JP2007244027A

JP2007244027A - 回転電機

Info

Publication number: JP2007244027A
Application number: JP2006059450A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Shibukawa; 祐一渋川
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2006-03-06
Filing date: 2006-03-06
Publication date: 2007-09-20

Abstract

【課題】ロータおよびステータ間の相対距離を変化させる相対移動機構を具えた回転電機において、誘起電圧やロータ回転数を常時監視するセンサ機器を設けることなく、簡易な構成で誘起電圧を低減することができる回転電機を提案する。
【解決手段】ロータ１のロータトルクはカム機構のボール１５とカムディスク１１とを経由してロータ回転軸１０を駆動する。ロータトルクが大きいときはボール１５を具えたカム機構がロータ１をステータ５に近づけて通常状態による運転を実行する。ロータトルクが小さいときは上記のカム機構がロータ１をステータ５から遠ざけて、これらロータ１およびステータ５間で形成される磁気回路の磁気抵抗を増大する。この結果、誘起電圧の低減を実現する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機の誘起電圧を低減する技術、特に、永久磁石の磁束を短絡させることにより回転電機のロータと回転電機のステータとの間で形成される磁気回路に流れる磁束を低減する技術に関するものである。

永久磁石を具えた回転電機は、ロータの高回転時に誘起電圧が高くなるという問題がある。このため従来、コイルを具えたステータおよび永久磁石を具えたロータを相対移動可能に配置したアキシャルギャップ型および／またはラジアルギャップ型の回転電機であって、高回転時にステータおよびロータを相対移動する種々の技術が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。

そのうち、特許文献１では、ラジアルギャップ型の回転電機において、電動機（アクチュエータ）によってステータをロータに対して移動させて、ロータとステータとの距離を変化させている。また、特許文献２では、アキシャルギャップ型の回転電機において、位置調整器（アクチュエータ）によってステータをロータに対して移動させて、ロータとステータとの距離を変化させている。さらに、特許文献３では、ラジアルギャップ型の回転電機において、位置調整器（アクチュエータ）によってステータをロータに対して移動させて、ロータとステータとのラップ面積（ラジアルギャップにおける重なり具合）を変化さている。
これら特許文献１〜３はいずれも、ステータおよびロータを相対移動させて、ロータとステータとの間で形成される磁気回路における磁気抵抗を変化させることにより、磁気回路に流れる磁束を変化させることが可能である。したがって高回転時には、ステータおよびロータ間を離して、ロータとステータとの間で形成される磁気回路における磁気抵抗を増大させることにより磁気回路に流れる磁束を小さくして、誘起電圧を低減する。
実開平７−２００７９号公報特開２００２−２４７８２２号公報特開２００２−３００７６０号公報

しかし、上記従来のような回転電機にあっては、以下に説明するような問題を生ずる。つまり誘起電圧やロータ回転数をモニタリングするセンサ機器を設置して、これらセンサ機器からの信号を監視し、アクチュエータを作動させる制御システムが不可欠であり、回転電機を有するシステムの複雑化およびコスト高を招く。
またアクチュエータを作動させるために必要な力が、何ら他の用途を為し得ず、有効利用されていない。さらに、上記した相対移動が不要な通常状態での運転中も、アクチュエータが電力を消費しつつステータを所定位置に保持するのであれば、回転電機のエネルギー効率が低下するという問題がある。

本発明は、上述の実情に鑑み、アクチュエータを動かすための制御システムが不要な磁気抵抗の変化手段を具え、かつ、アクチュエータを作動させるための力を、そのまま回転電機のトルクとして活用することができる回転電機を提案するものである。

この目的のため本発明による回転電機は、請求項１に記載のごとく、
ステータおよびロータを相対移動可能に具えた回転電機において、該ロータのロータトルクを用いて前記ロータおよびステータ間の距離を変化させる相対移動機構を設けたことを特徴としたものである。

かかる本発明の構成によれば、ロータ駆動のためのロータトルクを用いて前記相対移動機構を作動するため、ロータトルクの大きい時に回転数も大きい特性をもった回転電機では、大ロータトルクで前記の相対移動機構が相対距離を大きくするよう設定しておくことにより、誘起電圧を低減することができ、
あるいは、ロータトルクが小さい時に回転数が大きい特性をもった回転電機では、小ロータトルクで前記の相対移動機構が相対距離を大きくするよう設定しておくことにより、誘起電圧を低減することができ、
ロータトルクに観応して誘起電圧を低減することができる。
したがって、相対移動機構を動かすための制御システムが不要となり、構成の簡易化およびコスト低減を図ることができる。

