JP2008048519A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】電機子コイルを具えたステータと、このステータと対になるよう設けられたロータと、からなる回転電機において、ロータとステータとのエアギャップを可変とするにあたり、電機子コイルに通電する構造に変形吸収性を設計する必要を解消することができる回転電機を提案する。
【解決手段】回転自在に支持されるロータ１に向かって配置されるステータ４のティース７を、該ティース７と前記ロータ１との位置関係が変化可能になるよう、ステータ４のバックヨーク６に対して移動可能に取り付け、該バックヨーク６には前記ティース７に磁束を与える電機子コイル５を固設した。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転子であるロータと、固定子であるステータとの隙間（エアギャップ）幅を可変とすることができ、あるいは、これらロータおよびステータ間で磁束が発生する重なり部分の面積を可変とすることができる回転電機に関するものである。

ロータとステータとの隙間はエアギャップと呼ばれ、ロータを駆動するためにロータおよびステータ間で形成される磁気回路の磁気抵抗となる。ロータが高速で回転するときなど、回転電機の運転状態に応じて任意に、エアギャップを変化させることができる可変エアギャップに関する発明として本願出願人は先に、例えば特許文献１に記載のごときものを提案している。
特許文献１に記載の可変エアギャップ式永久磁石モータは、ステータとロータとの間のエアギャップが要求される距離になるように、ステータに設けた油圧ピストンに油圧源から油を供給／吸引することで、ステータの位置をロータに対して制御する構成である。このように構成することで、ステータとロータとのエアギャップの距離をより好適に可変にすることが可能となる。
特開２００５−１６８１９０号公報

しかし、上記従来のような可変エアギャップ式永久磁石モータにあっては、以下に説明するような問題が懸念されることを本願出願人は見出した。つまり回転電機の内部でステータ全体を動かすため、ステータが回転電機ケースに対して相対移動することになる。そうすると、ステータに搭載した電機子コイルと回転電機ケースの電気コネクタとの位置関係が変動するから、これら両者を、変形吸収性を有する構造で接続しなければならず、当該接続のための構造が、エアギャップ式永久磁石モータの設計の自由度を狭めるという懸念がある。また、電機子コイルと回転電機ケースの電気コネクタとを可とう性の材料からなる電線で配線接続する場合には、Ｕ相・Ｖ相・Ｗ相等の配線のレイアウトが複雑になるなどの懸念がある。

本発明は、上述の実情に鑑み、電機子コイルに通電するための構造に、変形吸収性を有する部材を使用する必要なくエアギャップを可変と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、
ステータの本体を回転不能に固定し、ステータのティースを回転自在に支持されるロータに指向させ、これらティースおよびロータ間にエアギャップを設けた回転電機において、
ステータの本体には前記ティースに磁束を与える電機子コイルを固設し、前記ティースをステータの本体に対して相対移動可能に取り付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、ステータ全体を移動させるのではなく、ステータのティース部のみを動かすため、ステータの電機子コイルを移動させずに済む。したがって、電機子コイルに通電するために、変形吸収性を有するような格別な構造を用いる必要がなくなり、従前のコネクタを流用して電機子コイルを電気接続することができる。また、Ｕ相・Ｖ相・Ｗ相等の配線のレイアウトを複雑にする必要がなくなる。

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のステータを軸Ｏ方向からみた状態を示す正面図である。図２はこのステータを、軸Ｏを含む平面で断面にして見た状態を示す縦断面図である。
図２中、１はロータを示し、４はステータを示し、これらステータ４およびロータ１とを軸Ｏ方向に対向配置してアキシャルギャップ構造の回転電機とする。回転自在に支持された円盤形状のロータ１の前面には、複数の永久磁石２を軸Ｏの周方向等間隔に配設する。またロータ１には、軸Ｏに沿って出力軸３を結合する。

