基底部237的相邻的叶片部236、236之间的中央位置分别形成有沿轴线方向贯通的多个(与上述螺栓插入孔231d相同的数量)螺纹孔235a。另外,在毂部235的内径侧的轴线方向一侧形成有图15所示的连结用花键235b,在轴线方向另一侧,如图15所示地以在轴线方向的位置不同的方式形成有如图16所示地从各叶片部236、......、236的位置的内周侧分别向最靠近的叶片部236的基端的旋转方向上的相同一侧贯通的通路孔235c、......、235c、和从各叶片部236、......、236的位置的内周侧分别向最靠近叶片部236的基端的旋转方向上的相同的相反侧贯通的通路孔235d、......、235d。
在该叶片转子232的内径侧安装传递外周侧转子212的驱动力的输出轴216。在该输出轴216具有:与毂部235的连结用花键235b结合的连结用花键216a、以用连结用花键216a结合的状态使毂部235的所有的通路孔35c连通的环状的连通槽216b;以相同状态使所有的通路孔235d连通的环状的连通槽216c;在这些连通槽216b、216c的间隔位置及两外侧位置形成的密封槽216d、216d、216d,在这些密封槽216d、216d、216d分别配设密封与叶片转子232的间隙的省略图示的密封环。另外,在该输出轴216形成有用于通过其内部对连通槽216b进行工作油的供给排出的通路孔216e;用于对连通槽216c进行工作油的供给排出的通路孔216f。还有,在该输出轴216的比传动板231、231更向轴线方向外侧突出的部分分别形成有使例如在车辆的传动装置的壳体保持的一对轴承242、242嵌合的轴承嵌合部216g。
各叶片部236、......、236形成为大致板状,如图16所示,在中间位置分别形成有沿轴线方向贯通的螺纹孔236a。另外,在圆周方向的两侧面,分别在螺纹孔236a的形成位置的外周侧沿轴线方向的全长形成有一对凹状部236b、236b,在螺纹孔236a的形成位置的内侧也沿轴线方向的全长形成有凹状部236c、236c。进而,在各叶片部236、......、236的各自的外周面沿轴线方向的全长形成有从外周面朝向中心侧凹陷的密封件保持槽236d。在这些密封件保持部236d、......、236d分别配置密封与壳体233的间隙的弹簧密封件244。各弹簧密封件244、......、244包括:设置于外侧,与壳体233滑接的密封件244a和设置于内侧,将密封件244a向径向外侧的壳体233侧按压的弹簧244b。
以成为规定的相位关系的方式一体地嵌合于内周侧转子211的内侧的壳体233具有:径向厚度薄的圆筒状的基底部246、从该基底部246的内周面中的圆周方向的等间隔位置向径向内侧突出的、与叶片部236、......、236相同数量的突出部247、......、247。在此,基底部246如图15所示,在全周上比突出部247更向轴线方向两侧突出。各突出部247、......、247如图16所示,分别在轴线方向上观察的情况下形成为前端细的大致等腰三角形状,在所有的突出部247、......、247中,在圆周方向上相邻的突出部247、247之间的各间隔形成有能够配置所述叶片转子232的叶片部236的凹部248。在各突出部247、......、247形成有从轴线方向的两面凹陷规定的深度的一对减轻重量孔247a、247a,另外,在各自的内端面沿轴线方向的全长形成有朝向外径侧凹陷的密封件保持槽247b。在这些密封件保持部247b、......、247b分别配置有密封与叶片转子232的毂部235的外周面的间隙的弹簧密封件250。这些弹簧密封件250、......、250包括:设置于内周侧,与叶片转子232的毂部235滑接的密封件250a、和设置于外径侧,将密封件250a向叶片转子232侧按压的弹簧密封件250b。还有,通过螺栓等的紧固来将壳体233一体地连结于内周侧转子211也可。
在组装上述各部件的情况下,例如,以使外周侧转子212对应于一方的传动板231的状态,分别将螺栓252插入该传动板231的各螺栓插入孔231a、......、231a,将各螺栓252、......、252分别螺合于外周侧转子212的螺纹孔222b。另外,以通过将其一方的嵌合部238嵌合于嵌合孔231e而将叶片转子232与该传动板231对应的状态,将省略图示的螺栓分别插入该传动板231的各螺栓插入孔231d、......、231d,将各螺栓分别螺合于叶片转子232的毂部235的螺纹孔235a。进而,分别将螺栓254插入该传动板231的各螺栓插入孔231c、......、231c,将各螺栓254、......、254分别螺合于叶片转子232的叶片部236的螺纹孔236a。还有,以将弹簧密封件244分别安装于叶片转子232的各叶片部236、......、236的状态,将各叶片部236、......、236以一对一分别放入对应的凹部248,由此以安装有弹簧密封件250、......、250的状态插入到预先在内侧压入有壳体233的内周侧转子211。
还有,对于另一方的传动板231,通过将叶片转子232的另一方的嵌合部238与嵌合孔231e嵌合而从相反侧对应,将螺栓252分别插入该传动板231的各螺栓插入孔231a、......、231a,将各螺栓252、......、252分别螺合于外周侧转子212的螺纹孔222b。另外,在该传动板231的各螺栓插入孔231d、......、231d中插入省略图示的螺栓,将各螺栓分别螺合于叶片转子232的毂部235的螺纹孔235a,进而,在各螺栓插入孔231c、......、231c中分别插入螺栓254,并将各螺栓254、......、254分别螺合于叶片转子232的叶片部236的螺纹孔236a。其结果,在外周侧转子212的轴线方向两端面固定的传动板231、231分别通过叶片转子232的各叶片部236、......、236和螺栓254、......、254一体地被固定,通过毂部235和省略图示的螺栓一体地被固定。还有,将叶片部236、......、236固定于传动板231的螺栓254、......、254使用根数比将外周侧转子212固定于传动板231的螺栓252、......、252少,且尺寸大的螺栓。
然后,输出轴216嵌合于叶片转子232的内侧,此时,结合连结用花键216a及连结用花键235b。其结果,形成为输出轴216一体地固定于叶片转子232的状态。当然,上述组装步骤为一例,也可以与上述不同的步骤来组装。
由此,与壳体233成一体的内周侧转子211设置于外周侧转子212的内侧且叶片转子232的外侧,且在传动板231、231之间的空间258,在进入传动板231、231的环状槽231b、231b的基底部246的轴线方向两侧部分被保持为能够旋转。进而,在壳体233的凹部248、......、248分别一片片配置叶片转子232的叶片部236。另外,与叶片转子232花键结合的输出轴216能够与外周侧转子212、传动板231、231及叶片转子232一体地旋转,具体来说,一体地被固定。
在此,在外周侧转子212的永久磁铁212a、......、212a和内周侧转子211的永久磁铁211a、......、211a使异极之间对置的强化磁场状态时,如图18所示,所有的叶轮236、......、236在各自对应的凹部248内与相邻于旋转方向上的相同一侧的突出部247抵接,在与抵接的突出部247之间形成第一压力室256,并且分别在与相邻于旋转方向上的相同的相反侧的突出部47之间形成比第一压力室256广的第二压力室257(换而言之,通过凹部248、......、248及收容于凹部248、......、248的叶片部236、......、236形成第一压力室256、......、256及第二压力室257、......、257)。其结果,这些第一压力室256、......、256及第二压力室257、......、257划分在内周侧转子211的内侧。
相反,在外周侧转子212的永久磁铁212a、......、212a和内周侧转子211的永久磁铁211a、......、211a使同极之间对置的弱化磁场状态时,如图16所示,所有的叶片部236、......、236在各自对应的凹部248内与相邻于旋转方向上的相同的所述相反侧的突出部247抵接,缩小第二压力室257,分别扩大与相邻于旋转方向上的相同的所述一侧的突出部247之间的第一压力室256。还有,在各第一压力室256、......、256以一对一设置有叶片转子232的各通路孔235c、......、235c,使其时常开口,在各第二压力室257、......、257以一对一设置有叶片转子232的各通路孔235d、......、235d,使其总是常开口。
在此,外周侧转子212及内周侧转子211将永久磁铁212a、......、212a及永久磁铁211a、......、211a以相互不同的极性对置并相互吸引的图18所示的强化磁场的位置设定为第一压力室256、......、256及第二压力室257、......、257基本上不受到工作液压时的原点位置。还有,第一压力室256、......、256及第二压力室257、......、257在不受到工作液压的状态下也被工作油充满。还有,从该原点位置经由各通路孔235c、......、235c向各第一压力室256、......、256导入(即,向第一压力室256、......、256导入工作液压)工作油的同时,从第二压力室257、......、257经由各通路孔235d、......、235d排出工作油的情况下,外周侧转子212及内周侧转子211克服磁力,进行相对旋转,形成为弱化磁场状态。相反,经由各通路孔235d、......、235d向各第二压力室257、......、257导入工作油的同时,从各第一压力室256、......、256经由各通路孔235c、......、235c排出工作油的情况下,外周侧转子212及内周侧转子211返回原点位置,形成为强化磁场状态,但此时,外周侧转子212的永久磁铁212a、......、212a和内周侧转子211的永久磁铁211a、......、211a通过磁力相互吸引,因此,导入各第二压力室257、......、257的工作油的压力比相位变更为弱化磁场状态的情况所需的压力低即可,根据情况不导入液压,仅进行工作油的供给排出即可。
另外,电动机210使内周侧转子211相对于外周侧转子212,从使永久磁铁212a、......、212a及永久磁铁211a、......、211a相互相同的极性对置的弱化状态返回原点位置时的旋转方向、与在减速旋转时产生的惯性力矩的方向一致。即,电动机210在车辆的前进行驶时将外周侧转子212及内周侧转子211设定为向图16及图18中的顺时针方向旋转,若外周侧转子212从图16所示的弱化磁场状态减速,则在处于浮置状态的内周侧转子211产生恢复为图18所示的强化磁场状态的惯性力矩。
在此,工作油为非压缩性,因此,无论在向如上所述的强化磁场状态及弱化磁场状态的两极限端的相位的变更的情况下,还是这些两极限端之间的中间位置的情况下,省略图示的液压控制装置例如也通过用省略图示的开闭阀的隔断停止来自所有的第一压力室256、......、256及第二压力室257、......、257的工作油的供给排出,由此外周侧转子212及内周侧转子211维持所述时刻下的相位关系,从而能够在任意的磁场状态下停止相位变更。
如上所述,所述叶片转子232一体地固定于外周侧转子212,能够一体地旋转,并配置于内周侧转子211的内侧。而且,叶片转子232经由以覆盖外周侧转子212及内周侧转子211的轴线方向的两端面的方式固定于外周侧转子212的传动板231、231而被一体地固定于外周侧转子212,还一体地设置于输出外周侧转子212的驱动力的输出轴216。另外,所述壳体233与内周侧转子211一体地嵌合,能够一体地旋转,其凹部248通过与叶片转子32而将第一压力室256及第二压力室257划分在内周侧转子211的内侧。进而,通过向这些第一压力室256及第二压力室257的工作油的供给排出即工作液压的导入控制,变更叶片转子232相对于壳体233的相对的相位,其结果,变更内周侧转子211和外周侧转子212之间的相对的相位。在此,内周侧转子211和外周侧转子212之间的相对的相位至少能够向超前角侧或滞相角侧变化电角的180°,电动机210的状态能够设定为:内周侧转子211的永久磁铁211a和外周侧转子212的永久磁铁212a的同极的磁极之间被对置配置的弱化磁场状态、和内周侧转子211的永久磁铁211a和外周侧转子212的永久磁铁212a的异极的磁极之间被对置配置的强化磁场状态之间的适当的状态。
而且,在向输出轴216传递外周侧转子212的驱动力的传动板231分别固定于外周侧转子212及叶片转子232的轴线方向两端面而包围的这些外周侧转子212、叶片转子32及两个传动板231、231之间的图16所示的空间258内,将成一体的内周侧转子211及壳体233配置为能够沿周向旋转。还有,内周侧转子211及壳体233的一体制品在空间258内设置为以浮置状态旋转自如(即,未固定于传动板231、231及输出轴216)。
还有,例如图19A所示内周侧转子211的永久磁铁211a和外周侧转子212的永久磁铁212a被同极配置的强化磁场状态、和例如图19B所示内周侧转子211的永久磁铁211a和外周侧转子212的永久磁铁212a被对极配置的弱化磁场状态下,例如图20所示,感应电压的大小变化,因此,通过在强化磁场状态和弱化磁场状态之间变化电动机210的状态而变更感应电压常数Ke。
该感应电压常数Ke例如为通过各转子211、212的旋转,在定子绕组213a的绕组端被感应的感应电压的转速比,进而,通过极对数p、电动机外径R、电动机累计厚度L、磁通密度B、和圈数T之积,能够记述为Ke=8×p×R×L×B×T×π。由此,通过使电动机210的状态在强化磁场状态和弱化磁场状态之间变化,内周侧转子211的永久磁铁211a和外周侧转子212的永久磁铁212a引起的磁场磁通的磁通密度B的大小变化,从而感应电压常数Ke变更。