さらに、相対移動機構を作動するために用いたロータトルクで、そのままロータ回転軸を駆動するため、相対移動機構を作動するために必要な力を有効利用することができ、回転電機のエネルギー効率を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の第１実施例になる回転電機を、ロータ軸線を含む平面で断面にして示す縦断面図である。
この実施例は、ロータ１とステータ５とをロータ径方向に配置したラジアルギャップ構造の回転電機である。ステータ５は、ロータ１のロータ外径側に配置される。つまり第１実施例の回転電機はインナーロータ型の回転電機である。

回転電機の外殻を形成するケース７の内壁には、ステータ５のステータコア８を、周方向に複数配列する。そして、ステータコア８の一側をケース７の内壁に固定し、ステータコア８の他側をロータ内径方向に向かって突出させ、ロータ１の外周に指向させる。各ステータコア８の両側間にはコイル９を夫々巻回する。

ロータ１の中央には孔１ｈを設け、この孔１ｈにロータ回転軸１０を貫通させる。ケース７はロータ回転軸１０を、少なくともロータ回転軸１０の両側２箇所で軸受を介して回転自在に支持する。また孔１ｈの内周とロータ回転軸１０との隙間にはニードル軸受６を設け、ロータ回転軸１０は孔１ｈを相対回転自在に支持する。なおニードル軸受６は、孔１ｈがロータ回転軸１０に対して軸方向に移動することも許容する。
円筒形状のロータ１内部には複数の磁極、具体的には永久磁石３、を周方向に複数配列する。ステータコア８のコイル９に適宜通電するとステータコア８に磁束が発生し、ステータコア８の磁束が近傍の永久磁石３の磁束と磁気回路を形成する。これによりロータ１およびステータ５間で、ロータ１を駆動するためのロータトルク（ロータトルク）を発生する。ロータ回転軸１０は、このロータトルクを車輪等図示しない負荷側に出力する。
なお、ロータ１に設ける磁極としては、上述した内部配置型永久磁石の他、表面配置型永久磁石や、突極鉄心や、これらの混成型であってもよい。
コイル９は図示しないインバータおよびバッテリと電気的に接続し、図示しないインバータがコイル９に適宜通電するための制御を実行する。ロータトルクの大小の調整は、コイル９の通電制御により行う。

ロータ１とロータ回転軸１０との間にはこのロータ１を移動させるためのカム機構を設ける。このカム機構は、ロータ１とステータ５との間の相対距離を変化させる相対移動機構としての役割を果たす。
このカム機構はボールを用いて伝達トルクに応じたスラストを与える公知のものでよい。ロータ１はカム機構のフォロワーディスクを兼用する。ロータ１の軸方向近傍にはカム機構のカムディスク１１を配置する。これらロータ１とカムディスク１１との間にはカム機構のボール１５を配置する。

ロータ１の近傍にあるカムディスク１１は円盤形状であって、その中心をロータ回転軸１０に結合する。ロータ回転軸１０上であって、ロータ１から見てカムディスク１１とは反対側になる部位には抜け止め用ナット１８を結合する。抜け止め用ナット１８は上述したカムディスク１１と相俟って、これら部材１１，１８間にロータ１の軸方向位置を制限する。抜け止め用ナット１８とロータ１との間の軸方向位置には、皿バネ２１を縮設する。
皿バネ２１は弾発力によりロータ１をカムディスク１１に近づくよう付勢する。

カムディスク１１と向かい合うロータ１の側面には周方向溝１９を刻設する。またロータ１と向かい合うカムディスク１１の側面にも周方向溝２０を刻設する。これら周方向溝１９および周方向溝２０を相互に向き合うよう配置して、複数のボール１５，１５・・・をこれら周方向溝１９，２０内に収容する。

次に、ロータ１およびステータ５環の相対距離を変化させる相対移動手段であるカム機構が、如何にしてロータ１を相対移動させて誘起電圧を低減するかにつき説明する。

前提として、第１実施例の回転電機の運転特性は、ロータ１のロータトルクとロータ１のロータ回転数との間に相関関係を有する。
つまり図９に実線で示すように、ロータ回転数が高いほどロータトルクが小さく、ロータ回転数が低いほどロータトルクが大きい運転特性を有する。

