JP2007288862A

JP2007288862A - 電動機

Info

Publication number: JP2007288862A
Application number: JP2006110906A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Yumoto; 俊行湯本
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2006-04-13
Filing date: 2006-04-13
Publication date: 2007-11-01
Anticipated expiration: 2026-04-13
Also published as: JP4800091B2

Abstract

【課題】両回転子間の位相の急激な変位を防止することができ、また、両回転子間の位相変位を安定させることができる電動機を提供する。
【解決手段】極性の異なる複数の永久磁石４，５が周方向に沿って交互に配設された一対の回転子２，３を回転軸７の周囲に同心円状に設ける。回転軸７の回転速度に応じて一方の回転子２が他方の回転子３に対して回動することにより両回転子２，３間の相対的な位相が変更される。一方の回転子２が他方の回転子３に対して回動する際に両回転子２，３間に摩擦抵抗を付与する摩擦抵抗付与手段１１を設ける。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転子に永久磁石を備えて永久磁石の界磁特性を変更可能な電動機に関する。

従来、永久磁石を備える外周側回転子と永久磁石を備える内周側回転子とが同心円状に配設され、外周側回転子と内周側回転子との何れか一方を他方に対して周方向に回動させることにより外周側回転子と内周側回転子との相対的な位相を変更する電動機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この電動機では、電動機の回転速度に応じて両回転子における相対的な位相を変更する場合には、遠心力の作用により径方向に沿って変位する部材によって、外周側回転子と内周側回転子との何れか一方を他方に対して周方向に回動させる。また、固定子に発生する回転磁界の速度に応じて両回転子における相対的な位相を変更する場合には、各回転子が慣性により回転速度を維持する状態で固定子巻線に制御電流を通電して回転磁界速度を変更することによって、外周側回転子及び内周側回転子の周方向の相対位置を変更する。

そして、外周側回転子と内周側回転子との相対的な位相を変更することにより、電動機の特性（誘起電圧／回転数の比）を可変とすることができる。即ち、具体的には、外周側回転子の永久磁石と内周側回転子の永久磁石とを互いに異極同士で対向（同極配置）させると、界磁が強め状態（強め界磁位相）となって誘起電圧が大となる。それとは逆に、外周側回転子の永久磁石と内周側回転子の永久磁石とを互いに同極同士で対向（対極配置）させると、界磁が弱め状態（弱め界磁位相）となって誘起電圧が小となる。
特開２００２−２０４５４１号公報

ところで、この種の電動機は、例えばハイブリッド車両や電動車両等に駆動源として搭載される。そして、車両に搭載された電動機は、車両を駆動するだけでなく、回生制動力を発生する発電機として機能し、車体の運動エネルギーを電気エネルギー（回生エネルギー）として回収する。

しかし、この種の電動機をハイブリッド車両や電動車両等に駆動源として用いたとき、車両走行時の運転操作状況の変化や路面状況の変化により、駆動力の増減や急激な速度変化が頻繁に発生する。そしてこのとき、電動機の外周側回転子と内周側回転子との間の位相を所望の位相に変更しようとすると、回動する一方の回転子が、車両の駆動力の増減や急激な速度変化の影響により急激に回動され、それに伴う回転慣性等により過剰に回動して所望の位相に変更することが困難となる。更に、回動する一方の回転子を所定の位相となる範囲で規制する規制部材が設けられている場合には、急激な回動に伴う回転慣性等により回転子が規制部材に強く当たって衝撃が発生するおそれがある。