在此,例如图21A所示,电动机210的转矩与感应电压常数Ke和向定子绕组213a通电的电流之积成比例(转矩∝(Ke×电流))。
另外,例如图21B所示,电动机210的磁场弱化损失与感应电压常数Ke和转速之间成比例(磁场弱化损失∝(Ke×转速)),因此,电动机210的容许转速与感应电压常数Ke和转速之积的倒数成比例(容许转速∝(1/(Ke×转速))。
即,例如图22所示,在感应电压常数Ke相对大的电动机210中,能够运行的转速相对降低,但能够输出相对大的转矩,另一方面,在感应电压常数Ke相对小的电动机210中,能够输出的转矩相对降低,但能够运行至相对高的转速,相对于转矩及转速的能够运行的区域根据感应电压常数Ke而变化。
因此,例如图23A所示的实施例一样,通过设定为伴随电动机210的转速的增加,感应电压常数Ke变化为(例如,依次变化为A、B(<A)、C(<B))降低的倾向,与不使感应电压常数Ke变化的情况(例如,第一~第三比较例)相比,相对于转矩及转速的能够运行的区域扩大。
另外,电动机210的输出与从感应电压常数Ke和向定子绕组13a通电的电流和转速之积减去磁场弱化损失及其他损失得到的值成比例(输出∝(Ke×电流×转速—磁场弱化损失—其他损失))。即,例如图23B所示,在感应电压常数Ke相对大的电动机210中,能够运行的转速相对降低,但是相对低的转速区域下的输出增大,另一方面,在感应电压常数Ke相对小的电动机210中,相对低的转速区域下的输出降低,但是能够运行至相对高的转速,并且,相对高的转速下的输出增大,相对于输出及转速的能够运行的区域根据感应电压常数Ke而变化。因此,通过设定为伴随电动机210的转速的增大,感应电压常数Ke变化为(例如,依次变化为A、B(<A)、C(<B))降低的倾向,与不变化感应电压常数Ke的情况(例如,第一~第三比较例)相比,相对于输出及转速的能够运行的区域扩大。
另外,电动机210的效率与从对定子绕组213a的输入功率减去铜损及磁场弱化损失及其他损失得到的值除以输入功率得到的值成比例(效率∝((输入功率—铜损—磁场弱化损失—其他损失)/输入功率))。
因此,在相对低的转速区域到中转速区域中,通过选择相对大的感应电压常数Ke,降低输出期望的转矩而所需的电流,降低铜损。
还有,在中转速区域到相对高的转速区域中,通过选择相对小的感应电压常数Ke,降低磁场弱化电流,降低磁场弱化损失。
由此,例如图24A所示的实施例一样,通过设定为伴随电动机210的转速的增加,感应电压常数Ke变化为降低倾向,与不使感应电压常数Ke变化的情况(例如,图24B所示的第二比较例)相比,扩大转速及相对于转速的能够运行的区域,并且,电动机210的效率成为规定效率以上的高效率区域E扩大,进而,能够到达的最高效率的值增大。
如上所述,根据本实施方式可知,首先,在内周侧转子211及外周侧转子212沿周向配置永久磁铁211a及永久磁铁212a,由此能够利用内周侧转子211的永久磁铁211a引起的磁场磁通,效率良好地增大或减少例如外周侧转子212的永久磁铁212a引起的磁场磁通与定子绕组213a交链的交链磁通量。还有,在磁场强化状态下,能够将电动机210的转矩常数(即,转矩/相电流)设定为相对高的值,能够在不减少电动机运行时的电流损失的情况下,或不变更控制向定子绕组213a的通电的逆变器的输出电流的最大值的情况下,增大电动机210输出的最大转矩值。
而且,作为转动机构214使用具有一体地设置于内周侧转子211的壳体233、和一体地设置于外周侧转子212,并且通过与壳体233形成第一压力室256、......、256及第二压力室257、......、257,且利用导入第一压力室256、......、256及第二压力室257、......、257的工作液压变更对壳体233的相对的相位的叶片转子232的简单的叶片促动器机构,因此,能够抑制电动机210复杂化的情况,容易且适当地,且以期望的时序改变感应电压常数。
进而,通过控制向第一压力室256、......、256及第二压力室257、......、257的工作油的供给量,能够在磁场弱化状态和磁场强化状态之间的电角180°的范围内使内周侧转子211和外周侧转子212之间的相对的相位无级变化。
而且,叶片转子232及壳体233将第一压力室256、......、256及第二压力室257、......、257划分在内周侧转子211的内侧,因此,能够抑制电动机210的尤其轴线方向的厚度的增大,实现小型化。
而且,在通过直接连结而向输出轴216传递外周侧转子212的驱动力的传动板231、231固定于外周侧转子212及叶片转子232的轴线方向两端面,由此包围的这些外周侧转子212、叶片转子232及两个传动板231、231之间的空间258中将一体的内周侧转子211及壳体233配置为沿周向能够转动,因此,这些内周侧转子211及壳体233以相对于外周侧转子212、叶片转子232、两个传动板231、231及输出轴216均没有固定也没有连结的浮置状态被保持。其结果,导入第一压力室256、......、256及第二压力室257、......、257的工作油的压力主要为了一体地设置于内周侧转子211的内侧的壳体233和叶片转子232之间的相对的相位即内周侧转子211和外周侧转子212之间的相对的相位的变更而使用。从而,能够降低抑制由工作油产生所需要的压力。
进而,固定于外周侧转子212的轴线方向两端面的传动板231、231分别一体地固定于叶片转子232的叶片部236、......、236,因此,能够抑制工作油通过叶片部236、......、236和传动板231、231的间隙的情况,并且,能够抑制叶片部236、......、236的变形及该变形引起的叶片部236、......、236的前端侧的变位。
而且,固定于外周侧转子212的轴线方向两端面的传动板231、231分别经由叶片转子232一体固定于输出轴216,因此,对于输出轴216,通过两臂支撑外周侧转子212、叶片转子232及两个传动板231、231。从而,能够良好地支撑外周侧转子212、叶片转子232及两个传动板231、231。
另外,外周侧转子212及内周侧转子211将永久磁铁211a、......、211a及永久磁铁212a、......、212a以相互不同的极性对置的位置设定为第一压力室256、......、256及第二压力室257、......、257基本上不受到工作液压时的原点位置,因此,能够通过磁力,向原点位置迅速复位。
进而,内周侧转子211使对于外周侧转子212,从永久磁铁211a、......、211a及永久磁铁212a、......、212a相互相同的极性对置的状态返回原点位置时的旋转方向、和在减速旋转时产生的惯性力矩的方向一致,因此,在减速旋转时,除了磁力之外,还能够通过惯性力矩进而顺畅地返回原点位置。从而,能够更迅速进行减速时的向原点位置的复位,能够提高接下来的加速旋转时的响应性,因此,尤其适合车辆的行驶用途中使用的情况。
而且,经由叶片转子232,对第一压力室256、......、256及第二压力室257、......、257进行工作油的供给排出,因此,通过工作油的流路形成,能够抑制轴线方向的厚度的增大。
而且,第一压力室256、......、256及第二压力室257由压入内周侧转子211的壳体33划分,因此,第一压力室256、......、256及第二压力室257、......、257的工作油经由壳体33吸取内周侧转子211的热量,将其冷却。进而,第一压力室256、......、256及第二压力室257、......、257的工作油通过外周侧转子212及内周侧转子211的旋转引起的离心力,向外侧移动,若不采用特别的密封结构,则经由一对传动板231、231和壳体233、内周侧转子211及外周侧转子212之间的间隙向外侧漏出,但在间隙通过过程中,从内周侧转子211及外周侧转子212吸取热量,将其冷却。进而,泄露的工作油通过离心力,还浇在定子213的主要定子绕组213a,冷却定子213。
如上所述,本发明的电动机具有以下特征点。
(8)一种电动机(例如,实施方式中的电动机210),其特征在于,具备沿周向配置的内周侧永久磁铁(例如,实施方式中的永久磁铁211a)的内周侧转子(例如,实施方式中的内周侧转子211)及具备沿周向配置的外周侧永久磁铁(例如,实施方式中的永久磁铁212a)的外周侧转子(例如,实施方式中的外周侧转子212)的相互的旋转轴线配置为同轴,具备至少将所述内周侧转子及所述外周侧转子的任一方围绕所述旋转轴线转动,由此能够变更所述内周侧转子和所述外周侧转子之间的相对的相位的转动机构(例如,实施方式中的转动机构214),所述转动机构具有:一体地设置于所述内周侧转子的壳体(例如,实施方式中的壳体233);一体地设置于所述外周侧转子,并且通过与所述壳体形成压力室(例如,实施方式中的第一压力室256、第二压力室257),利用导入压力室的工作液压变更相对于所述壳体的相对的相位的叶片转子(例如,实施方式中的叶片转子232),在向输出轴(例如,实施方式中的输出轴216)传递所述外周侧转子的驱动力的端板(例如,实施方式中的传动板231)固定于所述外周侧转子及所述叶片转子的轴线方向两端侧而包围的这些外周侧转子、叶片转子及两端板之间的空间(例如,实施方式中的空间258)中,将成一体的所述内周侧转子及所述壳体配置为能够沿周向转动。
根据该电动机可知,通过在内周侧转子及外周侧转子沿周向配置永久磁铁,例如,能够利用内周侧转子的永久磁铁引起的磁场磁通,效率良好地增大或降低外周侧转子的永久磁铁引起的磁场磁通与定子绕组交链的交链磁通量。还有,在磁场强化状态下,能够将电动机的转矩常数(即,转矩/相电流)设定为相对高的值,能够在不减少电动机运行时的电流损失的情况下,或不变更控制向定子绕组的通电的逆变器的输出电流的最大值的情况下,增大电动机输出的最大转矩值。
而且,转动机构使用具有一体地设置于内周侧转子的壳体、和一体地设置于外周侧转子,并且通过与壳体形成压力室,利用导入该压力室的工作液压变更相对于壳体的相对的相位的叶片转子的简单的叶片促动器,,因此,能够可靠地抑制电动机复杂化,同时,容易且适当地且以期望的时序改变感应电压常数。
而且,在向输出轴传递外周侧转子的驱动力的端板固定于外周侧转子及叶片转子的轴线方向两端侧而包围的这些外周侧转子、叶片转子及两端板之间的空间中,将成一体的内周侧转子及壳体配置为能够沿周向转动,因此,可以将工作流体的压力主要为了一体地设置于内周侧转子的内侧的壳体、和叶片转子之间的相对的相位即内周侧转子和外周侧转子之间的相对的相位的变更而使用。从而,能够降低抑制需要由工作流体产生的压力。
(9)在上述(8)中,采用以下结构也可,即:在所述叶片转子形成的叶片部(例如,实施方式中的叶片部236)收容于在所述壳体形成的凹部(例如,实施方式中的凹部248),通过这些叶片部和凹部形成所述压力室。
在这种情况下,若向由叶片转子的叶片部和壳体的凹部划分的压力室导入工作流体,则在扩大压力室的方向上变更壳体和叶片转子之间的相对的相位,其结果,变更一体地设置于壳体的外侧的内周侧转子、和一体地设置于叶片转子的外周侧转子之间的相对的相位。
(10)在上述(9)中,采用以下结构也可,即:固定于所述外周侧转子的轴线方向两端侧的端板分别与所述叶片转子的叶片部一体地固定。
在这种情况下,固定于外周侧转子的轴线方向两端侧的端板分别一体地固定于叶片转子的叶片部,因此,能够抑制工作流体通过叶片部和端板之间的间隙的情况,并且,能够抑制叶片部的变形及该变形引起的叶片部的前端侧的变位。
(11)在上述(8)~(10)的任一项中,采用以下结构也可,即:固定于所述外周侧转子的轴线方向两端侧的端板分别与所述输出轴一体地固定。
在这种情况下,固定于外周侧转子的轴线方向两端侧的端板分别与输出轴一体地固定,因此,通过两臂支撑来支撑叶片转子及两端板。从而,能够良好地支撑外周侧转子、叶片转子及两端板。
(12)在上述(8)~(10)的任一项中,采用以下结构也可,即:所述外周侧转子及所述内周侧转子将所述外周侧永久磁铁及所述内周侧永久磁铁以相互不同的极性对置的位置设定为原点位置。
在这种情况下,外周侧转子及内周侧转子将外周侧永久磁铁及内周侧永久磁铁以相互不同的极性对置的位置设定为原点位置,因此,只要解除工作液压,就能够通过磁力,迅速地向原点位置恢复。
(13)在上述(12)中,采用以下结构也可,即:所述内周侧转子相对于所述外周侧转子,从所述外周侧永久磁铁及所述内周侧永久磁铁以相互相同的极性对置的状态向所述原点位置返回的旋转方向、和在减速旋转时产生的惯性力矩的方向一致。
在这种情况下,从内周侧转子相对于外周侧转子,外周侧永久磁铁及内周侧永久磁铁以相互相同的极性对置的状态向原点位置返回时的旋转方向、和在减速旋转时产生的惯性力矩的方向一致,因此,若在减速时解除工作液压,则内周侧转子除了磁力之外,还能够利用惯性力矩向原点位置进而顺畅地恢复。从而,能够使减速时的向原点位置的恢复进而迅速,能够提高接下来的加速旋转时的响应性。
[第六实施方式]
以下,参照图25~图34B,同时,说明本发明的第六实施方式的电动机。
本实施方式的电动机310如图25及图26所示是无刷DC电动机,其具备:将该电动机310的旋转轴线作为中心能够旋转地设置的大致圆环状内周侧转子311;对于该内周侧转子311,在其径向外侧以同轴的旋转轴线为中心能够旋转地设置,且对应于旋转轴线方向的位置设置的大致圆环状外周侧转子312;具有产生使内周侧转子311及外周侧转子312旋转的旋转磁场的多相的图25所示的定子绕组313a的定子313;与内周侧转子311及外周侧转子312连接,并且,通过作为非压缩性流体的工作油(工作流体)的液压(流体压)变更内周侧转子311和外周侧转子312之间的相对的相位的转动机构(转动机构)314;控制向转动机构314的液压的省略图示的液压控制装置。该电动机310例如作为驱动源搭载于混合动力车辆或电动车辆等车辆,此时,其输出轴(转动轴)316连接于传动装置(省略图示)的输入轴,电动机310的驱动力经由传动装置传递于车辆的驱动轮(省略图示)。
