JP2016100908A - Rotary electric machine and speed changer comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転電機及びそれを備えた変速機に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine and a transmission including the same.
オートマチックトランスミッション(AT)や無段変速機(CVT)等の変速機では、その動力として油圧アクチュエータが必要とされる。このような変速機では、コンピュータからの指示等に基づいて、オイルポンプを駆動することによって油圧を調整してプラネタリギヤトレーンやプーリーを駆動させて変速を行う。 A transmission such as an automatic transmission (AT) or a continuously variable transmission (CVT) requires a hydraulic actuator as its power. In such a transmission, an oil pressure is adjusted by driving an oil pump based on an instruction from a computer and the like, and a planetary gear train and a pulley are driven to perform a shift.
ところで、従来のATやCVTでは、変速のために油圧アクチュエータを駆動させる必要があり、このような油圧アクチュエータは大きなエネルギーを消費してしまう問題があった。また、油圧アクチュエータの機構が複雑であり、装置を簡素化することができないという問題もあった。 By the way, in the conventional AT or CVT, it is necessary to drive a hydraulic actuator for shifting, and there is a problem that such a hydraulic actuator consumes a large amount of energy. There is also a problem that the mechanism of the hydraulic actuator is complicated and the apparatus cannot be simplified.
本発明の1つの態様は、トルク発生電流を流す励磁コイルが巻かれたステータと、ステータと対向して配置され、トルクを発生するロータと、を備え、前記ロータは、回転のみ可能でありトルクを発生するトルク発生回転体と、前記トルク発生回転体の回転に拘束された状態において前記トルク発生回転体と共に回転可能であると共に、前記トルク発生回転体と相対回転ができる状態において前記ロータの回転軸方向に並進移動が可能な移動回転体と、を有し、前記移動回転体をトルク発生回転体の回転に拘束された状態又は相対回転できる状態にするアクチュエータを備えることを特徴とする回転電機である。 One aspect of the present invention includes a stator around which an exciting coil for passing a torque generating current is wound, and a rotor that is arranged to face the stator and generates torque, and the rotor can only rotate and torque. And a rotation of the rotor in a state where it can rotate together with the torque generation rotating body while being able to rotate relative to the torque generation rotating body. A rotary electric machine comprising: a moving rotary body capable of translational movement in an axial direction; and an actuator that makes the movable rotary body constrained by a rotation of a torque generating rotary body or a relatively rotatable state It is.
ここで、前記トルク発生回転体と前記移動回転体とは前記回転軸方向に設けられたネジ機構により結合され、前記トルク発生回転体と前記移動回転体との相対的な回転によって前記移動回転体が前記トルク発生回転体に対して前記回転軸方向に移動することが好適である。 Here, the torque generating rotator and the moving rotator are coupled by a screw mechanism provided in the rotation axis direction, and the moving rotator is rotated by relative rotation between the torque generating rotator and the moving rotator. Is preferably moved in the direction of the rotation axis with respect to the torque generating rotating body.
また、前記アクチュエータは、前記ステータに配置された電磁石によって前記回転軸方向に移動し、当該移動によって前記移動回転体をトルク発生回転体の回転に拘束された状態又は相対回転できる状態に切り替えることが好適である。 Further, the actuator is moved in the direction of the rotation axis by an electromagnet disposed on the stator, and the moving rotator is switched to a state constrained by the rotation of the torque generating rotator or a relatively rotatable state by the movement. Is preferred.
また、前記移動回転体が前記トルク発生回転体と相対回転できる状態において、前記トルク発生によって前記トルク発生回転体に対する前記移動回転体の前記回転軸方向への移動を制御することが好適である。 In addition, in a state where the moving rotator can rotate relative to the torque generating rotator, it is preferable to control movement of the moving rotator relative to the torque generating rotator in the direction of the rotation axis by the torque generation.