また、この種の電動機をハイブリッド車両における発電機として用いたとき、運転操作状況の変化により他の駆動源である内燃機関のトルクが変動し、このトルク変動に伴う振動と両回転子間の位相及び両回転子の回転慣性による固有振動数との共振により振動が増幅され、両回転子間の位相変位が不安定となる不都合がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、両回転子間の位相の急激な変位を防止することができ、また、両回転子間の位相変位を安定させることができる電動機を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明は、極性の異なる複数の永久磁石が周方向に沿って交互に配設された一対の回転子を回転軸の周囲に同心円状に備え、回転軸の回転速度に応じて一方の回転子が他方の回転子に対して回動することにより両回転子間の相対的な位相が変更される電動機であって、一方の回転子が他方の回転子に対して回動する際に両回転子間に摩擦抵抗を付与する摩擦抵抗付与手段を備えることを特徴とする。

本発明によれば、前記摩擦抵抗付与手段によって両回転子間に摩擦抵抗が付与されるので、不用意な回転子の回動が防止され、両回転子の間の位相の急激な変位を防止することができる。これによって、本発明の電動機をハイブリッド車両や電動車両等に駆動源として用いたときには、車両走行時の運転操作状況の変化や路面状況の変化によりる駆動力の増減や急激な速度変化が発生しても、両回転子間の位相を確実に所望の位相に変更することができる。また、回動する一方の回転子を所定の位相となる範囲で規制する規制部材が設けられている場合にも、急激な回転子の回動が防止できるので、規制部材への回転子の激突が防止でき、衝撃の発生を抑制することができる。

更に、電動機をハイブリッド車両における発電機として用いたときには、他の駆動源である内燃機関にトルク変動が生じても、前記摩擦抵抗付与手段によって両回転子間に摩擦抵抗が付与されるので、両回転子間の振動エネルギーを摩擦抵抗により減衰させることができ、両回転子間の位相変位を安定させることができる。

また、本発明において、前記摩擦抵抗付与手段は、一方の回転子に設けられたフリクションディスクと、他方の回転子に設けられた圧接プレートと、圧接プレートをフリクションディスクに圧接させる圧接手段とを備え、該圧接手段は、両回転子が所定の位相となる位置で圧接プレートをフリクションディスクに圧接させて両回転子間に摩擦抵抗を付与することを特徴とする。

本発明によれば、前記圧接手段が圧接プレートをフリクションディスクに圧接して両回転子間に摩擦抵抗を付与するので、両回転子間の位相が急激に変更される際や両回転子間の位相変位を安定させる必要があるときにのみ、前記圧接手段を作動させて両回転子間に摩擦抵抗を付与することができる。また、前記圧接手段を作動させて圧接プレートをフリクションディスクに強固に圧接すれば、両回転子同士を容易に締結状態とすることができ、両回転子間が所望の位相となった状態を確実に維持することができる。更に、両回転子間への摩擦抵抗の付与が不要な場合には、前記圧接手段による圧接プレートのフリクションディスクへの圧接を解除することにより、両回転子間の位相を変更する際の一方の回転子の回動を抵抗無く容易に行うことができる。

また、本発明において、前記摩擦抵抗付与手段は、両回転子の回転による振動数又は各回転子に伝達される外部からの振動数が、両回転子間の位相及び両回転子の回転慣性による固有振動数及び該固有振動数の近傍にあるとき、両回転子間に摩擦抵抗を付与することを特徴とする。