还有,若在车辆的减速时,从驱动轮侧向电动机310传递驱动力,则电动机310作为发电机发挥功能,产生所谓的再生制动力,将车体的运动能作为电能(再生能)回收。进而,例如,在混合动力车辆中,该电动机310的旋转轴线连结于内燃机(省略图示)的曲轴,内燃机的输出向电动机310传递的情况下,电动机310也作为发电机发挥功能,产生发电能。
内周侧转子311配置为其旋转轴线与电动机310的旋转轴线同轴,如图26所示,具有大致圆筒状内周侧转子铁心321,在该内周侧转子铁心321的外周侧的部分沿周向以规定的等间距设置有多个(具体来说16处)内周侧磁铁装配部323、......、323。另外,在内周侧转子铁心321的外周面321A上,在周向上相邻的内周侧磁场装配部323、323的所有的间隔位置以沿径向凹陷的方式形成有与旋转轴线平行地延伸的凹槽321a。该内周侧转子铁心321例如通过烧结等来形成。
各内周侧磁铁装配部323、......、323分别具备:与旋转轴线平行地贯通内周侧转子铁心321的一对磁铁装配孔323a、323a。一对磁铁装配孔323a、323a的与旋转轴线平行的方向上的剖面形成为大致长方形状,相互经由中央肋323b,在周向上相邻地形成于同一平面内。还有,该平面与连结中央肋323b和旋转轴线的半径线正交。在各磁铁装配孔323a、323a分别装配有与旋转轴线平行地延伸的大致板状永久磁铁311a。
分别装配于磁铁装配孔323a、......、323a的永久磁铁311a均在厚度方向上(即,各转子311、312的径向)上相同地被磁化,设置于同一内周侧磁场装配部323的一对磁铁装配孔323a、323a的一对永久磁铁311a、311a设定为磁化方向相互相同的方向。还有,在所有的内周侧磁铁装配部323、......、323中,在周向上相邻的内周侧磁场装配部323、323之间设定为在一方装配的一对永久磁铁311a、311a及在另一方装配的一对永久磁铁311a、311a的磁化方向为相互不同方向。即,装配有外周侧被N极化的一对永久磁铁311a、311a的内周侧磁铁装配部323经由凹槽321a,在周向上与装配有外周侧被S极化的一对永久磁铁311a、311a的内周侧磁铁装配部323邻接。
如上所述,内周侧转子311具备:沿周向配置的多个永久磁铁311a、......、311a。
外周侧转子312也配置为旋转轴线与电动机310的旋转轴线同轴,具有大致圆筒状的外周侧转子铁心322,在该外周侧转子铁心322上,在其外周侧的部分沿周向以规定的等间距设置有与上述内周侧磁铁装配部323、......、323相同数量的外周侧磁铁装配部324、......、324。另外,在外周侧转子铁心322的外周面22A上,在周向上相邻的外周侧磁铁装配部324、324的所有的间隔位置,与旋转轴线平行地延伸的凹槽322a形成为沿径向凹陷。
进而,在外周侧转子铁心322的各凹槽322a、......、322a的各内径侧即外周侧磁铁装配部324、......、324相邻的装配部之间的各间隔位置分别沿轴线方向贯通形成有图25所示的螺栓插入孔322b。该外周侧转子铁心322例如也通过烧结等形成。
各外周侧磁铁装配部324、......、324分别具备与旋转轴线平行地贯通的一对磁铁装配孔324a、324a。一对磁铁装配孔324a、324a的与旋转轴线平行的方向上的剖面形成为大致长方形状,相互经由中央肋324b在周向上相邻地配置在同一平面内。还有,该平面相对于连结中央肋324b和旋转轴线的半径线正交。在各磁铁装配孔324a、324a分别装配有与旋转轴线平行地延伸的大致板状的永久磁铁312a。
在各磁铁装配孔324a、......、324a分别装配的永久磁铁312a在所有厚度方向(即各转子311、312的径向)上相同地被磁化,在同一的外周侧磁铁装配部324上设置的一对磁铁装配孔324a、324a上装配的一对永久磁铁312a、312a设置为磁化方向为相互相同方向。还有,在所有的外周侧磁铁装配部324、......、324中,在周向上相邻的外周侧磁铁装配部324、324之间设定为在一方装配的一对永久磁铁312a、312a及在另一方装配的一对永久磁铁312a、312a设定为磁化方向相互不同方向。即,装配有外周侧被N极化的一对永久磁铁312a、312a的外周侧磁铁装配部324经由凹槽322a在周向上与装配有外周侧被S极化的一对永久磁铁312a、312a的外周侧磁铁装配部324邻接。
如上所述,外周侧转子312也具备:沿周向配置的多个永久磁铁312a、......、312a。
还有,内周侧转子311的各内周侧磁铁装配部323、......、323和外周侧转子312的各外周侧磁铁装配部324、......、324配置为能够在各转子311、312的径向上对置配置。在该对置配置状态时,形成为所有一对永久磁铁311a、311a与任意对应的一对永久磁铁312a、312a以一对一相对应旋转方向的相位的状态。另外,关于内周侧转子311的各凹槽321a、......、321a和外周侧转子312的各凹槽322a、......、322a,也形成为所有的凹槽321a、......、321a以一对一与任意对应的凹槽322a对应旋转方向的相位的状态。
由此,能够根据内周侧转子311和外周侧转子312的围绕旋转轴线的相对位置,在内周侧转子311的所有的永久磁铁311a、......、311a和外周侧转子312的所有的永久磁铁312a、......、312a中,将电动机310的状态设定为从成对的永久磁铁311a、311a和成对的永久磁铁312a、312a的同极的磁极之间被对置配置(即,成对的永久磁铁311a、311a和成对的永久磁铁312a、312a被对极配置),从而磁场被最大幅度弱化的图26所示的弱化磁场状态,至成对的永久磁铁311a、311a和成对的永久磁铁312a、312a的异极的磁极之间被对置配置(即,成对的永久磁铁311a、311a和成对的永久磁铁312a、312a被同极配置),从而磁场被最大幅度强化的图28所示的强化磁场状态的适当的状态。
在此,图25所示的定子313形成为与外周侧转子312的外周部对置配置的大致圆筒状,例如,固定于车辆的传动装置的壳体(省略图示)等。
其次,对进行如上所述的内周侧转子311和外周侧转子312的相对的相位变更的转动机构314进行说明。
本实施方式的转动机构314如图25所示具有:以覆盖外周侧转子312的内侧的空间的方式分别经由垫片325接合固定于外周侧转子312的轴线方向两侧的端面312A、312A的圆板状一对传动板(端板)331、331;通过被这些传动板331、331直接夹持而一体地设置于外周侧转子312的内侧的叶片转子332;构成在叶片转子332、外周侧转子312及传动板331、331之间配置的内周侧转子311的内侧的一部分的壳体333。叶片转子332及壳体333例如通过烧结等形成。
在一对传动板331、331的各自的外周侧的部分以在同一圆周上空开等间隔的方式形成有在轴线方向上贯通的多个(与螺纹孔322b相同的数量)的螺栓插入孔331a、......、331a,在这些螺栓插入孔331a、......、331a的内侧的一侧形成有沿轴线方向凹陷的环状槽331b。另外,在传动板331的比环状槽331b靠向内侧处以在同一圆周上空开等间隔的方式形成有沿轴线方向贯通的多个螺栓插入孔331c、......、331c。进而,在作为螺栓插入孔331c、......、331c的内侧的传动板331的中心位置,与环状槽331b的形成侧相同的一侧,形成有沿轴线方向以圆筒状突出的圆筒部331d,其内侧形成为沿轴线方向贯通的中心孔331e。如图27A及图27B所示,在传动板331上,在比螺栓插入孔331a、......、331a略偏向轴心侧,在同一圆周上空开等间隔地形成有贯通孔331f、......、331f。在此,这些贯通孔331f、......、331f均形成于相邻的螺栓插入孔331a、331a之间的间隔位置(具体来说中央位置)。
一对垫片325、325作为整体呈圆环状,具有:与中心轴线正交的圆环平板状的平板部326;从该平板部326的内周缘部的全周沿轴线方向以台阶状弯曲,同时,向内方延伸的卷边(ビ—ド)(弯曲部)327,在平板部326上,在同一圆周上空开等间隔地形成有沿轴线方向贯通的多个(与螺栓插入孔331a相同的数量)的螺栓插入孔326a、......、326a。在此,卷边327是从平板部326向轴线方向一侧呈台阶状的所谓的半卷边,具体来说,具有:从平板部326向斜向内方延伸的圆环状的锥板部327a;从该锥板部327a的内周缘部向内方与平板部326平行地延伸的圆环状的内端板部327b。该卷边327在由传动板331和外周侧转子312夹持时,作为整体变形为与平板部326相同的平板状,通过此时产生的弹性力,传动板331和外周侧转子312密接,从而密封这些的间隙。还有,在轴线方向两侧采用呈台阶状的所谓的全卷边也可。
如图26所示,叶片转子332具有:圆筒状毂部335;从该毂部335的外周面中的圆周方向的等间隔位置向径向外侧延伸的多个(与所述螺栓插入孔331c相同的数量(具体来说为6处))叶片部336、......、336。
毂部335的轴线方向两侧呈与叶片部336、......、336相同的轴线方向长度的夹持基底部337形成于外周侧,比该夹持基底部337向轴线方向内侧以台阶状凹陷的台阶部338形成于内周侧的形状。在毂部335的内径侧的轴线方向中间位置形成有图25所示的连结用花键335b,在比连结用花键335b靠向轴线方向一侧,如图26所示地形成有从各叶片336、......、336的位置的内周侧分别向最靠近叶片部336的基端的旋转方向上的相同侧贯通的通路孔335c、......、335c,在比连结用花键335b靠向轴线方向相反侧处,形成有从各叶片部336、......、336的位置的内周侧分别向最靠近叶片部336的基端的旋转方向上的相同的相反侧贯通的通路孔335d、......、335d。
如图25所示,在该叶片转子332的内径侧安装传递外周侧转子312的驱动力的输出轴316。在该输出轴316具有:与毂部335的连结用花键335b结合的连结用花键316a;以用连结用花键316a结合的状态使毂部335的所有的通路孔35c连通的环状的连通槽316b;以相同状态使所有的通路孔335d连通的环状的连通槽316c;在这些连通槽316b、316c的各自的两外侧位置形成的密封槽316d、......、316d,在这些密封槽316d、......、316d分别配设有密封与叶片转子332的间隙的省略图示的密封环。另外,在该输出轴316形成有用于通过其内部对连通槽316b进行工作油的供给排出的通路孔316e;用于对连通槽316c进行工作油的供给排出的通路孔316f。还有,在该输出轴316的比传动板331、331靠向轴线方向外侧突出的部分分别形成有使例如在车辆的传动装置的壳体保持的一对轴承342、342嵌合的轴承嵌合部316g,在一方的轴承嵌合部316g的传动板331侧花键结合有传递输出轴316的旋转的齿轮343。
各叶片部336、......、336形成为大致板状,如图26所示,在中间位置分别形成有沿轴线方向贯通的螺纹孔336a。另外,在圆周方向的两侧面,在螺纹孔336a的形成位置的外周侧,沿轴线方向的全长分别形成有一对凹状部336b、336b,在螺纹孔336a的形成位置的内侧也沿轴线方向的全长形成有凹状部336c、336c。进而,在各叶片部336、......、336的各自的外周面沿轴线方向的全长形成有从外周面朝向中心侧凹陷的密封件保持槽336d。在这些密封件保持部336d、......、336d分别配置密封与壳体333的间隙的弹簧密封件344。各弹簧密封件344、......、344包括:设置于外侧,与壳体333滑接的密封件344a、和设置于内侧,将密封件344a向径向外侧的壳体333侧按压的弹簧344b。
内周侧转子311具有:在上述内周侧转子铁心321装配永久磁铁311a、......、311a而构成的环状的内周侧转子主体334、和以成为规定的相位关系的方式一体地嵌合于该内周侧转子主体334的内侧的壳体333。构成内周侧转子311的一部分的壳体333具有:径向厚度薄的圆筒状基底部346;从该基底部346的内周面中的圆周方向的等间隔位置向径向内侧突出的、与叶片部336相同数量的突出部347、......、347。在此,如图25所示,基底部346在全周上比突出部347及内周侧转子主体334更向轴线方向两侧突出。各突出部347、......、347如图26所示,分别在轴线方向上观察的情况下形成为前端细的大致等腰三角形状,在所有的突出部347、......、347中,在圆周方向上相邻的突出部347、347之间的各间隔形成有能够配置所述叶片转子332的叶片部336的凹部348。在各突出部347、......、347的各自的内端面,沿轴线方向的全长形成有朝向外径侧凹陷的密封件保持部347b。在这些密封件保持部347b、......、347b分别配置有密封与叶片转子332的毂部335的外周面的间隙的弹簧密封件350。这些弹簧密封件350、......、350包括:设置于内周侧,与叶片转子332的毂部335滑接的密封件350a、和设置于外径侧,将密封件350a向叶片转子332侧按压的弹簧密封件350b。还有,将壳体333通过螺栓等的紧固来一体地连结于内周侧转子主体334也可。