この前提のもと第１実施例では、ロータ回転軸１０のロータトルクが後述する所定の閾値以上である場合の通常の状態では、図１に示すように、ロータ１の軸方向両端がステータ５の軸方向両端と揃うよう向かい合うようにする。別な言い方をすればラップ面積を最大にしておくことにより、これらロータ１およびステータ５間の磁気回路における磁気抵抗を小さくする。これにより、高トルク運転の実現を容易にする。
ここで付言すると、閾値とは図９に示すように、通常の中低速運転状態における上限回転数N₁に対応するロータトルクである。上限回転数N₁を下回る回転数で通常運転する場合、回転電機の誘起電圧は許容できるほど小さいものであるから、ロータトルクが上記閾値よりも大きい通常時は、回転電機の磁気抵抗を通常（ロータ１とステータ５の軸方向両端と揃うよう）に設定しておけばよい。

これに対し、回転数N₁を上回って運転しなければならない場合、別な言い方をするとロータトルクを上記閾値未満で運転するとき、回転電機の誘起電圧は許容できないほど大きなものとなる。
そこで、ロータトルクが上記閾値よりも小さいときは、回転電機の磁気抵抗を通常よりも大きくして、誘起電圧を低減する。
具体的には、ロータ回転軸１０のロータトルクが上記所定の閾値未満である場合では、図２に示すように、このロータトルクに比例する上述のスラストを上回る付勢力で皿バネ２１に付勢されたロータ１をカムディスク１１に接近させる。したがってロータ１の軸方向両端がステータ５の軸方向両端とずれて、別な言い方をすればラップ面積が減少して上述した磁気抵抗を大きくする。これにより、誘起電圧の低減を実現して、高回転領域における運転を可能にする。

ステータ５およびロータ１間の磁気回路によってロータトルクがロータ１に与えられると、このロータトルクはロータ１から、ボール１５と、カムディスク１１とを経由してロータ回転軸１０に伝達される。ロータ回転軸１０は、このロータトルクを車輪等図示しない負荷側に出力する。

ボール１５を挟圧する周方向溝１９の深さ（カムディスク１１と向かい合う円盤形状の表面からの深さ）は一様ではなく、周方向全体に亘って変化する。つまり、周方向溝１９を周方向に切断し展開して見ると、波形の深浅を繰り返すものとする。
この場合、周方向溝１９と２０との間に挟圧されたボール１５に、ロータトルクが作用すると、ロータ１がカムディスク１１に対して相対回動し、ボール１５がロータトルクの大きさに応じて上記の波形上を移動して、これら周方向溝１９と２０との距離を変化させる。そして、ロータ１とカムディスク１１との軸方向距離が変化する。
このときボール１５は伝達するトルクの大きさに応じて、ロータ１にカムディスク１１から遠ざかるようスラストを与える。これに対し皿バネ２１は、ロータ１をカムディスク１１へ近づくよう付勢する。

したがって、ボール１５が伝達するロータトルクが小さいとき、皿バネ２１の上記付勢力が上記スラストに勝ってロータ１は図２上の右側に位置する。この結果、ロータ１およびステータ５間のラップ面積は狭くなる。

ラップ面積が狭い状態では、ロータ１およびステータ５間で形成される磁気回路の磁気抵抗は大きいものとなり、誘起電圧を低減することが可能になる。したがって、ロータ回転軸１０の高回転領域でも回転電機を運転することができる。

これに対し、ボール１５が伝達するロータトルクが大きいとき、皿バネ２１の上記付勢力が上記スラストに負けて皿バネ２１はロータ軸方向に押し潰れるよう弾性変形する。これによりロータ１の軸方向位置は、図１に示すようにステータ５の軸方向位置と揃い、ラップ面積は広くなる。

ラップ面積が広い状態では、ロータ１およびステータ５間で形成される磁気回路の磁気抵抗は小さいものとなり、磁気回路の磁束を大きくした通常の運転が可能になる。したがって、ロータ回転軸１０は低回転領域で大きなロータトルクを出力することができる。

なおラップ面積を広くして運転中でも（図１）、狭くして運転中でも（図２）、ラップ面積を一定に保持して運転する間は、ロータ１とカムディスク１１とロータ回転軸１０とが一体に回転すること勿論である。

