JP6319139B2

JP6319139B2 - 電動モータ

Info

Publication number: JP6319139B2
Application number: JP2015040616A
Authority: JP
Inventors: 将弘土井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-03-02
Filing date: 2015-03-02
Publication date: 2018-05-09
Anticipated expiration: 2035-03-02
Also published as: JP2016163436A

Description

本発明は、高トルク状態と低トルク状態とを切り替え自在な電動モータに関する。

アキシャルギャップ型モータにおいて、ステータとロータとの間のエアギャップの距離を変化させ、発生するトルクを変動させる技術が知られている。特許文献１に記載された、アキシャルギャップ型モータは、ステータに対して回転自在に設けられたロータと、ロータを軸方向に移動させて、ステータとロータとの間のエアギャップの幅を変更する可変ギャップ機構と、を備えている。このアキシャルギャップ型モータによると、エアギャップの幅を軸方向に変化させることにより、低速領域から高速領域までの広い範囲でロータを回転させることができる。

特開２０１２−１３００８６号公報

特許文献１に記載されたアキシャルギャップ型モータによると、低速で高トルク状態を発生させることができるが、低トルク状態で高速回転させる場合に十分な駆動性能が得難い。
本発明は、高トルク状態と低トルク状態とを切り替えて低速領域から高速領域までの駆動性能を向上させることができる電動モータを提供することを目的とする。

本発明は、第１のシャフトを有するアキシャルギャップモータと、
前記第１のシャフトと同軸に配置された第２のシャフトを有するラジアルギャップモータと、
前記第１のシャフトと前記第２のシャフトとを接続した高トルク状態と、接続された前記第１のシャフトと前記第２のシャフトとを切断した低トルク状態とを切り替える切替手段と、を有する、電動モータである。

本発明は、高トルク状態で低速回転するアキシャルギャップモータが有する第１のシャフトと、低トルク状態で高速回転するラジアルギャップモータが有する第２のシャフトとの接続および切断を切替手段により行う。この切替手段により、低速で高トルク状態が必要となる場合にはラジアルギャップモータとアキシャルギャップモータとを接続する。そして、高速で低トルク状態が必要となる場合には、切替手段により、接続されたラジアルギャップモータとアキシャルギャップモータとを切断し、ラジアルギャップモータのみを回転駆動する。

本発明に係る電動モータによると、高トルク状態と低トルク状態とを切り替えて低速領域から高速領域までの駆動性能を向上させることができる。

本発明に係る電動モータを示した斜視図である。上蓋が除かれた状態の電動モータの断面を示した斜視図である。電動モータの分解斜視図である。アキシャルギャップモータとラジアルギャップモータとを接続した状態の電動モータの断面を示した斜視図である。電動モータの回路図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明に係る実施形態について説明する。

図１に示されるように、電動モータ１００は、低トルク状態で高速回転するラジアルギャップモータ３０と、ラジアルギャップモータ３０の下方に、ラジアルギャップモータ３０と同軸に配置されたアキシャルギャップモータ１０と、を有する。ラジアルギャップモータ３０からは、ラジアルギャップモータ３０が有するラジアルロータ３５のシャフト３１が上方に突出している。

図２および図３に示されるように、ラジアルギャップモータ３０のステータ３４をなすコイル３３は、円筒形のハウジング３２の内壁に、ハウジング３２の内径方向に突出するように設けられ、径方向に磁界を発生させる。モータ３０の中央には、ステータ３４が発生する磁界によって回転するラジアルロータ３５が配置されている。ラジアルロータ３５は、回転自在なシャフト３１と、シャフト３１の軸方向に沿って配置され、径方向に磁界を発生している複数のマグネット３６と、を有する。ラジアルロータ３５は、軸線Ｌ周りの慣性モーメントが後述するアキシャルロータ１４の軸線Ｌ周りの慣性モーメントよりも小さく、高速回転で低トルクを発生する駆動に適している。

