JP2006014439A - アキシャル型モータ - Google Patents

Abstract

【課題】装置の大型化を招くことなくロータとステータとの間のギャップ量を変化させる。
【解決手段】ハウジングに固定されたシャフト１４の外周部に、中心軸がロータ回転軸に略一致するねじ２０が設けられており、ステータ１２は、ねじ２０によりシャフト１４に支持されている。ロータ１０とステータ１２との間のギャップ量を変化させるときは、ブレーキ１６によるステータ１２の固定を解除し、ロータ１０にトルクが発生するようにステータ１２のコイルに流す電流を制御する。これによって、ステータ１２がねじ２０に沿って回転するとともにロータ回転軸方向に移動し、ロータ１０とステータ１２との間のギャップ量が変化する。
【選択図】図２

Description

本発明はアキシャル型モータに関し、特に、ロータとステータとの間のギャップ量を変化させることができるアキシャル型モータに関する。

この種のアキシャル型モータの従来例が下記特許文献１に開示されている。特許文献１においては、ラックの刻まれた支持棒がロータ回転軸に対して平行かつオフセットした状態でステータに取り付けられており、ラックにピニオンが噛み合わされている。ピニオンを回転させることで、ラックが駆動されてステータがロータ回転軸方向（アキシャル方向）に移動する。これによって、ロータとステータとの間のギャップ量を変化させ、ロータの永久磁石からステータのコイルへ鎖交する磁束を変化させている。

特開２００２−２４７８２２号公報

特許文献１においては、ピニオンを回転させることで、ロータとステータとの間のギャップ量を変化させているが、ピニオンに回転力を発生させるための専用のアクチュエータ及びその制御装置を必要とする。したがって、特許文献１においては、装置全体が大型化してしまうという問題点がある。

本発明は、装置の大型化を招くことなくロータとステータとの間のギャップ量を変化させることができるアキシャル型モータを提供することを目的とする。

本発明に係るアキシャル型モータは、回転軸まわりに回転可能なロータと、回転軸方向に関してロータと対向配置されたステータと、前記回転軸方向に関するロータとステータとの間のギャップ量を変化させることができるように、ステータを該回転軸方向に移動可能な状態で支持する移動機構と、を有するアキシャル型モータであって、移動機構は、中心軸が前記回転軸に略一致するねじによりステータを支持し、ロータとステータとの間に作用する回転力によって、ステータが移動機構に対して前記ねじに沿って回転するとともに前記回転軸方向に移動し、前記ギャップ量が変化することを要旨とする。

本発明においては、中心軸が回転軸に略一致するねじによりステータが移動機構に支持されている。そして、ロータとステータとの間に作用する回転力によって、ステータが移動機構に対してねじに沿って回転するとともに回転軸方向に移動することで、回転軸方向に関するロータとステータとの間のギャップ量が変化する。このように、ロータとステータとの間に作用する回転力を利用してロータとステータとの間のギャップ量を変化させることができるので、ギャップ量を変化させる駆動力を発生させるために専用のアクチュエータ及びその制御装置を付加する必要がない。したがって、本発明によれば、装置の大型化を招くことなくロータとステータとの間のギャップ量を変化させることができる。

本発明に係るアキシャル型モータにおいて、ロータに回転力を作用させるようにステータに配設されたコイルに電流を流すことで、前記ギャップ量が変化するものとすることもできる。こうすれば、ステータのコイルに流す電流を制御することで、ロータとステータとの間のギャップ量を制御することができる。

本発明に係るアキシャル型モータにおいて、ステータを移動機構に対して固定可能な固定機構をさらに有し、前記ギャップ量を変化させるときは、固定機構によるステータの固定を解除するものとすることもできる。こうすれば、ステータを移動させないときはステータを確実に固定することができる。

本発明に係るアキシャル型モータにおいて、移動機構は、前記ねじが外周部に設けられ、ステータの中心部を該ねじにより支持するシャフトを含むものとすることもできる。こうすれば、ステータを回転軸まわりに回転させるとともに回転軸方向に移動させるための移動機構の小型化を実現することができる。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。

図１〜３は、本発明の実施形態に係るアキシャル型モータの構成の概略を示す図であり、図１は斜視図の概略を示し、図２は内部構成の概略を示し、図３はステータのコイルへの電気的接続を説明する図を示す。本実施形態に係るアキシャル型モータは、ロータ１０、ステータ１２、移動機構１４、及び固定機構１６を備えている。

