WO2004088826A1

WO2004088826A1 - 回転電機及び電動車両

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Publication number: WO2004088826A1
Application number: PCT/JP2004/001299
Authority: WO
Inventors: Keiko Murota; Shinya Naito; Hiroyuki Ishihara; Haruyoshi Hino; Junji Terada; Tomohiro Ono
Original assignee: Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2004-02-06
Publication date: 2004-10-14
Also published as: TW200428748A; JPWO2004088826A1; US7309941B2; EP1615319A4; EP1615319B1; JP4555774B2; TWI239712B; EP1615319A1; US20070029887A1

Abstract

　本発明の回転電機は、第１の方向に延びる回転軸と、前記回転軸と結合し、前記回転軸とともに回転する第１ロータと、前記第１ロータと対向するように配置された第１ステータと、前記第１ロータと前記第１ステータとの相対位置が変化するように前記第１ロータを移動させる可動機構とを備える。

Description

明細書回転電機及び電動車両技術分野

本発明は、出力特性を自由に調整できる回転電機及び電動車両に関する。背景技術

近年、環境問題およびエネルギ問題の観点から電動モータを駆動源とする車両が注目されている。

車両に用いられる駆動源は、車両の発進時ゆ登坂時などの低速度走行時には大きな駆動トルクを発生させることが要求される。また，定常走行時には駆動トルクは小さくてもよいが、高速で回転することが要求される。つまり出力特性を変化させることのできる電動モ一タが必要となる。

たとえば、日本特許第 2749560号の明細書には、ステータのティースとロータのマグネッ卜との間隙（ギャップ）を調整することにより、モータの特性を変化させる技術が開示されている。この技術のモータは、図 1に示すように、ドラ厶状ロータ 1 25, ステータ 1 30およびブッシュ 1 46とドラム状ロータ 1 25との間隙を調節する締結 ·調節部材 1 60とを備えている。締結 ·調節部材 1 6〇のヘッド 1 62を操作し、締結 ·調節部材 1 60を緩めることにより、弾性部材 1 61がプッシュ 1 46をステ一タ 1 30 から離間させる。その結果、ロータ 1 2 5のマグネッ卜 1 4 1 とステータ 1 3〇との間隙 Gを大きくすることができる。また、締結 · 調節部材 1 6 0を締めると、マグネッ卜 1 4 1 とステ一タ 1 3 0との間隙 Gを小さくすることができる。間隙 Gを変えて調整することによって、多くの仕様に適したモータを安価に製造することができると開示されている。

また、曰本特許出願公開番号特開平 3— 2 1 5 1 5 4号は、テープレコーダのリールを回転駆動するためのモータにおいて、ロータとステ一夕とのギャップを調整する技術を開示している。この技術は、モータに流れる電流に比例して電磁石に流れる電流を変化させ，電磁石の磁力とモータの軸に取り付けられたばねによってギャップを調整する。

一方、曰本特許出願公開番号特開平 9一 3了 5 9 8号は発電機として用いられるモータの発電特性を変化させる技術を開示しているこの技術によれば、ロータの磁石とステ一夕のコイルとの重なりを変化させることにより、発電量を調整することができる。

しかしながら、これら従来技術のモータは、モータを回転させながら出力特性を変化させることが困難であったり、車両の駆動源に用いるのには適していない。

また、電動モータは内燃機関に比べて、外形の自由度が大きく、種の形状のモータを実現できる。このだめ、電動モータを車両の駆動源に用いる場合には、内燃機関を用いる揚合に比べて、駆動源の外形を小さくしたり、たとえば、駆動源を車輪のホイル内に配置したりするなどして、駆動源に割り当てられるスペースに麻じ外形に設計することが可能である。しかし、電動モータの出力特性を変化させるための機構の形状ゅ大ぎさに制限がある場合、このような電動モータの利点を損なう可能性がある。

さらに、電動モータを車両の駆動源に用い、電動モータを電池によって回転させる場合、電池の容量に比べて電池の重量が比較的大きいめ、車両の走行距離をできるだけ長くすることができるよラ、電動モータのエネルギ効率は高いほうが好ましい。このため、出力特性を変化させる機構は電動モータのエネルギ効率を大きく低下させないちのであることが求められる。

特に、二輪車の駆動源に電動モータを用いる揚合、これらの課題をできるだけ多く解決するものであることが求められる。発明の開示

本発明は上記の課題の少なくとち 1 つを解決し、出力特性を自由に調整できる回転電機および電動車両を提供することを目的とする < 本発明の回転電機は、第 1の方向に延びる回転軸と、前記回転軸と結合し、前記回転軸とともに回転する第 1 ロータと、前記第 1 口 —タと対向するように配置された第 1 ステ一夕と、前記第 1 ロータと前記第 1 ステ一夕との相対位置が変化するように前記第 1 ロータを移動させる可動機構とを備える。

ある好ましい実施形態において、前記第 1 ステータは前記第 1 □ ータに対して前記第 1 の方向に離間して対向しており、前記可動機構は、前記第 1 ロータを第 1 の方向に移動させることによって前記第 1 ロータと前記第 1 ステ一夕との間隙を調節する。ある好ましい実施形態において、前記可動機構は可動部材を含み、前記^!動部材が前記第 1 ロータを前記第 1 の方向に沿って押すことにより、前記第 1 ステ一夕から離間するように前記第 1 ロータを移動させる。

ある好ましい実施形態において、前記可動部材は、貫通孔を有する円筒形状を備え、前記回転軸が前記貫通孔に挿入されている。ある好ましい実施形態において、前記可動機構は、前記可動部材が前記第 1 ロータととちに回転するのを防止するように前記可動部材と係合する回り止め部材をさらに含。

ある好ましい実施形態において、前記可動機構は、軸受をさらに含み、前記可動部材と前記第 1 ロータとは前記軸受を介して接触してし、る。

ある好ましい実施形態において、前記可動機構は、前記可動部材と前記回転軸との間に設けられた軸受をさらに有する。

ある好ましい実施形態において、前記軸受は、少なくとも前記可動部材の貫通孔の両端近傍に設けられている。

ある好ましい実施形態において、前記可動機構は調整用モータを含み、前記調整用モータの回転を前記第 1 の方向の変位に変換し、前記第 1 ロータを前記第 1 の方向に移動させることにより、前記第 1 ロータと前記第 1 ステ一夕との間隙を調節する。