また、上記の回転電機を備え、前記移動回転体は、第1歯車を有し、前記第1歯車にかみ合う複数の中間歯車を備え、前記複数の中間歯車は動力出力軸と繋がっており、前記複数の歯車は同期して回転することを特徴とする変速機を構成することができる。 The rotating electrical machine includes the rotating electric machine, the moving rotating body includes a first gear, and includes a plurality of intermediate gears meshing with the first gear. The plurality of intermediate gears are connected to a power output shaft, A transmission characterized in that the plurality of gears rotate synchronously can be configured.
本発明によれば、油圧アクチュエータを使用することなく、簡易な構成を有する回転電機及びそれを用いた変速機を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a rotating electrical machine having a simple configuration and a transmission using the same without using a hydraulic actuator.
本発明の実施の形態における変速機100は、図1の断面構成図に示すように、回転電機102及び変速ギア104を含んで構成される。回転電機102によって発生された回転トルクが変速ギア104に伝達され、車輪や発電機等の外部の装置を回転させることができる。
The
回転電機102は、ステータ10、ロータ12、アクチュエータ14及びケーシング16を含んで構成される。ステータ10、ロータ12及びアクチュエータ14は、回転を伝達する主軸の一部を除いてケーシング16内に格納される。
The rotating
ステータ10は、ケーシング16に固定される。ステータ10は、円筒形状のステータコアと、トルク発生電流が流れる複数相(例えば3相)の励磁コイルと、を含んで構成される。ステータ10には、径方向内側へ突出した複数のティースが回転軸の周方向に沿って互いに間隔をおいて配列され、各ティースの間のスロットに励磁コイルが巻回される。複数相の励磁コイルに位相差をもったトルク発生電流を流すことによってステータ10から回転磁界が発生する。
The
ロータ12は、ステータ10と所定の空隙を空けて、ステータ10に対向して配置される。すなわち、ロータ12は、ステータ10に対して回転軸を中心軸として回転可能に対向配置される。ロータ12は、ステータ10に供給されるトルク発生電流によって生じる回転磁界を受けて、回転軸を回転中心としてステータ10に対して相対的に回転してトルクを発生する。
The
ロータ12は、トルク発生回転体20及び移動回転体22を含んで構成される。トルク発生回転体20は、円筒形状を有し、ケーシング16に設けられたアンギュラベアリング30a,30bによって支持される。トルク発生回転体20は、回転軸を回転中心とした回転のみが可能であり、回転軸方向に並進移動はできないように支持される。移動回転体22は、軸形状を有し、トルク発生回転体20の円筒内部を貫通するように配置される。移動回転体22は、ケーシング16に設けられたラジアルベアリング32a,32bによって支持される。ラジアルベアリング32a,32bは、回転方向のみ拘束し、スラスト方向に自由に動けるベアリングである。これによって、移動回転体22は、回転軸を回転中心として回転可能であると共に、回転軸方向に並進移動が可能である。
The
移動回転体22は、後述するアクチュエータ14の機能によって、トルク発生回転体20の回転と共に回転可能である状態と、トルク発生回転体20と異なる回転速度で相対的に回転できる状態と、に切り替えることができる。
The moving
また、移動回転体22には、軸方向の一部の領域にネジ山22aが形成されている。一方、トルク発生回転体20には、移動回転体22のネジ山22aと組み合わさるように円筒内面の一部の領域にネジ溝20aが形成されている。移動回転体22がトルク発生回転体20と異なる回転速度で相対的に回転している状態にあるときに、当該ネジ機構によって移動回転体22はトルク発生回転体20に対して回転軸方向に移動する。移動回転体22の移動方向は、移動回転体22がトルク発生回転体20に対して遅く回転しているときと、移動回転体22がトルク発生回転体20に対して速く回転しているときとで逆方向となる。
Further, the moving