図９は、ロータトルクが小さくなるほどロータ回転数が高くなる特性を具えた第１実施例の回転電機における運転性能を、同様の特性を具えた相対移動機構を有しない従来一般の回転電機と比較して示す特性図である。
図９中、破線で示す従来例では、誘起電圧を低減する制御を具えていないため、ロータの最高回転数がN1に制限される。
これに対し、実線で示す第1実施例では、ロータトルクが小さい高回転領域（＞N1）でラップ面積を狭くするため、誘起電圧を低減することが可能となりロータの高回転領域をN2まで広げることができる（N1＜N2）。したがって、運転性能を向上させることができる。

上記の第１実施例では、図１〜図２に示すようにロータ回転軸１０を駆動するロータ1のロータトルクを用いてラップ面積（ロータ１とステータ５との相対距離）を変化させるため、
ロータトルクの大小に応じて磁気回路の磁気抵抗を簡明直截に変化させることが可能となり、相対移動を適切に実行するため制御システムが不要となって、構成の簡易化およびコスト低減を図ることができる。

さらに上記の第１実施例では、ロータ１を軸方向移動するために用いたロータトルクで、そのままロータ回転軸１０を駆動するため、ロータ１を軸方向移動するために必要な力を有効利用することができ、回転電機のエネルギー効率を向上させることができる。

次に本発明の第２実施例になる回転電機について説明する。
図３は、本発明の第２実施例になる回転電機を、ロータ軸線を含む平面で断面にして示す縦断面図である。
この第２実施例はステータの外径側にロータを配置したアウターロータ型の回転電機であるが、ステータとロータとをロータ径方向に配置したラジアルギャップ構造の回転電機であるため基本構造は上述した第１実施例と共通する。そこで共通する部材には、同一符号を付し、部材毎の説明を省略する。

図３に示す第２実施例でも、ロータ１およびステータ５間の磁気回路によってロータ１に与えられたロータトルクが、ボール１５と、カムディスク１１とを経由してロータ回転軸１０に伝達される。
ロータ回転軸１０の上記ロータトルクが所定の閾値以上である場合の通常の状態では、図３に示すように、このロータトルクがロータ１の軸方向位置をステータ５の軸方向位置に合わせてラップ面積を広くし、磁気回路の磁気抵抗を小さくする。
これに対し、ロータ回転軸１０のロータトルクが所定の閾値未満である場合では、図４に示すように、ロータ１が皿バネ２１に付勢されてロータ１の軸方向位置がステータ５の軸方向位置に対してずれる。したがって両者１，５のラップ面積が狭くなり、磁気回路の磁気抵抗が大きくなる。

次に本発明の第３実施例になる回転電機につき、図５の縦断面図に沿って説明する。この第３実施例は、ステータとロータとをロータ軸方向に配置したアキシャルギャップ構造の回転電機である。前述した第１実施例と共通する機能を有する要素については、同一符号もしくは末尾が共通する符号を付して説明する。
第３実施例の回転電機はステータ１０５を具える。ステータ１０５はステータブラケット１０７を介してケース７の内周壁に取り付けられる。ステータブラケット１０７を周方向に複数配置し、複数のステータコア１０８を周方向に配列する。

ステータ１０５のロータ軸方向両側にはロータ１０１をそれぞれ配置する。つまり、第３実施例の回転電機は２枚のロータ１０１，１０１を共通するロータ回転軸１０に取り付けた２ロータ１ステータ型の回転電機である。
ロータ１０１には複数の永久磁石１０３を周方向に配列する。

ステータブラケット１０７によって支持されるステータ１０５のステータコア１０８にはコイル１０９を巻回する。巻回の中心線はロータ軸線と平行であり、コイル１０９に通電するとステータコア１０８にはロータ軸線と平行な磁束が発生し、この磁束が両側のロータ１０１，１０１へ向かう。
そうすると、ステータコア１０８からの磁束が永久磁石１０３の磁束と一体になり、ロータ１０１およびステータ１０５間で磁気回路が形成され、ロータ１０１にロータトルクを与える。

回転電機の中心を貫通するロータ回転軸１０の中央部１０ｂは、ステータブラケット１０７の軸方向位置と共通する。このロータ回転軸中央部１０ｂの断面径を、両端部よりも大きくする。中央部１０ｂから見て近い順に、皿バネ２１とロータ１０１とボール１５とカムディスク１１と抜け止めナット１８を順次配置する。