ある好ましい実施形態において、前記調整用モータは、貫通孔を有する第 2ロータを含み、前記第 2ロータの貫通孔に前記回転軸が挿入され、前記回転軸回りに前記第 2ロータが回転する。ある好ましい実施形態において、前記可動機構は調整用モータをさらに含み、前記調整用モータは、前記回転軸および前記可動部材が挿入される貫通孔が設けられた第 2ロータを備え、前記貫通孔を規定する側面にはネジが設けられており、前記可動部材の外側面には、前記第 2ロータの内側面のネジに嚙み合うネジが設けられている。

ある好ましい実施形態において、前記回転軸は前記調整用モータの第 2ロータを貫通し、端部が軸受により固定されている。

ある好ましい実施形態において、前記回転軸と前記第 1 ロータとはセレーシヨンにより結合し、前記第 1 ロータは前記回転軸に対して前記第 1 の方向に沿って摺動可能である。

ある好ましい実施形態において、前記第 1 ステータは前記回転軸近傍に設けられた空間を有し、前記可動部材の少なくとも一部が前記空間内に位置している。

ある好ましい実施形態において、前記第 1 ロータは前記回転軸近傍において軸方向にくぽんだ凹部を有するプレー卜形状を備えている。

ある好ましい実施形態において、前記回転軸と同軸上に配置され駆動軸と、前記回転軸の回転速度を変換して前記駆動軸へ伝達する変速機とをさらに備え、前記変速機の少なくとも一部は前記第 1 ロータの凹部に挿入されている。

ある好ましい実施形態において、前記変速機は減速機であって、前記減速機は、前記回転軸に設けられサンギアと、リングギアと. 前記駆動軸に固定され回転軸の周りに回転し、前記サンギアおよびリングギアと啮み合ことによって前記駆動軸を中心に公転する遊星ギアとを含。

ある好ましい実施形態において、前記変速機および前記可動機構は前記第 1 ロータをはさょうに配置されている。

ある好ましい実施形態において、前記第 1 ステ一夕に磁界を発生させるための駆動回路をさらに備え、前記第 1 ステータは円周上において空間を残して配置され複数のコイルを含み、前記円周上の前記空間に前記駆動回路が配置されている。

ある好ましい実施形態において、前記回転軸と前記ロータは前記可動部材によって一体的に移動する。

ある好ましし実施形態において、前記回転軸と同軸上に配置された駆動軸をさらに備え、前記回転軸と前記駆動軸とはセレ一シヨンにより結合し、前記回転軸は前記駆動軸に対して前記第 1 の方向に沿って摺動可能である。

本発明の電動車両は、上記いずれかに規定される回転電機と、前記回転電機により駆動される車輪とを備える。

本発明の電動車両ュニッ卜は、上記いずれかに規定される回転電機と、前記回転電機により駆動される車輪とを備える。図面の簡単な説明

図 1 は、従来のモータの構造を示す断面図である。図 2は、本発明の第 1 の実施形態である電動二輪車の側面図である。

囡 3は、図 2に示す電動二輪車の斜視図である。

図 4は、図 2に示す電動二輪車の電動モータ近傍の構造を示す断面図である。

図 5は、図 4に示す減速機の分解斜視図である。

図 6は、図 4に示す電動モータの分解斜視図である。

図了は、本実施形態の電動モータの卜ルク特性を示すグラフである。

図 8は、本実施形態の電動モータの出力特性を示すグラフである図 9は、本発明の第 2の実施形態である電動二輪車の電動モータ近傍の構造を示す断面図である。

図 1 0は、本発明の第 3の実施形態である電動二輪車の電動モータ近傍の構造を示す断面図である。発明を実施するだめの最良の形態

(第 1 の実施形態）

本発明の回転電機および電動車両の第 1 の実施形態を説明する。本実施形態では、電動車両として電動二輪車を例示する。

図 2は、第 1 の実施形態の電動二輪車 1 を示す側面図であり、図

3は、電動二輪車 1 を後方から見斜視図である。電動二輪車 1 は, 前輪 6、後輪 2 2、電動モータ 2 8およびバッテリ 1 4を備え、バッテリ 1 4から得られる電力によって電動モータ 2 8を回転させ、その回転によって後輪 2 2を駆動する。以下、電動二輪車 1 の全体の構造を車体前方から順に説明する。

電動二輪車 1 は、その車体前方の上部にへッドパイプ 2を備え、へッドパイプ 2内には図示しないステアりング軸が回動自在に揷入されている。ステアリング軸の上端には八ンドル 3が取り付けられている。ハンドル 3の両端には、グリップ 4が設けられており、右側のグリップはスロッ卜ルグリップを構成している。ハンドル 3の中央付近にはメータ 8が設けられてし、る。また、ヘッドランプ 9がメータ 8の下方に配置され、その両側にフラッシャランプ 1 0 (図 2および図 3では左側のみが示されている）が設けられている。へッドパイプ 2から左右一対の車体フレーム 1 1 が車体後方に向かって延びるよろに設けられている。車体フレーム 1 1 は丸いパイプ形状を有し、ヘッドパイプ 2から斜め下方に延びており、後輪 2 2の中心程度の高さにおいて円弧状に曲げられ、車体後方へおおよそ水平に延びている。各車体フレーム 1 1 の後端部から斜め上方に向かうように左右一対の車体フレーム 1 2が設けられて端部において互いに接続されている。

一対の車体フレーム 1 2間にはバッテリ 1 4が配置されている。また、バッテリ 1 4の上方においてシ一ト 1 3が車体フレーム 1 2 に固定されてし、る。車体フレーム 1 2には車体前方に底部を向けて水平保持され U字形状のシー卜ステー（図示せず）が接続され、また、車体フレーム 1 2に接続された左右一対のステー 1 5 (図 2 および図 3では左側のみが示されている）により支持される。シー卜 1 3は、このシー卜ステ一の一部に開閉可能なように接続されてし、る。

車体フレーム 1 2の後端にはリャフェンダ 1 6が設けられ、テールランプ 1 7およびテールランプ 1 7を挟ように配置されたフラッシャランプ 1 8が設けられている。