上述外周侧转子312的轴线方向长度即使在产生最大容许的制造误差的情况下,也设定为比叶片转子332的叶片部336及夹持基底部337的轴向长度短,在组装时,测量外周侧转子312的实际的制品的轴线方向长度、和叶片转子332的实际的制品的叶片部336及夹持基底部337的轴向长度。
还有,在组装上述各部件的情况下,首先,从预先准备的厚度不同的多种垫片中,选择例如如上所述地测量的外周侧转子312的实际的制品的轴线方向长度和叶片转子332的实际的制品的叶片部336及夹持基底部337的轴向长度之差的一半的厚度的垫片325,并准备两片。
接下来,通过一方的传动板331的圆筒部331d嵌合于叶片转子332的一方的台阶部338,使这些传动板331及叶片转子332对应,在该状态下,将螺栓354分别插入该传动板331的各螺栓插入孔331c、......、331c,使各螺栓354、......、354分别螺合于叶片转子332的叶片部336的螺纹孔336a。还有,在叶片转子332的各叶片部336、......、336中分别安装弹簧密封件344的状态下,将各叶片部336、......、336分别以一对一地放入对应的凹部348中,由此以安装有弹簧密封件350、......、350的状态,将预先在内周侧转子主体334的内侧压入壳体333而构成的内周侧转子311与一方的传动板331对应。还有,以覆盖内周侧转子311的外侧的方式,经由垫片325使外周侧转子312的端面312A对应于一方的传动板331后,在外周侧转子312的相反侧的端面312A也配置垫片325,并通过叶片转子332的另一方的嵌合部338嵌合于中心孔331e而从相反侧对应另一方的传动板331,在该传动板331的各螺栓插入孔331a、......、331a、垫片325的各螺栓插入孔326a、......、326a、外周侧转子312的各螺栓插入孔322b、......、322b、垫片325的各螺栓插入孔326a、......、326a、及上述一方的传动板331的各螺栓插入孔331a、......、331a中分别插入螺栓352,在各螺栓352、......、352上分别螺合螺母353。另外,在该另一方的传动板331的各螺栓插入孔331c、......、331c中分别插入螺栓354,将各螺栓354、......、354分别螺合于叶片转子332的叶片部336的螺纹孔336a中。
在此,上述的螺栓352及螺母353构成紧固一方的传动板331的螺栓插入孔331a的周围部分、一方的垫片325的螺栓插入孔326a的周围部分、外周侧转子312的螺栓插入孔322b的周围部分、另一方的垫片325的螺栓插入孔326a的周围部分及另一方的传动板331的螺栓插入孔331a的周围部分的螺栓紧固部363,这样的螺栓紧固部363沿圆周方向按规定间隔形成。还有,通过这些螺栓紧固部363、......、363的紧固,两个垫片325、325通过比各自的螺栓紧固部363、......、363靠向轴心侧的圆环状卷边327被传动板331和外周侧转子312夹持,作为整体变形为平板状,通过恢复力,传动板331和外周侧转子312密接,从而密封这些的间隙。还有,传动板331的贯通孔331f、......、331f形成于如上所述地相邻的螺栓插入孔331a、331a的圆周方向之间(具体来说为中央位置),因此,形成于插通在相邻的螺栓插入孔331a、331a的相邻的螺栓紧固部363、363之间(具体来说为中央位置)(参照图26)。
如上所述,在外周侧转子312的轴线方向两端面固定的传动板331、331分别通过各自的叶片转子332的各叶片部336、......、336和螺栓354、......、354一体地被固定。还有,还有将叶片部336、......、336固定于传动板331的螺栓354、......、354使用根数比将外周侧转子312固定于传动板331的螺栓352、......、352少,且尺寸大的螺栓。
然后,将输出轴316嵌合于叶片转子332的内侧,此时,结合连结用花键316a及连结用花键335b。其结果,形成为输出轴316一体地固定于叶片转子332的状态。当然,上述组装步骤为一例,也可以与上述不同的步骤来组装。
由此,壳体333和内周侧转子主体334成一体而构成的内周侧转子311设置于外周侧转子312的内侧且叶片转子332的外侧,并在传动板331、331之间的空间358,在进入传动板331、331的环状槽331b、331b的基底部346的轴线方向两侧部分被保持为能够旋转。进而,在壳体333的凹部348、......、348分别一片片配置叶片转子332的叶片部336。另外,与叶片转子332花键结合的输出轴316能够与外周侧转子312、传动板331、331及叶片转子332一体地旋转,具体来说,一体地被固定。内周侧转子311相对于一体地设置的外周侧转子312及传动板331、331能够转动,因此,其轴线方向的两端面能够在与对置的传动板331之间形成间隙359,另外,外周面321A也在与外周侧转子312之间具有少许的缝隙360。还有,插入安装于外周侧转子312的两个端面312A、312A和传动板331、331之间的垫片325、325分别形成于外周侧转子312的端面312A的范围内,不延伸至外周侧转子312和内周侧转子311之间的缝隙360的区域。另外,传动板331的贯通孔331f、......、331f位于比垫片325靠向轴心侧,以向缝隙360开口的方式形成于缝隙360的侧方,具体来说,形成于沿中心轴线方向的缝隙360的延长线上。
在此,在外周侧转子312的永久磁铁312a、......、312a和内周侧转子311的永久磁铁311a、......、311a使对极对置的强化磁场状态时,如图28所示,所有的叶片部336、......、336分别在对应的凹部248内与相邻于旋转方向上的相同一侧的突出部347抵接,在与抵接的突出部347之间形成第一压力室356,并且,分别在相邻于旋转方向上的相同的相反侧的突出部347之间形成比第一压力室356广的第二压力室357(换而言之,通过凹部348、......、348及收容于凹部248、......、248的叶片部336、......、336形成第一压力室356、......、356及第二压力室357、......、357)。其结果,这些第一压力室356、......、356及第二压力室357、......、357划分在内周侧转子311的内侧。
相反,在外周侧转子312的永久磁铁312a、......、312a和内周侧转子311的永久磁铁311a、......、311a使同极之间对置的弱化磁场状态时,如图28所示,所有的叶片部336、......、336分别在对应的凹部248内与相邻于旋转方向上的相同的所述相反侧的突出部347抵接,缩小第二压力室357,分别扩大与相邻于旋转方向上的相同的所述一侧的突出部347之间的第一压力室356。还有,在各第一压力室356、......、356以一对一设置有叶片转子332的各通路孔335c、......、335c,使其总是开口,在各第二压力室357、......、357以一对一设置有叶片转子332的各通路孔335d、......、335d,使其时常开口。
在此,外周侧转子312及内周侧转子311将永久磁铁312a、......、312a及永久磁铁311a、......、311a以相互不同的极性对置,并相互吸引的图28所示的强化磁场的位置设置为第一压力室356、......、356及第二压力室357、......、357基本上不受到工作液压时的原点位置。还有,第一压力室356、......、356及第二压力室357、......、357在不受到工作液压的状态下也被工作油充满。还有,从该原点位置经由各通路孔335c、......、335c向各第一压力室356、......、356导入(即,向第一压力室356、......、356导入工作液压)工作油的同时,从各第二压力室357、......、357经由各通路孔335d、......、335d排出工作油的情况下,外周侧转子312及内周侧转子311克服磁力,进行相对旋转,形成为弱化磁场状态。相反,经由各通路孔335d、......、335d向各第二压力室357、......、357导入工作油的同时,从各第一压力室356、......、356经由各通路孔335c、......、335c排出工作油的情况下,外周侧转子312及内周侧转子311返回原点位置,形成为强化磁场状态,但此时,外周侧转子312的永久磁铁312a、......、312a和内周侧转子311的永久磁铁311a、......、311a通过磁力相互吸引,因此,导入各第二压力室357、......、357的工作油的压力比相位变更为弱化磁场状态的情况所需的压力低即可,根据情况不导入液压,仅进行工作油的供给排出即可。
在此,电动机310中使内周侧转子311相对于外周侧转子312,从使永久磁铁312a、......、312a及永久磁铁311a、......、311a相互相同的极性对置的弱化状态返回原点位置时的旋转方向、与在减速旋转时产生的惯性力矩的方向一致。即,电动机310在车辆的前进行驶时将外周侧转子312及内周侧转子311设定为向图26及图28中的顺时针方向旋转,若外周侧转子312从图26所示的弱化磁场状态减速,则在处于浮置状态的内周侧转子311产生恢复为图28所示的强化磁场状态的惯性力矩。
在此,工作油为非压缩性,因此,无论在向如上所述的强化磁场状态及弱化磁场状态的两极限端的相位的变更的情况下,还是这些两极限端之间的中间位置的情况下,省略图示的液压控制装置例如也通过用省略图示的开闭阀的隔断停止来自所有的第一压力室356、......、356及第二压力室357、......、357的工作油的供给排出,由此外周侧转子312及内周侧转子311维持所述时刻下的相位关系,从而能够在任意的磁场状态下停止相位变更。
如上所述,所述叶片转子332一体地固定于外周侧转子312,能够一体地旋转,并配置于内周侧转子311的内侧。而且,叶片转子332经由以覆盖外周侧转子312及内周侧转子311的轴线方向的两端面的方式固定于外周侧转子312的传动板331、331,一体地固定于外周侧转子312,还一体地设置于输出外周侧转子312的驱动力的输出轴316。另外,所述壳体333与内周侧转子311一体地嵌合,能够一体地旋转,其凹部348通过与叶片转子332而将第一压力室356及第二压力室357划分在内周侧转子311的内侧。进而,通过向这些第一压力室356及第二压力室357的工作油的供给排出即工作液压的导入控制,变更相对于壳体333的叶片转子332的相对的相位,其结果,变更内周侧转子311和外周侧转子312之间的相对的相位。在此,内周侧转子311和外周侧转子312之间的相对的相位至少能够向超前角侧或滞相角侧变化电角的180°,电动机310的状态能够设定为内周侧转子311的永久磁铁311a和外周侧转子312的永久磁铁312a的同极的磁极之间被对置配置的弱化磁场状态、和内周侧转子311的永久磁铁311a和外周侧转子312的永久磁铁312a的异极的磁极之间被对置配置的强化磁场状态之间的适当的状态。
而且,在向输出轴316传递外周侧转子312的驱动力的传动板331分别固定于外周侧转子312及叶片转子332的轴线方向两端面而包围的这些外周侧转子312、叶片转子332及两个传动板331、331之间的图26所示的空间358,能够将内周侧转子主体334及壳体333成一体的内周侧转子311配置为能够沿周向旋转。还有,内周侧转子主体334及壳体333成一体的内周侧转子311在空间358内设置为以浮置状态旋转自如(即,未固定于传动板331、331及输出轴316)。
还有,例如图29A所示同极配置了内周侧转子311的永久磁铁311a和外周侧转子312的永久磁铁312a的强化磁场状态、和例如图29B所示对极配置了内周侧转子311的永久磁铁311a和外周侧转子312的永久磁铁312a的弱化磁场状态下,例如图30所示,感应电压的大小变化,因此,通过在强化磁场状态和弱化磁场状态之间变化电动机310的状态而变更感应电压常数Ke。
该感应电压常数Ke例如为通过各转子311、312的旋转,在定子绕组313a的绕组端被感应的感应电压的转速比,进而,通过极对数p、电动机外径R、电动机累计厚度L、磁通密度B和圈数T之积,能够记述为Ke=8×p×R×L×B×T×π。由此,通过将电动机310的状态在强化磁场状态和弱化磁场状态之间变化,内周侧转子311的永久磁铁311a和外周侧转子312的永久磁铁312a引起的磁场磁通的磁通密度B的大小变化,从而感应电压常数Ke变更。
在此,例如图31A所示,电动机310的转矩与感应电压常数Ke和向定子绕组13a通电的电流之积成比例(转矩∝(Ke×电流))。
另外,例如图31B所示,电动机310的磁场弱化损失与感应电压常数Ke和转速之间成比例(磁场弱化损失∝(Ke×转速)),因此,电动机310的容许转速与感应电压常数Ke和转速之积的倒数成比例(容许转速∝(1/(Ke×转速))。
即,例如图32所示,在感应电压常数Ke相对大的电动机310中,能够运行的转速相对降低,但能够输出相对大的转矩,另一方面,在感应电压常数Ke相对小的电动机310中,能够输出的转矩相对降低,但能够运行至相对高的转速,相对于转矩及转速的能够运行的区域根据感应电压常数Ke而变化。
因此,例如图33A所示的实施例一样,通过设定为伴随电动机310的转速的增加,感应电压常数Ke变化为(例如,依次变化为A、B(<A)、C(<B))降低的倾向,与不使感应电压常数Ke变化的情况(例如,第一~第三比较例)相比,相对于转矩及转速的能够运行的区域扩大。