図１に示すようにステータ４は軸Ｏを中心とする円環形状である。このステータ４は図示しない回転電機ケース側に回転不能に固定されている。ステータ４には、複数の電機子コイル５を軸Ｏの周方向等間隔に配置する。電機子コイル５は導線を巻回させた公知のものであって、巻回中心は図２に示すように軸Ｏと平行に延在する。この延在方向に関する電機子コイル５の一端５ｓは、図２に示すようにロータ１に向かう。ロータ１からみて遠い側にある電機子コイル５の他端５ｔは、ステータ４の本体であるバックヨーク６に固設される。図６は電機子コイル５をバックヨーク６に固定した状態を、一の電機子コイル５につき示す斜視図である。

電機子コイル５の内空には、ステータ４のティース７を挿通する。電機子コイル５に通電すると、ティース７に磁束を与える。この磁束は、ステータ４の当該ティース７から、エアギャップを介してロータ１を通過し、再びエアギャップを介して別のティース７とバックヨーク６とを通過して当該ティース７に戻る磁気回路を形成する。ティース７はステータ４の一部をなすものであるが、これらティース７，７，７・・・は共通するバックヨーク６と一体に結合するものではなく、図２に示すようにねじ構造で連結するものである。つまり円柱形状のティース７の軸Ｏ方向に関する根元部８には、ねじ山およびねじ溝を刻設して雄ねじ部９を形成する。これに対し、バックヨーク６にはティース７と同数の雌ねじ部１０を形成する。そして両者９，１０を螺合する。

これに対し、軸Ｏ方向に関するティース７の先端１１は、図２に示すようにロータ１に向かい、ロータ１表面と対向する平面である。そして、該先端１１を電機子コイル５から突出させるとともに拡幅して、図１に示すような台形形状とする。この台形の長辺は径方向外側にあり、短辺は径方向内側にある。このように先端１１を台形形状に拡幅することにより、ロータ１とステータ４とが対向するエアギャップ面積（以下、重なり部分の面積ともいう）を稼ぐことができ、両者１，４間で多くの磁束を発生させることができる。

このようにティース７はバックヨーク６に固定されていないため、軸Ｏ方向に相対移動可能である。これに対し、電機子コイル５はバックヨーク６に固定されているため、電機子コイル５自体が移動することはない。

図３は、ティース７のみを取り出して示す斜視図である。図２および図３を参照しつつ説明すると、ティース７の根元部８には、シャフト形状の歯車１２を設ける。雌ねじ部１０があるバックヨーク６には、孔１３を設ける。ティース７をバックヨーク６にねじ込んだ状態で、歯車１２は孔１３を貫通し、バックヨーク６の背面から突出する。

図４は、ステータ４の背面に配設した歯車群の位置関係を示す背面図である。
バックヨーク６の背面には、ステータ４の直径と略同じ大きさのリングギア１４を配置する。リングギア１４の内周１４ｎおよび外周１４ｇにはそれぞれギア歯を刻設する。内周ギヤ１４ｎは、各ティース７の歯車１２，１２・・・と噛合する。リングギア１４の近傍にはアクチュエータ１５を配置する。アクチュエータ１５はウォームギア１６を具え、このウォームギア１６は、上記の外周ギヤ１６ｇと噛合する。

これまでに説明してきた第１実施例の機能について説明する。
通常、ロータ１とステータ４とのエアギャップは、図２に示すように距離Ｌ１に保持される。図７は、この状態を、一の電機子コイル５につき示す斜視図である。また図９は、アクチュエータ１５を作動させない通常の状態を示し、ティース先端の台形部分１１に着目すると、一点鎖線で表される台形部分１１の長辺および短辺の垂直２等分線はステータ４の半径線となる。このような通常の状態は、ロータ１の回転数が低く、ロータ１の駆動トルクを大きい運転時に有利である。

