DE102015120482A1 - Variabler Feldmagnetmotor vom Außenrotortyp - Google Patents

Abstract

[Zu lösendes Problem] Die vorliegende Erfindung ist ein bürstenloser Motor vom Außenrotortyp, der so konfiguriert ist, dass er automatisch auf variable Weise feldmagnetisiert wird (Geschwindigkeitsänderung) gemäß der Größe eines Lastmoments für sowohl positive als auch negative Rotationsrichtungen. Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen variablen Feldmagnetmotor vom Außenrotortyp bereitzustellen, der in der Lage ist, automatisch auf variable Weise feldmagnetisiert zu werden gemäß der Größe eines Lastmoments, auch wenn er als regenerative Bremse verwendet wird. [Lösung] Die vorliegende Erfindung ist ein variabler Feldmagnetmotor vom Außenrotortyp, der so konfiguriert ist, dass er gleitend einen Außenrotor bewegt, der auf einer in radialer Richtung äußeren Seite eines Stators in einer Motorwellenrichtung in Bezug auf den Stator angebracht ist, um variable Feldmagnetisierung auszuführen, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenrotor 7 eine Blockkonstruktion hat, die einen internen Rotorkörper 72, der in der Motorwellenrichtung gleitet, und einen externen Rotorkörper 71 umfasst, Nockenfolger 75 in dem internen Rotorkörper 72 angebracht sind, Nockenoberflächen 73a in Axialrichtung auf dem externen Rotorkörper 71 gebildet sind, und die Nockenfolger 75 so konfiguriert sind, dass sie bewegbar sind entlang der Nockenoberflächen 73a gemäß einer Last, die auf die Motorwelle 4 ausgeübt wird, wodurch bewirkt wird, dass der Außenrotor 7 im Wesentlichen eine Gleitbewegung in der Motorwellenrichtung in Bezug auf den Stator 5 ausführt.