車体フレーム 1 1 の後端部には左右一対のリャアームブラケッ卜 1 9 (図 2および図 3では左側のみが示されている）がそれぞれ溶着されている。リャァ一厶ブラケット 1 9にはリャアーム 2〇の前端がピポッ卜軸 2 1 によって上下に揺動し得るよう支持されている ( リャアーム 2 0の後端には後輪 2 2が回転可能に支持されており, リャァ一厶 2 0全体はリャクッション 2 3によって車体フレーム 1 2に懸架されている。以下において詳細に説明するように、リャァーム 2 0の後端部分には、車幅方向に扁平な電動モータ 2 8が収納されている。電動モータ 2 8が後輪 2 2を駆動する。

左右の車体フレー厶 1 1 の下方にはフットステップ 2 4 (図 2および 3では左側のみが示されている）がそれぞれ設けられている。また、サイドスタンド 2 5が軸 2 6によりリャアーム 2 0に対して回転可能なように支持されている。サイドスタンド 2 5は、リタ一ンスプリング 2了によって、サイドスタンド 2 5を立てる側に付勢されている。

なお、詳細には説明しないが、電動二輪車 1 には前輪 6および後輪 2 2の回転速度を低下させたり、回転を制動させたりするための適切なブレーキシステムが設けられている。次に電動モータ 28およびその周辺の構造を詳細に説明する。図 4は、後輪 22および電動モータ 28近傍の断面を示している。図において、左側が車体前方方向であり、図の上部側は車体の右側である。図に示すように、リャアーム 20の後端部は電動モータ 28 を収納するめのケース 201を構成しており、ケース 2〇 1は、カバー 202が取り付けられる。

ケース 201 およびカバー 202によって形成される空間内には, 回転軸 44を備える電動モータ 28と、駆動軸である後車軸 221 を備える減速機 51 と、第 1の駆動回路了 1 (図 6に示す）と、第 2の駆動回路 48とが収納されている。以下において詳細に説明するように、電動モータ 1 8の回転軸 44および減速機 51の後車軸 221はそれぞれの軸中心が第 1の方向 A 1 に行な一直線上に位置するように同軸的に配置される。電動モータの回転は回転軸 44 を介して減速機 51に伝達され、減速機 51 においてその回転を減速し、後車軸 221へ伝達する。

回転軸 44および後車軸 221はそれぞれ軸受 204および 20 3によって回転可能に支持される。これらの軸は軸方向（第 1の方向）には移動しないように支持されている。後輪 22は、ホイル 2 22およびホイル 222の外周に設けられたタイヤ 224を含み、ホイル 222が後車軸 221に挿入され、ナツ卜 223によって固定されている。後車軸 221 とホイル 222とは、とえばセレ一シヨン（鋸歯状構造）によって機械的に結合し、後車軸 221の回転がホイル 222に伝達される。図に示すようにホイル 222は、減速機 51や電動モータ 28の一部を収納することができるよう、後車軸 221 が挿入される部分を中心としてアーチ状の回転断面形状を備えていることが好ましい。

図 5は、減速機 51 の構造を分解して示す斜視図である。図 4および図 5に示すように、減速機 51 は、筐体 51 aと、遊星ギア 5 1 cと、回転軸 44の外周に設けられたサンギア 44 a (図 4) とを含む。遊星ギア 51 cは、支軸 51 eを有する支持板 51 dおよびホルダ 51 f により形成される空間に収納され、支軸 51 eの回りに回転可能なように支持される。遊星ギア 51 cと支軸 51 eとの摩擦を低減するだめに含油軸受 51 gを支軸 51 eが挿入される孔の回りに設けることが好ましい。ホルダ 51 f には回転軸 44のサンギア 44 aが挿入される孔 51 Iつが設けられている。また支持板 51 dの中心には後車軸 221 が固定されている。

筐体 51 aは円筒状の内空間を有し、内空間を規定する側面にリングギア 51 bが設けられている。支持板 51 dおよびホルダ 51 f に保持された遊星ギア 51 cは、筐体 51 aの内空間に挿入され，遊星ギア 51 cとリングギア 51 bとが嚙み合っている。孔 51 h から挿入される回転軸 44のサンギア 44 aち遊星ギア 51 cと嚙み合う。

回転軸 44が回転すると、サンギア 44 aとの嚙み合いによって遊星ギア 51 cがそれぞれの支軸 51 eの回りで自転する。また、遊星ギア 51 cはリングギア 51 bとも啮み合っているため、後車軸 221 の回転中心および回転軸 44の回転中心を中心として公転する。これにより、後車軸 221 が回転する。各ギアの歯数ゆ直径は、所望の出力（卜ルクおよび回転数）を得ることができるよう適切な値に調整されている。

本実施形態では遊星歯車構造の減速機を用いるが、他の構造を備え減速機を用いてもよい。遊星歯車構造の減速機を用いる場合には、電動モータ 2 8の回転軸 4 4と同軸上で回転の減速を行ことができ、後輪 2 2およびモータ 2 8の回転軸を同軸上に配置できる _c このため、減速機 5 1 および電動モータ 2 8の一部をアーチ状断面を有するホイル 2 2 2の凹状空間に収納し、いわゆるホイルインの構造を採用することできる。これにより、車輪を有するコンパク卜な駆動ュニッ卜を実現することができる。

次に電動モータ 2 8を説明する。図 6は、電動モータ 2 8の構造を分解して示す斜視図である。図 4および図 6に示すように、電動モータ 2 8は、第 1 ステ一タ 3 1 と、第 1 ロータ 4 0と、可動機構了 2と、上述の回転軸 4 4とを備える。

第 1 ステータ 3 1 は、おおよそリング状に形成されステータョ

—ク 3 3と、ステ一タヨーク 3 3に設けられた嵌合孔に挿入し固定された複数のティース 3 2 (図 4に示す）と、ティース 3 2のそれそれにポビン (インシユレ一タ） 3 4を介して巻回されたコイル 3 3とを含 ¾。また、第 1 ステ一タ 3 1 は、樹脂などにより全体にモ一ルドされ、ケース 2〇 1 に収納されボルトなどにより固定されてし、る。

図 6に示すように、本実施形態では、ティース 3 2を巻回してし、る各コイル 3 3は、破線 R 1 で示す円周上において空間 S 1 を残して配置されている。コイル 3 3が配置されていない空間 S 1 には図 6に示すように第 1 の駆動回路 7 1 が配置されている。また、第 1 ステータ 3 1 はコイル 3 3および第 1 の駆動回路了 1 によって囲まれた空間 3 1 aを有する。