ロータ１が高回転になると、アクチュエータ１５を作動させて、図４に矢で示すようにウォームギア１６を回転させる。ウォームギア１６の回転は、リングギア１４を経て歯車１２に伝わり、ティース７の雄ねじ部９がバックヨーク６の雌ねじ部１０に対して相対回転する。この結果、雄ねじ部９および雌ねじ部１０からなるねじ構造の作用として、ティース７はロータ１から離れるよう軸Ｏ方向に移動し、ロータ１とステータ４とのエアギャップは、図５に示すように距離Ｌ２にされる。距離Ｌ２は距離Ｌ１よりも長いことから、ロータ１の高回転中は、高回転により電機子コイル５に発生する誘起電圧を効果的に低減することができる。以下、この効果をギャップ長増大効果と呼ぶ。

このとき、雄ねじ部９および雌ねじ部１０からなるねじ構造の別な作用として、ティース７先端の台形部分１１が、図８に示すように捩れた姿勢をとる。図１０はアクチュエータ１５を作動させた状態のステータ４の正面図である。一点鎖線で表される台形部分１１の長辺および短辺の垂直２等分線は、破線で表されるバックヨーク６の半径線と角度θで捩れた姿勢にある。
このように台形部分１１を捩れた姿勢にすることにより、ロータ１とステータ４との間の磁気回路が変化して、ロータ高回転時には電機子コイル５に発生する誘起電圧を効果的に低減することができる。以下、この効果をスキュー効果と呼ぶ。

ところで、このスキュー効果はまた、コギングトルクの発生を抑制して、安定したトルクを出力することができる。本実施例では図１５の正面図に示すように、台形部分１１が時計回りの矢の向きに捩れる場合と、図１６の正面図に示すように、台形部分１１が反時計回りの矢の向きに捩れる場合とが設定可能である。図１５および図１６において、ステータ４のバックヨーク６と、ティース７と、台形部分１１と、ロータ１とが、軸Ｏ方向に順次配置される。台形部分１１と対向するロータ１の回転方向が反時計回りのとき、ロータ回転方向と、台形部分１１の捩れる方向が同方向となる図１６の場合の方が、図１５の場合と比較して、コギングトルクの発生を抑制して、安定したトルクを出力することができる。したがって、雄ねじ９および雌ねじ１０からなるねじ構造を、図１６に示すように、ロータ１の回転方向とティース７の捩れる方向とが同方向になるよう構成することによって、ロータ高回転時の誘起電圧の抑制とコギングトルクの抑制との２つの効果を同時に享受することができる。

ところで、ティース７を回転させて上述した台形部分１１に矢印方向に示すような更なる捩じりを加えると、図１７に示すように、周方向で隣り合う台形部分１１，１１同士が相互に接触する。このように、すべてのティース７，７・・・の先端が１つに接合することによって、ティース７を通る磁束の大部分が、ロータ１に向かうことなく、ステータ４内で閉じた磁気回路を形成することとなり、磁束を短絡することができる。したがって、ロータ１が特に高回転となるとき等は、台形部分１１を最大限捩じることにより、誘起電圧の発生を回避して、電機子コイル５の制御回路を誘起電圧から保護することができる。以下、この効果を磁束の短絡効果と呼ぶ。

なお、ロータ１が低回転に戻ると、図４に矢で示すように今度はアクチュエータ１５がウォームギア１６を上記とは逆方向に回転させ、ティース７を図１および図７に示す通常の状態に戻す。これにより、通常はロータ１に大きな駆動トルクを与えることができるよう、ロータ１とステータ４との間の磁気回路が形成される。

図１１は本発明の第２実施例になる回転電機のステータを軸Ｏ方向からみた状態を示す正面図である。図１２はこのステータの背面図である。
第２実施例も基本的な機能および作用は、上述した第１実施例と同じである。そこで、共通する構成については、同一の符号を付し、異なる構成については、新たに符号を付して説明する。
第２実施例では、上述したウォームギア１６に代えて、リングギア等を具えたギア機構１７を設ける。ギア機構１７は、図１２に示すようにリングギア１４の外周側と噛合する。ロータ１が高回転になれば、ギア機構１７を作動させて、図１２に矢で示すようにリングギア１４を回転させる。リングギア１４の回転は、歯車１２に伝わり、ティース７の雄ねじ部９がバックヨーク６の雌ねじ部１０に対して相対回転する。この結果、第１実施例のところで説明した図５に示すギャップ長増大効果と、図１０に示すスキュー効果と、図１７に示す磁束の短絡効果とを享受して、電機子コイル５に発生する誘起電圧を効果的に低減することができる。