ロータ回転軸中央部１０ｂの断面径およびロータ回転軸端部の断面径が断続する段差部には、皿バネ２１を係止する。そして、皿バネ２１が隣接するロータ１０１を端部側へ付勢できるようになす。
ロータ１０１、ボール１５、およびカムディスク１１はカム機構を構成する。フォロワーディスクを兼用するロータ１０１は、ニードル軸受６を介してロータ回転軸１０に回動可能に支持される。

図５に示す第３実施例でも、ロータ１０１およびステータ１０５間の磁気回路によってロータ１０１に与えられたロータトルクが、ボール１５と、カムディスク１１とを経由してロータ回転軸１０に伝達される。
ロータ回転軸１０の上記ロータトルクが所定の閾値以上である場合の通常の状態では、図５に示すように、このロータトルクがロータ１０１をステータ１０５へ近づけて、別な言い方をするとアキシャルギャップ間隔を減少して磁気回路の磁気抵抗を小さくする。
したがって、誘起電圧を低減することなく、高トルク運転の実現を容易にする。

これに対し、ロータ回転軸１０のロータトルクが所定の閾値未満である場合では、図６に示すように、皿バネ２１に付勢されたロータ１０１がステータ１０５から離れて、別な言い方をするとアキシャルギャップ間隔を増大して磁気抵抗を大きくする。
したがって、誘起電圧の低減を実現して、高回転領域における運転を可能にする。

次に本発明の第４実施例になる回転電機について説明する。
図７は、本発明の第４実施例になる回転電機を、ロータ軸線を含む平面で断面にして示す縦断面図である。
図７中、一点鎖線はロータ回転軸線を示す。ロータ回転軸線より下半分はアキシャルギャップ間隔が狭い通常の運転状態を示し、ロータ回転軸線より上半分はアキシャルギャップ間隔が広い誘起電圧低減中の運転状態を示す。
この第４実施例も２枚のロータを共通するロータ回転軸上に設けたアキシャルギャップ構造の回転電機であるため、基本構造は上述した第３実施例と共通するが、１のカム機構により片方のロータのみ相対移動する点で異なる。そこで共通する部材には、同一符号を付し、部材毎の説明を省略する。

ステータ１０５のロータ軸方向両側にはロータ１０１およびロータ１０２をそれぞれ配置する。ロータ回転軸１０には一方のロータ１０２を一体に結合する。そして、ロータ１０２の中心部１０２ｂを軸方向に、他方のロータ１０１まで延在し、この中心部１０２ｂ先端と他方のロータ１０１との間には皿バネ２１を縮設する。ここで中心部１０２ｂ先端は皿バネ２１の軸方向位置を規定して、皿バネ２１からの弾発力を受け止める。

ロータ１０１からロータ回転軸１０に伝達されるロータトルクが所定の閾値以上である場合の通常の状態では、図７中の下半分に示すように、このロータトルクがロータ１０１をステータ１０５へ近づけて、別な言い方をするとアキシャルギャップ間隔を減少して磁気回路の磁気抵抗を小さくする。
したがって、誘起電圧を低減することなく、高トルク運転の実現を容易にする。
また、ロータ１０１および１０２間の周方向相対位置を永久磁石１０３が揃うように配列する。つまり、図７中の左側ロータ１０１に配置した永久磁石１０３の周方向位置と、右側ロータ１０２に配置した永久磁石１０３の周方向位置とを一致させ、ロータ軸方向にこれらロータ１０１，１０２をみたときに両者に配置した永久磁石１０３同士が揃うようにしておく。
これにより、大トルク運転を効果的に実現する。

これに対し、ロータ回転軸１０のロータトルクが所定の閾値未満である場合では、図７中の上半分に示すように、皿バネ２１に付勢されたロータ１０１がステータ１０５から離れて、別な言い方をするとアキシャルギャップ間隔を増大して磁気抵抗を大きくする。
したがって、誘起電圧の低減を実現して、高回転領域における運転を可能にする。
また、ロータ１０１および１０２間の周方向相対位置を永久磁石１０３がずれるように配列する。つまり、図７中の左側ロータ１０１に配置した永久磁石１０３の周方向位置と、右側ロータ１０２に配置した永久磁石１０３の周方向位置とを不一致とし、ロータ軸方向にこれらロータ１０１，１０２をみたときに両者に配置した永久磁石１０３同士がずれるようにしておく。
これにより、ロータ１０１と、ステータ１０５と、ロータ１０２との間で形成される磁気回路の磁気抵抗を増大して、誘起電圧を効果的に低減することができる。