本発明の電動機をハイブリッド車両等に搭載して駆動源又は発電機として用いたとき、電動機自身の振動や他の駆動源である内燃機関の振動が回転子に伝達されることが考えられる。そして、これらの外部振動の振動数と、電動機の固有振動数（即ち、両回転子間の位相及び両回転子の回転慣性による固有振動数）とが一致すると、その共振により電動機の振動が増幅されるおそれがある。そこで、本発明においては、両回転子の回転による振動数又は各回転子に伝達される外部からの振動数が、両回転子間の位相及び両回転子の回転慣性による固有振動数及び該固有振動数の近傍にあるときに、前記摩擦抵抗付与手段によって両回転子間に摩擦抵抗を付与するので、両回転子間の位相変位に対する外部振動の影響を防止することができ、両回転子間の位相変位を良好に安定させることができる。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。先ず、本発明の第１の実施形態について、図１乃至図３を参照して説明すれば、第１の実施形態に係る電動機１は、図１に示すように、環状の外周側回転子２と、外周側回転子２の内側に同心円状に配設された内周側回転子３とを備えている。外周側回転子２は周方向に沿って複数の外周側永久磁石４を備えている。内周側回転子３は、外周側回転子２の各外周側永久磁石４間に対向するように周方向に沿って配設された複数の内周側永久磁石５を備えている。外周側回転子２は、内周側回転子３に対して周方向に回動自在に設けられ、この回動によって内周側回転子３との間の相対的な位相が変更可能とされている。また、外周側回転子２の外周には、外周側回転子２及び内周側回転子３を回転させる回転磁界を発生する複数相の固定子巻線（図示略）を有する固定子６が設けられている。

本実施形態の電動機１は、ブラシレスＤＣモータであって、例えばハイブリッド車両や電動車両等の車両に駆動源として搭載され、電動機１の回転軸７はトランスミッション（図示略）の入力軸に接続され、電動機１の駆動力がトランスミッションを介して車両の駆動輪（図示略）に伝達されるようになっている。

なお、車両の減速時に駆動輪側から電動機１に駆動力が伝達されると、電動機１は発電機として機能していわゆる回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギー（回生エネルギー）として回収する。さらに、例えばハイブリッド車両においては、この電動機１の回転軸７が内燃機関（図示略）のクランクシャフトに連結されており、内燃機関の出力が電動機１に伝達された場合にも電動機１は発電機として機能して発電エネルギーを発生する。

図１に示すように、外周側回転子２に設けられた外周側永久磁石４は、板状に形成されてその厚さ方向が外周側回転子２の周方向に向くように放射状に配設され、厚さ方向（即ち外周側回転子２の周方向）に磁化されている。更に、各外周側永久磁石４は、隣り合うもの同士では極性（磁化方向）が異なる方向となるように配列されている。即ち、一方の周方向側がＮ極となる外周側永久磁石４と一方の周方向側がＳ極となる外周側永久磁石４とが交互に配列されて、互いに隣り合う一対の外周側永久磁石４は同極同士が周方向に向き合っている。

また、内周側回転子３に設けられた内周側永久磁石５は、板状に形成されてその厚さ方向が内周側回転子３の径方向に向くように配設され、厚さ方向（即ち内周側回転子３の径方向）に磁化されている。そして、各内周側永久磁石５は、隣り合うもの同士では極性（磁化方向）が異なる方向となるように配列されており、具体的には、外周側がＮ極となる内周側永久磁石５と外周側がＳ極となる内周側永久磁石５とが交互に配列されている。

また、図２に一部を示すように、内周側回転子３は、ドライブプレート８を介して回転軸７に連結されており、外周側回転子２は、回転軸７にベアリング等の回動部材９を介して回動自在に保持されている。外周側回転子２は、回転軸７に設けられた規制部材１０により回動範囲が規制されている。この回動範囲は、後述するが、外周側回転子２と内周側回転子３との間の位相が、外周側永久磁石４と内周側永久磁石５とにより強め界磁状態となる位置から、弱め界磁状態となる位置までの範囲とされている。

更に、外周側回転子２と内周側回転子３との間には摩擦抵抗付与手段１１が設けられている。摩擦抵抗付与手段１１は、外周側回転子２の内方に支持されたフリクションディスク１２と、内周側回転子３の内側に支持されてフリクションディスク１２に圧接自在の圧接プレート１３と、圧接プレート１３をフリクションディスク１２に圧接させる圧接手段である皿バネ部材１４とを備えている。