図１３は本発明の第３実施例になる回転電機のステータを軸Ｏ方向からみた状態を示す正面図である。図１４はこのステータの背面図である。
第３実施例も基本的な機能および作用は、上述した第１実施例と同じである。そこで、共通する構成については、同一の符号を付し、異なる構成については、新たに符号を付して説明する。
第３実施例では、図１４に示すようにリングギア１４を歯車１２，１２・・・が配列する位置よりも、軸Ｏに近い内周側に配置する。リングギア１４の外周および内周にはギア歯を刻設し、リングギア１４の外周を歯車１２，１２・・・と噛合させ、リングギア１４の内周をギア機構１８と噛合させる。

ギア機構１８は、上述したウォームギア１６や、ギア機構１７に代わるものであり、図１４に示すようにリングギア等を具える。ギア機構１８はリングギア１４の内周側に配置される。ロータ１が高回転になれば、ギア機構１８を図１４に矢で示すように作動させて、リングギア１４を回転させる。リングギア１４の回転は、歯車１２に伝わり、ティース７の雄ねじ部９がバックヨーク６の雌ねじ部１０に対して相対回転する。この結果、第１実施例のところで説明した図５に示すギャップ長増大効果と、図１０に示すスキュー効果と、図１７に示す磁束の短絡効果とを享受して、電機子コイル５に発生する誘起電圧を効果的に低減することができる。

次に本発明の第４実施例について説明する。
図１８は、本発明の第４実施例になる回転電機のステータを軸Ｏ方向からみた状態を示す正面図である。また図１９は図１８に示すステータを、軸Ｏを含む平面で断面にして見た状態を示す縦断面図である。そして図２０は、図１８に示すステータのうち、１のティースを拡大して電機子コイルとともに示す正面図である。
図１９中、１はロータを示し、４はステータを示し、これらステータ４およびロータ１とを軸Ｏ方向に対向配置してアキシャルギャップ構造の回転電機とする。円盤形状のロータ１の前面には、複数の永久磁石２を軸Ｏの周方向等間隔に配設する。またロータ１には、軸Ｏに沿って出力軸３を結合する。
ステータ４には、複数の電機子コイル５を軸Ｏの周方向等間隔に配置する。電機子コイル５は導線を巻回させた公知のものであって、巻回中心は図１９に示すように軸Ｏと平行に延在する。この延在方向に関する電機子コイル５の一端５ｓは、図２に示すようにロータ１に向かう。

ロータ１からみて遠い側にある電機子コイル５の他端５ｔは、ステータ４のバックヨーク６と結合する。但しバックヨーク６は、図１９に示すように、軸Ｏ近傍では厚く、径方向内方から外方へ向かって薄くなるよう成形されていることから、他端５ｔの内径側の周縁がバックヨーク６に固定される。反対側にある他端５ｔの外径側の周縁５ｔｇは、バックヨーク６から離れており、開口部２１となす。
電機子コイル５を支持するバックヨーク６表面の各位置には、軸Ｏと斜めに交わる角度をもって走向する斜面２２を形成する。つまりバックヨーク６の表面は、内径側ではロータ１に最も近づき、径方向外方へ向かうにつれて離れる斜面２２を形成する。斜面２２上には、図２０に示すように軸Ｏからみて放射状に延在する条溝２３を設ける。図１９に示すように、条溝２３の径方向内側端はロータ１に近く、外径方向に向かうにつれてロータ１から離れる。

軸Ｏ方向からみると台形の筒状体である電機子コイル５の内空には、ステータ４のティース２４を挿通する。ティース２４はステータ４の一部をなすものであるが、これらティース２４，２４，２４・・・は共通するバックヨーク６と一体に結合するものではなく、図１９に示すようにバックヨーク６の表面２２に接触するものである。