図７に示す第４実施例では、２枚のロータ１０１，１０２を具える構成であっても、片方のロータ１０１のみに１のカム機構を設けることにより、誘起電圧を低減することができ、前述した第３実施例よりも、より簡易な構成で本発明の効果を実現することができる。

また大ロータトルクで運転中は、ロータ１０１とロータ１０２の周方向相対位置が所定の位置関係になるよう、具体的には両ロータ１０１，１０２に配置した永久磁石１０３（磁極）の周方向位置が一致するよう、両ロータ１０１，１０２を共通するロータ回転軸１０に取り付けたことから、通常状態では大きなロータトルクを効果的に出力することが可能である。
これに対し小ロータトルクで運転中は、ロータ１０１とロータ１０２の周方向相対位置が所定の位置関係からずれるよう、具体的にはカム機構が両ロータ１０１，１０２に配置した永久磁石１０３（磁極）の周方向位置を不一致にすることから、高回転領域では磁気回路の磁気抵抗を増大して、一層効果的に誘起電圧を低減することができる。

次に本発明の第５実施例になる回転電機について説明する。
図８は、本発明の第５実施例になる回転電機を、ロータ軸線を含む平面で断面にして示す縦断面図である。
図８中、一点鎖線はロータ回転軸線を示す。ロータ回転軸線より下半分はアキシャルギャップ間隔が狭い通常の運転状態を示し、ロータ回転軸線より上半分はアキシャルギャップ間隔が広い誘起電圧低減中の運転状態を示す。
この第５実施例も２枚のロータを共通するロータ回転軸上に設けたアキシャルギャップ構造の回転電機であるため、基本構造は上述した第３実施例と共通する。そこで共通する部材には、同一符号を付し、部材毎の説明を省略する。

この実施例では、ロータ回転軸の中央部がロータ回転軸に対して軸方向に相対移動可能な点、および１のカム機構を具える点で第３実施例と異なる。

ロータ回転軸１０の中央部には中空円筒形状の中央部材２２を軸方向に相対移動し得るよう回転結合する。
ステータブラケット１０７の一側をケース７の内壁に固定する。ステータブラケット１０７の他側を中央部材２２まで延在し、ステータブラケット１０７が軸受を介してこの中央部材２２を回転自在に支持する。中央部材２２の軸方向位置はステータ１０５の軸方向位置と一致する。
中央部材２２と近傍のロータ１０１，１０１との間には、皿バネ２１，２１をそれぞれ縮設する。中央部材２２は皿バネ２１の軸方向位置を規定する。皿バネ２１はロータ１０１を中央部材２２から離れるよう付勢する。

図８中の左側に配置した左側ロータ１０１はカム機構のフォロワーディスクを兼用し、左側ロータ１０１からみて部材２２とは反対側にはカム機構のボール１５と、カムディスク１１とを順次配置する。カムディスク１１の中央はロータ回転軸１０と一体に結合し、左側ロータ１０１をロータ回転軸１０に回転係合する。

図８中の右側に配置した右側ロータ１０１は、ボールスプライン１７を介してロータ回転軸１０に取り付けられる。ここでボールスプライン１７は、右側ロータ１０１がロータ回転軸１０と一体に回転し、かつ軸方向に相対移動することを許容する。右側ロータ１０１からみて部材２２とは反対側には抜け止めナット１８を順次配置する。抜け止めナット１８はロータ回転軸１０と一体に結合する。

図８中の右側に配置した抜け止めナット１８は図８中の左側に配置したカムディスク１１と相俟って、これらの部材１１，１８間に、ボール１５、左側ロータ１０１、左側皿バネ２１、中央部材２２、右側ロータ１０１および右側皿バネ２１の軸方向位置を制限する。

この実施例でも、ロータ１０１からロータ回転軸１０に伝達されるロータトルクが所定の閾値以上である場合の通常の状態では、図８中の下半分に示すように、このロータトルクが大きなスラストを発生して左側皿バネ２１が弾性変形して左側ロータ１０１をステータ１０５へ近づける。
また上記のスラストはカムディスク１１を図８中の左側へ移動させる。そうするとロータ軸１０および抜け止めナット１８も図８中の左側へ移動し、右側皿バネ２１が弾性変形して右側ロータ１０１をステータ１０５へ近づける。別な言い方をするとアキシャルギャップ間隔を減少して磁気回路の磁気抵抗を小さくする。
したがって、誘起電圧を低減することなく、高トルク運転の実現を容易にする。
また図８中左側ロータ１０１の周方向位置と、右側ロータ１０１の周方向位置とを揃えておけば、通常状態では大きなロータトルクを効果的に出力することができる。

