JPH05199705A - トルク定数可変型モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 より小型簡素な構成を有するトルク定数可変
型モータを実現する。 【構成】 ロータ本体１６の内部にシリンダ４５を組み
込む。シリンダ４５の内部には油圧又はボールネジによ
ってモータ軸方向に駆動させるピストン４６を設ける。
ピストン４６はスラストリング２８にベアリング４８を
介して連結され、スラストリング２８はヨーク２２に連
結される。ピストン４６がロータ軸方向に移動すると、
この移動がスラストリング２８を介してヨーク２２に伝
達し、ヨーク２２及びその表面の永久磁石２４がロータ
軸方向に摺動する。ステータのコア３４との位置関係が
変化し、作用磁束面積及び／又はギャップが変化する結
果、出力トルク及び最大速度が変化する。 【効果】 ロータとステータの位置関係を変化させる手
段がロータの内部に組み込まれるため全体構成が簡素と
なり小型化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モータの構造的改良に
関し、特にモータの出力トルクを可変する手段に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、永久磁石モータの出力トルク
を調整する手段としてステータとロータの位置関係を変
化させる構成が知られている。例えば、本願出願人の先
提案に係る特願平２−４０４８７４号には、コイルが巻
回されたステータと、永久磁石から構成されるロータと
の位置関係を、ステータの摺動によって変化させる構成
が示されている。すなわち、ステータをボールネジによ
ってロータ軸方向に摺動させ、これにより、ロータの磁
束鎖交数を変化させる手段が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ようにステータを摺動させることによりロータとステー
タの位置関係を変化させる構成では、ステータを摺動さ
せるために大型のアクチュエータを用いなければなら
ず、この結果、小型のトルク定数可変型モータを実現す
ることが困難である。

【０００４】本発明は、このような問題点を解決するこ
とを課題としてなされたものであり、出力トルクを調整
可能なモータを比較的小形な構成で実現することを目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明のトルク定数可変型モータは、ハウジ
ングに固着され磁束を発生させるステータと、ステータ
の磁束と鎖交するよう外面に磁性体が設けられステータ
の内側で回転する円筒状のモータと、ロータの軸又はそ
の近傍に設けられ当該軸と平行な方向の成分を有する運
動を発生させるピストンと、ピストンの運動により磁性
体がロータの軸と平行な方向に摺動するよう両者を機械
的に連結すると共に、ロータの回転に伴う磁性体の回転
をベアリングの転がりにより吸収する連結部材と、を備
え、磁性体をロータの軸の方向に摺動させステータとの
位置関係を変化させて出力トルクを変化させることを特
徴とする。

【０００６】

【作用】本発明においては、ピストンにより磁石がロー
タの軸と平行な方向に摺動する。すなわち、ピストンに
より、ロータの軸と平行な方向の成分を有する運動が発
生し、この運動が連結部材を介して磁性体に伝わり、磁
性体がロータの軸の方向に摺動する。これにより、磁性
体とステータとの位置関係が変化し、ステータにより発
生する磁束の磁性体への鎖交数が変化し、この結果出力
トルクが変化する。このとき、連結部材において、ベア
リングの転がりにより磁性体の回転が吸収される。従っ
て、ロータ内に収納されるピストンによりトルクが可変
となり、構成が小形化する。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例について図面に
基づき説明する。

【０００８】図１には、本発明の第１実施例に係るトル
ク定数可変型モータの構成が示されている。この図は第
１実施例の全体構成図であり、その要部構成は図２及び
図３に拡大して示されている。

【０００９】この実施例は、本発明をホイールインモー
タとして構成した場合の例である。すなわち、本実施例
に係るトルク定数可変型モータ１０は、タイヤ１２が嵌
着されるホイール１４の内部に構成されている。ホイー
ル１４は、トルク定数可変型モータ１０のロータ本体１
６と機械的に連結され、モータ１０の回転によりホイー
ル１４が回転する。この連結は、中央部右側、すなわち
キャップ１８が嵌着される側において図示しないボルト
によって行われている。

【００１０】ロータ本体１６は円筒状の部材であり、ブ
レーキディスク２０と一体に形成されている。また、ロ
ータ本体１６の外表面には磁性体のヨーク２２を介して
永久磁石２４が嵌着されている。ヨーク２２はボルト２
６によりスラストプレート２８と連結されている。更
に、ロータ本体１６の外表面にはヨーク２２を軸に平行
な方向に摺動可能なよう、溝３０が形成されており、ま
た、ロータ本体１６のキャップ１８側端面にはボルト２
６が軸方向に移動できるようスリット３２が形成されて
いる。従って、スラストプレート２８を図中左右方向
（ロータの軸方向）に駆動することにより、ヨーク２２
及び永久磁石２４は図中左右方向に移動する。