つまり、図１９に示すようにティース２４の根元部を、先細形状となる斜面に形成し、この斜面２５をバックヨーク６の表面２２に接触させる。ティース２４の根元部の斜面２５には、突条２６を形成し、この突条２６をバックヨーク６の表面２２に設けた条溝２３に係合する。軸Ｏ方向に延在するティース２４の先端２７は軸Ｏと直角な平面であり、ロータ１と一定間隔Ｌ１のエアギャップをもって対向する。

ティース２４の外径側は図１８および図２０に示すように、ヒンジ２８を介してリンク２９の一端と連節する。リンク２９の他端３０は、ステータ４の外周を囲繞するリング３１に設けたスリット３２と係合する。バックヨーク６のうちリンク２９に近い部位には、後述する突起３３を立設する。

このようにティース２４はバックヨーク６に固定されていないため、斜面２２上を条溝２３に沿って移動可能である。これに対し、電機子コイル５はバックヨーク６に固定されているため、電機子コイル５自体が移動することはない。

これまでに説明してきた第４実施例の機能について説明する。
通常、ロータ１とステータ４とのエアギャップは、図１９に示すように距離Ｌ１に保持される。同時に、ステータ４のティース先端２７全体が、径方向幅Ｗ１でロータ１の永久磁石２と対向する。また、図１８および図２０も通常の状態を示す。

ロータ１が高回転になると、リング３１を図２１に示す矢の向き右回転に作動させる。そうすると、リング３１のスリット３２に係合するリンク２９も連れ回されて、バックヨーク６の突起３３を支点として、リンク２９の一端２８が軸Ｏから遠ざかるよう外径方向に移動する。図２３は、図２１に示すステータのうち１のティースを拡大して電機子コイルとともに示す正面図である。これに伴い、リンク２９の一端２８と連節するティース２４も、図２１に矢で示すように軸Ｏから遠ざかるよう外径方向に移動する。つまり、図２２に矢で示すように、突条２６が条溝２３を摺動して、通常は破線で示す位置にあるティース２４は斜面２２を外径方向に移動する。

この結果、ロータ１とステータ４とのエアギャップは、図２２に示すように距離Ｌ２にされる。距離Ｌ２は図１９に示す距離Ｌ１よりも長いことから、ロータ１の高回転中は、高回転により電機子コイル５に発生する誘起電圧を効果的に低減することができる。この効果は前述したギャップ長増大効果と同様である。
同時に、ティース２４が永久磁石２から見て外径方向にはみ出る位置に移動するため、ステータ４のティース先端２７の一部が、径方向幅Ｗ２でロータ１の永久磁石２と対向する。幅Ｗ２は幅Ｗ１よりも短く、ティース２４とロータ１との間で磁束が発生する重なり部分の面積が減少することから、ロータ１の高回転中は、高回転により電機子コイル５に発生する誘起電圧を効果的に低減することができる。以下、この効果を重なり面積減少効果と呼ぶ。

なお、ロータ１が低回転に戻ると、図２１に矢で示す向きとは逆の向きに、リング３１を左回転させて、ティース２４を図１８〜図２０に示す通常の状態に復帰させる。通常はロータ１に大きな駆動トルクを与えることができるよう、エアギャップの距離をＬ１のように短くし、ティース２４とロータ１との重なる面積を幅Ｗ１のように広く確保して、多くの磁束が流れるようロータ１とステータ４との間の磁気回路が形成される。

図２４は本発明の第５実施例になる回転電機のステータを軸Ｏ方向からみた状態を示す正面図である。また図２５は図２４に示すステータを、軸Ｏを含む平面で断面にして見た状態を示す縦断面図である。これら図２４および図２５は通常のときを表す。
図２６はティースが移動したときを示す正面図である。また図２７は図２６に示すステータの縦断面図である。
第５実施例も基本的な機能および作用は、上述した第４実施例と同じであるため、共通する構成については、同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成について説明する。