なお、本実施形態の電動機１は、外周側回転子２と内周側回転子３とが慣性により回転速度を維持する状態で固定子６の図示しない巻線に制御電流を通電することにより回転磁界速度を変更し、固定子６に発生する回転磁界の速度に応じて外周側回転子２と内周側回転子３との相対的な位相が変更できるようになっている。また、それ以外には、図示しないが、周知のように回転速度に応じて径方向に互いに離反する一対の錘を設け、錘の移動に応じて外周側回転子２と内周側回転子３とを相反方向に回動させて外周側回転子２と内周側回転子３との相対的な位相を変更するように構成してもよい。

以上のように構成された電動機１は、外周側回転子２の互いに隣り合う一対の外周側永久磁石４の間に対応する位置に内周側回転子３の内周側永久磁石５のうちの一つが位置するようになっている。このとき、図３（ａ）に示すように、互いに隣り合う一対の外周側永久磁石４は同極同士が周方向に向き合っており、両外周側永久磁石４が向き合っている極性と内周側永久磁石５の外周側の極性とが同極となるように配置されると強め界磁状態となる。一方、この状態から外周側回転子２を回動させると、内周側回転子３に対して外周側回転子２が変位し、図３（ｂ）に示すように、両外周側永久磁石４が向き合っている極性と内周側永久磁石５の外周側の極性とが異極となるように配置されると弱め界磁状態となる。

そして、本実施形態の電動機１においては、摩擦抵抗付与手段１１の皿バネ部材１４により、内周側回転子３に対する外周側回転子２の回動時に常時摩擦抵抗が付与されている。これにより、例えば、ハイブリッド車両や電動車両等の車両に搭載されているために路面状況やエンジンのトルク変動に伴う振動が内周側回転子３と外周側回転子２との間に伝達されるような状況が生じても、その振動が摩擦抵抗により減衰されて内周側回転子３に対する外周側回転子２の不用意な動きが抑制され、内周側回転子３と外周側回転子２との間の位相を安定した状態に維持することができる。また、皿バネ部材１４が内周側回転子３に対する外周側回転子２の回動に摩擦抵抗を付与していることにより、回動する外周側回転子２は規制部材１０に激しく当接することがなく、衝撃の発生を防止することができる。

次に、本発明の第２の実施形態について、図４を参照して説明する。なお、第２の実施形態に係る電動機１５は、第１の実施形態に係る電動機１とは異なる構成の摩擦抵抗付与手段１６を備えるものであるが、その他の構成及び作動は図１に示す第１の実施形態に係る電動機１と同様であるので、図４において図１乃至図３と同じ符号を付してその説明を省略する。

第２の実施形態に係る電動機１５は、図４に示すように、外周側回転子２と内周側回転子３との間に摩擦抵抗付与手段１６を備えている。摩擦抵抗付与手段１６は、外周側回転子２の内方に支持されたフリクションディスク１７と、内周側回転子３の内側に支持されてフリクションディスク１７に圧接自在の圧接プレート１８と、回転軸７の軸線方向に進退自在に設けられて圧接プレート１８をフリクションディスク１７に圧接させる圧接手段であるピストン部材１９とを備えるクラッチにより構成されている。ピストン部材１９は、内周側回転子３のドライブプレート８との間に圧力室２０を形成しており、圧力室２０には、回転軸７の内部に形成された油路２１から連通孔２２を介して加圧用の油が供給される。

これにより、油路２１を介して供給された油により圧力室２０が加圧され、ピストン部材１９が圧接プレート１８をフリクションディスク１７に圧接させることで、外周側回転子２と内周側回転子３との間に摩擦抵抗を付与することができる。また、圧力室２０における油圧を調節することにより、摩擦抵抗の強さを調節することもできる。即ち、圧力室２０における油圧を比較的小とすれば、内周側回転子３に対する外周側回転子２の回動を阻止することなく適度に外周側回転子２と内周側回転子３との間に摩擦抵抗を付与することができ、圧力室２０における油圧を比較的大とすることにより、外周側回転子２と内周側回転子３とを摩擦係合させて外周側回転子２と内周側回転子３との位相を所望の位相で締結状態に保持することができる。