このようにコイル 3 3および第 1 の駆動回路 7 1 を配置することによって、第 1 ステータ 3 1 とほぽ同一平面に第 1 の駆動回路了 1 を配置することができ、後輪 2 2近傍の車幅を小さくすることできる。特に電動モータ 2 8を電動二輪車に用い場合、ケース 2 0 1 の出っ張りを小さくできる。このめ、電動二輪車が転倒してち、ケース 2 0 1が路面などと接触してケース 2 0 1 に収納される電動モータ 2 8などが破損しにくくなる。

第 1 ロータ 4 0は円盤状のヨーク 4 1 およびブラケッ卜 9 8を含。ヨーク 4 1 は外周部分に位置するリング状の平坦部と、その内側に空間 4 1 aを有する凹部とによって構成されている。この空間 4 1 aは減速機 5 1 の一部を収納できる大きさに形成されている。空間 4 1 aの設けられ/ e側と反対の側では、ヨーク 4 1 は空間 4 1 aに対 J する形状を有する凸部が形成される。このような形状は、たとえば、パンチ加工によりリング状に形成された金属板を 2段階絞り加工をすることによって得られる。

ヨーク 4 1 の第 1 ステ一タ 3 1 と対向する面には、交互に異なる極性を備えたマグネッ卜 4 2 (図 4 ) が配置される。ヨーク 4 1 の中心には貫通孔が設けられており、貫通孔にはブラケッ卜 9 8の上部が嵌合している。ブラケッ卜の上部は半径方向に延びだ平坦部を有し、平坦部とヨーク 4 1 とが重なる部分においてボル卜などにより固定されている。ブラケッ卜の下部には外側から軸受 4 5が嵌合もしくは当接している。図 6によく示すように、ブラケットは中心孔を有し、中心孔を規定する側面には、軸方向に延びだ溝（スリツ '卜、あるいは鋸歯） 9 8 bが設けられている。一方、回転軸 4 4にも溝 9 8 bに嚙み合う溝 4 4 bが設けられている。回転軸 4 4は、溝 4 4 bが溝 9 8 bと嚙み合うよにブラケッ卜 9 8の中心孔に揷入される。溝 4 4 bおよび溝 9 8 bがセレ一シヨンで機械的に結合することによって、第 1 ロータ 4 0の回転が回転軸 4 4に伝達される。

図 4に示すように、第 1 ロータ 4 0に挿入された回転軸 4 4は、可動機構 7 2にさらに挿入され、第 1 ロータ 4 0が第 1 ステ一タ 3 1 に対抗し、第 1 の方向 A 1 に離間して保持されるよう、軸受 4 4 でその一端が回転可能に支持される。第 1 ロータ 4 0の第 1 ステータ 3 1 と対向する面に設けられヨーク 4 1 の凸部の一部は、第 1 ステータ 3 1 の空間 3 1 aに挿入されている。つまり、第 1 ロータ 4 0により規定される空間 4 1 aの一部は、第 1 ステータ 3 1 の空間 3 1 aに侵入するよう位置し、回転軸 4 4と垂直な方向から見たときはオーバラップしている。一方、空間 4 1 aにその一部が保持される減速機 5 1 は、第 1 ステ一タ 3 1 の空間 3 1 aにも部分的にオーバラップして位置している。これにより、電動モータ 2 8と減速機 2 1 とを同軸的に配置したときに、これらを配置するのに要する空間の軸方向の長さを短くすることができる。本実施形態のょラに電動二輪車に電動モータ 2 8を用いる場合には、ケース 2〇 1 の出っ張りを小さくできる。このめ、電動二輪車が転倒しても、め, ケース 2 0 1 が路面などと接触してケース 2 0 1 に収納される電動モータ 2 8などが破損しにくくなる。またデザイン的にも優れる。可動機構了 2は、第 1 ロータ 4 0と第 1 ステ一タ 3 1 との相対位置が変化するように第 1 のロータを移動させる。より具体的には、可動機構了 2は、第 1 ロータ 4〇を第 1 の方向 A 1 に沿って移動させることにより、第 1 ロータ 4〇のマグネット 4 2と第 1 ステ一タ 3 1 との間隙 Gを調節する。このめに、可動機構了 2は、可動部材 4了と、回り止め部材 9 9と、調整用モータ 6 0とを含む。

可動部材 4 7は、円筒形状のスライダ 4了 aとスライダ 4了 aの上端部に接続された軸受部 4了 dとを有する。軸受部 4了 dは、軸受 4 5を外側から嵌合して保持する。スライダ 4了 aには回転軸 4 4が挿入される貫通孔が設けられている。スライダ 4了 aの外側面の上部には平面部 4 7 cが形成されている。

軸受部 4 7 dを含む可動部材 4了の先端部は第 1 ロータ 4 0の空間 3 1 aに挿入されている。つまり可動機構了 2の一部は第 1 ロータ 4 0とオーバラップするように空間 3 1 aに挿入されている。このめ、電動モータ 2 8の第 1 の方向 A 1 における長さを短くすることができる。

回り止め部材 9 9は、可動部材 4 7のスライダ 4了 aが挿入される円筒状の孔を有し、孔の内側面には平面部 4了 cと係合する平面部 9 9 cが形成されている。回り止め部材 9 9の下部はフランジ形状を有し、ケース 2〇 1 に固定されている。

回り止め部材 9 9の貫通孔に挿入されたスライダ 4了 aは、その平面部 4了 cが回り止め部材 9 9の平面部 9 9 cに接触して係合するため、第 1 の方向 A 1 には移動可能であるが、回転軸 4 4回りに回転することは妨げられる。

回り止め部材 9 9は、可動部材 4了を第 1 の方向へ移動することを許容し、回転軸 4 4の回りに可動部材 4了が回転することを制限することができれば、上述以外の構造を備えてし、てもよい。たとえばスライダ 4了 aはスライダ 4了 aの軸方向と垂直に矩形の断面を有し、回り止め部材 9 9の孔はその断面に係合する形状であってちよく、他の多角形ゆ円形の一部が欠落した形状の断面および孔であつてちよい。

図 4に示すように、可動部材 4 7のスライダ 4了 aの貫通孔内には、回転軸 4 4を回転可能に支持する含油軸受 1 0 1 および 1 0 2 がスライダ 4了 aの上端部および下端部に設けられている。含油軸受は、玉などの転動体を有する軸受に比べ少ない部材により構成されているため、一般に安価であり、コス卜の低減にも寄与する。これにより、可動部材 4了は回転軸 4 4の回りに回転可能なように支持される。また、スライダ 4了 aの外側面にはネジ 4了 bが設けられている。