アクチュエータ14は、トルク発生回転体20と移動回転体22とを結合状態(拘束状態)又は非結合状態(非拘束状態)にするために設けられる機構である。アクチュエータ14によってトルク発生回転体20と移動回転体22とが結合状態になっているときは、移動回転体22はトルク発生回転体20の回転と共に回転可能である状態となる。一方、アクチュエータ14によってトルク発生回転体20と移動回転体22とが非結合状態になっているときは、移動回転体22はトルク発生回転体20と異なる回転速度で相対的に回転できる状態となる。
The
アクチュエータ14は、例えば、ドグクラッチ機構とすることができる。アクチュエータ14は、移動回転体22を貫通させる孔を有する円盤状部材とし、移動回転体22と共に回転するが、回転軸方向に沿って移動回転体22に対して相対的に移動できる構造とする。例えば、図2の断面図に示すように、移動回転体22の軸周に軸方向に沿って山22bを設け、アクチュエータ14の孔14aに山22bに嵌め合わされる溝14bを設けることにより、移動回転体22と共に回転するが回転軸方向に沿って移動回転体22に対して相対的に移動できる構造とすることができる。
The
また、変速機100には、アクチュエータ14を回転軸方向に沿って移動させるための機構が設けられる。本実施の形態では、ケーシング16に電磁石34を設け、アクチュエータ14には電磁石34に対向する位置に磁石36を設ける。電磁石34に電流を流して磁化させることによって、電磁石34と磁石36との間に斥力又は引力を発生させてアクチュエータ14を移動回転体22に対して回転軸方向に移動させることができる。そして、図3(a)に示すように、アクチュエータ14をトルク発生回転体20側へ移動させることで、アクチュエータ14のドグクラッチ機構によりトルク発生回転体20と移動回転体22とを結合状態とすることができる。一方、図3(b)に示すように、アクチュエータ14をケーシング16側へ移動させることで、トルク発生回転体20と移動回転体22とを非結合状態とすることができる。
Further, the
変速ギア104は、移動回転体22に設けられた歯車22cにかみ合う複数の中間歯車40,42及び中間歯車40,42の両方にかみ合う動力出力軸歯車44aを有する動力出力軸44と含んで構成される。すなわち、複数の中間歯車40,42は動力出力軸44と繋がっており、複数の中間歯車40,42は同期して回転する。なお、変速ギア104に含まれる中間歯車は3つ以上であってもよい。
The
また、中間歯車40と中間歯車42は互いに異なるギア比を有する。したがって、移動回転体22が同じ回転速度で回転している場合に歯車22cが中間歯車40と結合しているときと中間歯車42と結合しているときで動力出力軸44の回転速度は異なる。ここで、歯車22cは、移動回転体22がケーシング16から変速ギア104側に突出した状態において中間歯車40とかみ合い、移動回転体22がケーシング16側に引っ込んでいる状態において中間歯車42とかみ合う。
Further, the
以下、変速機100により変速機構について説明する。初期状態は、図4(a)に示すように、歯車22cと中間歯車42とが結合され、かつアクチュエータ14によってトルク発生回転体20と移動回転体22とが結合された状態であるとする。この状態では、ステータ10によって発生した回転磁界に伴ってトルク発生回転体20が回転軸を中心に回転し、トルク発生回転体20に生じた回転トルクがアクチュエータ14を介して移動回転体22に伝達される。そして、移動回転体22と共に回転する歯車22cに結合した中間歯車42を介して動力出力軸44に動力が与えられる。
Hereinafter, the transmission mechanism using the
この状態から、図4(b)に示すように、電磁石34の極性を反転させることによってアクチュエータ14によるトルク発生回転体20と移動回転体22との結合を解放する。これによって、トルク発生回転体20にはステータ10によって発生した回転磁界に伴う回転力が与え続けられるが、移動回転体22は慣性力による回転のみとなり、時間経過と共にトルク発生回転体20と移動回転体22との間に回転速度の差が生ずる。この回転速度の差によって、図4(c)に示すように、トルク発生回転体20と移動回転体22のネジ機構によって移動回転体22がトルク発生回転体20に対して回転軸方向に移動する。
From this state, as shown in FIG. 4B, the polarity of the
そして、最終的には、図4(d)に示すように、歯車22cと中間歯車40とが結合した状態となる。この状態において、図4(e)に示すように、電磁石34の極性を反転させることで、アクチュエータ14によってトルク発生回転体20と移動回転体22とが再び結合された状態とする。この状態では、ステータ10によって発生した回転磁界に伴ってトルク発生回転体20が回転軸を中心に回転し、トルク発生回転体20に生じた回転トルクがアクチュエータ14を介して移動回転体22に伝達される。そして、移動回転体22と共に回転する歯車22cに結合した中間歯車40を介して動力出力軸44に動力が与えられる。
Finally, as shown in FIG. 4D, the