第５実施例では、図２４および図２５に示すように、ティース２５が通常はバックヨーク６の外径側に位置する。通常、ロータ１とステータ４とのエアギャップ距離は図２５に示すようにＬ１である。また、ステータ４のティース先端２７とロータ１の永久磁石２とが重なる径方向幅はＷ１である。バックヨーク６の軸Ｏ方向の厚みは、内径側では最も薄く、径方向外方へ向かうにつれて厚くなる。これによりバックヨーク６の表面は、内径側ではロータ１から最も離れ、径方向外方へ向かうにつれて近づく斜面２２を形成する。斜面２２上には、図２０に示すように軸Ｏからみて放射状に延在する条溝２３を設ける。このため条溝２３も斜面２２と同様に走向する。つまり図２５に示すように、条溝２３の径方向内側端はロータ１から遠く、外径方向に向かうにつれてロータ１に近づく。

ロータ１が高回転になると、リング３１を図２６に示す矢の向き左回転に作動させる。そうすると、ティース２４も、図２６に矢で示すように軸Ｏに近づくよう内径方向に移動する。つまり、図２７に矢で示すように、突条２６が条溝２３を摺動して、通常は破線で示す位置にあるティース２４は斜面２２を内径方向に移動する。

この結果、ロータ１とステータ４とのエアギャップは、図２７に示すように距離Ｌ２にされ、前述したギャップ長増大効果を享受する。
同時に、ティース２４が永久磁石２から見て内径方向にはみ出る位置に移動するため、ステータ４のティース先端２７の一部が、径方向幅Ｗ２でロータ１の永久磁石２と対向する。この結果、前述した重なり面積減少効果を享受する。

図２８は本発明の第６実施例になる回転電機のステータを、軸Ｏを含む平面で断面にして見た状態を示す縦断面図である。図２８は通常のときを表す。なお、図２８に対応する平面図は、図１８と同様である。
図２９はティースが移動した状態を、軸Ｏを含む平面で断面にして示す縦断面図である。図２９は作動時を表す。なお、図２９に対応する平面図は、図２１と同様である。
第６実施例も基本的な機能および作用は、上述した第４実施例と同じであるため、共通する構成については、同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成について新たに符号を付して説明する。

第６実施例では、図２８に示すように、ティース２５が通常はバックヨーク６の内径側に位置する。通常、ステータ４のティース先端２７が径方向幅Ｗ１でロータ１の永久磁石２と対向する。
バックヨーク６は一定の厚みをもった円盤形状であり、バックヨーク６の表面３６は、ロータ１の表面と平行である。バックヨーク表面３６上には、図１８に示すように軸Ｏからみて放射状に延在する条溝３７を設ける。

ロータ１が高回転になると、リング３１を図２１に示す矢の向き右回転に作動させる。そうすると、ティース２４も、図２９に破線で示す通常の位置から外径方向に移動する。つまり、図２９に矢で示すようにに突条２６が条溝３７を摺動して、ティース２４はバックヨーク表面３６を外径方向に移動する。

この結果、ティース２４が永久磁石２から見て外径方向にはみ出る位置に移動するため、ステータ４のティース先端２７の一部が、径方向幅Ｗ２でロータ１の永久磁石２と対向し、前述した重なり面積減少効果を享受する。

なお、図には示さなかったが、上述した第６実施例と同様の重なり面積減少効果を享受する他の実施例として、通常はステータ４のティース先端２７とロータ１の永久磁石２との重なり合う部分の径方向幅をＷ１とし、作動時にはティース２４を内径方向に移動させ、ティース先端２７を永久磁石２よりも、内径側にずらすことにより、重なり合う部分の径方向幅をＷ２としてもよいこと勿論である。