シャフト３１の上側は、ハウジング３２の上側に被せられた上蓋３９（図１参照）に嵌め込まれたベアリング３８によって回転自在に支持されている。そして、シャフト３１の下側は、ハウジング３２の下方に配置されたアキシャルギャップモータ１０のハウジング１１に嵌め込まれたベアリング３７によって回転自在に支持されている。シャフト３１の中心には軸線Ｌ方向に沿って断面円形の孔３１ａが貫通している。シャフト３１の内部には、後述するシャフト１６の回転および摺動を支持するリニアロータリーベアリング４１が嵌め込まれている。シャフト３１の下部には、円錐台形状の凹部４０が形成されている。

ラジアルギャップモータ３０はその下方に配置された、アキシャルギャップモータ１０と同心に配置されている。ラジアルギャップモータ３０のハウジング３２の下方には、ハウジング３２の径よりも大きい径を有する円筒形のハウジング１１が配置されている。ハウジング１１の内部には、下方に突出するように設けられ、軸方向に磁界を発生させる複数のコイル１２が延在したステータ１３が設けられている。

ステータ１３の下方には、空間となるエアギャップＳを介して円板状のアキシャルロータ１４が回転自在に配置されている。アキシャルロータ１４は、軸線Ｌ周りの慣性モーメントがラジアルロータ３５の軸線Ｌ周りの慣性モーメントよりも大きく、低速回転で高トルクを発生する駆動に適している。アキシャルロータ１４は、円板１４ａの上面に軸方向に磁界を発生し、周方向に延在した複数のマグネット１８を有する。マグネット１８は、エアギャップＳを介してコイル１２と対向している。

アキシャルロータ１４の中心には、シャフト（第１のシャフト）１６が設けられている。シャフト１６は、円板１４ａの中心から起立するように形成されている。シャフト１６は、ラジアルギャップモータ３０のシャフト３１の孔３１ａに、下方から挿入され、リニアロータリーベアリング４１に支持されている。シャフト１６は、リニアロータリーベアリング４１によって回転および摺動自在に支持されると共に、シャフト（第２のシャフト）３１に対して回転および摺動自在である。シャフト１６の基端には、円錐台形状のテーパ面１６ａが形成された拡径部１７が設けられている。テーパ面１６ａは、シャフト３１の下部に設けられた凹部４０と同一の傾斜を有する。

テーパ面１６ａと凹部４０との間にはエアギャップＳに連通する隙間Ｐがある。拡径部１７の内側下部には、シャフト１６と同軸にベアリング１９が嵌め込まれている。ベアリング１９の下方には、ベアリング１９の脱落を防止するための蓋２０が円板１４ａに配置されている。ベアリング１９には、ハウジング１１の下蓋２１の中心に挿通されたスライドシャフト２２が嵌め込まれている。スライドシャフト２２は、下蓋２１に嵌め込まれたスリーブ２３を介して、下蓋２１に装着されている。

スリーブ２３は、下蓋２１の中心に形成された凸部２１ａに圧入されている。スライドシャフト２２は、スリーブ２３を利用して下蓋２１対してシャフト１６の軸線Ｌ方向に摺動自在となっている。スライドシャフト２２の下端には、円板状のストッパ２４が形成されている。ストッパ２４と、凸部２１ａとの間には、弾性体２５が配置されている。上記構成により、アキシャルロータ１４は、ベアリング１９によってハウジング１１内で回転自在に軸支されている。

図４に示されるように、アキシャルロータ１４は、ハウジング１１内で上方に摺動自在である。アキシャルギャップモータ１０に通電すると、コイル１２に発生した磁界に引き寄せられてアキシャルロータ１４が上方に摺動する。この時、拡径部１７と凹部４０とが当接する。この状態では、コイル１２とマグネット１８との距離が縮まり、エアギャップＳが小さくなる。また、この状態では、ストッパ２４と凸部２１ａとによって弾性体２５が圧縮される。拡径部１７と凹部４０との間に生じた摩擦力によってラジアルギャップモータ３０のラジアルロータ３５とアキシャルロータ１４とが接続される。また、コイル１２に発生した磁界により、アキシャルロータ１４が回転する。