另外,电动机310的输出与从感应电压常数Ke和向定子绕组13a通电的电流和转速之积减去磁场弱化损失及其他损失得到的值成比例(输出∝(Ke×电流×转速—磁场弱化损失—其他损失))。即,例如图33B所示,在感应电压常数Ke相对大的电动机310中,能够运行的转速相对降低,但是相对低的转速区域下的输出增大,另一方面,在感应电压常数Ke相对小的电动机310中,相对低的转速区域下的输出降低,但是能够运行至相对高的转速,并且,相对高的转速下的输出增大,相对于输出及转速的能够运行的区域根据感应电压常数Ke而变化。因此,通过设定为伴随电动机310的转速的增大,感应电压常数Ke变化为(例如,依次变化为A、B(<A)、C(<B))降低的倾向,与不变化感应电压常数Ke的情况(例如,第一~第三比较例)相比,相对于输出及转速的能够运行的区域扩大。
另外,电动机310的效率与从对定子绕组313a的输入功率减去铜损及磁场弱化损失及其他损失得到的值除以输入功率得到的值成比例(效率∝((输入功率—铜损—磁场弱化损失—其他损失)/输入功率))。
因此,在相对低的转速区域到中转速区域中,通过选择相对大的感应电压常数Ke,降低输出期望的转矩而所需的电流,降低铜损。
还有,在中转速区域到相对高的转速区域中,通过选择相对小的感应电压常数Ke,降低磁场弱化电流,降低磁场弱化损失。
由此,例如图34A所示的实施例一样,通过设定为伴随电动机310的转速的增加,感应电压常数Ke变化为降低倾向,与不变化感应电压常数Ke的情况(例如,图34B所示的第二比较例)相比,扩大转速及相对于转速的能够运行的区域,并且,电动机310的效率成为规定效率以上的高效率区域E扩大,进而,能够到达的最高效率的值增大。
如上所述,根据本实施方式可知,首先,在内周侧转子311及外周侧转子312沿周向配置永久磁铁311a及永久磁铁312a,由此能够利用内周侧转子311的永久磁铁311a引起的磁场磁通,效率良好地增大或减少例如外周侧转子312的永久磁铁312a引起的磁场磁通与定子绕组313a交链的交链磁通量。还有,在磁场强化状态下,能够将电动机310的转矩常数(即,转矩/相电流)设定为相对高的值,能够在不减少电动机运行时的电流损失的情况下,或不变更控制向定子绕组313a的通电的逆变器的输出电流的最大值的情况下,增大电动机310输出的最大转矩值。
而且,转动机构314通过向由能够相对于外周侧转子312一体地旋转地设置的叶片转子332、和能够与内周侧转子311成一体,构成内周侧转子311的一部分的壳体333而划分在内周侧转子311的内侧的第一压力室356、......、356及第二压力室357、......、357进行工作油的供给排出,变更内周侧转子311和外周侧转子312之间的相对的相位,因此,能够抑制电动机310复杂化,同时,容易且适当地,且以期望的时序改变感应电压常数,其结果,扩大能够运行的转速范围及转矩范围,提高运行效率,并且,能够扩大高效率下的能够运行的范围。
进而,通过控制向第一压力室356、......、356及第二压力室357、......、357的工作油的供给量,能够在磁场弱化状态和磁场强化状态之间的电角180°的范围内无级变化内周侧转子311和外周侧转子312之间的相对的相位。
而且,叶片转子332及壳体333将第一压力室356、......、356及第二压力室357、......、357划分在内周侧转子311的内侧,因此,能够抑制电动机310的尤其轴线方向的厚度的增大,实现小型化。
具体来说,若向由叶片转子332的叶片部336、......、336和壳体333的凹部348、......、348划分的第一压力室356、......、356供给工作油的同时,从第二压力室357、......、357排出工作油,则在第一压力室356、......、356扩大的方向上,变更壳体333和叶片转子332之间的相对的相位,其结果,变更一体地设置于壳体333的外侧的内周侧转子311、和一体地设置于叶片转子332的外周侧转子312之间的相对的相位,形成为弱化磁场状态。另一方面,相反,若向第二压力室357、......、357供给工作油的同时,从第一压力室356、......、356排出工作油,则在第二压力室357、......、357扩大的方向上,变更壳体333和叶片转子332之间的相对的相位,其结果,变更内周侧转子311和外周侧转子312之间的相对的相位,形成为强化磁场状态。这样,作为转动机构314,使用具有叶片转子332和壳体333的简单的叶片促动器机构,因此,能够可靠地抑制电动机310复杂化,同时,容易且适当地且以期望的时序改变感应电压常数。
而且,叶片转子332经由以覆盖轴线方向的端面的方式固定于外周侧转子312的传动板331、331一体地设置于外周侧转子312,而且,还一体地设置于输出外周侧转子312的驱动力的输出轴316,因此,能够通过直接连结向输出轴316传递外周侧转子312的旋转,另一方面,导入第一压力室356、......、356及第二压力室357、......、357的工作油的压力主要为了变更一体地设置于内周侧转子311的内侧的壳体333和叶片转子332之间的相对的相位即内周侧转子311和外周侧转子312之间的相对的相位而使用。从而,能够降低抑制需要由工作油产生的压力。
进而,传动板331、331固定于外周侧转子312及叶片转子332的轴线方向两端侧时,在传动板331、331和外周侧转子312的端面312A、312A之间夹着垫片325、325,因此,能够在组装时利用垫片325、325来调节外周侧转子312及叶片转子332的轴线方向长度的制造误差。从而,能够防止组装中传动板331、331倾斜的情况。
而且,外周侧转子312和传动板331、331以夹着垫片325、325的状态利用螺栓紧固部363、......、363连结,但能够利用在比垫片325、325的螺栓紧固部363、......、363靠向轴心侧处形成的卷边327密封外周侧转子312和传动板331、331的间隙。由此,即使工作油通过离心力,从在壳体333和叶片转子332之间形成的第一压力室356及第二压力室357通过传动板331、331和内周侧转子311的间隙,也防止进入传动板331、331和内周侧转子311的间隙359。从而,能够防止工作油通过外周侧转子312和传动板331、331之间,进入外周侧转子312和定子313之间的情况,能够防止这些之间发生摩擦的情况。
另外,利用垫片325、325防止了通过离心力从第一压力室356及第二压力室357通过传动板331、331和内周侧转子311的间隙359,而且进入传动板331、331和外周侧转子312之间的情况的工作油进入外周侧转子312和内周侧转子311之间的缝隙360,冷却外周侧转子312及内周侧转子311,或从在传动板331、331的缝隙360的侧方形成的贯通孔331f、......、331f向传动板331、331的外侧排出,通过离心力主要浇在定子313的定子绕组313a,将其冷却。从而,还能够良好地冷却外周侧转子312及定子313。
而且,贯通孔331f、......、331f形成于相邻的螺栓紧固部363、363之间,因此,即使贯通孔331f、......、331f及螺栓紧固部363、......、363的径向的偏移量小,也能够形成这些。从而,能够减小影响这些的径向的偏移量的外周侧转子312的径向厚度。
进而,工作油经由叶片转子332对第一压力室356、......、356及第二压力室357、......、357进行供给排出,因此,能够抑制伴随工作油的流路形成的轴线方向的厚度的增大。
如上所述,本发明的电动机具有以下特征点。
(14)一种电动机(例如,实施方式中的转动机构314),其特征在于,具备沿周向配置的内周侧永久磁铁(例如,实施方式中的永久磁铁311a)的内周侧转子(例如,实施方式中的内周侧转子311)及具备沿周向配置的外周侧永久磁铁(例如,实施方式中的永久磁铁312a)的外周侧转子(例如,实施方式中的外周侧转子312)的相互的旋转轴线配置为同轴,至少将所述内周侧转子及所述外周侧转子的任一方围绕所述旋转轴线转动,由此能够变更所述内周侧转子和所述外周侧转子之间的相对的相位的转动机构(例如,实施方式中的转动机构314),所述转动机构具有:构成所述内周侧转子的一部分的壳体(例如,实施方式中的壳体333);一体地设置于所述外周侧转子,并且,通过与所述壳体,形成压力室(例如,实施方式中的第一压力室356、第二压力室357),通过导入该压力室的工作液压,变更相对于所述内周侧转子的相对的相位的叶片转子(例如,实施方式中的叶片转子332),在向输出轴(例如,实施方式中的输出轴316)传递所述外周侧转子的驱动力的端板(例如,实施方式中的传动板331)固定于所述外周侧转子及所述叶片转子的轴线方向两端侧而包围的这些外周侧转子、叶片转子及两端板之间的空间(例如,实施方式中的空间358)中,将所述内周侧转子配置为能够沿周向转动,并且,所述端板和所述外周侧转子的端面经由垫片(例如,实施方式中的垫片325)接合。
根据该电动机可知,通过在内周侧转子及外周侧转子沿周向配置永久磁铁,例如,能够利用内周侧转子的永久磁铁引起的磁场磁通,效率良好地增大或降低外周侧转子的永久磁铁引起的磁场磁通与定子绕组交链的交链磁通量。还有,在磁场强化状态下,能够将电动机的转矩常数(即,转矩/相电流)设定为相对高的值,能够在不减少电动机运行时的电流损失的情况下,或不变更控制向定子绕组的通电的逆变器的输出电流的最大值的情况下,增大电动机输出的最大转矩值。
而且,转动机构使用通过构成内周侧转子的一部分的壳体、和一体地设置于外周侧转子,并且,通过与壳体形成压力室,利用导入该压力室的工作液压,变更相对于壳体的相对的相位的叶片转子的、简单的叶片促动器,因此,能够可靠地抑制电动机复杂化,同时,容易且适当地且以期望的时序改变感应电压常数。
另外,在向输出轴传递外周侧转子的驱动力的端板固于外周侧转子及叶片转子的轴线方向两端侧而包围的这些外周侧转子、叶片转子及两端板之间的空间中,将内周侧转子配置为能够沿周向转动,因此,可以将工作流体的压力主要为了构成内周侧转子的壳体、和叶片转子之间的相对的相位即内周侧转子和外周侧转子之间的相对的相位的变更而使用。从而,能够降低抑制需要由工作流体产生的压力。
进而,在端板固定于外周侧转子及叶片转子的轴线方向两端侧时,垫片夹在端面和外周侧转子的端面之间,因此,能够在组装时利用垫片调节外周侧转子及叶片转子的轴线方向长度的制造误差。从而,能够防止组装中端板倾斜的情况。
(15)在上述(14)中,采用以下结构也可,即:在所述端板上,在所述外周侧转子和所述内周侧转子之间的缝隙(例如,实施方式中的缝隙360)的侧方形成有贯通孔(例如,实施方式中的贯通孔331f)。
在这种情况下,利用垫片防止了从压力室通过离心力通过端板和内周侧转子之间,而且进入与外周侧转子之间的情况的工作流体从在端板的外周侧转子、和内周侧转子之间的缝隙的侧方形成的贯通孔向端板的外侧排出,利用离心力,浇在定子,将其冷却。从而,能够良好地冷却定子。
(16)在上述(15)中,采用以下结构也可,即:所述外周侧转子和所述端板以夹着所述垫片的状态,通过按规定间隔的螺栓紧固部(例如,实施方式中的螺栓紧固部363)连结,在所述垫片的比所述螺栓紧固部靠向轴心侧形成有弯曲部(例如,实施方式中的卷边327)。
在这种情况下,外周侧转子和端板以夹着垫片的状态利用螺栓紧固部连结,但能够利用在垫片的螺栓紧固部靠向轴心侧处形成的弯曲部密封外周侧转子和端板的间隙。由此,即使工作流体从在壳体和叶片转子之间形成的压力室利用离心力通过端板和内周侧转子之间,也能够防止进入端板和外周侧转子之间的情况。从而,能够防止工作流体通过外周侧转子和端板之间,进入外周侧转子和定子之间的情况,能够防止这些之间发生摩擦。
(17)在上述(16)中,采用以下结构也可,即:所述贯通孔形成于相邻的所述螺栓紧固部之间。
在这种情况下,贯通孔形成于相邻的螺栓紧固部之间,因此,即使贯通孔及螺栓紧固部的径向的偏移量小,也能够形成这些。
[第七实施方式]
以下,参照图35~图45B,同时,说明本发明的第七实施方式的电动机。
本实施方式的电动机410如图35~图37所示是无刷DC电动机,其具备:将该电动机410的旋转轴线作为中心能够旋转地设置的大致圆环状内周侧转子411;对于该内周侧转子411,在其径向外侧以同轴的旋转轴线为中心能够旋转地设置,且对应于旋转轴线方向的位置设置的大致圆环状外周侧转子412;具有产生使内周侧转子411及外周侧转子412旋转的旋转磁场的多相的图35所示的定子绕组413a的定子413;与内周侧转子411及外周侧转子412连接,并且,通过作为非压缩性流体的工作油(工作流体)的液压(流体压)变更内周侧转子411和外周侧转子412之间的相对的相位的转动机构(转动机构)414;控制向转动机构414的液压的省略图示的液压控制装置。该电动机410例如作为驱动源搭载于混合动力车辆或电动车辆等车辆,此时,其输出轴(转动轴)416连接于传动装置(省略图示)的输入轴,电动机410的驱动力经由传动装置传递于车辆的驱动轮(省略图示)。
还有,若在车辆的减速时,从驱动轮侧向电动机410传递驱动力,则电动机410作为发电机发挥功能,产生所谓的再生制动力,将车体的运动能作为电能(再生能)回收。进而,例如,在混合动力车辆中,该电动机410的旋转轴线连结于内燃机(省略图示)的曲轴,内燃机的输出向电动机410传递的情况下,电动机410也作为发电机发挥功能,产生发电能。
内周侧转子411配置为其旋转轴线与电动机410的旋转轴线同轴,如图36所示,具有大致圆筒状内周侧转子铁心421,在该内周侧转子铁心421的外周侧的部分沿周向以规定的等间距设置有多个(具体来说16处)内周侧磁铁装配部423、......、423。另外,在内周侧转子铁心421的外周面421A上,在周向上相邻的内周侧磁场装配部423、423的所有的间隔位置以沿径向凹陷的方式形成有与旋转轴线平行地延伸的凹槽421a。该内周侧转子铁心421例如通过烧结等来形成。