Description

• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Struktur eines bürstenlosen Motors vom Außenrotortyp, der so konfiguriert ist, dass er automatisch auf variable Weise feldmagnetisiert wird (Geschwindigkeitsänderung) gemäß der Größe eines Lastmoments für sowohl positive als auch negative Rotationsrichtungen, und insbesondere auf einen variablen Feldmagnetmotor vom Außenrotortyp, der variable Feldmagnetisierung unter Verwendung von Nocken ausführt.
• [Hintergrund]
• Variable Feldmagnet- und automatische variable Feldmagnetmotoren sind von einer komplexen Struktur, wenn man sie mit gewöhnlicherweise verwendeten Motoren vergleicht, und daher sind sie groß, schwer, mit hohen Herstellungskosten verbunden, und unterliegen einer großen zeitlichen Änderung (Verschleiß), was periodische Wartung im Betrieb erfordert.
• Wie allgemein bekannt ist, gibt es elektromotorische Motoren, die bei voller Ausgabe über einen ausgedehnten Zeitraum verwendet werden, wie Gebläse oder Kompressoren. Andererseits werden elektromotorische Motoren, in welchen Ausgabecharakteristika frei geändert werden können von niedriger Geschwindigkeit zu hoher Geschwindigkeit oder von hohem Drehmoment zu niedrigem Drehmoment, wie in elektrischen Automobilfahrzeugen und elektrischen Motorrädern, in manchen Fällen gewünscht. Beispiele für das Verfahren, die Leistungscharakteristika zu ändern, umfassen die Verwendung eines mechanischen Getriebes oder dergleichen, um die Charakteristika zu ändern, ohne die Motorcharakteristika selbst zu ändern, sogar wenn die Leistungscharakteristika geändert werden müssen. In diesem Fall treten Probleme auf, die die Ausrüstungsgröße, das Gewicht, die Kosten, die Lebensdauer (zeitliche Änderung), den Lärm (Vibration) und dergleichen einer Leistungsquelle als ganzer betreffen. Beispiele für das Verfahren, Leistungscharakteristika zu ändern, umfassen auch die Verwendung einer hydraulischen Leistungseinheit, eines elektrisch betriebenen Geräts oder dergleichen, um variable Feldmagnetisierung auszuführen, wodurch die Leistungscharakteristika von Motoren verändert werden. In diesem Fall sind Motoren, was den Mechanismus und die Kontrolle anbelangt, komplex im Vergleich zu normalen Motoren, und deshalb treten Probleme auf, die die Ausrüstungsgröße, das Gewicht, die Kosten, die Lebensdauer (zeitliche Änderung), den Lärm (Vibration) und dergleichen einer Leistungsquelle als ganzer betreffen.
• Wie in 16 veranschaulicht, variieren sogar Gleichstrommotoren, die dieselbe Ausgabeleistung haben, in den Charakteristika, von einem Motor, der Charakteristika einer Rotation mit niedriger Geschwindigkeit und eines hohen Drehmoments (erster Gang) hat, bis zu einem Motor, der Charakteristika einer hohen Rotationsgeschwindigkeit und eines niedrigen Drehmoments (fünfter Gang) hat. Im Allgemeinen hat der Erstere oft einen großen Durchmesser und eine flache Form, wohingegen der Letztere eine Stiftform hat und dünn ist. Nimmt man ein elektrisches Automobilfahrzeug als Beispiel, hat der Erstere Motorcharakteristika, die vorteilhaft sind für die Leistungsquelle eines Fahrzeugs, das eine Steigung erklimmt, während es mit einer schweren Last beladen ist. Das elektrische Automobilfahrzeug schafft es in Abwesenheit eines Getriebes oder dergleichen nicht, sogar auf weniger beschwerlichen, flachen Straßen zu beschleunigen. Der Letztere hat Motorcharakteristika, die vorteilhaft für eine Leistungsquelle eines Fahrzeugs sind, das auf flachen Straßen bei hohen Geschwindigkeiten fährt. Dem elektrischen Automobilfahrzeug fehlt es jedoch auch an Vortrieb in Abwesenheit eines Getriebes oder dergleichen, wenn es zum Beispiel steile Steigungen erklimmt oder abrupt beschleunigt.
• Es ist denkbar, dass ein Motor mit beliebigen Charakteristika, wie repräsentiert durch die mit (erster Gang) bis (fünfter Gang) bezeichneten Graphen in 16, als ein elektromotorischer Motor verwendet werden kann, dessen Ausgabe frei geändert werden kann, von niedriger Geschwindigkeit zu hoher Geschwindigkeit oder von hohem Drehmoment zu niedrigem Drehmoment, wie in einem elektrischen Automobilfahrzeug oder einem elektrischen Motorrad, wenn der Betrag der elektrischen Leistung, die am Motor angelegt ist, erhöht oder gemindert wird. Der Motor hat Limitationen darin, auf unabhängige Weise das Drehmoment oder die Rotationsgeschwindigkeit allein zu erhöhen oder zu mindern, jedoch verschiebt sich jede T-N Kennlinie nur parallel, vorausgesetzt, dass die Charakteristika (Gradienten der Graphen) des Motors unverändert bleiben, sogar wenn der Betrag der elektrischen Leistung, die am Motor angelegt ist, gewaltsam erhöht oder gemindert wird. Zum Beispiel, sogar wenn ein Motor, der Charakteristika einer hohen Rotationsgeschwindigkeit und eines niedrigen Drehmoments (fünfter Gang) hat, in einem Versuch verwendet wird, ein hohes Drehmoment zu erhalten, indem gewaltsam der Betrag der anzulegenden elektrischen Leistung (Spannung) erhöht wird, schafft der Motor es nicht, das Drehmoment zu erhöhen wie ein mit (erster Gang) bezeichneter Motor, überschreitet die zulässige Ausgabe, erhitzt sich, und brennt durch.
• Es gibt einen Motor namens Reihenschlussmotor, der automatisch eine induzierte elektromotorische Spannungskonstante (hat eine geschwächte Feldmagnetisierung) einhergehend mit einem Anstieg der Rotationsgeschwindigkeit eines Rotors reduziert. 17 veranschaulicht die Prinzipien des Motors. Im Allgemeinen ist der Feldmagnet eines Gleichstrommotors mit einer Bürste mit Dauermagneten gebildet. Dem Motor ist jedoch gestattet, die Funktion einer automatischen variablen Feldmagnetisierung (geschwächte Feldmagnetisierung) dadurch zu haben, dass der Feldmagnet mit Elektromagneten gebildet ist und eine Ankerspule 101 und eine Feldspule 102 in Reihe geschalten sind, wie in 17 veranschaulicht. Der Motor basierend auf diesem Verfahren, die Ankerspule 101 und die Feldspule 102 in Serie zu schalten, wird als Reihenschlussmotor bezeichnet. Zusätzlich zu diesem Motor gibt es einen Nebenschlussmotor, in welchem die Ankerspule 101 und die Feldspule 102 parallel geschalten sind, und einen Motor, der als Doppelschlussmotor bezeichnet wird, in welchem nur ein Ende der Feldspule in Reihe geschalten ist, und das verbleibende andere Ende parallel mit der Ankerspule geschalten ist. Es gibt auch einen fremderregten Motor, in welchem die Ankerspule und die Feldspule unabhängig geschalten sind. Hier wird der Reihenschlussmotor aus 17 beschrieben werden.
• Der Reihenschlussmotor ist ein sogenannter Motor zum automatischen Ausführen variabler Feldmagnetisierung, d. h., zum automatischen Ändern der Gradienten der T-N Linien in 16 gemäß der Größe einer Rotationsgeschwindigkeit. Wenn der Motor gestartet wird, fließt ein großer Strom, da nur der Windungswiderstand der Ankerspule 101 und der Feldspule 102 wirkt. Zu diesem Zeitpunkt kann ein hohes Anlaufdrehmoment erzielt werden, da der Feldmagnet eine hohe magnetische Flussdichte hat und ein großer Strom auch durch die Ankerspule 101 fließt. Sobald der Motor eine Rotationsgeschwindigkeit erhöht, wird eine gegenelektromotorische Spannung, die aus der induzierten elektromotorischen Spannung resultiert, in der Ankerspule 101 generiert, und wirkt einer von einer Batterie 105 versorgten Spannung entgegen. Entsprechend verringert sich ein Strom, der durch die Ankerspule 101 und die Feldspule 102 fließt, und die magnetische Flussdichte des Feldmagneten verringert sich. Die induzierte elektromotorische Spannungskonstante wird dadurch kleiner, wodurch die Funktion einer geschwächten Feldmagnetisierung erzeugt wird. Der in 17 veranschaulichte Reihenschlussmotor umfasst eine Bürste 103 und einen Kommutator 104 und unterliegt daher einer großen zeitlichen Veränderung (Abrasion und Verschleiß). Der in 17 veranschaulichte Reihenschlussmotor verwendet ein Verfahren, geschwächte Feldmagnetisierung automatisch gemäß eines Anstiegs der Rotationsgeschwindigkeit des Motors auszuführen.
• Der variable Feldmagnetmotor, der in der Patentschrift 1 ( japanische Patentoffenlegungsschrift 2014-50251 ) beschrieben ist, ermöglicht variable Feldmagnetisierung nur für eine positive Rotationsrichtung (Vorwärtsfahrt in dem Fall eines elektrischen Motorrads) und führt nicht automatisch variable Feldmagnetisierung für eine negative Rotationsrichtung und zum Zeitpunkt regenerativen Bremsens aus. Außerdem, da ein Nocken und ein Nockenfolger in der Nähe einer zentralen Achse angeordnet sind, vergrößert sich ein Eingriffswinkel, wenn der Betrag einer Verschiebung (Hub) groß ist, was bewirkt, dass eine übermäßige Kraft auf die Nockenfolger (Pin in Patentschrift 1) wirkt und der Nockenfolger beachtlich abgeschliffen wird.