ロータ１０は略円板状の形状であり、回転軸まわりに回転可能である。なお、図１，２では図示を省略しているが、ロータ１０には永久磁石が周方向に配列されている。

ステータ１２は略円板状の形状であり、ロータ回転軸方向（アキシャル方向）に関してロータ１０と対向配置されている。そして、ステータ１２は、後述する構成の移動機構１４によって支持されている。なお、図１，２では図示を省略しているが、ステータ１２には、ロータ１０側に突出したティースに導線が巻回されることで形成されたコイル２２が周方向に配列されている。これによって、ロータ１０の永久磁石からの磁束がステータ１２のコイル２２へ鎖交可能となっている。

制御装置３０は、ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を演算し、このｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値に基づいてインバータ３２の駆動を制御することによりステータ１２のコイル２２に流す電流の制御を行う。バッテリ３６からの直流電圧はインバータ３２によって交流に変換されてステータ１２のコイル２２に交流電流が供給される。このコイル２２に供給される交流電流によって発生する回転磁界とロータ１０の永久磁石の発生する磁界との相互作用により、ロータ１０を回転駆動させるためのトルクを発生することができる。

移動機構１４は、ステータ１２をロータ回転軸まわりに回転させるとともにロータ回転軸方向に移動させることができる状態で支持する。ここでの移動機構１４は、例えば図１，２に示すように、ねじ２０が外周部に設けられた非磁性材料のシャフトによって実現することができる。ねじ２０の中心軸（シャフト１４の中心軸）は、ロータ回転軸にほぼ一致している。ステータ１２の中心部にもねじが切られており、ステータ１２は、その中心部にてねじ２０によりシャフト１４に支持されている。なお、シャフト１４は、図示しないハウジングに固定されていることで、中心軸まわりの回転運動及び中心軸方向の並進運動に関して固定されている。また、ロータ１０は、回転軸方向の移動が拘束されるとともに回転軸まわりに回転可能な状態で、その中心部にてベアリング２４を介してシャフト１４に支持されている。

ステータ１２がシャフト１４に対してねじ２０に沿って回転すると、ステータ１２がシャフト１４に対してロータ回転軸方向に移動する。これによって、ロータ回転軸方向に関するロータ１０とステータ１２との間のギャップ量が変化し、ロータ１０の永久磁石からステータ１２のコイル２２へ鎖交する磁束数が変化する。なお、ステータ１２が図２の下側から見て時計まわりに回転したときにギャップ量が増大するように、ねじ２０がシャフト１４の外周面に切られている。

固定機構１６は、ステータ１２をシャフト１４（ハウジング）に対して固定することができる。ここでの固定機構１６は、例えば図２に示すように、ステータ１２の内部に配設され、シャフト１４をその外周部にて締結可能なブレーキによって実現することができる。ブレーキ１６は、ステータ１２に対するロータ回転軸方向の並進運動に関して固定されている。そして、ブレーキ１６の作動、すなわちステータ１２とシャフト１４の固定については、例えば図示しない油圧アクチュエータから油室２６へ供給される油圧によって行うことができる。なお、ここでの油圧アクチュエータは、ブレーキ１６を駆動するためのものであるため、装置の大型化を招くことはない。

本実施形態に係るアキシャル型モータにおいては、ロータ回転軸方向に関するロータ１０とステータ１２との間のギャップ量を変化させることができ、ロータ１０の永久磁石からステータ１２のコイル２２へ鎖交する磁束数を変化させることができる。ここで、ロータ１０とステータ１２との間のギャップ量を変化させない場合は、固定機構（ブレーキ）１６を作動させることで、ステータ１２を移動機構（シャフト）１４に対して固定する。

一方、ロータ１０とステータ１２との間のギャップ量を増大させる場合は、以下のようにして行う。まずステータ１２の固定機構（ブレーキ）１６による固定を解除する。そして、制御装置３０は、ロータ１０に負のトルクが発生するように、ステータ１２のコイル２２に流す電流を制御する（ｑ軸電流指令値が負）。ただし、ステータ１２側（図２の下側）からロータ１０を見て時計まわりを正方向、反時計まわりを負方向としている。ステータ１２は、図４に示すように、ロータ１０からの反力を受けることで、ねじ２０に沿って正方向（図２の下側から見て時計まわり）に回転するとともにロータ１０から遠ざかる方向に移動する。これによって、ロータ１０とステータ１２との間のギャップ量が増大する。

ここで、ロータ１０とステータ１２との間には磁気力による吸引力が作用しており、ロータ１０とステータ１２との間のギャップ量を増大させるためには、この吸引力に反発してステータ１２をロータ回転軸方向に移動させる必要がある。ただし、本実施形態では、ステータ１２をねじ２０に沿って回転させながらロータ回転軸方向に移動させていることにより、ギャップ量を変化させるのに必要な駆動力を小さくすることができる。なお、ギャップ量を変化させるのに必要な駆動力を小さくするためには、ねじ２０のピッチを小さく設定することが好ましい。