調整用モータ了 2は、可動部材 4了を第 1 の方向 A 1 に移動させることにより、第 1 ロータ 4 0を移動させる。調整用モータ了 2は, とえば、ステッピングモータであって、円筒形の第 2ステータ 6 1 および円筒形の第 2ロータ 6 2を含。第 2ステータ 6 1 は、複数のコイル 6 3を有し、第 2ロータ 6 2が挿入される孔を有する。第 2ステ一タ 6 1 は、ケース 2 0 1 に固定されている。コイル 6 3 には調整用モータ了 2を駆動するための第 2の駆動回路 4 8が接続されている。第 2ロータ 6 2は、円筒部 6 5および円筒部 6 5の外側に配設された複数の磁極を有するマグネッ卜 6 4を含。円筒部 6 5には、可動部材 4了のスライダ 4 7 aおよび回転軸 4 4が挿入される貫通孔が設けられている。貫通孔の内側面にはスライダ 4了 aのネジ 4了 bと嚙み合うネジ 6 5 bが設けられている。第 2口一タ 6 2および第 2ステ一タ 6 1 は回転軸 4 4と同軸的に配置される c 図 4に示すように、円筒部 6 5の両端は回り止め部材 9 9およびケース 2 0 1 に固定された軸受 6 6によって回転可能なように支持される。

調整用モータ了 2が駆動されて第 2ロータ 6 2が回転すると、ネジ 6 5 bと嚙み合うネジ 4 7 bによって第 2ロータ 6 2の回転がスライダ 4 7 aに伝達される。しかし、スライダ 4了 aは回り止め部材 9 9によって、その回転が防止されている。このため、第 2口一タ 6 2の回転によって、ネジ 6 5 bがネジ 4了 bをネジのピッチに庙じた割合で第 1 の方向 A 1 へ移動させる。つまり、スライダ 4了 aが第 1 の方向 A 1 へ移動する。その結果、可動部材 4了が第 1 口 —タ 4 0を第 1 の方向 A 1 に沿って移動させ、第 1 ロータ 4 0と第 1 ステータ 3 1 との間隙 <3を変化させる。間隙 Gの調整範囲は、電動モータ 2 8に求められる出力特性に麻じて決定される。とえば. 本実施形態では 1 m mから 1 0 m mの範囲で調節される。

なお、本実施形態では、スライダ 4了 aおよび第 2ロータ 6 2にネジ 4 7 bおよびネジ 6 5 bを設けることによって、第 2のロータ 6 2の回転をスライダ 4 7 aの第 1 の方向 A 1 に沿う移動に変換しているが、他の構造を用いてもよい。たとえば、キューをつけセレ一シヨンのように円筒部 6 5の内側面にらせん状の凹凸部を設け、スライダ 4了 aの外側面にもらせん状の凹凸部を設け、凹凸同士を係合させてもよい。また、円筒部 6 5の内側面およびスライダ 4了 aの外側面の一方にらせん状の溝を設け、他方には溝に係合するピンを配置してもよし、。

つぎに、電動モータ 2 8の動作を説明する。第 1 の制御回路了 1 を用いて第 1 ステ一タ 3 1 のコイル 3 0に電流を流すと、磁界が発生し、発生した磁界と第 1 ステータ 4 0のマグネッ卜 4 2との間に生じる反発力および吸引力によって、通常のモータと同様に第 1 □ ータ 4 0が回転する。第 1 ロータ 4 0の回転は回転軸 4 4に伝達され、減速機 5 1 において回転速度が低下させられ、後車軸 2 2に回転が伝達される。

第 1 ステ一タ 3 1 と第 1 ロータ 4 0との間隙 Gを調整し、電動モータ 2 8の出力特性を変化させるためには、可動機構了 2を用いる c 具体的には、第 2の駆動回路 4 8により、調整用モータ了 2のコィル 6 3を駆動すると、第 2口一タ 6 2が回転する。すると、第 2口 —タ 6 2のネジ 6 5 bとスライダ 4了 aのネジ 4了 bが嚙み合し、、可動部材 4了が第 1 の方向 A 1 と平行に移動する。とえば、矢印のように図面の上方へ移動する。これにより、軸受 4 5を介して第 1 ロータ 4 0を押し上げ、第 1 ロータ 4 0が上方へ移動する。その結果、間隙 Gは大きくなる。軸受 4 5を介して第 1 ロータ 4 0と可動部材 4了とが接合されているめ、第 1 ロータ 4 0が回転していても間隙 Gを調整できる。ま、逆に第 1 ロータ 4〇の回転が停止していても間隙 Gを変化させることができる。上述とは逆の方向に調整用モータ 7 2の第 2ロータ 6 2を回転させると、可動部材 4了は第 1 の方向 A 1 と平行であって図面の下方へ移動する。これにともなって、軸受 4 5を介して第 1 ロータ 4 0 が引き下げられ、第 1 ロータ 4 0が下方へ移動する。その結果、間隙 Gは小さくなる。第 1 ロータ 4 0が第 1 ステ一タ 3 1 へ近づくように移動させる揚合ち、第 1 ロータ 4〇は回転していても停止してし、ちょし、。

図 7および図 8は電動モータ 2 8の出力特性を模式的に示すグラフである。図了は電動モータ 2 8の回転数に対する卜ルクを示し、図 8は、回転速度に対する出力を示している。第 1 ロータ 4〇と第 1 ステータ 3 1 との間隙 Gが小さい場合、第 1 ロータ 4 0のマグネッ卜 4 2により多くの磁束が第 1 ステ一タ 3 1 のコイルに鎖交する < このため、図 7中 T 1 で示すように強い卜ルクが発生し、まだ、図 8中 P 1で示すように低回転数で大きな出力が得られる。しかし、間隙 Gが小さい場合には、第 1 のステータ 3 1 のコイルに大きな誘起電圧が発生するため回転速度を上げることはできない。