• [Liste der Quellen]
• [Patentliteratur]
• [Patentschrift 1] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2014-50251
• [Patentschrift 2] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2013-46440
• [Patentschrift 3] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2011-50206
• [Patentschrift 4] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2008-141900
• [Patentschrift 5] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2008-216110
• [Patentschrift 6] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2010-57209
• [Patentschrift 7] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2010-51159
• [Patentschrift 8] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2008-259364
• [Zusammenfassung der Erfindung]
• [Durch die Erfindung zu lösende Probleme]
• Der variable Feldmagnetmotor nach Patentschrift 1 ermöglicht variable Feldmagnetisierung nur für eine positive Rotationsrichtung (Vorwärtsfahrt in dem Fall eines elektrischen Motorrads) und führt nicht automatisch variable Feldmagnetisierung für eine negative Rotationsrichtung und zum Zeitpunkt regenerativen Bremsens aus. Wenn er als Leistungsquelle eines elektrischen Motorrads oder dergleichen verwendet wird, führt der Motor automatisch variable Feldmagnetisierung gemäß der Größe eines Lastmoments zum Zeitpunkt einer Vorwärtsfahrt aus, aber führt keine variable Feldmagnetisierung zum Zeitpunkt eines regenerativen Bremsens aus. Zusätzlich, wenn er als Leistungsquelle eines elektrischen Automobilfahrzeugs oder dergleichen verwendet wird, führt der Motor variable Feldmagnetisierung weder zum Zeitpunkt einer Rückwärtsfahrt noch zum Zeitpunkt regenerativen Bremsens aus.
• Zusätzlich noch ist der variable Feldmagnetmotor nach Patentschrift 1 länglich, da eine Feder und ein Rotor in der Richtung der Ausgabeachse von (in Reihe mit) dem Motor aufgereiht sind. Zusätzlich, da die Gleitbewegung des Rotors unterstützende Lager in der Richtung der Ausgabeachse von (in Reihe mit) dem Motor ausgerichtet sind, hat der Motor das Problem, länglich in der Richtung der Ausgabeachse zu sein. Gemäß den Zeichnungen der Patentschrift 1 ist die überlappende Spanne zwischen dem Rotor und einem Statorkern nur variabel in dem Bereich, der so schmal ist wie 75% bis 100%. Entsprechend ist der Betrag variabler Feldmagnetisierung so extrem klein wie näherungsweise 25%.
• Zusätzlich noch hat der variable Feldmagnetmotor nach Patentschrift 1 eine IPM (interner Dauermagnet) Struktur, und gestapelte magnetische Stahlblätter werden sowohl für den Stator als auch den Rotor verwendet. Im Allgemeinen hat ein Motor vom Innenrotortyp ein niedriges maximales Drehmoment verglichen mit einem Motor vom Außenrotortyp. Um ein gefordertes Drehmoment zu erreichen, muss der Durchmesser des Motors vergrößert werden, oder die Längen des Rotors und des Statorkerns (Stapeldicke) müssen vergrößert werden. Dies wird zu einem Anstieg des Gewichts des Motors führen. Zusätzlich noch ist der variable Feldmagnetmotor nach Patentschrift 1 ein IPM(interner Dauermagnet)-Motor vom Innenrotortyp und hat deshalb ein niedriges Drehmoment pro Gewicht des Motors. Im Allgemeinen hat ein variabler Feldmagnetmotor vom Innenrotortyp oft Charakteristika einer hohen Rotationsgeschwindigkeit und eines niedrigen Drehmoments. Um das Drehmoment des variablen Feldmagnetmotors vom Innenrotortyp zu erhöhen, muss ein Untersetzungsgetriebe verwendet werden oder die Durchmesser des Rotor und des Stators müssen vergrößert werden. Wie oben beschrieben sind in dem variablen Feldmagnetmotor nach Patentschrift 1 der Nocken und die Nockenfolger in der Nähe einer zentralen Achse angeordnet, und deshalb ist die Außenumfangslänge des Nockens kurz. Daher kann der Betrag einer Verschiebung (Betrag eines Hubs) nicht erhöht werden. Wenn der Betrag einer Verschiebung (Betrag eines Hubs) groß ist, wird der Eingriffswinkel größer und eine übermäßige Kraft wirkt auf den Nockenfolger (Pin in Patentschrift 1), wodurch der Pin und der Nocken bedeutend abgeschliffen werden.
• Zusätzlich zu dem Motor nach Patentschrift 1 sind die Motoren zum Beispiel nach Patentschrift 3, Patentschrift 6, Patentschrift 7, Patentschrift 8 und Patentschrift 4 schlechter in Bezug auf die Umweltbeständigkeit gegen Wasser, schlammiges Wasser, Staub, und dergleichen. Die Motoren zum Beispiel nach Patentschrift 3, Patentschrift 6, Patentschrift 7, Patentschrift 8 und Patentschrift 4 sind so strukturiert, dass sie einen Stator bewegen, und deshalb können die elektrischen Drähte Biegeermüdung erleiden und versagen.
• Die vorliegende Erfindung ist ein bürstenloser Motor vom Außenrotortyp, der so konfiguriert ist, dass er automatisch auf variable Weise feldmagnetisiert (Geschwindigkeitsänderung) wird gemäß der Größe eines Lastmoments für sowohl positive als auch negative Rotationsrichtungen. Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen variablen Feldmagnetmotor vom Außenrotortyp bereitzustellen, der in der Lage ist, automatisch auf variable Weise feldmagnetisiert zu werden gemäß der Größe eines Lastmoments, auch bei Verwendung als regenerative Bremse.
• [Mittel, die Probleme zu lösen]
• Um das oben beschriebene Ziel zu erfüllen, ist ein variabler Feldmagnetmotor vom Außenrotortyp gemäß der vorliegenden Erfindung so konfiguriert, dass er gleitend einen Außenrotor bewegt, der auf einer in Radialrichtung äußeren Seite eines Stators in einer Motorwellenrichtung in Bezug auf den Stator angebracht ist, um variable Feldmagnetisierung auszuführen, wobei der Außenrotor eine Blockkonstruktion hat, die einen internen Rotorkörper, der in der Motorwellenrichtung gleitet, und einen externen Rotorkörper umfasst, Nockenfolger in dem internen Rotorkörper angebracht sind, Nockenoberflächen in Axialrichtung auf dem externen Rotorkörper gebildet sind, und die Nockenfolger so konfiguriert sind, dass sie bewegbar sind entlang der Nockenoberflächen gemäß einer Last, die auf die Motorwelle ausgeübt wird, wodurch bewirkt wird, dass der Außenrotor im Wesentlichen eine Gleitbewegung in der Motorwellenrichtung in Bezug auf den Stator ausführt. In der Gleitbewegung des Außenrotors in der Motorwellenrichtung ist die Position in Axialrichtung des internen Rotorkörpers, der in der Motorwellenrichtung gleitet, sowohl durch die Nockenoberflächen, die auf dem externen Rotorkörper bereitgestellt sind, als auch durch einen elastischen Mechanismus, der parallel zur Motorwelle angebracht ist, angepasst. Eine Mehrzahl von Nockenfolgern, die so konfiguriert sind, dass sie sich entlang der Oberflächen der Nocken des externen Rotorkörper bewegen, sind in dem internen Rotorkörper angebracht. Die Nockenoberflächen sind in einer im Wesentlichen V-förmigen Gestalt gebildet, in der eine Kehle in der Motorwellenrichtung bereitgestellt ist. Die Nockenoberflächen sind so geformt, dass eine Stopperstruktur zum Sperren der Nockenfolger am obersten Punkt der im Wesentlichen V-förmigen Gestalt angeordnet ist, in welcher die Kehle in Motorwellenrichtung bereitgestellt ist.
• [Vorteilhafte Effekte der Erfindung]
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen kleinen (flachen), leichten, kostengünstigen Motor mit hohem Drehmoment und hoher Rotationsgeschwindigkeit herzustellen, der hocheffizient über einen weiten Rotationsbereich ist, zugleich ist der Motor ein hochfunktioneller bürstenloser Motor, der so konfiguriert ist, dass er automatisch auf variable Weise feldmagnetisiert (Geschwindigkeitsänderung) wird gemäß der Größe eines Lastmoments für sowohl positive als auch negative Rotationsrichtungen. Zusätzlich, wenn er als regenerative Bremse verwendet wird, führt der Motor automatisch variable Feldmagnetisierung aus (eine induzierte elektromagnetische Spannungskonstante wird größer) gemäß der Größe eines Lastmoments (Dämpfungsmoment in diesem Fall) auch während Rotation bei niedriger Geschwindigkeit, falls es gewünscht ist, eine großen Menge an regenerativer Energie zu gewinnen, was die Rückgewinnung einer größeren Menge ermöglicht (die regenerative Bremse arbeitet effektiv).