そして、拡径部１７と凹部４０が当接した状態でラジアルロータ３５とアキシャルロータ１４とが連動して回転する。アキシャルギャップモータ１０への通電を停止すると、コイル１２に発生した磁界が無くなり、弾性体２５の復元力により拡径部１７と凹部４０との間に隙間Ｐが再び生じ、アキシャルロータ１４とラジアルロータ３５とが切断される（図２参照）。そして、アキシャルロータ１４は、弾性体２５の復元力により下蓋２１に接触して静止状態となる（図２参照）。なお、拡径部１７と、凹部４０と、スライドシャフト２２と、弾性体２５とで、シャフト１６とシャフト３１とを接続したり切断したりする切替手段Ａをなしている。

図５に示されるように、電動モータ１００は、電源装置９０により駆動される。スイッチ８０を開いた状態では、ラジアルギャップモータ３０のみに通電され、電動モータ１００は低トルク状態で駆動される。低トルク状態の電動モータ１００は、高速回転での駆動が可能となる。スイッチ８０を閉じた状態では、ラジアルギャップモータ３０およびアキシャルギャップモータ１０に通電される。アキシャルギャップモータ１０に通電されると、上述した切替手段により、アキシャルギャップモータが有するシャフト１６と、ラジアルギャップモータが有するシャフト３１とが接続される。

これにより、シャフト１６とシャフト３１とは連動して回転する。このとき電動モータ１００は、高トルク状態で駆動される。高トルク状態の電動モータ１００は、低速回転で高トルクを発生する駆動が可能となる。即ち、電動モータ１００において、低速回転で高トルク状態が必要となる場合は、スイッチ８０を閉じてアキシャルギャップモータ１０とラジアルギャップモータ３０とを連動させて駆動する。一方、高速回転で低トルク状態が必要となる場合は、スイッチ８０を開いてラジアルギャップモータ３０のみを駆動する。また、ラジアルギャップモータ３０のみで低速回転で低トルクの駆動をしてもよい。

上述したように電動モータ１００によると、切替手段Ａによりアキシャルギャップモータが有するシャフト１６と、ラジアルギャップモータ３０が有するシャフト３１との接続および切断を行うことにより、高トルク状態と低トルク状態の駆動を自在に切り替えることができる。即ち、電動モータは、低速で高トルク状態が必要となる場合にはラジアルギャップモータ３０とアキシャルギャップモータ１０とを接続して駆動し、高速で低トルク状態が必要となる場合には、接続されたラジアルギャップモータ３０とアキシャルギャップモータ１０とを切断し、ラジアルギャップモータ３０のみを回転駆動することができる。つまり、電動モータ１００によると、低速領域から高速領域までの駆動性能を向上させることができる。

１０…アキシャルギャップモータ１１…ハウジング１１ａ…上面１２…コイル１３…ステータ１４…アキシャルロータ１４ａ…円板１６…シャフト（第１のシャフト）１６ａ…テーパ面１７…拡径部１８…マグネット１９…ベアリング２０…蓋２１…下蓋２１ａ…凸部２２…スライドシャフト２３…スリーブ２４…ストッパ２５…弾性体３０…ラジアルギャップモータ３１…シャフト（第２のシャフト）３１ａ…孔３２…ハウジング３３…コイル３４…ステータ３５…ラジアルロータ３６…マグネット３７…ベアリング３８…ベアリング３９…上蓋４０…凹部４１…リニアロータリーベアリング８０…スイッチ９０…電源装置１００…電動モータＡ…切替手段Ｌ…軸線Ｐ…隙間Ｓ…エアギャップ

Claims

アキシャルステータと、第１のシャフトを備えるアキシャルロータと、を有するアキシャルギャップモータと、
前記第１のシャフトと同軸に配置された第２のシャフトを有するラジアルギャップモータと、
前記第１のシャフトと前記第２のシャフトとを当接して接続した高トルク状態と、接続された前記第１のシャフトと前記第２のシャフトとを切断した低トルク状態とを切り替える切替手段と、を有する電動モータであって、
前記アキシャルロータは、磁石が周方向に延在した円板を有し、
前記アキシャルステータは、前記磁石よりも前記ラジアルギャップモータ側に設けられたコイルを有し、
前記切替手段は、前記アキシャルギャップモータに通電することによって、前記コイルに磁界が発生し、前記磁界が前記アキシャルロータを前記ラジアルギャップモータ側に引き寄せて、前記第１のシャフトと前記第２のシャフトとを当接して接続する、
電動モータ。