これに対し、ロータ回転軸１０のロータトルクが所定の閾値未満である場合ではスラストが小さく、図８中の上半分に示すように、左側皿バネ２１に付勢された左側ロータ１０１がステータ１０５から離れる。
また右側皿バネ２１も右側ロータ１０１がステータ１０５から離れるよう、これを付勢する。別な言い方をするとアキシャルギャップ間隔を増大して磁気抵抗を大きくする。
したがって、誘起電圧の低減を実現して、高回転領域における運転を可能にする。
またボール１５等を具えたカム機構が、図８中左側ロータ１０１の周方向位置と、右側ロータ１０１の周方向位置とをずらすよう構成しておけば、磁気抵抗を増大することが可能になり、誘起電圧を効果的に低減することができる。

図８に示す第５実施例では、２枚のロータ１０１，１０１を具える構成であっても、左側ロータ１０１のみに１のカム機構を設けることにより、両側のロータ１０１，１０１の磁気抵抗を変化させて誘起電圧を低減することができ、前述した第３実施例とは別な構成で本発明の効果を実現することができる。

また大ロータトルクで運転中は、図８中の左側ロータ１０１と右側ロータ１０１の周方向相対位置が所定の位置関係になるよう、具体的には両ロータ１０１，１０１に配置した永久磁石１０３（磁極）の周方向位置が一致するよう、両ロータ１０１，１０１を共通するロータ回転軸１０に取り付けたことから、通常状態では大きなロータトルクを効果的に出力することが可能である。
これに対し小ロータトルクで運転中は、上記した左側ロータ１０１と右側ロータ１０１の周方向相対位置が所定の位置関係からずれるよう、具体的にはカム機構が両ロータ１０１，１０１に配置した永久磁石１０３（磁極）の周方向位置を不一致にすることから、高回転領域では磁気回路の磁気抵抗を増大して、一層効果的に誘起電圧を低減することができる。

ところで上述した第１〜５実施例では、ステータ５およびロータ１を相対移動可能に具え、ロータ１のロータトルクを用いてロータ１とステータ５との距離を変化させる相対移動機構（ボール１５等からなるカム機構）を設けたことから、
ロータトルクに感応して選択的に誘起電圧を減少させることが可能となる。したがって、ロータ回転軸１０の回転数などの運転状態を常時監視してロータ１とステータ５との距離を制御するといった制御システムが不要となり、構成の簡易化およびコスト低減を図ることができる。
さらに、相対移動機構を作動するために用いたロータトルクで、そのままロータ回転軸１０を駆動するため、相対移動機構を作動するために必要な力を有効利用することができ、回転電機のエネルギー効率を向上させることができる。

具体的には相対移動機構は第１〜第５実施例に示すように、ロータ１とロータ回転軸１０とを回転係合するカム機構である。また図には示さなかったがロータトルクに応じてロータ１とステータ５との相対距離を変化させる機構であればいずれのものであってもよい。

また第１〜第５実施例に示すカム機構は、ロータ１とロータ回転軸１０との間の伝達トルクに応じたスラストを発生して、ロータ１およびステータ５間の距離を変化させることから、
ロータ１のロータトルクに感応して選択的に誘起電圧を減少させるという本発明の効果を好適に実現することができる。

また第１〜第５実施例では、ロータ１をステータ５から離すよう付勢する皿バネ２１を設けたことから、
ロータトルクに比例したスラストをロータ１に与えてこのロータ１をステータ５に近づけるようなカム機構を具えた第１〜第５実施例において、ロータトルクが小さくなれば、ロータ１を速やかにステータ５から離して誘起電圧を低減することができる。

また第１〜第２実施例では、ステータ５とロータ１とをロータ回転軸１０と直角なロータ径方向に配置したことから、
相対移動機構を作動するために用いたロータトルクでそのままロータ回転軸１０を駆動するという本発明をラジアルギャップ構造の回転電機において実現することができる。

また第３〜第５実施例では、ステータ１０５とロータ１０１とをロータ回転軸方向に配置したことから、
相対移動機構を作動するために用いたロータトルクでそのままロータ回転軸１０を駆動するという本発明をアキシャルギャップ構造の回転電機において実現することができる。