• Der Motor nach der vorliegenden Erfindung kann kleiner (flacher) gemacht werden, indem funktionale Komponenten wie zum Beispiel eine Rotorwelle, Federn, Lager, ein Stator, ein Rotor, Nocken und Nockenfolger in der Radialrichtung des Motors angeordnet werden. Zusätzlich wird der Motor ausgestattet mit Lagern, die für sowohl Rotation als auch Gleiten ausgebildet sind, drei Sets von Nocken und Nockenfolgern, die auf dem Außenumfang des Rotors platziert sind, und Federn zum Pressen dieser Komponenten, um die Neigung und Schwankung des Rotors zum Zeitpunkt der Gleitbewegung zu verhindern. Es ist daher möglich, die Neigung und Schwankung des Rotors auf gleiche Weise zu verhindern, wie ein auf einem Boden platziertes Dreifußstativ aufgrund Schwerkraft stabilisiert wird. Selbst wenn der Motor vom Außenrotortyp eine SPM (Oberflächendauermagnet) Struktur hat, in welcher Magnete direkt platziert sind auf (angebracht an) den Innenseiten von Jochen (magnetische Pfade), ist eine Zentrifugalkraft, die auf die Magnete wirkt, nach außen (Jochseite) gerichtet, und deshalb fallen die Magnete nicht aufgrund der Zentrifugalkraft ab, sogar bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten. In dieser Hinsicht erfordert ein SPM(Oberflächendauermagnet)-Motor vom Innenrotortyp, dass ein Fallsicherungsring auf der Außenseite von jedem Magneten angebracht wird.
• Der Motor nach der vorliegenden Erfindung ist ursprünglich ein bürstenloser Motor vom Außenrotortyp. Im Allgemeinen hat ein Motor vom Außenrotortyp einen großen Rotordurchmesser verglichen mit einem Motor vom Innenrotortyp und hat deshalb oft ein relativ hohes Drehmoment und eine kleine Rotationsgeschwindigkeit. Demnach hat der Motor ein hohes Drehmoment pro Gewicht des Motors. Von dem Motor wird daher angenommen, dass er auf dem Gebiet von Radnabenmotoren, Direktantriebsmotoren und dergleichen, wo ein hohes Drehmoment erforderlich ist, angewandt wird.
• Falls die überlappende Spanne zwischen dem Rotor und dem Statorkern variabel gemacht ist in dem Bereich von 25% bis näherungsweise 100% (der Betrag variabler Feldmagnetisierung vervierfacht sich) wie in der vorliegenden Erfindung, hat der Motor eine Struktur, in welcher die betreffende Figur der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2014-50251 in der Axialrichtung weiter verlängert ist.
• Der Motor nach der vorliegenden Erfindung wird automatisch auf variable Weise feldmagnetisiert (Geschwindigkeitsänderung) gemäß der Größe eines Lastmoments für sowohl positive als auch negative Rotationsrichtungen. Der Motor nach der vorliegenden Erfindung wird automatisch auf variable Weise feldmagnetisiert zum Zeitpunkt regenerativen Bremsens. Als Leistungsquelle eines elektrischen Automobilfahrzeugs, eines elektrischen Motorrads oder dergleichen, kann die vorliegende Erfindung daher einen elektromotorischen Motor bereitstellen, der eine variable Feldmagnetisierungsfunktion mit sich ändernden Charakteristika hat, von Charakteristika einen niedrigen Rotationsgeschwindigkeit und eines hohen Drehmoments bis Charakteristika einer hohen Rotationsgeschwindigkeit und eines niedrigen Drehmoments, auf sowohl automatische als auch stufenlose Weise, gemäß der Größe eines Lastmoments.
• [Kurze Beschreibung der Zeichnungen]
• 1 veranschaulicht die Struktur eines variablen Feldmagnetmotor vom Außenrotortyp gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, angewandt auf einen bürstenlosen Motor vom Außenrotortyp und so konfiguriert, dass er automatisch auf variable Weise feldmagnetisiert wird gemäß der Größe eines Lastmoments, und ist eine vertikale Querschnittsansicht, wenn das Lastmoment minimal ist.
• 2 ist eine vertikale Querschnittsansicht, wenn das Lastmoment maximal ist in der Struktur des variablen Feldmagnetmotors vom Außenrotortyp, die in 1 veranschaulicht ist.
• 3 ist eine Zeichnung, die einen Federsitz veranschaulicht, der in 1 gezeigt ist.
• 4 ist eine Frontansicht, die das Positionsverhältnis zwischen Magneten, Jochen, einem Stator, magnetischen Sensoren und dergleichen veranschaulicht.
• 5(a) ist eine Frontansicht, die die äußere Erscheinung des variablen Feldmagnetmotors vom Außenrotortyp veranschaulicht. 5(b) ist eine rechtsseitige Elevationsansicht von 5(a), die einen internen Rotorkörper und einen externen Rotorkörper veranschaulicht.
• 6 ist eine Querschnittsansicht, die die Position von Magneten veranschaulicht, wenn ein Lastmoment näherungsweise 25% beträgt in dem variablen Feldmagnetmotor vom Außenrotortyp aus 1.
• 7 ist eine Querschnittsansicht, die die Position von Magneten veranschaulicht, wenn ein Lastmoment näherungsweise 50% beträgt in dem variablen Feldmagnetmotor vom Außenrotortyp aus 1.
• 8 ist eine Querschnittsansicht, die die Position von Magneten veranschaulicht, wenn ein Lastmoment näherungsweise 75% beträgt in dem variablen Feldmagnetmotor vom Außenrotortyp aus 1.
• 9 ist eine Querschnittsansicht, die die Position von Magneten veranschaulicht, wenn ein Lastmoment näherungsweise 100% beträgt in dem variablen Feldmagnetmotor vom Außenrotortyp aus 1.
• 10 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenform einer induzierten elektromotorischen Spannung veranschaulicht, wenn ein Lastmoment näherungsweise 25% beträgt.
• 11 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenform einer induzierten elektromotorischen Spannung veranschaulicht, wenn ein Lastmoment näherungsweise 50% beträgt.
• 12 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenform einer induzierten elektromotorischen Spannung veranschaulicht, wenn ein Lastmoment näherungsweise 75% beträgt.
• 13 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenform einer induzierten elektromotorischen Spannung veranschaulicht, wenn ein Lastmoment näherungsweise 100% beträgt.
• 14 ist eine Entwicklungsansicht, die die relativen Positionen eines internen Rotors und eines Statorkerns veranschaulicht, in welcher 14(a) ein Positionsverhältnis zeigt, wenn ein Lastmoment 100% oder höher ist, 14(b) ein Positionsverhältnis zeigt, wenn ein Lastmoment näherungsweise 75% beträgt, 14(c) ein Positionsverhältnis zeigt, wenn ein Lastmoment näherungsweise 50% beträgt, und 14(d) ein Positionsverhältnis zeigt, wenn ein Lastmoment näherungsweise 25% beträgt.
• 15 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die die Struktur eines variablen Feldmagnetmotors vom Außenrotortyp veranschaulicht gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• 16 ist eine diagrammatische Ansicht, die Rotationgeschwindigkeit-Drehmoment Charakteristika eines konventionellen Motors zeigt.
• 17 ist eine Zeichnung, die Prinzipien eines konventionellen Reihenschlussmotors veranschaulicht, in welchem ein Feldstrom automatisch abnimmt einhergehend mit dem Anstieg einer Rotationsgeschwindigkeit.
• [Ausführungsformen der Erfindung]
• Im Nachfolgenden werden Ausführungsformen eines variablen Feldmagnetmotors vom Außenrotortyp gemäß der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben, wobei auf in 1 bis 14 gezeigte Zeichnungen Bezug genommen wird. 1 veranschaulicht die Struktur eines variablen Feldmagnetmotors vom Außenrotortyp offenen Typs, angewandt auf einen bürstenlosen Motor und so konfiguriert, dass er automatisch auf variable Weise feldmagnetisiert wird gemäß der Größe eines Lastmoments für sowohl positive als auch negative Rotationsrichtungen. 2 ist eine Zeichnung, die einen Zustand des variablen Feldmagnetmotors vom Außenrotortyp aus 1 veranschaulicht, in welchem ein interner Rotorkörper durch die Wirkung von Nocken und Nockenfolgern bewegt wird. 1 veranschaulicht das Positionsverhältnis zwischen dem internen Rotorkörper und dem externen Rotorkörper in Bezug auf den Stator, wenn die Größe eines Lastmoments, das von der Motorwelle empfangen wird, näherungsweise 25% von dem maximalen Drehmoment oder kleiner ist, d. h., die Positionen des internen Rotorkörpers und des externen Rotorkörpers im Fall eines Automobilfahrzeugs, das in einem ersten Gang eingestellt ist. Gleichermaßen veranschaulicht 2 das Positionsverhältnis zwischen dem internen Rotorkörper und dem externen Rotorkörper in Bezug auf den Stator, wenn die Größe eines Lastmoments, das von der Motorwelle empfangen wird, näherungsweise 100% von dem maximalen Drehmoment oder größer ist, d. h., die Positionen des internen Rotorkörpers und des externen Rotorkörpers im Fall eines Automobilfahrzeugs, das in einem ersten Gang eingestellt ist.
• In 1 und 2 ist der variable Feldmagnetmotor vom Außenrotortyp gemäß der vorliegenden Ausführungsform bereitgestellt mit einem Motorkörper 1; einer Motorwelle 4, die rotierbar auf die Innenumfangsoberflächenseite des zylindrischen Bereichs 1a von diesem Motorkörper 1 gestützt ist durch ein Paar von Rotationslagern 2 und 3; einem Stator 5, der auf der Außenumfangsoberflächenseite von dem zylindrischen Bereich 1a angeordnet ist; und einem Außenrotor 7, der auf ein Ende der Motorwelle 4 gestützt ist und in welchem Magnete 6 in regelmäßigen Intervallen in der Axialrichtung auf der Außenumfangsseite des Stators 5 beweglich angeordnet sind.