一方、第 1 ロータ 4 0と第 1 ステータ 3 1 との間隙 Gが大きい場合、第 1 ロータ 4 0のマグネッ卜 4 2による第 1 ステ一タ 3 1 のコィルに鎖交する磁束は少ない。このだめ、図 7中 T 2で示すよろに小さし、トルクしか発生しない。しかし、間隙 <3が小さい場合には、第 1 のステータ 3 1 のコイルに発生する誘起電圧は小さく、回転速度を上げることができる。また、図 8中、 P 2で示すように高い回転数で大きな出力が得られる。しがって、従来の電動モータのように、ステ一タとロータとの間隙が固定されていたり、製品として出荷する前にのみ間隙を調整することができる場合には、上述いずれか一方の特性を得ることしかできない。

これに対して本発明によれば、可動機構によって電動モータの回転中に間隙 Gを連続的に変化させることができるため、図 7の T 3 および図 8の P 3で示すように、回転数に^じて連続的に卜ルクぉよび出力を変化させ、かつ、高回転数まで電動モータ 2 8を駆動することが可能となる。

しがって、電動モータ 2 8の出力特性を変化させることにより、電動二輪車 1 は、始動時あるいは登坂時などでは大きな卜ルクで後車輪 2 2を回転させ、 ∑Pらな道などを定常状態で走行する場合にはモータの回転数を上げ、電動二輪車を速い速度で運転することが U 能となる。

特に本実施形態では第 1 ロータ 4 0のマグネット 4 2と第 1 ステータ 3 1 のティースとに働く吸引力の方向に間隙 Gが設定されてし、るため、第 1 ロータ 4 0が第 1 ステ一タ 3 1 と近接している領域ではわずかな間隙の変化によって大きく磁束量が変化する。このため，間隙 Gをわずかに変化させることによって、大きく出力特性が変化する。

一方、本実施形態によれば、調整用モータの回転をネジによって可動部材の第 1 の方向への移動に変換している。可動部材の移動量はネジのピッチにより決定し、調整用モータの回転によって正確に可動部材の移動を制御できる。ま、ネジのピッチにより可動部材の移動量を容易に調整することが可能である。しがって、間隙 G の磁束量が大きく変化する領域においてち調整用モータを用いて正確に出力特性を制御することができる。また、間隙 Gを大きくとる必要がないめ、電動モータの軸方向の厚さを小さくすることがでさる。

こうした理由から、本発明の電動モータは、第 1 ロータ 4 0の回転軸方向である第 1 の方向 A 1 に第 1 ロータ 4 0のマグネッ卜と第 1 のステータ 3 1 のティースが対向し、間隙 Gが設けられアキシャルギャップ構造を採用し、第 1 ロータ 4 0を回転軸方向に移動させて出力特性を調整することが好ましい。電動モータには、ロータとステ一タのティースが半径方向に対向するラジアルギャップ構造のものも存在するが、この場合、出力特性を変化させるためにロータを半径方向に移動させるめには複雑な構造が必要であっり、移動させるための構造が大掛かりになってしまうからである。また、ラジアルギヤップ構造の電動モータにおいて回転軸方向にロータを移動させることにより、出力特性を変化させることも可能であるが, この場合の磁束量の変化はロータのマグネッ卜がステ一夕のティースと重なる面積に比例する。このめ、出力特性を調整するめに，ロータを回転軸方向に大きく移動させる必要があり、電動モータの軸方向の外形が大きくなつてしまう。

以上、図面を参照して詳しく説明したように、本実施形態によれば、調整用モータによって、第 1 のロータを移動させて第 1 ロータと第 1 ステ一夕との間隙を調節し、磁束量を変化させることによつて、電動モータの出力特性を調整することができる。ま、第 1 ロータと電動モータの回転軸とはセレーシヨンのよろな歯の嚙み合わせにより結合しているだめ、第 1 ロータによる大きな回転力を確実に回転軸に伝達することができ、かつ、第 1 のロータのみを回転軸に対して摺動させることができる。回転軸の位置は第 1 ロータを移動させてち変化しないので、ケース等に確実に回転軸を固定し、安定して第 1 ロータを回転させることができる。

また、回転軸と同軸上に車輪などが接続された駆動軸を配置することが可能であり、駆動軸の位置は第 1 ロータを移動させても変化しない。このめ、第 1 ロータを移動させても車輪の位置が変位することがない。

また、第 1 のロータの回転軸と同軸上に可動機構を配置しているため、マグネッ卜の吸引力により発生する第 1 ロータと第 1 ステータとの間に生じる力の方向と可動部材の移動方向とをおおよそ一致させることができる。この^め、可動機構に大きな偏荷重がかかることなく可動部材を安定して移動させることができる。その結果、可動機構の構成を簡単なものにすることが可能となる。また、摩擦力などによるエネルギの損失ち低減されるため、調整用モータは出力が小さい小型のものでよい。よって、電動モータ全体を小型で軽量なものにすることができる。ま、調整用モータのエネルギ効率が高くなるめ、電動モータをバッテリで駆動する場合にはバッテりの容量を小さくすることができる。

また、減速機と可動機構とは回転軸の方向において第 1 ロータおよび第 1 ステータを挟んで配置される。このめ、これらを同じ側に配置することによる構造の複雑化を防止し、形状の自由度を大きくすることができる。また、第 1 ステ一タの空間に両側から減速機および可動機構の一部がそれぞれ侵入するよう位置し、第 1 ステータの空間とオーバラップさせることができるため、回転軸方向の厚みを小さくしコンパク卜な電動モータを実現することができる。また、本実施形態のように、電動車両のホイルインモータなどに本発明を適用する場合、重量の大きい回転電機の重心がおおよそ車軸上に位置するめ、重量の偏りがなく、直進時ゆ旋回時の安定性が向上する。

また、回転軸が可動機構である可動部材および調整用モータを貫通しているため、回転軸を電動モータを収納するケースゆ電動二輪車におけるアームなど安定した部材に支持させることができる。回転軸が貫通しない場合、回転軸の一端は可動機構の可動部材などで支持しなければならない。しかし、可動部材は移動可能な構造を有してし、るので、その支持は不安定となり、回転軸のがたつきが生じる可能性がある。また、振動ゆ騒音の発生、ならびに、これに伴ろ摩擦などによる回転エネルギの損失や金属疲労などの問題が生じ得る。これを防止するめには、可動部材ゃ可動部材を支持する構造の強度をより高める必要があり、重量の増大などを招く可能性がある。