また第４〜第５実施例では、ステータ１０５のロータ回転軸方向両側にロータ１０１（１０２）をそれぞれ配置し、両側のロータ１０１（１０２）にそれぞれ設けた永久磁石１０３の周方向位置が所定の位置関係になるよう、これら両側のロータを共通するロータ回転軸に取り付けておく。図中左側のロータ１０１および右側のロータ１０１（１０２）の周方向位置が、当該所定の位置関係にある場合は、大ロータトルクによる運転を好適に実現することができる。
これに対し、ロータトルクが小さくなるとボール１５等からなるカム機構が、当該所定の位置関係をずらすことから、磁気回路の磁気抵抗を増大することが可能になり、誘起電圧を効果的に低減することができる。

なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり、本発明はその主旨に逸脱しない範囲において種々変更が加えられうるものである。例えば、第３実施例においても、大ロータトルクで運転中では第４〜第５実施例のように両側のロータ１０１の周方向相対位置を永久磁石１０３が揃うように配列し、小ロータトルクで運転中ではカム機構が永久磁石１０３の周方向相対位置がずらすよう構成してもよい。
また、上述した各実施例では、ロータトルクが所定の閾値よりも大きいかあるいは小さいかによって磁気抵抗が２段階に変化する構成であるが、その他にも３段階以上で変化する構成でもよい。
また、磁気抵抗が断続的に変化する構成の他、連続的に変化する構成であってもよい。

本発明の第１実施例になる回転電機を、ロータ軸線を含む平面で断面にして示す縦断面図であり、通常の状態を示す。同実施例の回転電機につき、誘起電圧を低減中の状態を示す縦断面図である。本発明の第２実施例になる回転電機を、ロータ軸線を含む平面で断面にして示す縦断面図であり、通常の状態を示す。同実施例の回転電機につき、誘起電圧を低減中の状態を示す縦断面図である。本発明の第３実施例になる回転電機を、ロータ軸線を含む平面で断面にして示す縦断面図であり、通常の状態を示す。同実施例の回転電機につき、誘起電圧を低減中の状態を示す縦断面図である。本発明の第４実施例になる回転電機を、ロータ軸線を含む平面で断面にして示す縦断面図であり、下半分は通常の状態を示し、上半分は誘起電圧を低減中の状態を示す。本発明の第５実施例になる回転電機を、ロータ軸線を含む平面で断面にして示す縦断面図であり、下半分は通常の状態を示し、上半分は誘起電圧を低減中の状態を示す。本実施例の回転電機における運転領域を、一般的な従来例と比較して示す特性図である。

符号の説明

１，１０１，１０２ロータ
３，１０３永久磁石
５，１０５ステータ
７回転電機ケース
８，１０８ステータコア
９，１０９コイル
１０ロータ回転軸
１１カム機構のカムディスク
１５カム機構のボール
１７ボールスプライン
２１皿バネ
２２中央部材

Claims

ステータおよびロータを相対移動可能に具えた回転電機において、該ロータのロータトルクを用いて前記ロータおよびステータ間の距離を変化させる相対移動機構を設けたことを特徴とする回転電機。
請求項１に記載の回転電機において、
前記相対移動機構は、前記ロータとロータ回転軸とを回転係合するカム機構であることを特徴とする回転電機。
請求項２に記載の回転電機において、
前記カム機構は、前記ロータとロータ回転軸との間の伝達トルクに応じたスラストを発生して、前記距離を変化させることを特徴とする回転電機。
請求項３に記載の回転電機において、
前記ロータをロータ軸方向に付勢する付勢手段を設けたことを特徴とする回転電機。
請求項２〜４のいずれか１項に記載の回転電機において、
前記ステータと前記ロータとをロータ回転軸と直角なロータ径方向に配置してラジアルギャップ構造としたことを特徴とする回転電機。
請求項２〜４のいずれか１項に記載の回転電機において、
前記ステータと前記ロータとをロータ回転軸方向に配置してアキシャルギャップ構造としたことを特徴とする回転電機。
請求項６に記載の回転電機において、前記ステータのロータ回転軸方向両側に前記ロータをそれぞれ配置し、
両側のロータにそれぞれ設けた磁極の周方向位置が所定の位置関係になるよう、これら両側のロータを共通するロータ回転軸に取り付け、
前記カム機構は、前記所定の位置関係をずらすよう構成したことを特徴とする回転電機。