• In dem Motorkörper 1 ist eine Endplatte 1b an einem Ende und auf der Außenumfangsoberflächenseite des zylindrischen Bereichs 1a angeordnet, und ein Substrat 8 ist mit Schrauben 9 an einer Mehrzahl von runden Vorsprüngen 1c befestigt, die auf der Innenseite dieser Endplatte 1b angeordnet sind. Ein Gleitlager 10 ist auf der Innenumfangsoberflächenseite des zylindrischen Bereichs 1a angeordnet, und das Rotationslager 3 ist in der Axialrichtung auf der Innenoberflächenseite des Gleitlagers 10, mit einer Lücke dazwischen, gleitbar angeordnet. Das Rotationslager 2 auf der linken Seite der Figur stützt die Motorwelle 4 in Bezug auf den Motorkörper 1 mit nur einem Rotationsfreiheitsgrad. Das Rotationslager 3 auf der rechten Seite der Figur stützt die Motorwelle 4 nur für die Radialrichtung. Der innere Ring des Lagers 3 ist gleitbar auf der Außenumfangsoberfläche der Motorwelle 4 angeordnet, wohingegen der äußere Ring des Lagers 3 an der Innenoberflächenseite des Gleitlagers 10, mit einer Lücke dazwischen, angebracht ist. Dementsprechend kann sich das Lager 3 in Richtung der Motorwelle bewegen einhergehend mit der Gleitbewegung eines internen Rotorkörpers 72, der später beschrieben wird. Das Gleitlager 10 stützt auf gleitende Weise den äußeren Ring des rechtsseitigen Rotationslagers 3, mit einer Lücke dazwischen. Eine Mehrzahl von Schraubenfedern 11, welche als elastische Mechanismen dienen, um eine Vorspannkraft in der Axialrichtung bereitzustellen, sind entlang des Umfangs in regelmäßigen Intervallen um die Motorwelle 4 zwischen dem Rotationslager 2 und dem Rotationslager 3 angeordnet. Wie in 3 veranschaulicht, sind die zwei Enden von jeder der Schraubenfedern 11 an ein Paar scheibenförmiger Federsitze 12 gesperrt, welche auf der Innenoberfläche des zylindrischen Bereichs 1a angeordnet sind. Das Paar Federsitze 12 ist gegenüber voneinander zwischen dem Rotationslager 2 und dem Rotationslager 3 angeordnet, um die zwei Enden von jeder der Schraubenfedern 11, die entlang des Umfangs in regelmäßigen Intervallen angeordnet sind, zu stützen. Die Federsitze 12, die auf der Seite des Rotationslagers 3 angeordnet sind, sind so arrangiert, dass sie gleitbar in der Axialrichtung sind einhergehend mit dem Gleiten des Rotationslagers 3.
• Der Stator 5 umfasst einen Statorkern 51, geformt durch Stapeln von Stahlplatten, und eine Statorspule 53, gewunden um einen Isolator 52, der an den Statorkern 51 angebracht ist, und ist auf der Außenumfangsoberflächenseite des zylindrischen Bereichs 1a mit Befestigungsschrauben 54 angebracht. Die zwei Enden der Statorspule 53 sind mit einer Schaltung des Substrats 8 verbunden, und eine elektrische Antriebsleistung und ein Kontrollsignal werden von elektrischen Drähten 13 übertragen, die mit dieser Schaltung verbunden sind und externe Leistungs- und Kontrollleitungen umfassen. Wie in 4 veranschaulicht, sind neun Polzähne 51a in Winkeleinheiten von 40° in dem Statorkern 51 geformt, und eine Windung 53a ist um jeden dieser Polzähne 51a gewunden, um die Statorspule 53 zu konfigurieren. Der Isolator 52, geformt aus isolierendem Material, ist an den Statorkern 51 vormontiert, um eine Isolierung zwischen dem Statorkern 51 und der Statorspule 53 sicherzustellen.
• Der Außenrotor 7 umfasst zwei Blöcke, d. h., einen als zylindrischen Körper mit Boden geformten externen Rotorkörper 71, dessen zentraler Teil an das Basisende der Motorwelle 4 angebracht ist, und einen als zylindrischen Körper mit Boden geformten internen Rotorkörper 72, der auf der Innenseite des externen Rotorkörpers 71 so angebracht ist, dass er gleitbar ist in der Axialrichtung der Motorwelle 4. Wie in 5(b) veranschaulicht, sind Nocken 73, die so gekrümmt sind, dass sie konkave Nockenoberflächen 73a bilden, die axial entlang der Umfangsrichtung geneigt sind, entlang des Umfangs in vorbestimmten Intervallen auf der Stirnseite eines Außenumfangszylinderbereichs 71a des externen Rotorkörpers 71 an 3 Stellen in dem veranschaulichten Beispiel gebildet. Die Nockenoberfläche 73a von jedem dieser Nocken 73 ist in einer im Wesentlichen V-förmigen Gestalt gebildet, in der eine Kehle in der Motorwellenrichtung bereitgestellt ist. Die Nockenoberfläche 73a von jedem dieser Nocken 73 bildet einen schrägen Bereich 73c, der auf beiden Seiten graduell ansteigt, ausgehend von dem tiefsten Punkt 73A eines Grundes 73b der Kehle, die in einer im Wesentlichen V förmigen Gestalt gebildet ist, und Stopperbereiche 73e, die so gekrümmt sind, dass sie im Wesentlichen einen Halbkreis in der Richtung zeichnen, in welcher die Stopperbereiche 73e sich am höchsten Punkt 73B des oberen Bereichs 73d der Kehle gegenüber liegen. Andererseits sind Radialrichtungsnockenfolgerwellen 74 an den jeweiligen höchsten Positionen des Außenumfangszylinderbereichs 72a des internen Rotorkörpers 72 so angebracht, dass sie ein gleichseitiges Dreieck bilden. Nockenfolger 75, die sich, entlang der Nockenoberflächen 73a, bewegen und rollen, sind jeweils an diesen Nockenfolgerwellen 74 angebracht. Das zentrumsseitige Basisende 72b des internen Rotorkörpers 72 ist an ein ringförmiges Rotationsgleitlager 76 angebracht. Dieses Rotationsgleitlager 76 ist rotierbar und gleitbar gestützt auf einer Achsenlinie, um zu ermöglichen, dass die Motorwelle 4 durch das Lager eingeführt wird. Wie in 1 veranschaulicht, hat dieses Rotationsgleitlager 76 Gleitkontakt mit der rechtsseitigen Oberfläche des inneren Rings des rechtsseitigen Rotationslagers 3, und hat Rotations- und Gleitkontakt mit der Motorwelle 4. Bezugszeichen 14 bezeichnet Rotationspositionen erfassende magnetische Sensoren, die zwischen den Statorpolzähnen 51a des Stators 5 angeordnet sind. Diese Rotationspositionen erfassenden magnetischen Sensoren 14 erfassen die Position in Rotationsrichtung des internen Rotorkörpers 72 in Bezug auf den Stator 5. Die Sensoren erfassen nicht die Position in Motorwellenrichtung des internen Rotorkörpers 72. Wie in 1 und 2 veranschaulicht, können die Sensoren die Position in Rotationsrichtung des internen Rotorkörpers 72 in Bezug auf den Stator 5 über dem gesamten Bereich des Stators 5 erfassen, selbst wenn der interne Rotorkörper 72 in Richtung der Motorwelle gleitet. Bezugszeichen 15 bezeichnet ein Lüftungsloch, das verwendet wird, um Druckschwankungen aufgrund der Volumenänderung einer Luftkammer, die zwischen den Rotationslagern 2 und 3 gebildet ist, zu entlasten, indem die Druckschwankungen in die Atmosphäre entlassen werden.
• Wie in 4 veranschaulicht, sind die Magnete 6 an der Innenoberflächenseite des Außenumfangszylinderbereichs 72a des internen Rotorkörpers 72 angebracht. In den Magneten 6 sind Dauermagnete 61, deren N-Pol Polaritäten auf der Innenumfangsseite lokalisiert sind, und deren S-Pol Polaritäten auf der Außenumfangsseite lokalisiert sind, und Dauermagnete 62, deren S-Pole auf der Innenumfangsseite und deren N-Pole auf der Außenumfangsseite lokalisiert sind, alternierend in Richtung des Umfangs ausgelegt, dadurch 6 Polpaare bildend. Diese Dauermagneten 61 und 62 sind auf der Innenoberflächenseite des Außenumfangszylinderbereichs 72a des internen Rotorkörpers 72 durch zylindrische Joche 63 angebracht. Jedes Joch 63 wird verwendet, um einen magnetischen Pfad zu bilden und ist an dem Außenumfangszylinderbereich 72a des internen Rotorkörpers 72 durch eine Jochbefestigungsschraube 64 angebracht. Wie in 4 veranschaulicht, ist jeder der Magnete 6 auf der Innenseite jedes Jochs (magnetischen Pfades) 63 platziert und in der Radialrichtung magnetisiert. Die Joche 63 sind auf der Innenseite des internen Rotorkörpers 72 platziert. Es ist weniger wahrscheinlich, dass Magnete vom Oberflächenmagnettyp, die in dem Motor vom Außenrotortyp verwendet werden, aufgrund einer Zentrifugalkraft oder dergleichen abfallen, verglichen mit Magneten eines Motors vom Innenrotortyp, und benötigen deshalb oft keine Fallsicherungsringe. Aus diesem Grund können die Magnete 6 in der Radialrichtung näher am Statorkern 51 platziert werden. Dadurch wird das maximal generierte Drehmoment erhöht.