ところで、上記した各実施例の回転電機のうち第１実施例を代表して説明すれば、ステータ４の本体であるバックヨーク６を固定し、ステータ４のティース７を回転自在に支持されるロータ１に指向させ、これらティース７およびロータ１間にエアギャップを設けた回転電機において、
ステータ４の本体であるバックヨーク６にはティース７に磁束を与える電機子コイル５を固設し、前記ティース７をステータ４の本体であるバックヨーク６に対して相対移動可能に取り付けたことから、
従来のようにステータ４全体を移動することなく、ティース７の移動によって磁気抵抗を増大させることができる。この結果、ステータ４に取り付けた電機子コイル５を移動する必要がなくなり、従前のコネクタを流用して電機子コイル５を電気接続することができる。

また、ロータ１の回転数が高くない通常時は、ティース７の位置をロータ１に近くなるよう通常の状態にしておき、前記ロータの回転数が通常よりも高いときは、アクチュエータ１５やギア機構１７等を作動させてティース７をロータ１から遠ざかるよう移動させることから、回転数に比例して高くなる誘起電圧を低減することができる。したがって、ロータ１の高回転が可能になる。さらに、電機子コイル５に電圧を印加するインバータ等の制御回路の耐圧基準を緩和することができる。

第１実施例から第３実施例の回転電機では、雄ねじ部９および雌ねじ部１０からなるねじ構造で、バックヨーク６にティース７を取り付けたことから、ギャップ長増大効果によって磁気抵抗の増大と、誘起電圧の低減を実現することができる。このねじ構造は、図には示さなかったが、ロータとステータを回転径方向に並べて配置するラジアルギャップ構造の回転電機にも適合可能である。

このねじ構造は、ティース７の根元部８の全周に雄ねじ部９を設け、根元部８をバックヨーク６に設けた雌ねじ部１０に螺合した構造であり、ティース７を回転させて、ステータ４およびロータ１間の相対移動を行うことから、ギャップ長増大効果を好適に実現することができる。

また第１実施例から第３実施例の回転電機では、ステータ４とロータ１とをロータ１の軸Ｏ方向に対向配設してアキシャルギャップ構造とし、ティース７の根元部８をロータ１から遠い側に配置し、ティース７の先端をロータ１表面と対向する平面とし、この平面を台形などの多角形形状１１としたことから、ギャップ長増大効果に加えスキュー効果を得ることができる。したがって、コギングトルクを抑制して滑らかな駆動トルクを出力することができる。

なおロータ高回転時には、ロータ１の回転方向と同方向にティース７を捩じることで、スキュー効果を効果的に得ることができる。

またロータ１の回転数が通常よりも特に高いときは、ティース７を回転させて、図１７に示すように各ティース７先端の台形１１同士を相互に接触させることから、磁束の短絡効果を得ることができる。したがって、誘起電圧の発生を回避して、電機子コイル５の制御回路を誘起電圧から保護することができる。

第４実施例および第５実施例の回転電機では、ティース２５がロータ１の軸Ｏ方向および径方向に対して斜交する方向に移動可能に取り付けたことから、ギャップ長増大効果に加え重なり面積減少効果を得ることができる。したがって、回転数に比例して高くなる誘起電圧を益々低減することができ、ロータ１の一層の高回転が可能になる。

第６実施例の回転電機では、ステータ４とロータ１とをロータ１の軸Ｏ方向に対向配設してアキシャルギャップ構造とし、ティース２５がロータ１に対して径方向に移動可能に取り付けたことから、重なり面積減少効果を得ることができる。したがって、回転数に比例して高くなる誘起電圧を低減することができ、ロータ１の高回転が可能になる。

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、ロータとステータを回転径方向に並べて配置するラジアルギャップ構造の回転電機にも、上述したギャップ長増大効果と、スキュー効果と、磁束の短絡効果と、重なり面積減少効果を、適宜選択して実現することが可能である。