また、可動部材は、含油軸受を介して貫通する回転軸によって支持される。このため、第 1 ステ一夕のティースが一部欠落してし、ることによって第 1 ロータが傾くように第 1 ステ一夕から力を受ける場合であってち、第 1 ロータおよび可動部材の傾きを回転軸によつて抑制することができる。その結果、可動部材と第 1 ロータとの間で大きな摩擦が生じることなく安定して可動部材が回転軸方向に移動し、第 1 ロータを移動させることができる。また、摩擦によるェネルギのロスを小さくし、電動モータのエネルギ効率を高めることができる。電動モータをバッテリで駆動する場合にはバッテリの容量を小さくすることができ、重量ち軽くなるので、車両全体の自重が小さぐなり、走行距離を延ばすことちでぎる。

また、可動部材が第 1 ロータと第 1 ステ一夕との間に生じる吸引力に抗して押圧する側において第 1 ロータと接触するよう配置されているため、可動部材と第 1 ロータとの間には押し合ろ力が発生する。このため、これらの間に軸受を設ける場合には、可動部材と第 1 ロータとの間に引っ張り力が発生している揚合に比べて可動機構の構造を簡単なものにすることができ、機構の小型化、部品数の低減およびコストの低減に効果がある。また、可動機構をケースゅ電動二輪車におけるアームなどに固定する場合ち、簡単な構造を採用することができる。

また、可動部材と第 1 ロータとの間に軸受を用いることにより、可動部材と第 1 ロータとの間に傾きが生じている場合でも軸受内部の隙間などによって傾きを吸収あるいは低減することができる。このため、回転軸と第 1 ロータとの間でこじりゅ摺動抵抗を低減することができ、振動および騒音の発生を防止するととちに調整用モータに出力が小さく小型のものを用いることができ、低消費電力で可動部材を駆動することができる。

なお、本実施形態において、電動二輪車は減速機を備え、電動モ一夕の回転を減速して後車軸に伝達していが、減速機に変えて回転を加速あるいは回転数を増大させる変速機を設けてもよい。ま、回転速度を変化させることのできる可変変速機を設けてもよい。減速機などに加えて、あるいは、減速機に換えて、ワンウェイクラッチなどその他の機械的要素を電動二輪車は備えていてちよい。

まだ、可動部材と軸受および軸受と第 1 ロータとは完全に接続されていなくてもよい。可動部材が第 1 ロータを第 1 ステ一夕から離間させる場合には、可動部材が第 1 ステ一夕と第 1 ロータとの吸引力に抗して第 1 ロータを押すめ、これらの接続がなされていなくてち確実に第 1 ロータは移動できる。また、第 1 ロータを第 1 ステ一夕に接近させる場合には、可動部材を移動させることにより、第 1 ステ一夕と第 1 ロータとの吸引力によって第 1 ロータが可動部材に当接するまで移動するため、これらの接続がなされていなくてち確実に第 1 ロータを移動させることができる。なお、この吸引力に抗して第 1 口一タを引っ張るように可動機構を配置する場合でも可動部材と第 1 ロータを当接させて第 1 ロータを引っ張ることができる。この場合には、吸引方向に第 1 ロータを移動させるために吸引力を利用することができる。

(第 2の実施形態）

図 9は、本発明による回転電機および電動車両の第 2の実施形態の主要部を示している。本実施形態の回転電機である電動モータでは、回転軸が第 1 ロータに固定されている点で第 1 の実施形態とは異なっている。その他の構造は第 1 の実施形態と同じであるため、同じ参照符号を付し、重複を避けるだめ同じ構造の説明を省略する, 本実施形態では、回転軸 440はブラケッ卜を含んで一体的に形成されており、ブラケッ卜が第 1 ロータ 40に固定されている。回転軸 440の一端には軸受 204に換えて含油軸受 2040が設けられ、回転軸 440の一端をケース 201 に対して軸方向に摺動可能なよに支持している。また、減速機には含油軸受 2050が設けられ、回転軸 44〇の他端を後車軸 221 に対して軸方向に摺動可能なょラに支持している。

調整用モータの第 2口一タ 62の回転によって、可動部材 47が第 1 の方向と平行に移動すると、第 1 ロータ 40および回転軸 44 〇が一体的に移動する。これにより、第 1 の実施形態と同様、第 1 ステータ 31 と第 1 ロータ 40との間隙を調節することができる。このとき、回転軸 440のサンギア 44 aは第 1 の方向と平行に移動し、遊星ギア 51 cに対して摺動する。

本実施形態によれば第 1 ロータ 40と回転軸 44〇とが固定されているため、回転軸 440と第 1 ロータ 40との間に回転軸を摺動させるための隙閭を設ける必要がなく、回転軸 440と第 1 ロータ 40とは、がたつきなく一体的に回転する。このめ、第 1 ロータ 40を安定して回転させることが可能となる。また、回転軸 440 の変位は減速機において吸収されるため、駆動軸である後車軸 22 1 が変位し、タイヤ位置が変位することによる不快な走行フィ一リングが生じることを防止することができる。

(第 3の実施形態）図 1 〇は、本発明による回転電機および電動車両の第 3の実施形態の主要部を示している。本実施形態は減速機 51を備えていない点で第 2の実施形態とは異なっている。具体的には、回転軸 440 〇は、一体的に形成されたのブラケッ卜を含み、ブラケッ卜は第 1 ロータ 40に固定されている。

後車軸 221 0は、回転軸 4400の端部を同軸的に内包する空間を有し、空間を規定する側面と回転軸 4400の外側面とは、セレ一シヨンによって結合している。調整用モータの第 2ロータ 62 の回転によって、可動部材 4了が第 1の方向と平行に移動すると、第 1 ロータ 40および回転軸 4400がー体的に移動する。これにより、第 1の実施形態と同様、第 1ステ一タ 31 と第 1 ロータ 40 との間隙を調節することができる。この際、回転軸 4400と後車軸 221 0とはセレーシヨン結合により、回転軸 4400の第 1の方向への移動を許容しつつ、回転軸 4400の回転を後車軸 221 0へ伝達する。

本実施形態によれぱ、減速機を用いないため、駆動機構の外形をより小さくすることができる。また、第 2の実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、上記実施形態において示した回転電機の形伏は一例であり. 回転電機のロータをステータに対して軸方向において相対的に移動させることにより、磁束量を変化させ、出力特性を調整できるような形状を回転電機が備えておればよい。また、上記実施形態では、ロータ側にマグネッ卜を配置しているが、ステ一タ側にマグネットを配置し、ロータ側にコイルを配置した回転電機にも本発明を適用することができる。