• Als nächstes wird eine Beschreibung von dem Verhältnis zwischen dem internen Rotorkörper 72, den Nocken 73 und den Nockenfolgern 75 gemacht. Die Magnete 6 und die Joche (magnetischen Pfade) 63 sind in regelmäßigen Intervallen auf der Innenseite des internen Rotorkörpers 72 platziert, und die 3 Nockenfolger 75 sind in regelmäßigen Intervallen auf dem Außenumfang platziert. Wie in 1 und 2 veranschaulicht, wird der interne Rotorkörper 72 in einem zentrumsnahen Bereich des Körpers von den beiden Schraubenfedern 11 und den Federsitzen 12 auf die rechte Seite der Figur gedrückt. Wie oben beschrieben sind die drei Sets von Nocken 73 und Nockenfolgern 75 so arrangiert, dass sie, gesehen von der Frontseite des Motors, ein gleichseitiges Dreieck bilden. Daher wird der interne Rotorkörper 72 durch den externen Rotorkörper 71 (Nockenoberflächen an drei Stellen) gestützt und stabilisiert, wie wenn ein Dreifußstativ stabil steht, und er macht eine relative Rotations- und Gleitbewegung. Die Position in Radialrichtung des internen Rotorkörpers 72 wird durch das Rotationsgleitlager 3 bestimmt, welches in die Motorwelle 4 eingerastet ist, mit einer Lücke dazwischen, wie in 1 und 4 veranschaulicht. Die Position in Rotationsrichtung des internen Rotorkörpers 72 relativ zu dem externen Rotorkörper 71 ändert sich gemäß der Größe eines Lastmoments, das von der Motorwelle 4 (integriert in dem externen Rotorkörper 71) empfangen wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Position in Motorwellenrichtung des internen Rotorkörpers 72 in Bezug auf den externen Rotorkörper 71 auch durch die Aktion der Nocken 73 und der Nockenfolger 75, die auf dem externen Rotorkörper 71 und dem internen Rotorkörper 72 angebracht sind, geändert. In dem Beispiel von 1 ist der interne Rotorkörper 72 am nächsten an dem externen Rotorkörper 71, wenn die Größe eines Lastmoments, dass die Motorwelle empfängt, näherungsweise 25% des maximalen Drehmoments oder kleiner ist. 6 bis 9 veranschaulichen auch die relativen Positionen der Magnete 6 in Bezug auf den Statorkern 51, wenn ein Lastmoment von näherungsweise 25% oder niedriger bis 100% oder höher empfangen wird. 6 bis 9 veranschaulichen die vierstufige Transition des Motors, von einem Zustand des geschwindigkeitsmaximalen vierten Gangs (siehe 6) zu einem Zustand eines dritten Gangs (siehe 7), und von einem Zustand eines zweiten Gangs (siehe 8) zu einem Zustand eines ersten Gangs (siehe 9). In diesem Fall gleitet der interne Rotorkörper 72 auf stufenlose Weise in der Motorwellenrichtung gemäß der Größe eines Lastmoments, das auf die Motorwelle 4 wirkt, und deshalb ändert sich die überlappende Spanne zwischen den Magneten 6 und dem Statorkern 51 stufenlos. 10 bis 13 veranschaulichen induzierte elektromotorische Spannungen zum Zeitpunkt dieser vierstufigen Transition. Aus diesem Grund wird der Motor automatisch auf variable, stufenlose Weise feldmagnetisiert.
• Die Wirkung der Schraubenfedern 11 zu diesem Zeitpunkt wird beschrieben werden. Wie oben beschrieben pressen die Schraubenfedern 11 die Nockenfolger 75, die auf dem Außenumfang des internen Rotorkörpers 72 platziert sind, gegen die Nocken 73, die auf dem Außenumfangsbereich des externen Rotorkörpers 71 platziert sind. Wie in 1 veranschaulicht, werden die Kräfte der Schraubenfedern 11 in der Reihenfolge der Schraubenfedern 11, der rechtsseitigen Federsitze 12, des inneren Rings des rechtsseitigen Rotationslagers 3, des Rotationsgleitlagers 76 des internen Rotorkörpers 72, der Nockenfolger 75, der Nocken 73, des externen Rotorkörpers 71, der Motorwelle 4, des rechtsseitigen wellenstoppenden Rings 22 des linksseitigen Rotationslagers 2, und des linksseitigen Federsitzes 12 übertragen, und kehren zu den Schraubenfedern 11 zurück (d. h., die Kräfte sind geschlossen). Wie oben beschrieben arbeiten die Kräfte der Schraubenfedern 11 nicht als Schubkräfte in Bezug auf die zwei Rotationslager 2 und 3, die die Rotation der Motorwelle 4 stützen. Die Kräfte der Schraubenfedern 11 dienen daher nicht direkt als Rotationslastwiderstand der Motorwelle 4. Wie in 3 veranschaulicht, ist eine Mehrzahl (sechs in dem Beispiel von 3) der Schraubenfedern 11 um die Motorwelle 4 ausgelegt. Die separierte Mehrzahl der Schraubenfedern 11 kann eine Federlast teilen, was es erlaubt, den Drahtdurchmesser jeder Schraubenfeder 11 zu reduzieren. Wie in 1 veranschaulicht, kann die Windungszahl jeder Schraubenfeder 11 erhöht werden, selbst wenn die geschlossene Länge der Feder klein ist. Daher ist es möglich, Federkonstanten in einem breiteren Bereich einzustellen. Zusätzlich wird die Nutzungseffizienz von Räumen, in welchen die Schraubenfedern 11 platziert sind, erhöht. Die zwei Enden jeder Schraubenfeder 11 werden von Senklöchern gestützt, die in den Federsitzen 12 bereitgestellt sind. Die Kräfte der Schraubenfedern 11 werden durch die Federsitze 12 verbunden und können auf die nächste Komponente an einer Stelle nahe bei der Motorwelle 4 durch einen Vorsprung (Sitz) übertragen werden, der an der Stelle nahe bei der Motorwelle 4 angeordnet ist.
• Durch Beschreiben des Verhältnisses zwischen den Nocken 73 und den Nockenfolgern 75 unter Verwendung von 5(b) und 14(a), 14(b), 14(c) und 14(d), sind die Nocken 73 und die Nockenfolger 75 auf dem Außenumfangsbereich des externen Rotorkörpers 71 bzw. auf dem Außenumfangsbereich des internen Rotorkörpers 72, gesehen von der Frontseite des Motors, angeordnet, um ein gleichseitiges Dreieck zu bilden. 1 und 14(d) auf der Seite ganz rechts stellen einen Fall dar, in dem die Größe des Lastmoments, dass die Motorwelle 4 empfängt, näherungsweise 25% des maximalen Drehmoments oder niedriger ist. In dieser Position des Motors sind der externe Rotorkörper 71 und der interne Rotorkörper 72 am nächsten zueinander. Um den Schock zu entlasten, der durch die Nocken 73 und die Nockenfolger 75 in Bewegung an diesem niedrigsten Punkt 73A verursacht werden, ist der Radius der Kontaktoberfläche jedes Nockens 73 leicht größer gemacht als der Radius der Rolle jedes Nockenfolgers 75. 2 und 14(a) stellen einen Fall dar, in dem die Größe des Lastmoments, das die Motorwelle 4 empfängt, näherungsweise 100% des maximalen Drehmoments oder höher ist. Auch an diesem höchsten Punkt 73B ist der Radius der Kontaktoberfläche jedes Nockens 73 leicht größer gemacht. Ein Stopperbereich 73e ist auf dem höchsten Punkt 73B bereitgestellt, wie in 5(b) und 14(a) veranschaulicht. Wie die Nockenoberfläche 73a, wird eine gekrümmte Oberfläche verwendet, um den niedrigsten Punkt 73A und den höchsten Punkt 73B zu verbinden. 14(b) stellt einen Fall da, in welchem das Lastmoment näherungsweise 75% des maximalen Drehmoments ist. Zusätzlich stellt 14(c) einen Fall dar, in welchem das Lastmoment näherungsweise 50% des maximalen Drehmoments ist.
• Als nächstes wird der Betrieb des variablen Feldmagnetmotors vom Außenrotortyp beschrieben gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 veranschaulicht, rotiert der Außenrotor 7 aufgrund eines rotierenden Magnetfeldes, das zwischen dem Stator 5 und dem Außenrotor 7 generiert wird, die Rotation des externen Rotorkörpers 71, die direkt mit der Motorwelle 4 gekoppelt ist, wird auf die Motorwelle 4 übertragen, und eine Last, die an der Motorwelle 4 angebracht ist, wird dadurch angetrieben. Wenn die Last ein Automobilfahrzeug ist, wird die Rotation der Motorwelle 4 auf Räder übertragen und das Fahrzeug beginnt, zu fahren. Die Rotation des internen Rotorkörpers 72 wird auf den externen Rotorkörper 71 des Außenrotors 7 durch die Nocken 73 und die Nockenfolger 75 übertragen, um die Motorwelle 4 anzutreiben. Wenn die Last auf die Motorwelle 4 wirkt, entsteht eine Verschiebung aufgrund von Rotation zwischen dem externen Rotorkörper 71, der direkt mit der Motorwelle 4 gekoppelt ist, und dem internen Rotorkörper 72, der an dem Rotationsgleitlager 76 angebracht ist. Daher drehen sich die Nockenfolger 75 des internen Rotorkörpers 72 entlang der Nockenoberflächen 73a der Nocken 73 des externen Rotorkörpers 71, um den internen Rotorkörper 72 in der Axialrichtung zu bewegen. Der interne Rotorkörper 72 bewegt sich in Reihenfolge, von der Position in 6 bis zu der Position in 9, gegen die Vorspannkräfte der Schraubenfedern 11. 10 bis 13 veranschaulichen die Wellenformen von induzierten elektromotorischen Spannungen zu diesem Zeitpunkt. Eine induzierte elektromotorische Spannungskonstante (Drehmomentkonstante) wird variiert und daher werden die Charakteristika (der Gradient der T-N Linie in 16) des Motors auf diese Weise geändert, indem die relative überlappende Spanne zwischen dem Statorkern 51 und den Magneten 6 durch die Schraubenfedern 11, die Nocken 73 und die Nockenfolger 75, wie in 6 bis 9 veranschaulicht, geändert werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Funktionen und Struktur eines bürstenlosen Motors vom Außenrotortyp zu erzeugen, der so konfiguriert ist, dass er automatisch auf variable Weise feldmagnetisiert wird (Geschwindigkeitsänderung) durch die Schraubenfedern 11, die Nocken 73 und die Nockenfolger 75, die in 1 veranschaulicht sind, gemäß der Größe eines Lastmoments, für sowohl positive als auch negative Rotationsrichtungen.