各内周侧磁铁装配部423、......、423分别具备:与旋转轴线平行地贯通内周侧转子铁心421的一对磁铁装配孔423a、423a。一对磁铁装配孔423a、423a的与旋转轴线平行的方向上的剖面形成为大致长方形状,相互经由中央肋423b,在周向上相邻地形成于同一平面内。还有,该平面与连结中央肋423b和旋转轴线的半径线正交。在各磁铁装配孔423a、423a分别装配有与旋转轴线平行地延伸的大致板状永久磁铁411a。
分别装配于磁铁装配孔423a、......、423a的永久磁铁411a均在厚度方向上(即,各转子411、412的径向)上相同地被磁化,设置于同一内周侧磁场装配部423的一对磁铁装配孔423a、423a的一对永久磁铁411a、411a设定为磁化方向相互相同的方向。还有,在所有的内周侧磁铁装配部423、......、423中,在周向上相邻的内周侧磁场装配部423、423之间设定为在一方装配的一对永久磁铁411a、411a及在另一方装配的一对永久磁铁411a、411a的磁化方向为相互不同方向。即,装配有外周侧被N极化的一对永久磁铁411a、411a的内周侧磁铁装配部423经由凹槽421a,在周向上与装配有外周侧被S极化的一对永久磁铁411a、411a的内周侧磁铁装配部423邻接。
如上所述,内周侧转子411具备:沿周向配置的多个永久磁铁411a、......、411a。
外周侧转子412也配置为旋转轴线与电动机410的旋转轴线同轴,具有大致圆筒状的外周侧转子铁心422,在该外周侧转子铁心422上,在其外周侧的部分沿周向以规定的等间距设置有与上述内周侧磁铁装配部423、......、423相同数量的外周侧磁铁装配部424、......、424。另外,在外周侧转子铁心422的外周面22A上,在周向上相邻的外周侧磁铁装配部424、424的所有的间隔位置,与旋转轴线平行地延伸的凹槽422a形成为沿径向凹陷。
进而,在外周侧转子铁心422的各凹槽422a、......、422a的各内径侧即外周侧磁铁装配部424、......、424相邻的装配部之间的各间隔位置分别沿轴线方向贯通形成有图35所示的螺纹孔422b。该外周侧转子铁心422例如也通过烧结等形成。
各外周侧磁铁装配部424、......、424分别具备与旋转轴线平行地贯通的一对磁铁装配孔424a、424a。一对磁铁装配孔424a、424a的与旋转轴线平行的方向上的剖面形成为大致长方形状,相互经由中央肋424b在周向上相邻地配置在同一平面内。还有,该平面与连结中央肋424b和旋转轴线的半径线正交。在各磁铁装配孔424a、424a分别装配有与旋转轴线平行地延伸的大致板状永久磁铁412a。
在各磁铁装配孔424a、......、424a分别装配的永久磁铁412a在所有厚度方向(即各转子411、412的径向)上相同地被磁化,在同一的外周侧磁铁装配部424设置的一对磁铁装配孔424a、424a上装配的一对永久磁铁412a、412a设置为磁化方向为相互相同方向。还有,在所有的外周侧磁铁装配部424、......、424中,在周向上相邻的外周侧磁铁装配部424、424之间设定为在一方装配的一对永久磁铁412a、412a及在另一方装配的一对永久磁铁412a、412a的磁化方向为相互不同方向。即,装配有外周侧被N极化的一对永久磁铁412a、412a的外周侧磁铁装配部424经由凹槽422a在周向上与装配有外周侧被S极化的一对永久磁铁412a、412a的外周侧磁铁装配部424邻接。
如上所述,外周侧转子412也具备:沿周向配置的多个永久磁铁412a、......、412a。
还有,内周侧转子411的各内周侧磁铁装配部423、......、423、和外周侧转子412的各外周侧磁铁装配部424、......、424配置为能够在各转子411、412的径向上对置配置。在该对置配置状态时,形成为所有一对永久磁铁411a、411a以一对一与任意对应的一对永久磁铁412a、412a对应旋转方向的相位的状态。另外,关于内周侧转子411的各凹槽421a、......、421a和外周侧转子412的各凹槽422a、......、422a,也形成为所有的凹槽421a、......、421a与任意对应的凹槽422a以一对一相对应旋转方向的相位的状态。
由此,能够根据内周侧转子411和外周侧转子412的围绕旋转轴线的相对位置,在内周侧转子411的所有的永久磁铁411a、......、411a和外周侧转子412的所有的永久磁铁412a、......、412a中,将电动机410的状态,设定为从成对的永久磁铁411a、411a、和成对的永久磁铁412a、412a的同极的磁极之间被对置配置(即,成对的永久磁铁411a、411a和成对的永久磁铁412a、412a被对极配置),从而磁场被最大幅度弱化的图36所示的弱化磁场状态,转向成对的永久磁铁411a、411a、和成对的永久磁铁412a、412a的对极的磁极之间被对置配置(即,成对的永久磁铁411a、411a和成对的永久磁铁412a、412a被同极配置),从而磁场被最大幅度强化的图38所示的强化磁场状态的适当的状态。
在此,图35所示的定子413形成为在外周侧转子412的外周部对置配置的大致圆筒状,例如,固定于车辆的传动装置的壳体(省略图示)等。
其次,对进行如上所述的内周侧转子411和外周侧转子412的相对的相位变更的转动机构414进行说明。
本实施方式的转动机构414如图35及图37所示,在外周侧转子412的轴线方向两侧具有:以覆盖外周侧转子412的内侧的空间的方式固定于外周侧转子412的轴线方向两侧的圆板状一对传动板(端板)431、431;通过被这些传动板431、431夹持,一体地设置于外周侧转子412的内侧的叶片转子432;构成在叶片转子432、外周侧转子412及传动板431、431之间配置的内周侧转子411的内侧一部分的壳体433。叶片转子432及壳体433例如通过烧结等形成。
在一对传动板431、431的各自的外周侧的部分以在同一圆周上空开等间隔的方式形成有在轴线方向上贯通的多个(与螺纹孔422b相同的数量)的螺栓插入孔431a、......、431a,在这些螺栓插入孔431a、......、431a的内侧的一侧形成有呈以传动板431的中心轴线为中心的圆环状,沿轴线方向凹陷的环状槽(凹部)431b。各环状槽431b、......、431b均具有:沿传动板431的中心轴线的图39所示的内侧的内周侧圆筒面431ba及外周侧圆筒面431bb、和沿传动板431的轴正交方向的槽底面431bc。
另外,如图35所示,在一对传动板431、431的比环状槽431b靠向内侧处以在同一圆周上空开等间隔的方式形成有在轴线方向上贯通的多个螺栓插入孔431c、......、431c,在这些螺栓插入孔431c、......、431c的内侧的一侧,在同一圆周上空开等间隔地形成有与螺栓插入孔431c、......、431c相同数量的沿轴线方向贯通的图37所示的螺栓插入孔431d、......、431d。另外,在所有的螺栓插入孔431c、......、431c中,在圆周方向上相邻的螺栓插入孔431c、......、431c之间的各中央位置形成有内侧的螺栓插入孔431d。进而,在内侧螺栓插入孔431d、......、431d的内侧即传动板431的中心位置形成有沿轴线方向贯通的嵌合孔431e。
叶片转子432具有:圆筒状毂部435;从该毂部435的外周面中的圆周方向的等间隔位置向径向外侧延伸的多个(与所述螺栓插入孔431c相同的数量(具体来说为6处))叶片部436、......、436。
毂部435形成为台阶状,该台阶状具有:位于外周侧,且与叶片部436、......、436相同的轴线方向长度的夹持基底部437;从该夹持基底部237的内周侧向轴线方向两侧突出的圆筒状一对嵌合部438。在夹持基底部437的相邻的叶片部436、436之间的中央位置分别形成有沿轴线方向贯通的多个(与上述螺栓插入孔431d相同的数量)螺纹孔435a。另外,在毂部435的内径侧的轴线方向一侧形成有图35所示的连结用花键435b,在轴线方向另一侧,如图35所示地以在轴线方向的位置不同的方式形成有如图36所示地从各叶片部436、......、436的位置的内周侧分别向最靠近的叶片部436的基端的旋转方向上的相同一侧贯通的通路孔435c、......、435c、和从各叶片部436、......、436的位置的内周侧分别向最靠近叶片部436的基端的旋转方向上的相同的相反侧贯通的通路孔435d、......、435d。
在该叶片转子432的内径侧安装传递外周侧转子212的驱动力的输出轴416。在该输出轴416具有与毂部435的连结用花键435b结合的连结用花键416a、以用连结用花键416a结合的状态使毂部435的所有的通路孔435c连通的环状连通槽416b;以相同状态使所有的通路孔435d连通的环状连通槽416c;在这些连通槽416b、416c的间隔位置及两外侧位置形成的密封槽416d、416d、416d,在这些密封槽416d、416d、416d分别配设密封与叶片转子432的间隙的省略图示的密封环。另外,在该输出轴416形成有用于通过其内部对连通槽416b进行工作油的供给排出的通路孔416e;用于对连通槽416c进行工作油的供给排出的通路孔416f。还有,在该输出轴416的比传动板431、431靠向轴线方向外侧突出的部分分别形成有使例如在车辆的传动装置的壳体保持的一对轴承442、442嵌合的轴承嵌合部416g。
各叶片部436、......、436形成为大致板状,如图36所示,在中间位置分别形成有沿轴线方向贯通的螺纹孔436a。另外,在圆周方向的两侧面的螺纹孔436a的形成位置的外周侧沿轴线方向的全长分别形成有一对凹状部436b、436b,在螺纹孔436a的形成位置的内侧也沿轴线方向的全长形成有凹状部436c、436c。进而,在各叶片部436、......、436的各自的外周面沿轴线方向的全长形成有从外周面朝向中心侧凹陷的密封件保持槽436d。在这些密封件保持部436d、......、436d分别配置密封与壳体433的间隙的弹簧密封件444。各弹簧密封件444、......、444包括:设置于外侧,与壳体433滑接的密封件444a、和设置于内侧,将密封件444a向径向外侧的壳体433侧按压的弹簧444b。
内周侧转子411具有:在上述内周侧转子铁心421装配永久磁铁411a、......、411a而构成的环状内周侧转子主体434、和以成为规定的相位关系的方式一体地嵌合于该内周侧转子主体434的内侧的壳体433。
构成内周侧转子411的一部分的壳体433具有:径向厚度薄的圆筒状基底部446;从该基底部446的内周面中的圆周方向的等间隔位置向径向内侧突出的、与叶轮436相同数量的突出部447、......、447。在此,基底部446如图35所示,在全周上比突出部447及内周侧转子主体434向轴线方向两侧突出,其结果,在内周侧转子411的轴线方向两侧分别利用基底部446的一部分形成呈以内周侧转子411的中心轴线为中心的圆环状,且沿轴线方向突出的凸部446a。各凸部446a、446a具有均沿内周侧转子411的中心轴线的图39所示的内侧的内周侧圆筒面446aa及外侧的外周侧圆筒面446ab、和沿内周侧转子411的轴正交方向的前端面446ac。
构成内周侧转子411的一部分的壳体433的各突出部447、......、447如图36所示,分别在轴线方向上观察的情况下形成为前端细的大致等腰三角形状,在所有的突出部447、......、447中,在圆周方向上相邻的突出部447、447之间的各间隔形成有能够配置所述叶片转子432的叶片部436的沿径向凹陷的凹部448。在各突出部447、......、447从轴线方向的两面形成有凹陷规定的等深度的一对减轻重量孔447a、447a,在的各自的内端面,沿轴线方向的全长形成有朝向外径侧凹陷的密封件保持部447b。在这些密封件保持部447b、......、447b分别配置密封与叶片转子432的毂部435的外周面的间隙的弹簧密封件450。这些弹簧密封件450、......、450包括:设置于内周侧,与叶片转子432的毂部435滑接的密封件450a、和设置于外径侧,将密封件450a向叶片转子432侧按压的弹簧密封件450b。在此,包括壳体433的凸部446a、446a的基底部446位于比径向凹部448、......、448靠向径向外侧处。还有,将壳体433通过螺栓等的紧固来一体地连结于内周侧转子主体434也可。
在组装上述各部件的情况下,例如,以使外周侧转子412对应于一方的传动板431状态,在该传动板431的各螺栓插入孔431a、......、431a分别插入螺栓452,将各螺栓452分别螺合于外周侧转子412的螺纹孔422b。另外,以通过在该传动板431上嵌合叶片转子432,将其一方的嵌合部438嵌合于螺纹孔431e而对应的状态,在该传动板431的各螺栓插入孔431d、......、431d分别插入省略图示的螺栓,将各螺栓分别螺合于叶片转子432的毂部435的螺纹孔435a中。进而,在该传动板431的各螺栓插入孔431c、......、431c分别插入螺栓454,将各螺栓454、......、454螺合于叶片转子432的叶片部436的螺栓孔436a中。还有,以在叶片转子432的各叶片部436、......、436中分别安装弹簧密封件444的状态,将各叶片部436、......、436分别放入以一对一相对应的凹部448,由此将预先在内周侧转子主体434的内侧压入壳体433而构成的内周侧转子411以安装有弹簧密封件450、......、450的状态插入。此时,将内周侧转子411的一方的凸部446a嵌合于该传动板431的环状槽431b。