本発明の第１実施例になる回転電機のステータを示す正面図である。 同実施例のステータを示す縦断面図である。 同実施例のティースを示す斜視図である。 同実施例のステータを示す背面図である。 同ステータの作動時の状態を示す縦断面図である。 同実施例の電機子コイルを示す斜視図である。 同実施例の電機子コイルおよびティースを示す斜視図である。 同電機子コイルおよびティースの作動時の状態を示す斜視図である。 本発明の第１実施例になる回転電機のステータを、アクチュエータとともに示す正面図である。 同アクチュエータの作動時の状態を示す正面図である。 本発明の第２実施例になる回転電機のステータを示す正面図である。 同実施例のステータを示す背面図である。 本発明の第３実施例になる回転電機のステータを示す正面図である。 同実施例のステータを示す背面図である。 作動により、ティースがロータ回転方向に対して逆に捩れる場合を示す正面図である。 作動により、ティースがロータ回転方向と同じ方向に捩れる場合を示す正面図である。 作動により更なる捩じりを加え、ティース先端の台形部分同士が相互に接触する状態を示す正面図である。 本発明の第４実施例になる回転電機のステータを示す正面図である。 同実施例のステータを示す縦断面図である。 同実施例のティースおよび電機子コイルを示す正面図である。 作動により、同実施例のティースを外径方向に移動させた状態を示す正面図である。 作動により、同実施例のティースを外径方向に移動させた状態を示す縦断面図である。 図２１に示すステータのうち１のティースを拡大して電機子コイルとともに示す正面図である。 本発明の第５実施例になる回転電機のステータを示す正面図である。 同実施例のステータを示す縦断面図である。 作動により、同実施例のティースが移動した状態を示す正面図である。 作動により、同実施例のティースが移動した状態を示す縦断面図である。 本発明の第６実施例になる回転電機のステータを示す縦断面図である。 同実施例のティースが移動した状態を示す縦断面図である。

符号の説明

１ ロータ
２ 永久磁石
３ 出力軸
４ ステータ
５ ステータの電機子コイル
６ ステータのバックヨーク６
７ ステータのティース７
９ 雄ねじ部
１０ 雌ねじ部
１１ 台形形状のティース先端
１２ 歯車
１４ リングギア
１５ アクチュエータ
１６ ウォームギア
２１ 開口部
２２ バックヨーク表面の斜面
２３ 条溝
２４ ティース
２５ ティース根元部の斜面
２６ 突条
２９ リンク
３１ リング
３２ スリット
３３ 突起

Claims (9)

1. ステータの本体を回転不能に固定し、ステータのティースを回転自在に支持されるロータに指向させ、これらティースおよびロータ間にエアギャップを設けた回転電機において、
   ステータの本体には前記ティースに磁束を与える電機子コイルを固設し、前記ティースをステータの本体に対して相対移動可能に取り付けたことを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機において、前記ロータの回転数が通常よりも高いときは、前記ティースを前記ロータから遠ざかるよう移動させることを特徴とする回転電機。
3. 請求項１または２に記載の回転電機において、ステータの前記本体に前記ティースをねじ構造で取り付けたことを特徴とする回転電機。
4. 請求項３に記載の回転電機において、前記ねじ構造は、前記ティースの根元部の全周に雄ねじを設け、該根元部をステータの前記本体に設けた雌ねじに螺合した構造であり、該ティースを回転させて、前記相対移動を行うことを特徴とする回転電機。
5. 請求項４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該ロータの軸方向に対向配設してアキシャルギャップ構造とし、前記ティースの根元部をロータから遠い側に配置し、該ティースの先端をロータ表面と対向する平面とし、該平面を多角形形状としたことを特徴とする回転電機。
6. 請求項５に記載の回転電機において、前記ロータの回転方向と同方向に前記ティースを捩じることを特徴とする回転電機。
7. 請求項５または６に記載の回転電機において、前記ロータの回転数が通常よりも特に高いときは、
   前記捩じることにより、前記多角形形状の各ティース先端同士を相互に接触させることを特徴とする回転電機。
8. 請求項１または２に記載の回転電機において、前記ティースを前記ロータの軸方向および径方向に対して斜交する方向に移動可能に取り付けたことを特徴とする回転電機。
9. 請求項１または２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該ロータの軸方向に対向配設してアキシャルギャップ構造とし、
   前記ティースを前記ロータに対して径方向に移動可能に取り付けたことを特徴とする回転電機。

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