【００１１】このような形態でロータ本体１６に嵌着さ
れた永久磁石２４は、ケイ素鋼板等の磁性体板により積
層形成されたコア３４と対向している。コア３４は、ボ
ルト３６によりハウジング３８に固定されている。ま
た、コア３４にはコイル４０が巻回されており、コイル
４０への電力供給により磁束が発生し、この磁束が永久
磁石２４及びヨーク２２と鎖交する。コア３４の一端
は、冷却のため、ハウジング３８の外表面に露出してい
る。

【００１２】コイル４０及びコア３４から形成されるス
テータは、従って、ハウジング３８に対して固定してい
る。一方で、ハウジング３８には、ボルト４２によって
シリンダ４５が固定されている。シリンダ４５の内部に
は、配管４４を介して供給される油圧により図中左右方
向に運動するピストン４６が挿入されている。ピストン
４６の一端にはベアリング４８が設けられており、この
ベアリング４８により、スラストプレート２８がピスト
ン４６と連結される。従って、ピストン４６が油圧によ
り図中左右方向に移動した場合、スラストプレート２８
もこれに伴って左右方向に移動する。このとき、ロータ
本体１６が回転しており従ってスラストプレート２８が
回転していた場合でも、ベアリング４８の転がりにより
この回転が吸収され、ピストン４６は回転しない状態に
保存される。

【００１３】また、シリンダ４５は、ベアリング５０を
介してロータ本体１６内に組み込まれている。すなわ
ち、ロータ本体１６が回転している状態でも、この回転
がベアリング５０によって吸収される結果、シリンダ４
５には回転力は加わらない。すなわち、シリンダ４５
は、ハウジング３８に対して常に固定した位置関係にあ
る。なお、図中５２は、ベアリング５０を押さえるため
のナットである。更に、図中詳細には示さないが、シリ
ンダ４５とピストン４６の間には微小なベアリングが介
在しており、ピストン４６の円滑な運動が担保される。

【００１４】この実施例が特徴とするところは、シリン
ダ４５内においてピストン４６に加える油圧により、ヨ
ーク２２及び永久磁石２４が軸方向に摺動し、コア３４
との位置関係を変更する点にある。図２に示されるの
は、磁束鎖交数が最大となる高トルク・低速ポジション
であり、図３に示されるのは磁束鎖交数が最小となる低
トルク・高速ポジションである。

【００１５】すなわち、図２に示されるように、ピスト
ン４６に加える油圧を減少させ、スラストプレート２８
を左端まで移動させた場合、永久磁石２４及びヨーク２
２とコア３４の対向面積（磁束面積）が最大となり、磁
束鎖交数が最大となる。これにより、モータ出力トルク
が最大となり、例えば登坂時のように大きなトルクを要
求される場合にこのポジションとするとよい。また、図
３に示される低トルク・高速ポジションにおいては、ピ
ストン４６に油圧が印加され、スラストプレート２８が
図中右端まで移動する。すなわち、ストローク一杯に永
久磁石２４及びヨーク２２を移動させる。すると、コア
３４と永久磁石２４が対向する面積（作用磁束面積）が
小さくなり、逆起電圧定数が小さくなる。従って、トル
クは低くなるが、高速回転が得られることとなる。この
ポジションは、通常の走行時等に有効である。

【００１６】従って、本実施例によれば、ピストン４６
に印加する油圧を調整することにより、低速ポジション
／高速ポジションの２段階切り替えを行うことができ、
トルクや速度の要請に応じたポジションを選択すること
によって、登坂時、通常走行時等の各状況に対応するこ
とができる。また、登坂時の大電流が不要となり、発熱
が防止され、また電力線を細くすることができる。さら
に、損失が低下するため、電源たるバッテリの一充電あ
たり走行可能距離も延長する。

【００１７】図４及び図５には、本発明の第２実施例に
係るトルク定数可変型モータの構成が示されている。こ
れらの図は、それぞれ図２及び図３に対応する要部構成
を示す断面図である。

【００１８】この実施例のトルク定数可変型モータ５４
は、配管４４によって供給される油圧によりピストン４
６を駆動する構成ではなく、ボールネジ５６により駆動
する構成である。図中左端に描かれハウジング３８に固
着されているモータ５８が回転すると、モータ５８の軸
に連結されたネジ６０が回転し、ボールネジ５６により
この回転が直線運動に変換され、ピストン４６が図中左
右方向に移動する。