还有,通过将叶片转子432的另一方的嵌合部438嵌合于嵌合孔431e而使另一方的传动板431从相反侧对应。此时,将内周侧转子411的另一方的凸部446a嵌合于该另一方的传动板431的环状槽431b。在该传动板431的各螺栓插入孔431a、......、431a分别插入螺栓452,将各螺栓452、......、452分别螺合于外周侧转子412的螺纹孔422b。另外,在该传动板431的各螺栓插入孔431d、......、431d插入省略图示的螺栓,将各螺栓分别螺合于叶片转子432的毂部435的螺纹孔435a,进而,在各螺栓454、......、454分别螺合于叶片转子432的叶片部436的螺纹孔436a中。其结果,在分页的轴线方向两端面固定的传动板431、431分别通过叶片转子432的各叶片部436、......、436和螺栓454、......、454一体地被固定,通过毂部435和省略图示的螺栓一体地被固定。还有,将叶片部436、......、436固定于传动板431的螺栓454、......、454使用根数比将外周侧转子412固定于传动板431的螺栓452、......、452少,且尺寸大的螺栓。
然后,将输出轴416嵌合于叶片转子432的内侧,此时,结合连结用花键416a及连结用花键435b。其结果,形成为输出轴416一体地固定于叶片转子432的状态。当然,上述组装步骤为一例,也可以与上述不同的步骤来组装。
由此,壳体433和内周侧转子主体434成一体而构成的内周侧转子411设置于外周侧转子412的内侧且叶片转子432的外侧的、传动板431、431之间的空间458,通过进入传动板431、431的环状槽431b、431b的基底部446的轴线方向两侧的凸部446a、446a被保持为能够旋转。进而,在壳体433的凹部448、......、448分别一片片配置叶片转子432的叶片部436。另外,与叶片转子432花键结合的输出轴416能够与外周侧转子412、传动板431、431及叶片转子432一体地旋转,具体来说,一体地被固定。
在此,在上述组装状态下,如图39所示,内周侧转子411的轴线方向两侧的凸部446a、446a分别进入对置的传动板431的环状槽431b内,但此时,通过凸部446a的内周侧圆筒面446aa在全周上与环状槽431b的内周侧圆筒面431ba滑接,使内周侧转子411和传动板431的中心轴线对应(所谓的在内结合(in low))。另外,通过凸部446a进入环状槽431b内,用于内周侧圆筒面431ba和内周侧圆筒面446aa之间的滑接的微小间隙400Sa、与其连接的槽底面431bc和前端面446ac之间的间隙400Sc、和与其连接的外周侧圆筒面431bb和外周侧圆筒面446ab之间的间隙400Sb形成为弯曲形状,在比第一压力室456、......、456及第一压力室457、......、457的靠向外侧处即工作油通过旋转时的离心力,欲从第一压力室456、......、456及第一压力室457、......、457漏出的部分构成曲路密封459。
在此,在外周侧转子412的永久磁铁412a、......、412a和内周侧转子411的永久磁铁411a、......、411a使对极对置的强化磁场状态时,如图38所示,所有的叶轮436、......、436分别在对应的凹部448内与相邻于旋转方向上的相同一侧的突出部447抵接,在与抵接的突出部447之间形成第一压力室456,并且,分别在相邻于旋转方向上的相同的相反侧的突出部447之间形成比第一压力室456广的第二压力室457(换而言之,通过凹部448、......、448及收容于凹部448、......、448的叶片部436、......、436形成第一压力室456、......、456及第二压力室457、......、457)。其结果,这些第一压力室456、......、456及第二压力室457、......、457划分在内周侧转子411的内侧。
相反,在外周侧转子412的永久磁铁412a、......、412a和内周侧转子411的永久磁铁411a、......、411a使同极之间对置的弱化磁场状态时,如图36所示,所有的叶轮436、......、436分别在对应的径向凹部448内与相邻于旋转方向上的相同的所述相反侧的突出部447抵接,缩小第二压力室457,分别扩大与相邻于旋转方向上的相同的所述一侧的突出部447之间的第一压力室456。还有,在各第一压力室456、......、456以一对一设置有叶片转子432的各通路孔435c、......、435c,使其时常开口,在各第二压力室457、......、457以一对一设置有叶片转子432的各通路孔435d、......、435d,并使其总是开口。
在此,外周侧转子412及内周侧转子411将永久磁铁412a、......、412a及永久磁铁411a、......、411a以相互不同的极性对置,并相互吸引的图38所示的强化磁场的位置设置于第一压力室456、......、456及第二压力室457、......、457基本上不受到工作液压时的原点位置。还有,第一压力室456、......、456及第二压力室457、......、457在不受到工作液压的状态下也被工作油充满。还有,从该原点位置经由各通路孔435c、......、435c向各第一压力室456、......、456导入(即,向第一压力室456、......、456导入工作液压)工作油的同时,从各第二压力室457、......、457经由各通路孔435d、......、435d排出工作油的情况下,外周侧转子412及内周侧转子411克服磁力,进行相对旋转,形成为弱化磁场状态。相反,经由各通路孔435d、......、435d向各第二压力室457、......、457导入工作油的同时,从各第一压力室456、......、456经由各通路孔435c、......、435c排出工作油的情况下,外周侧转子412及内周侧转子411返回原点位置,形成为强化磁场状态,但此时,外周侧转子412的永久磁铁412a、......、412a、和内周侧转子411的永久磁铁411a、......、411a通过磁力相互吸引,因此,导入各第二压力室457、......、457的工作油的压力比相位变更为弱化磁场状态的情况所需的压力低即可,根据情况不导入液压,仅进行工作油的供给排出即可。
在此,电动机410使内周侧转子411对于外周侧转子412,从使永久磁铁412a、......、412a及永久磁铁411a、......、411a对置相互相同的极性的弱化状态返回原点位置时的旋转方向、和在减速旋转时产生的惯性力矩的方向一致。即,电动机410在车辆的前进行驶时将外周侧转子412及内周侧转子411设定为向图36及图38中的顺时针方向旋转,若外周侧转子412从图36所示的弱化磁场状态减速,则在处于浮置状态的内周侧转子411产生恢复为图38所示的强化磁场状态的惯性力矩。
在此,工作油为非压缩性,因此,无论在向如上所述的强化磁场状态及弱化磁场状态的两极限端的相位的变更的情况下,还是这些两极限端之间的中间位置的情况下,省略图示的液压控制装置例如也通过用省略图示的开闭阀的隔断停止来自所有的第一压力室456、......、456及第二压力室457、......、457的工作油的供给排出,由此外周侧转子412及内周侧转子411维持所述时刻下的相位关系,从而能够在任意的磁场状态下停止相位变更。
如上所述,所述叶片转子432一体地固定于外周侧转子412,能够一体地旋转,并配置于内周侧转子411的内侧。而且,叶片转子432经由以覆盖外周侧转子412及内周侧转子411的轴线方向的两端面的方式固定于外周侧转子412的传动板431、431,一体地固定于外周侧转子412,还一体地设置于输出外周侧转子412的驱动力的输出轴416。另外,所述壳体433与内周侧转子主体434一体地嵌合,能够一体地旋转,其径向凹部448被叶片转子432将第一压力室456及第二压力室457划分在内周侧转子411的内侧。进而,通过向这些第一压力室456及第二压力室457的工作油的供给排出即工作液压的导入控制,变更相对于壳体433的叶片转子432的相对的相位,其结果,变更内周侧转子411和外周侧转子412之间的相对的相位。在此,内周侧转子411和外周侧转子412之间的相对的相位至少能够向超前角侧或滞相角侧仅变化电角的180°,电动机410的状态能够设定为对置配置了内周侧转子411的永久磁铁411a和外周侧转子412的永久磁铁412a的同极的磁极之间的弱化磁场状态、和对置配置了内周侧转子411的永久磁铁411a和外周侧转子412的永久磁铁412a的对极的磁极之间的强化磁场状态之间的适当的状态。
而且,在向输出轴416传递外周侧转子412的驱动力的传动板431分别固定于外周侧转子412及叶片转子432的轴线方向两端面而包围的这些外周侧转子412、叶片转子432及两个传动板431、431之间的图36所示的空间458,能够将内周侧转子主体434及壳体433成一体的内周侧转子411配置为能够沿周向旋转。还有,内周侧转子主体434及壳体433成一体的内周侧转子411在空间458内设置为以浮置状态旋转自如(即,未固定于传动板431、431及输出轴416)。
还有,例如图40A所示同极配置了内周侧转子411的永久磁铁411a和外周侧转子412的永久磁铁412a的强化磁场状态、和例如图40B所示对极配置了内周侧转子411的永久磁铁411a和外周侧转子412的永久磁铁412a的弱化磁场状态下,例如图41所示,感应电压的大小变化,因此,通过在强化磁场状态和弱化磁场状态之间变化电动机410的状态而变更感应电压常数Ke。
该感应电压常数Ke例如为通过各转子411、412的旋转,在定子绕组413a的绕组端被感应的感应电压的转速比,进而,通过极对数p、电动机外径R、电动机累计厚度L、磁通密度B、和圈数T之积,能够记述为Ke=8×p×R×L×B×T×π。由此,通过将电动机410的状态在强化磁场状态和弱化磁场状态之间变化,内周侧转子411的永久磁铁411a和外周侧转子412的永久磁铁412a引起的磁场磁通的磁通密度B的大小变化,从而感应电压常数Ke变更。
在此,例如图42A所示,电动机410的转矩与感应电压常数Ke和向定子绕组413a通电的电流之积成比例(转矩∝(Ke×电流))。
另外,例如图42B所示,电动机410的磁场弱化损失与感应电压常数Ke和转速之间成比例(磁场弱化损失∝(Ke×转速)),因此,电动机410的容许转速与感应电压常数Ke和转速之积的倒数成比例(容许转速∝(1/(Ke×转速))。
即,例如图43所示,在感应电压常数Ke相对大的电动机410中,能够运行的转速相对降低,但能够输出相对大的转矩,另一方面,在感应电压常数Ke相对小的电动机410中,能够输出的转矩相对降低,但能够运行至相对高的转速,相对于转矩及转速的能够运行的区域根据感应电压常数Ke而变化。
因此,例如图44A所示的实施例一样,通过设定为伴随电动机410的转速的增加,感应电压常数Ke变化为(例如,依次变化为A、B(<A)、C(<B))降低的倾向,与不变化感应电压常数Ke的情况(例如,第一~第三比较例)相比,相对于转矩及转速的能够运行的区域扩大。
另外,电动机410的输出与从感应电压常数Ke和向定子绕组13a通电的电流和转速之积减去磁场弱化损失及其他损失得到的值成比例(输出∝(Ke×电流×转速—磁场弱化损失—其他损失))。即,例如图44B所示,在感应电压常数Ke相对大的电动机410中,能够运行的转速相对降低,但是相对低的转速区域下的输出增大,另一方面,在感应电压常数Ke相对小的电动机410中,相对低的转速区域下的输出降低,但是能够运行至相对高的转速,并且,相对高的转速下的输出增大,相对于输出及转速的能够运行的区域根据感应电压常数Ke而变化。因此,通过设定为伴随电动机410的转速的增大,感应电压常数Ke变化为(例如,依次变化为A、B(<A)、C(<B))降低的倾向,与不变化感应电压常数Ke的情况(例如,第一~第三比较例)相比,相对于输出及转速的能够运行的区域扩大。
另外,电动机410的效率与从对定子绕组413a的输入功率减去铜损及磁场弱化损失及其他损失得到的值除以输入功率得到的值成比例(效率∝((输入功率—铜损—磁场弱化损失—其他损失)/输入功率))。
因此,在相对低的转速区域到中转速区域中,通过选择相对大的感应电压常数Ke,降低输出期望的转矩而所需的电流,降低铜损。
还有,在中转速区域到相对高的转速区域中,通过选择相对小的感应电压常数Ke,降低磁场弱化电流,降低磁场弱化损失。
由此,例如图45A所示的实施例一样,通过设定为伴随电动机410的转速的增加,感应电压常数Ke变化为降低倾向,与不变化感应电压常数Ke的情况(例如,图45B所示的第二比较例)相比,扩大转速及相对于转速的能够运行的区域,并且,电动机410的效率成为规定效率以上的高效率区域E扩大,进而,能够到达的最高效率的值增大。
如上所述,根据本实施方式可知,首先,在内周侧转子411及外周侧转子412沿周向配置永久磁铁411a及永久磁铁412a,由此能够利用内周侧转子411的永久磁铁411a引起的磁场磁通,效率良好地增大或减少例如外周侧转子412的永久磁铁412a引起的磁场磁通与定子绕组413a交链的交链磁通量。还有,在磁场强化状态下,能够将电动机410的转矩常数(即,转矩/相电流)设定为相对高的值,能够在不减少电动机运行时的电流损失的情况下,或不变更控制向定子绕组413a的通电的逆变器的输出电流的最大值的情况下,增大电动机410输出的最大转矩值。
而且,作为转动机构414使用具有向由内周侧转子主体434及壳体433成一体的内周侧转子411、和一体地设置于外周侧转子412,并且,通过与壳体433,形成第一压力室456、......、456及第一压力室457、......、457,利用导入第一压力室456、......、456及第一压力室457、......、457的工作液压变更相对于壳体433的相对的相位的叶片转子432的简单的叶片促动器机构,因此,能够可靠地抑制电动机410复杂化,同时,容易且适当地且以期望的时序改变感应电压常数。