なお、歯車22cを中間歯車42から中間歯車40へ移動させる場合について説明したが、中間歯車40から中間歯車42へ移動させる場合も同様である。この場合、トルク発生回転体20と移動回転体22との結合を解放した状態において、ステータ10によってトルク発生回転体20の回転を移動回転体22の速度低下より速く低下させる力(トルク)を与えることによってネジ機構を逆方向に作用させ、移動回転体22を回転軸に沿って反対方向に移動させればよい。
Although the case where the
ここで、図5に示すように、ネジの有効半径r、リード(回転軸方向に進む距離)L、リード角β、軸から力点までの距離(半径)R、力点に加わるトルクT、摩擦角(静止摩擦係数相当μ=tanφ)φ、回転軸方向力Q、ネジ有効半径上での回転力Pとすると、以下の関係式が成り立つ。
[数1]
L=2πr・tanβ ・・・(1)
TR=Pr ・・・(2)
P=Q・tan(β+φ) ・・・(3)
Here, as shown in FIG. 5, the effective radius r of the screw, the lead (distance traveled in the direction of the rotation axis) L, the lead angle β, the distance (radius) R from the axis to the force point, the torque T applied to the force point, and the friction angle (Static friction coefficient equivalent μ = tan φ) φ, rotational axis direction force Q, and rotational force P on the effective screw radius, the following relational expression holds.
[Equation 1]
L = 2πr · tan β (1)
TR = Pr (2)
P = Q · tan (β + φ) (3)
数式(1)〜(3)より数式(4)が成立する。
[数2]
Q=T(R/r)/tan(β+φ) ・・・(4)
Formula (4) is established from Formulas (1) to (3).
[Equation 2]
Q = T (R / r) / tan (β + φ) (4)
したがって、摩擦角φやリード角βを小さく、トルクTの発生面を外側にもってくればより大きな回転軸方向力Qを得ることができる。ただし、リード角βは、リードLにも影響するので設計的に最良な点を選ぶことが好適である。 Therefore, if the friction angle φ and the lead angle β are small and the generation surface of the torque T is placed outside, a larger rotational axis direction force Q can be obtained. However, since the lead angle β also affects the lead L, it is preferable to select the best design point.
また、シャフトの回転時方向変位x、ネジ部以外の抗力(摩擦等)f、シャフトの軸方向慣性mとすると、移動回転体22の軸方向の運動方程式は数式(5)で表わされる。
したがって、数式(4)と数式(5)とから数式(6)が得られる。なお、トルクTはロータ12に加わるトルク、軸から力点までの距離Rはロータ12の外径に相当する。
<変形例>
上記実施の形態では、変速ギア104は複数の平歯車(歯車22c、中間歯車40,42、動力出力軸歯車44a)を組み合わせた構成としたが、これに限定されるものではない。
<Modification>
In the above-described embodiment, the
例えば、図6に示すように、複数のハイポイドギアを組み合わせた変速機200としてもよい。すなわち、移動回転体22の移動によって、移動回転体22に設けられた歯車22dが内側の歯車46又は外側の歯車48に排他的に結合する構成としてもよい。
For example, as shown in FIG. 6, it is good also as the
以上のように、本実施の形態及び変形例によれば、油圧アクチュエータを使用することなく、簡易な構成を有する回転電機及びそれを用いた変速機を提供することができる。 As described above, according to the present embodiment and the modification, it is possible to provide a rotating electrical machine having a simple configuration and a transmission using the same without using a hydraulic actuator.