【００１９】この実施例によっても、先に説明した第１
実施例と同様の効果を得ることができ、更に、この実施
例の場合、トルクを線形制御することが容易であるとい
う効果をも得ること出来る。

【００２０】図６及び図７には、本発明の第３実施例に
係るトルク定数可変型モータの構成が示されている。こ
れらの図も、先の図２及び図３、図４及び図５と同様、
それぞれ低速ポジション及び高速ポジションを示す図で
ある。

【００２１】この実施例のトルク定数可変型モータ６２
は、第１実施例と同様配管４４によって供給される油圧
によりピストン４６を駆動する構成を有している。この
実施例では、ヨーク２２、永久磁石２４、コア３４の形
状が第１実施例と異なり、永久磁石２４とコア３４の対
向面が図中右側に向けて開くテーパ形状を有している。

【００２２】従って、この実施例においてピストン４６
に油圧を加え、ヨーク２２及び永久磁石２４をロータ軸
方向に摺動させると、作用磁束面積が変化すると共に永
久磁石２４とコア３４の間のギャップが変化する。すな
わち、図６に示される低速ポジションで比較的小さかっ
たギャップが図７に示される高速ポジションではこれに
比べ大きくなる。

【００２３】例えば、テーパ角を１０°とした場合、ピ
ストン４６のストロークが１０ｍｍであったとすると、
ギャップは１０・ｓｉｎ１０°＝１．７４ｍｍだけ変化
する。永久磁石２４の厚さが５ｍｍ、低速ポジションに
おける永久磁石２４とコア３４のギャップが０．８ｍｍ
であるとすると、磁気回路抵抗は、 （０．８＋５＋１．７４）／（０．８＋５）＝１．３倍 となる。このように、磁気回路抵抗が１．３倍となる結
果、トルク定数が３０％下がり、最高回転速度が３０％
上がる。

【００２４】従って、この実施例においても、第１実施
例と同様の効果を得ることができる。但し、コア３４を
形成する磁性体板（例えばケイ素鋼板）の寸法を均一化
するためには、第１実施例のような構成が好ましい。

【００２５】図８及び図９には、本発明の第４実施例に
係るトルク定数可変型モータ６４の構成が示されてい
る。この図に示される構成は、第２実施例に示されるよ
うなボールネジ５６によるピストン４６の駆動と、第３
実施例に示されるようなテーパ構造と、を組み合わせた
ものである。この実施例においては、第２実施例と第３
実施例により得られる効果を共に得ることができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ロータの軸又はその近傍にピストンを設け、このピスト
ンの運動をベアリングを有する連結部材を介して磁性体
に伝達し、磁性体をロータの軸方向に摺動させるように
したため、簡素な構成で磁性体とステータとの位置関係
を変化させることができ、より小型なトルク定数可変型
モータを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の全体構成を示す断面図で
ある。

【図２】第１実施例における低速ポジションを説明する
要部断面図である。

【図３】第１実施例における高速ポジションを説明する
要部断面図である。

【図４】本発明の第２実施例に係るトルク定数可変型モ
ータにおける低速ポジションを説明する要部断面図であ
る。

【図５】第２実施例における高速ポジションを説明する
要部断面図である。

【図６】本発明の第３実施例に係るトルク定数可変型モ
ータにおける低速ポジションを説明する要部断面図であ
る。

【図７】第３実施例における高速ポジションを説明する
要部断面図である。

【図８】本発明の第４実施例に係るトルク定数可変型モ
ータにおける低速ポジションを説明する要部断面図であ
る。

【図９】第４実施例における高速ポジションを示す要部
断面図である。

【符号の説明】

１０，５４，６２，６４ トルク定数可変型モータ １６ ロータ本体 ２２ ヨーク ２４ 永久磁石 ２８ スラストプレート ３４ コア ３８ ハウジング ４０ コイル ４４ 配管 ４５ シリンダ ４６ ピストン ４８ ベアリング ５６ ボールネジ ５８ モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保 馨 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングに固着され磁束を発生させる
   ステータと、 ステータの磁束と鎖交するよう外面に磁性体が設けられ
   ステータの内側で回転する円筒状のロータと、 ロータの軸又はその近傍に設けられ当該軸と平行な方向
   の成分を有する運動を発生させるピストンと、 ピストンの運動により磁性体がロータの軸と平行な方向
   に摺動するよう両者を機械的に連結すると共に、ロータ
   の回転に伴う磁性体の回転をベアリングの転がりにより
   吸収する連結部材と、 を備え、 磁性体をロータの軸の方向に摺動させステータとの位置
   関係を変化させて出力トルクを変化させることを特徴と
   するトルク定数可変型モータ。