また、上記実施形態では回転電機としてモータを例示しているが, 本発明は発電機であってちよぐ、電動車両における駆動モータであつて、回生ブレーキのように発電機およびモータとして用いられちのであってちよい。

さらに、上記実施形態では電動二輪車を例示しているが、三輪以上の電動車両にち本発明を適用することができる。ま、電動二輪車の前輪を駆動輪としてもよく、前輪および後輪を電動モータによつて駆動してもよい。あるいは、電動二輪車を含電動車両において、本発明の回転電機に加えて、他の駆動装置、たとえはエンジンなどの内燃機関を合わせて備えていてもよい。産業上の利用可能性

本発明によれば、可動機構によってロータとステ一タとの回転軸方向の相対位置を調整することができるめ、出力特性を調整することのできる回転電機が実現する。

この回転電機は種の電動車両に好適に用いることができ、特に電動二輪車に好適に用いることができる。

Claims

請求の範囲

1 . 第 1 の方向に延びる回転軸と、

前記回転軸と結合し、前記回転軸ととちに回転する第 1 ロータと、前記第 1 ロータと対向するように配置された第 1 ステ一タと、前記第 1 ロータと前記第 1 ステ一夕との相対位置が変化するように前記第 1 ロータを移動させる可動機構と、

を備える回転電機。

2. 前記第 1 ステータは前記第 1 ロータに対して前記第 1 の方向に離間して対向しており、

前記可動機構は、前記第 1 ロータを第 1 の方向に移動させることによって前記第 1 ロータと前記第 1 ステ一夕との間隙を調節する請求項 1 に記載の回転電機。 3. 前記可動機構は可動部材を含み、前記可動部材が前記第 1 ロータを前記第 1 の方向に沿って押すことにより、前記第 1 ステ一タから離間するように前記第 1 口一タを移動させる請求項 2に記載の回転電機。 4. 前記可動部材は、貫通孔を有する円筒形伏を備え、前記回転軸が前記貫通孔に挿入されている請求項 3に記載の回転電機。

5. 前記可動機構は、前記可動部材が前記第 1 ロータととちに回転するのを防止するように前記可動部材と係合する回り止め部材をさらに含請求項 4に記載の回転電機。 6 . 前記可動機構は、軸受をさらに含み、前記可動部材と前記第 1 ロータとは前記軸受を介して接触している請求項 5に記載の回転電機。了. 前記可動機構は、前記可動部材と前記回転軸との間に設けられた軸受をさらに有する請求項 5に記載の回転電機。

8. 前記軸受は、少なくとち前記可動部材の貫通孔の両端近傍に設けられている請求項了に記載の回転電機。 9. 前記可動機構は調整用モータを含み、前記調整用モータの回転を前記第 1 の方向の変位に変換し、前記第 1 ロータを前記第 1 の方向に移動させることにより、前記第 1 ロータと前記第 1 ステータとの間隙を調節する請求項 2に記載の回転電機。 1 0. 前記調整用モータは、貫通孔を有する第 2ロータを含み. 前記第 2ロータの貫通孔に前記回転軸が挿入され、前記回転軸回りに前記第 2ロータが回転する請求項 9に記載の回転電機。

1 1 . 前記可動機構は調整用モータをさらに含み、前記調整用モータは、前記回転軸および前記可動部材が挿入される貫通孔を設けた第 2ロータを備え、

前記貫通孔を規定する側面にはネジが設けられており、

前記可動部材の外側面には、前記第 2ロータの内側面のネジに嚙み合うネジが設けられている請求項 5に記載の回転電機。

1 2. 前記回転軸は前記調整用モータの第 2ロータを貫通し、端部が軸受により固定されている請求項 1 1 に記載の回転電機。

1 3. 前記回転軸と前記第 1 ロータとはセレーシヨンにより結合し、前記第 1 口一タは前記回転軸に対して前記第 1 の方向に沿つて摺動可能である請求項 2に記載の回転電機。

1 4. 前記第 1 ステータは前記回転軸近傍に設けられた空間を有し、前記可動部材の少なくとち一部が前記空間内に位置している請求項 5に記載の回転電機。

1 5. 前記第 1 ロータは前記回転軸近傍において軸方向にくぽんだ凹部を有するプレート形状を備えている請求項 2に記載の回転

1 6. 前記回転軸と同軸上に配置された駆動軸と、

前記回転軸の回転速度を変換して前記駆動軸へ伝達する変速機と、をさらに備え、前記変速機の少なくとち一部は前記第 1 ロータの凹部に挿入されている請求項 1 5に記載の回転電機。

1 7. 前記変速機は減速機であって、前記減速機は、前記回転軸に設けられたサンギアと、

リングギアと、

前記駆動軸に固定された回転軸の周りに回転し、前記サンギアおよびリングギアと嚙み合うことによって前記駆動軸を中心に公転する遊星ギアと、

を含請求項 1 6に記載の回転電機。

1 8 . 前記変速機および前記可動機構は前記第 1 ロータをはさ ¾ように配置されている請求項 1 6に記載の回転電機。

1 9 . 前記第 1 ステ一タに磁界を発生させるめの駆動回路をさ 'つ用ス、

前記第 1 ステ一タは円周上において空間を残して配置された複数のコイルを含み、前記円周上の前記空間に前記駆動回路が配置されている請求項了に記載の回転電機。

2 0. 前記回転軸と前記第 1 ロータは前記可動部材によって一体的に移動する請求項 1 1 に記載の回転電機。

2 1 . 前記回転軸と同軸上に配置された駆動軸をさらに備え、前記回転軸と前記駆動軸とはセレーシヨンにより結合し、前記回転軸は前記駆動軸に対して前記第 1 の方向に沿って摺動可能である請求項 2〇に記載の回転電機。

2 2. 請求項 1 から 2 1 のいずれかに規定される回転電機と、前記回転電機により駆動される車輪と、

を備える電動車両。

2 3 . 請求項 1 から 2 1 のいずれかに規定される回転電機と、前記回転電機により駆動される車輪と、

を備える二輪車。

2 4. 請求項 1 から 2 1 のいずれかに規定される回転電機と、前記回転電機により駆動される車輪と、

を備える電動車両ュニッ卜。