10 ステータ、12 ロータ、14 アクチュエータ、14a 孔、14b 溝、16 ケーシング、20 トルク発生回転体、20a ネジ溝、22 移動回転体、22a ネジ山、22b 山、22c 歯車、22d 歯車、30a,30b アンギュラベアリング、32a,32b ラジアルベアリング、34 電磁石、36 磁石、40,42 中間歯車、44 動力出力軸、44a 動力出力軸歯車、46,48 歯車、100,200 変速機、102 回転電機、104 変速ギア。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
ステータと対向して配置され、トルクを発生するロータと、を備え、
前記ロータは、
回転のみ可能でありトルクを発生するトルク発生回転体と、
前記トルク発生回転体の回転に拘束された状態において前記トルク発生回転体と共に回転可能であると共に、前記トルク発生回転体と相対回転ができる状態において前記ロータの回転軸方向に並進移動が可能な移動回転体と、を有し、
前記移動回転体をトルク発生回転体の回転に拘束された状態又は相対回転できる状態にするアクチュエータを備えることを特徴とする回転電機。 A stator around which an exciting coil for passing a torque generating current is wound;
A rotor arranged opposite to the stator and generating torque,
The rotor is
A torque generating rotor that can only rotate and generate torque;
A movement that can be rotated together with the torque generating rotator in a state constrained by the rotation of the torque generating rotator, and that is capable of translational movement in the direction of the rotation axis of the rotor in a state of being able to rotate relative to the torque generating rotator. A rotating body,
An electric rotating machine comprising: an actuator that brings the moving rotator into a state of being constrained by a rotation of a torque generating rotator or a relatively rotatable state.
前記トルク発生回転体と前記移動回転体とは前記回転軸方向に設けられたネジ機構により結合され、前記トルク発生回転体と前記移動回転体との相対的な回転によって前記移動回転体が前記トルク発生回転体に対して前記回転軸方向に移動することを特徴とする回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 1,
The torque generating rotator and the moving rotator are coupled by a screw mechanism provided in the direction of the rotation axis, and the moving rotator is rotated by the relative rotation of the torque generating rotator and the moving rotator. A rotating electrical machine that moves in the direction of the rotation axis with respect to a generating rotating body.
前記アクチュエータは、前記ステータに配置された電磁石によって前記回転軸方向に移動し、当該移動によって前記移動回転体をトルク発生回転体の回転に拘束された状態又は相対回転できる状態に切り替えることを特徴とする回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 1 or 2,
The actuator is moved in the direction of the rotation axis by an electromagnet disposed in the stator, and the moving rotator is switched to a state constrained by rotation of a torque generating rotator or a state in which relative rotation is possible by the movement. Rotating electric machine.
前記移動回転体が前記トルク発生回転体と相対回転できる状態において、前記トルク発生によって前記トルク発生回転体に対する前記移動回転体の前記回転軸方向への移動を制御することを特徴とする回転電機。 The rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 3,
A rotating electrical machine that controls movement of the moving rotating body in the direction of the rotation axis relative to the torque generating rotating body by the torque generation in a state where the moving rotating body can rotate relative to the torque generating rotating body.
前記移動回転体は、第1歯車を有し、
前記第1歯車にかみ合う複数の中間歯車を備え、
前記複数の中間歯車は動力出力軸と繋がっており、前記複数の歯車は同期して回転することを特徴とする変速機。
A rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 4,
The moving rotating body has a first gear,
A plurality of intermediate gears meshing with the first gear;
The plurality of intermediate gears are connected to a power output shaft, and the plurality of gears rotate synchronously.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Applications Claiming Priority (1)
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