• Der Motor wird automatisch auf variable Weise feldmagnetisiert gemäß der Größe eines Lastmoments (hier gemäß der Größe eines Dämpfungsmoments) auch zum Zeitpunkt regenerativen Bremsens. Auch wenn er bei niedriger Geschwindigkeit rotiert, wird der Motor automatisch auf variable Weise feldmagnetisiert wie in 6 bis 9 veranschaulicht, da die Bremsstärke (die Größe des zu gewinnenden Stroms) sich erhöht. Die induzierte elektromotorische Spannungskonstante wird dadurch größer, wie in 10 bis 13 veranschaulicht, wodurch ein größerer Effekt regenerativen Bremsens bereitgestellt wird. Demzufolge ist es möglich, effektiver regenerative elektrische Leistung rückzugewinnen. Jedwede Schublast, die durch die Schraubenfedern 11 verursacht wird, wirkt nicht auf die Rotationslager 2 und 3, die die Motorwelle 4 stützen. Daher findet keine Erhöhung des Rotationswiderstandes durch die Addition der variablen Feldmagnetisierungsfunktion statt. Da die Trägheit (Trägheitsmoment) des internen Rotorkörpers 72 gering ist, startet die variable Feldmagnetisierungsfunktion schnell an zum Zeitpunkt des Anstartens des Motors. Aus diesem Grund wird die variable Feldmagnetisierung früher wirksam und die Drehmomentkonstante wird schneller größer, selbst wenn ein Lastmoment, das auf die Motorwelle 4 wirkt, groß ist und das Anstarten der Rotation des externen Rotorkörpers 71 zum Zeitpunkt des Anstartens des Motors verzögert ist, wodurch das Anstarten der Motorwelle 4 schneller gemacht wird.
• Da der Außenrotor 7 und der Stator 5 eine offene Struktur haben wie in 1 veranschaulicht, ist der bürstenlose Motor vom Außenrotortyp offenen Typs, der so konfiguriert ist, dass er automatisch auf variable Weise feldmagnetisiert wird gemäß der Größe eines Lastmoments für sowohl positive als auch negative Rotationsrichtungen hocheffektiv in Luftkühlung. Der interne Rotorkörper 72 allein gleitet in Richtung der Motorwelle innerhalb des Motors, und deshalb bleibt die Gesamtlänge des Motors unverändert. Beschichten des Statorkerns 51, des Substrats 8, der Magnete 6, der Joche (magnetischen Pfade) und dergleichen mit Harz oder das Formen dieser Komponenten in Harz erhöht die Umweltbeständigkeit, wie zum Beispiel Tropfdichtheit. Indem der externe Rotorkörper 71 und der interne Rotorkörper 72 integriert sind, ist es weder dem Stator 5 noch dem externen Rotorkörper 71 erlaubt, sich zu bewegen (in Richtung der Motorwelle), während eine sogenannte variable Feldmagnetisierungsfunktion dadurch realisiert wird, dass ein Verfahren verwendet wird, die überlappende Spanne (in Richtung der Motorwelle) zwischen dem Außenrotor 7 und dem Stator 5 zu ändern. Eine flache, bürstenlose Motorstruktur vom Außenrotortyp mit hohem Drehmoment ist dadurch realisiert, dass funktionale Komponenten wie zum Beispiel die Motorwelle 4, die Schraubenfedern 11, das Gleitlager 10, der Statorkern 51, die Magnetsensoren 14 zum Erfassen der Rotationsposition des internen Rotorkörpers 72, die Magnete 6, die Joche (magnetischen Pfade) 63, die Nockenfolger 75 und die Nocken 73 in der Radialrichtung des Motors angeordnet sind.
• 15 veranschaulicht einen variablen Feldmagnetmotor vom Außenrotortyp geschlossenen Typs gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bauteile, die die gleichen sind wie jene aus 1 und 2, sind durch die gleichen Bezugszeichen und Buchstaben bezeichnet und werden von der Beschreibung des Motors ausgeschlossen. Die obere Hälfte von 15 stellt einen Fall dar, in dem die Größe eines Lastmoments, das auf die Motorwelle 4 gleich jener aus 1 wirkt, näherungsweise 25% des maximalen Drehmoments oder niedriger ist. Zusätzlich stellt die untere Hälfte von 15 einen Fall dar, in dem die Größe eines Lastmoments, das auf die Motorwelle 4 gleich jener aus 1 wirkt, 100% oder höher ist. Der Motorkörper 1 umfasst ein vorderes Motorkörperteil 16 und ein hinteres Motorkörperteil 17, und ein Außenumfangszylinderbereich 16a und ein Außenumfangszylinderbereich 17a, angeordnet auf dem Außenumfangsbereich, sind mit einer Schraube 18 befestigt, womit der Motor geschlossenen Typs gebaut wird. Ein runder Vorsprung 17b ist in dem zentralen Teil des hinteren Motorkörperteils 17 bereitgestellt, und ein Rotationslager 32 ist innerhalb dieses runden Vorsprungs 17b angeordnet, um eine versiegelte Struktur zu schaffen. Wie oben beschrieben, gleicht der Motor geschlossenen Typs in grundsätzlicher Leistungsfähigkeit und Funktionalität dem Motor offenen Typs aus 1 und hat eine hohe Umweltbeständigkeit gegen Wasser und Staub, da der Motorkörper 1 eine versiegelte Struktur hat.
• Gemäß dem variablen Feldmagnetmotor vom Außenrotortyp in Einklang mit der oben beschriebenen Ausführungsform wird der Motor automatisch auf variable Weise feldmagnetisiert gemäß der Größe eines Lastmoments für sowohl positive als auch negative Rotationsrichtungen. Der Motor kann deshalb ein hohes Drehmoment zum Zeitpunkt des Anstartens ausgeben, wenn er sich nicht nur in positiver Rotation sondern auch in Rückwärtsfahrt (negative Rotation) befindet, wie in dem Fall eines elektrischen Automobilfahrzeugs oder dergleichen. Der Motor wird automatisch auf variable Weise feldmagnetisiert gemäß der Größe eines Lastmoments (Dämpfungsmoments in diesem Fall) auch zum Zeitpunkt eines regenerativen Bremsens. Demzufolge ist es möglich, effektiver regenerative elektrische Leistung rückzugewinnen, selbst während Rotation mit niedriger Geschwindigkeit. Zusätzlich, da der externe Rotorkörper 71, der interne Rotorkörper 72, der Stator 5, die Federn 11, und die Motorwelle 4 in der Radialrichtung angeordnet sind, um einen verdickten Bereich in eine flache Form umzuformen, kann der Motor ein hohes Drehmoment zum Zeitpunkt des Anstartens ausgeben. Zusätzlich ist der Motor zu einer Rotation mit hoher Geschwindigkeit in der Lage, indem er variabel feldmagnetisiert wird. Zusätzlich noch ist der Motor offenen Typs hoch effektiv in Luftkühlung und leicht und deshalb kann die Ausgabe pro Gewicht des Motors erhöht werden. Andererseits hat der Motor geschlossenen Typs eine hohe Umweltbeständigkeit, und kann deshalb an Orten verwendet werden, die schwere Einsatzbedingungen erfordern, wie zum Beispiel elektrischen Automobilfahrzeugen und elektrischen Motorrädern. Da der interne Rotorkörper 72 allein in Richtung der Motorwelle innerhalb des Motors zum Zeitpunkt variabler Feldmagnetisierung gleitet, bleibt die Gesamtlänge des Motors unverändert. Zusätzlich ist es unwahrscheinlicher, dass sich der Schwerpunkt des Motors ändert. Zudem noch erleiden die elektrischen Drähte 13 keine Biegeermüdung, da die Statorspule 53 zum Zeitpunkt variabler Feldmagnetisierung nicht in Richtung der Motorwelle gleitet (sich bewegt). Zudem noch sind die Kräfte der Federn 11, die verwendet werden, um die Funktion zu schaffen, automatisch auf variable Weise Feldmagnetisierung gemäß der Größe eines Lastmoments auszuführen, innerhalb des Rotor 7 eingeschlossen. Anders ausgedrückt, die Kräfte der Federn 11 wirken nicht auf die zwei Rotationslager 2 und 3, die die Rotation der Motorwelle 4 stützen, als Schubkräfte. Entsprechend dienen die Kräfte der Federn 11 nicht als direkte Rotationslastwiderstände der Motorwelle 4, und führen daher nicht zu Motorverlust.
• [Industrielle Anwendbarkeit]
• Man beachte, dass die vorliegende Erfindung nicht nur beschränkt ist auf die oben beschriebenen Ausführungsformen. Zusätzlich zu elektrischen Automobilfahrzeugen oder elektrischen Motorrädern, kann der variable Feldmagnetmotor vom Außenrotortyp für andere Lasten verwendet werden, solange die Lasten angetrieben werden, während sich ihre Geschwindigkeit ändert. Zusätzlich, obwohl in den oben beschriebenen Ausführungsformen ein Fall zitiert worden ist, in welchem drei Sets von Nocken 73 und Nockenfolgern 75 verwendet werden, ist es möglich, mehr als drei Sets von Nocken 73 und Nockenfolgern 75 zu verwenden, zum Beispiel vier Sets, fünf Sets, oder sechs Sets. In Antwort auf dies ist es auch möglich, zum Beispiel vier Sets, fünf Sets, oder sechs Sets der magnetischen Sensoren 14 zum Erfassen der Rotationsposition des internen Rotorkörpers 72 zu verwenden. Zusätzlich noch, obwohl das Verhältnis zwischen den Positionen von Magneten und Nocken in dem variablen Feldmagnetmotor vom Außenrotortyp, wenn ein Lastmoment näherungsweise 25% bis 100% beträgt, in 6 bis 9 veranschaulicht worden ist, kann die Größe eines Lastmoments frei auf einen Bereich eingestellt werden, d. h., einen Bereich enger als der Bereich von näherungsweise 25% bis 100%, zum Beispiel einen Bereich von näherungsweise 30% bis 80%, oder einen Bereich von 40% bis 90%, indem die Positionen von Nocken angepasst werden. Selbstverständlich kann die vorliegende Erfindung ausgeführt werden, indem die Erfindung gegebenenfalls modifiziert wird, solange der technische Gültigkeitsbereich der vorliegenden Erfindung nicht geändert wird.
• Bezugszeichenliste