また、ピストン部材１９は、圧接プレート１８の押圧方向と反対方向に付勢するリターンスプリング２３により付勢されており、圧力室２０への加圧を解除したとき、圧接プレート１８によるフリクションディスク１７の圧接を解除して外周側回転子２を内周側回転子３に対して回動自在とする。

そして、ピストン部材１９の作動は、図示しない制御手段により行われる。制御手段においては、電動機１５自体の振動数（外周側回転子２及び内周側回転子３の回転による振動数）、或いは、電動機１６を搭載したハイブリッド車両の内燃機関のトルク変動に伴う振動数が、外周側回転子２と内周側回転子３との間の位相及び回転慣性に基づく固有振動数の近傍に達したとき及び固有振動数に一致しているときにピストン部材１９を作動させて外周側回転子２と内周側回転子３との間に摩擦抵抗を付与し、或いは、外周側回転子２と内周側回転子３との位相を所望の位相で締結状態に保持する。具体的には、一例として、前記制御手段において内燃機関の回転数と振動数との関係を示すデータテーブルを参照し、内燃機関の振動数が固有振動数の近傍に達したときにピストン部材１９を作動させることができる。或いは、前記制御手段において回生時の車軸等の回転数と振動数との関係を示すデータテーブルを参照し、車軸等の振動数が固有振動数の近傍に達したときにピストン部材１９を作動させることができる。

こうすることにより、外部から外周側回転子２及び内周側回転子３に伝達される振動数が固有振動数と一致して共振しても、外周側回転子２と内周側回転子３との位相変位を良好に安定させることができる。更に、車両の走行時の運転状況による加減速等に伴って速度が急変しても、摩擦抵抗を付与することによって外周側回転子２と内周側回転子３との位相を安定して精度良く変更させることができると共に、回動する外周側回転子２が規制部材１０に激しく当接することも確実に防止することができる。

本発明の第１の実施形態に係る電動機の要部構成を模式的に示す断面説明図。第１の実施形態の電動機の要部の断面説明図。両回転子間の位相による強め界磁状態と弱め界磁状態とを模式的に示す説明図。本発明の第２の実施形態に係る電動機の要部を模式的に示す断面説明図。

符号の説明

１，１５…電動機、２…外周側回転子（回転子）、３…内周側回転子（回転子）、４…外周側永久磁石（永久磁石）、５…内周側永久磁石（永久磁石）、７…回転軸、１１，１６…摩擦抵抗付与手段、１２，１７…フリクションディスク、１３，１８…圧接プレート、１４…皿バネ部材（圧接手段）、１９…ピストン部材（圧接手段）。

Claims

極性の異なる複数の永久磁石が周方向に沿って交互に配設された一対の回転子を回転軸の周囲に同心円状に備え、回転軸の回転速度に応じて一方の回転子が他方の回転子に対して回動することにより両回転子間の相対的な位相が変更される電動機であって、
一方の回転子が他方の回転子に対して回動する際に両回転子間に摩擦抵抗を付与する摩擦抵抗付与手段を備えることを特徴とする電動機。
前記摩擦抵抗付与手段は、一方の回転子に設けられたフリクションディスクと、他方の回転子に設けられた圧接プレートと、圧接プレートをフリクションディスクに圧接させる圧接手段とを備え、
該圧接手段は、両回転子が所定の位相となる位置で圧接プレートをフリクションディスクに圧接させて両回転子間に摩擦抵抗を付与することを特徴とする請求項１記載の電動機。
前記摩擦抵抗付与手段は、両回転子の回転による振動数又は各回転子に伝達される外部からの振動数が、両回転子間の位相及び両回転子の回転慣性による固有振動数及び該固有振動数の近傍にあるとき、両回転子間に摩擦抵抗を付与することを特徴とする請求項１又は２記載の電動機。