また、ロータ１０とステータ１２との間のギャップ量を減少させる場合は、ステータ１２の固定機構（ブレーキ）１６による固定を解除した状態で、制御装置３０は、ロータ１０に正のトルクが発生するように、ステータ１２のコイル２２に流す電流を制御する（ｑ軸電流指令値が正）。ステータ１２は、図５に示すように、ロータ１０からの反力を受けることで、ねじ２０に沿って負方向（図２の下側から見て反時計まわり）に回転するとともにロータ１０に近づく方向に移動する。これによって、ロータ１０とステータ１２との間のギャップ量が減少する。上記に説明した動作によりギャップ量を変化させた後は、固定機構（ブレーキ）１６を作動させることで、ステータ１２を移動機構（シャフト）１４に対して固定する。

本実施形態におけるギャップ量制御の例を挙げると、低負荷運転時には、上記に説明したコイル２２の電流制御によって、ロータ１０とステータ１２との間のギャップ量を増大させることで、ロータ１０の永久磁石からステータ１２のコイル２２へ鎖交する磁束数を減少させる。これによって、低負荷運転時の効率を向上させることができる。一方、ロータ１０の駆動トルクが必要な場合は、上記に説明したコイル２２の電流制御によって、ロータ１０とステータ１２との間のギャップ量を減少させることで、ロータ１０の永久磁石からステータ１２のコイル２２へ鎖交する磁束数を増大させる。

以上説明したように、本実施形態においては、ロータ１０にトルクを作用させるようにステータ１２のコイル２２に電流を流すことで、ステータ１２をねじ２０に沿って回転させるとともにロータ回転軸方向（アキシャル方向）に移動させている。このように、ロータ１０とステータ１２との間に作用するトルクを利用して、ロータ１０とステータ１２との間のギャップ量を変化させることができるので、このギャップ量を変化させる駆動力を発生させるために専用のアクチュエータ及びその制御装置を付加する必要がない。したがって、本実施形態によれば、装置の大型化を招くことなく、ロータ１０とステータ１２との間のギャップ量を変化させることができ、ロータ１０の永久磁石からステータ１２への鎖交磁束数を変化させることができる。

さらに、本実施形態においては、ステータ１２をねじ２０に沿って回転させながらロータ回転軸方向に移動させることにより、ロータ１０とステータ１２との間のギャップ量を変化させるのに必要な駆動力を小さくすることができる。

また、本実施形態においては、シャフト１４の外周部に設けられたねじ２０を介してステータ１２をその中心部にて支持することにより、ステータ１２をロータ回転軸まわりに回転させるとともにロータ回転軸方向に移動させるための移動機構１４の小型化を実現することができる。

また、ステータ１２をロータ回転軸方向に移動させないときは固定機構（ブレーキ）１６によりステータ１２を固定するので、ロータ１０とステータ１２との間のギャップ量を変化させないときはステータ１２を確実に固定することができる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明の実施形態に係るアキシャル型モータの構成の概略を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るアキシャル型モータの内部構成の概略を示す図である。 ステータのコイルへの電気的接続例を説明する図である。 本発明の実施形態に係るアキシャル型モータの動作を説明する図である。 本発明の実施形態に係るアキシャル型モータの動作を説明する図である。

符号の説明

１０ ロータ、１２ ステータ、１４ 移動機構（シャフト）、１６ 固定機構（ブレーキ）、２０ ねじ、２２ コイル、２４ ベアリング、３０ 制御装置、３２ インバータ、３６ バッテリ。

Claims (4)

1. 回転軸まわりに回転可能なロータと、
   回転軸方向に関してロータと対向配置されたステータと、
   前記回転軸方向に関するロータとステータとの間のギャップ量を変化させることができるように、ステータを該回転軸方向に移動可能な状態で支持する移動機構と、
   を有するアキシャル型モータであって、
   移動機構は、中心軸が前記回転軸に略一致するねじによりステータを支持し、
   ロータとステータとの間に作用する回転力によって、ステータが移動機構に対して前記ねじに沿って回転するとともに前記回転軸方向に移動し、前記ギャップ量が変化することを特徴とするアキシャル型モータ。
2. 請求項１に記載のアキシャル型モータであって、
   ロータに回転力を作用させるようにステータに配設されたコイルに電流を流すことで、前記ギャップ量が変化することを特徴とするアキシャル型モータ。
3. 請求項１または２に記載のアキシャル型モータであって、
   ステータを移動機構に対して固定可能な固定機構をさらに有し、
   前記ギャップ量を変化させるときは、固定機構によるステータの固定を解除することを特徴とするアキシャル型モータ。
4. 請求項１〜３のいずれか１に記載のアキシャル型モータであって、
   移動機構は、前記ねじが外周部に設けられ、ステータの中心部を該ねじにより支持するシャフトを含むことを特徴とするアキシャル型モータ。
   

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