1

Motorkörper

1a

zylindrischer Bereich

2

Rotationslager

3

Rotationslager

4

Motorwelle

5

Stator

6

Magnet

7

Außenrotor

8

Substrat

9

Schraube

10

Gleitlager

11

Schraubenfeder

12

Federsitz

13

elektrischer Draht

14

Magnetsensor zum Erfassen einer Rotationsposition

15

Lüftungsloch

16

vorderer Motorkörperteil

17

hinterer Motorkörperteil

18

Schraube

53

Statorspule

63

Joch (magnetischer Pfad)

71

externer Rotorkörper

72

interner Rotorkörper

73

Nocken

74

Nockenfolgerwelle

75

Nockenfolger

76

Rotationsgleitlager

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• JP 2014-50251 [0008, 0019]

Claims (5)

1. Variabler Feldmagnetmotor vom Außenrotortyp, der so konfiguriert ist, dass er gleitend einen Außenrotor bewegt, der auf einer in radialer Richtung äußeren Seite eines Stators in einer Motorwellenrichtung in Bezug auf den Stator angebracht ist, um variable Feldmagnetisierung auszuführen, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenrotor eine Blockkonstruktion hat, die einen internen Rotorkörper, der in der Motorwellenrichtung gleitet, und einen externen Rotorkörper umfasst, Nockenfolger in dem internen Rotorkörper angebracht sind, Nockenoberflächen in Axialrichtung auf dem externen Rotorkörper gebildet sind, und die Nockenfolger so konfiguriert sind, dass sie bewegbar sind entlang der Nockenoberflächen gemäß einer Last, die auf die Motorwelle ausgeübt wird, wodurch bewirkt wird, dass der Außenrotor im Wesentlichen eine Gleitbewegung in der Motorwellenrichtung in Bezug auf den Stator ausführt.
2. Variabler Feldmagnetmotor vom Außenrotortyp nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gleitbewegung des Außenrotors in der Motorwellenrichtung die Position in Axialrichtung des internen Rotorkörpers, der in der Motorwellenrichtung gleitet, sowohl durch die Nockenoberflächen angepasst ist, die auf dem externen Rotorkörper bereitgestellt sind, als auch durch einen elastischen Mechanismus, der parallel zur Motorwelle angebracht ist.
3. Variabler Feldmagnetmotor vom Außenrotortyp nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl der Nockenfolger, die so konfiguriert sind, dass sie sich entlang der Oberflächen der Nocken des externen Rotorkörper bewegen, in dem internen Rotorkörper angebracht sind.
4. Variabler Feldmagnetmotor vom Außenrotortyp nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenoberflächen in einer im Wesentlichen V-förmigen Gestalt gebildet sind, in der eine Kehle in der Motorwellenrichtung bereitgestellt ist.
5. Variabler Feldmagnetmotor vom Außenrotortyp nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenoberflächen so geformt sind, dass eine Stopperstruktur zum Sperren der Nockenfolger am obersten Punkt der im Wesentlichen V-förmigen Gestalt angeordnet ist, in welcher die Kehle in Motorwellenrichtung bereitgestellt ist.

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