进而,通过控制向第一压力室456、......、456及第二压力室457、......、457的工作油的供给量,能够在磁场弱化状态和磁场强化状态之间的电角180°的范围内无级变化内周侧转子411和外周侧转子412之间的相对的相位。
而且,叶片转子432及壳体433将第一压力室456、......、456及第二压力室457、......、457划分在内周侧转子411的内侧,因此,能够抑制尤其轴线方向的厚度的增大,实现小型化。
而且,通过直接连结,向输出轴416传递外周侧转子412的驱动力的传动板431、431固定于外周侧转子412及叶片转子432的轴线方向两端面而包围的这邪恶外周侧转子412、叶片转子432及两个传动板431、431之间的空间458中,将内周侧转子主体434及壳体433成一体的内周侧转子411配置为能够沿周向转动,因此,该内周侧转子411以相对于外周侧转子412、叶片转子432、两个传动板431、431及输出轴416均没有固定,也没有连结的浮置状态被保持。其结果,导入第一压力室456、......、456及第一压力室457、......、457的工作油的压力主要为了内周侧转子411的内侧的壳体433和叶片转子432之间的相对的相位即内周侧转子411和外周侧转子412之间的相对的相位的变更而使用。从而,能够降低抑制需要由工作油产生的压力。
进而,通过在传动板431、431形成的沿轴线方向凹陷的环状槽431b、431b中嵌合在内周侧转子411形成的沿轴线方向突出的凸部446a、446a,在相对转动时将内周侧圆筒面446aa滑接于内周侧圆筒面431ba,因此,能够以使内周侧转子411、和在传动板431、431固定的外周侧转子412的中心轴线对应的状态,将这些相对转动。这样,能够将内周侧转子411和外周侧转子412时常置于中心,因此,能够使内周侧转子411和外周侧转子412的缝隙变得狭窄,实现性能提高。
而且,凸部446a、446a形成于以内周侧转子411的轴心为中心的圆环状,因此,能够将内周侧转子411和外周侧转子412可靠地对正中心。
而且,通过凸部446a、446a和环状槽431b、431b形成弯曲形状的曲路密封459,因此,能够抑制工作油从第一压力室456、......、456及第一压力室457、......、457泄露。
进而,在外周侧转子412的轴线方向两端面固定的传动板431、431分别与叶片转子432的叶片部436、......、436一体地固定,因此,能够抑制工作油通过叶片部436、......、436和传动板431、431的间隙的情况,并且,能够抑制叶片部436、......、436的变形及该变形引起的叶片部436、......、436的前端侧的变位。
而且,在外周侧转子412的轴线方向两端面固定的传动板431、431分别经由叶片转子432与输出轴416一体地固定,因此,外周侧转子412、叶片转子432及两个传动板431、431通过两臂支撑来支撑于输出轴416。从而,能够良好地支撑外周侧转子412、叶片转子432及两个传动板431、431。
另外,外周侧转子412及内周侧转子411将永久磁铁411a、......、411a及永久磁铁412a、......、412a以相互不同的极性对置的位置设定于第一压力室456、......、456及第一压力室457、......、457基本上不受到工作液压时的原点位置,因此,能够利用磁力,向原点位置迅速地恢复。
进而,内周侧转子411相对于外周侧转子412,从使永久磁铁411a、......、411a及永久磁铁412a、......、412a对置相互相同的极性的状态向原点位置返回时的旋转方向、和减速旋转时产生的惯性力矩的方向一致,因此,在减速旋转时,除了磁力之外,也能够通过惯性力矩向原点位置顺畅地恢复。从而,能够使减速时的向原点位置的恢复进而迅速,能够提高接下来的加速旋转时的响应性,因此,尤其适合车辆的行驶用途中使用的情况。
而且,经由叶片转子432对第一压力室456、......、456及第一压力室457、......、457进行工作油的供给排出,因此,能够利用工作油的流路形成,抑制轴线方向的厚度的增大。
[第八实施方式]
其次,主要参照图46,以与第七实施方式不同的部分为中心,说明本发明的第八实施方式的电动机。还有,对于与上述第七实施方式不同的部分标注相同的符号,省略其说明。
在本实施方式中,凸部446a由独立于内周侧转子411,嵌合于内周侧转子411的圆环状环部件461构成,
即,在本实施方式中,内周侧转子411的基底部446不相对于突出部447、......、447及内周侧转子主体434,沿轴线方向突出,而形成为同一平面。还有,在基底部446的轴向的两端面分别形成有沿轴线方向凹陷的圆环状嵌合槽446b。
还有,在各嵌合槽446b、446b分别嵌合固定比嵌合槽446b的深度长的轴向宽度的环部件461。由此,从环部件461、461的各自的内周侧转子411突出的部分构成凸部446a。
根据这样的本实施方式可知,凸部446a、446a分别将环部件461嵌合于内周侧转子411而形成,因此,内周侧转子411的轴线方向的两端面的加工变得容易。即,内周侧转子411的两个端面在旋转中可能与传动板431、431等接触,因此,需要确保高平面度及面粗糙度,需要磨削加工,但能够在没有环部件461的嵌合前的凸部446a的状态下进行磨削加工,因此,加工变得容易。
还有,将上述环状槽431b设置于内周侧转子411,将进入环状槽431b的凸部446a设置于传动板431也可。即,在内周侧转子411及传动板431的任一方上形成沿轴线方向凹陷的环状槽431b,在内周侧转子411及传动板431的任意另一方上形成沿轴线方向突出,且在转动时,在环状槽431b滑动移动的凸部446a也可。
如上所述,本发明的电动机具有以下的特征点。
(18)一种电动机(例如,实施方式中的电动机410),其特征在于,具备沿周向配置的内周侧永久磁铁(例如,实施方式中的永久磁铁411a)的内周侧转子(例如,实施方式中的内周侧转子411)及具备沿周向配置的外周侧永久磁铁(例如,实施方式中的永久磁铁412a)的外周侧转子(例如,实施方式中的外周侧转子412)的相互的旋转轴线配置为同轴,具备至少将所述内周侧转子及所述外周侧转子的任一方围绕所述旋转轴线转动,由此能够变更所述内周侧转子和所述外周侧转子之间的相对的相位的具备转动机构(例如,实施方式中的转动机构414),所述转动机构具有:构成所述内周侧转子的一部分的壳体(例如,实施方式中的壳体433);一体地设置于所述外周侧转子,并且,通过与所述壳体,形成压力室(例如,实施方式中的第一压力室456、第二压力室457),通过导入该压力室的工作液压,变更相对于所述内周侧转子的相对的相位的叶片转子(例如,实施方式中的叶片转子432),在向输出轴(例如,实施方式中的输出轴416)传递所述外周侧转子的驱动力的端板(例如,实施方式中的传动板431)固定于所述外周侧转子及所述叶片转子的轴线方向两端侧而包围的这些外周侧转子、叶片转子及两端板之间的空间(例如,实施方式中的空间458)中,将所述内周侧转子配置为能够沿周向转动,并且,在所述内周侧转子及所述端板的任一方形成有沿轴线方向凹陷的凹部例如,实施方式中的环状槽431b),在所述内周侧转子及所述端板的任意另一方形成有沿轴线方向突出,且在转动时,在所述凹部内滑动移动的凸部(例如,实施方式中的凸部446a)。
根据该电动机可知,通过在内周侧转子及外周侧转子沿周向配置永久磁铁,例如,能够利用内周侧转子的永久磁铁引起的磁场磁通,效率良好地增大或降低外周侧转子的永久磁铁引起的磁场磁通与定子绕组交链的交链磁通量。还有,在磁场强化状态下,能够将电动机的转矩常数(即,转矩/相电流)设定为相对高的值,能够在不减少电动机运行时的电流损失的情况下,或不变更控制向定子绕组的通电的逆变器的输出电流的最大值的情况下,增大电动机输出的最大转矩值。
而且,转动机构使用通过构成内周侧转子的一部分的壳体、和一体地设置于外周侧转子,并且,通过与壳体形成压力室,利用导入该压力室的工作液压,变更相对于壳体的相对的相位的叶片转子的、简单的叶片促动器,因此,能够可靠地抑制电动机复杂化,同时,容易且适当地且以期望的时序改变感应电压常数。
另外,在向输出轴传递外周侧转子的驱动力的端板固于外周侧转子及叶片转子的轴线方向两端侧而包围的这些外周侧转子、叶片转子及两端板之间的空间中,将内周侧转子配置为能够沿周向转动,因此,可以将工作流体的压力主要为了构成内周侧转子的壳体、和叶片转子之间的相对的相位即内周侧转子和外周侧转子之间的相对的相位的变更而使用。从而,能够降低抑制需要由工作流体产生的压力。
进而,在内周侧转子及端板的任一方形成的沿轴线方向凹陷的凹部,使在内周侧转子及端板的任意另一方形成的沿轴线方向突出的凸部滑动移动,因此,能够以使在端板固定的外周侧转子和内周侧转子的中心轴线对应的状态,将这些相对地转动。这样,能够将内周侧转子和外周侧转子机械地置于中央,因此,能够使内周侧转子和外周侧转子的缝隙变窄,提高性能。
(19)在上述(18)中,采用所述凸部形成为圆环状的结构也可。
在这种情况下,所述凸部形成为圆环状,因此,能够可靠地将内周侧转子和外周侧转子置于中央。
(20)在上述(19)中,采用所述凸部将环部件(例如,实施方式中的环部件461)嵌合于所述内周侧转子而形成的结构也可。
在这种情况下,凸部将环部件嵌合于内周侧转子而形成,因此,内周侧转子的端面的加工变得容易。
(21)在上述(19)或(20)中,采用由所述凸部和所述凹部形成曲路密封(例如,实施方式中的曲路密封459)的结构。
在这种情况下,由凸部和凹部形成曲路密封,因此,能够抑制工作油从压力室泄露。
产业上的可利用性
根据本发明的电动机可知,通过在内周侧转子及外周侧转子沿周向配置永久磁铁,例如,将外周侧转子的永久磁铁引起的磁场磁通与定子绕组交链的交链磁通量利用内周侧转子的永久磁铁引起的磁场磁通效率良好地增大或降低。还有,在磁场强化状态下,能够将电动机的转矩常数(即,转矩/相电流)设定为相对高的值,能够在不减少电动机运行时的电流损失的情况下,或不变更控制向定子绕组的通电的逆变器的输出电流的最大值的情况下,增大电动机输出的最大转矩值。
而且,转动机构通过向相对于外周侧转子一体且能够旋转地设置的第一部件、和相对于内周侧转子,一体且能够旋转地设置的第二部件划分在内周侧转子的内侧的压力室供给工作流体,由此变更内周侧转子和外周侧转子之间的相对的相位,因此,能够抑制电动机复杂化,同时,容易且适当地,且以期望的时序改变感应电压常数,其结果,扩大能够运行的转速范围及转矩范围,提高运行效率,并且,能够扩大高效率下的能够运行的范围。
进而,通过控制向压力室的工作流体的供给量,能够将内周侧转子和外周侧转子之间的相对的相位设为期望的相位。
而且,第一部件和第二部件将压力室划分在内周侧转子的内侧,因此,尤其能够抑制旋转轴线方向的厚度的增大,实现小型化。

Claims (13)

1.一种电动机,其同轴地配置具备沿周向配置的内周侧永久磁铁的内周侧转子及具备沿周向配置的外周侧永久磁铁的外周侧转子的相互的旋转轴线,并具备转动机构,该转动机构至少使所述内周侧转子及所述外周侧转子的任一方围绕所述旋转轴线转动,由此能够变更所述内周侧转子和所述外周侧转子之间的相对的相位,所述电动机的特征在于,
所述转动机构具有:
叶片转子,该叶片转子配置于所述内周侧转子的内侧,并且一体且能够旋转地设置于所述外周侧转子;
壳体,该壳体将所述叶片转子的叶片部收容为能够转动,且具有通过与该叶片转子而划分所述压力室的凹部,并一体且能够旋转地设置于所述内周侧转子的内侧,
通过向所述压力室供给工作流体,变更所述内周侧转子和所述外周侧转子之间的相对的相位。
2.根据权利要求1所述的电动机,其中,
所述叶片转子经由以覆盖轴线方向的端面的方式固定于所述外周侧转子的端板而一体地设置于所述外周侧转子,且还一体地设置于传递该外周侧转子的驱动力的转动轴。
3.根据权利要求2所述的电动机,其中,
在所述叶片转子及所述端板之间的空间中,构成一体的所述内周侧转子及所述壳体在周向上能够转动地配置。
4.根据权利要求1所述的电动机,其中,
所述叶片转子经由以覆盖轴线方向的一方侧端面的方式固定于所述外周侧转子的端板而一体地设置于所述外周侧转子,
传递该外周侧转子的驱动力的转动轴从轴线方向的另一方侧一体地设置于所述内周侧转子及所述壳体。
5.根据权利要求1所述的电动机,其中,
所述工作流体经由所述叶片转子供给于所述压力室。
6.根据权利要求1所述的电动机,其中,
所述端板和所述外周侧转子的端面经由垫片来接合。
7.根据权利要求6所述的电动机,其中,
在所述端板的、所述外周侧转子和所述内周侧转子之间的缝隙的侧方位置形成有贯通孔。
8.根据权利要求7所述的电动机,其中,
所述外周侧转子和所述端板以经由所述垫片的状态,通过每隔规定间隔的螺栓紧固部来连结,
在所述垫片的、比所述螺栓紧固部靠向轴心侧的位置形成有弯曲部。
9.根据权利要求8所述的电动机,其中,
所述贯通孔形成于相邻的所述螺栓紧固部之间。
10.根据权利要求3所述的电动机,其中,
在所述内周侧转子及所述端板的任一方形成有沿轴线方向凹陷的凹部,
在所述内周侧转子及所述端板的任意另一方形成有沿轴线方向突出,且在转动时,在所述凹部内滑动移动的凸部。
11.根据权利要求10所述的电动机,其中,
所述凸部形成为圆环状。
12.根据权利要求11所述的电动机,其中,
所述凸部由嵌合于所述内周侧转子的环部件形成。
13.根据权利要求11所述的电动机,其中,
由所述凸部和所述凹部形成曲路密封。
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