WO2005008865A1

WO2005008865A1 - 回転電機及びこの回転電機を備えた電動車両

Info

Publication number: WO2005008865A1
Application number: PCT/JP2004/007603
Authority: WO
Inventors: Shinya Naitou; Haruyoshi Hino; Keiko Murota; Hiroyuki Ishihara
Original assignee: Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha
Priority date: 2003-07-18
Filing date: 2004-06-02
Publication date: 2005-01-27
Also published as: JPWO2005008865A1; EP1653595A1; CN1816959A; EP1653595A4; US20080106162A1; CN100499322C; US20060181172A1; TWI275241B; US7342342B2; TW200522499A

Abstract

　回転電機（７）は、ハウジング（１１）に回転自在に支持された回転軸（１２）と、回転軸（１２）に連結されたロータ（１３）と、ハウジング（１１）に固定されてロータ（１３）に対向するステータ（１４）と、回転軸（１２）とロータ（１３）との間で伝達される伝達トルク（Ｔ）の一部を駆動力として、ロータ（１３）を回転軸（１２）の軸方向に移動させるロータ位置可変機構（１５）とを備えている。ロータ位置可変機構（１５）は、ロータ（１３）をステータ（１４）に対して接近又は離反させることにより、ロータ（１３）とステータ（１４）との間の界磁の強さを制御する。

Description

明細書

回転電機及びこの回転電機を備えた電動車両

技術分野

[0001] 本発明は、回転電機及びこの回転電機を備えた電動車両に関する。

背景技術

[0002] 従来より、ロータと、このロータに取り付けられた回転軸と、ステータとを備え、ロータとステータとの間に確立される界磁の強さをロータの回転数に応じて制御する回転電機が知られている。この種の回転電機では、上記界磁の強さを制御することによって、回転電機の特性 (例えば、回転軸の回転数と出力トルクとの関係など）を調整することができる。

[0003] このような回転電機として、例えば特開平 11一 122886号公報（以下、特許文献 1という）に開示された回転電機が知られている。この回転電機は、静止側部材であって回転電機の外殻を構成するハウジングと、このハウジングに対して軸心回りに回転可能かつ軸方向に移動不能に支持される回転軸と、この回転軸と互いに連動連結されて上記軸心回りに回転可能なロータと、このロータに対向するよう上記ハウジングに支持されるステータと、上記回転軸の先端に結合された遠心ガバナとを備えてレ、る。上記ステータを構成するヨークには、回転軸の軸方向に平行（以下、単に軸方向ともいう）に延びる複数の収容孔が形成され、各収容孔には、回転軸の軸方向に延びる補助ヨークが揷入されている。各補助ヨークは上記遠心ガバナに接続されており、この遠心ガバナによって軸方向に移動させられる。すなわち、各収容孔に対する補助ヨークの揷入量は、回転軸の回転速度によって変化する。そのため、回転軸の回転速度に応じてヨークの磁気抵抗が変化し、ロータとステータとの間に確立される界磁の強弱が調整される。

[0004] 上記回転電機が電動機として作動するときには、上記ステータに電流が供給され、ロータが回転する。そして、ロータの回転に伴って、回転軸に出力トノレクが発生する。上記回転電機では、回転軸を高速回転させると、上記遠心ガバナの作用によって上記界磁が弱められる。その結果、単位電流当たりの出力トノレク（すなわち、上記ステータを流れる単位電流当りに発生する上記回転軸の出力トルク）は、小さくなる。このように、上記界磁を弱めることにより、回転軸を低トルクの状態で高速回転させることが可能となる。

[0005] 逆に、上記回転軸を低速回転させると、回転軸に連動する上記遠心ガバナの作用により、上記界磁は強められる。その結果、単位電流当たりの出力トノレクは大きくなる。このように、上記界磁を強めることにより、回転軸を高トノレクの状態で低速回転させること力 s可肯となる。

[0006] すなわち、上記回転電機によれば、電動機として作動する際に、回転軸の出力トルクが小さいときには回転数が高くなり、逆に、回転数が低いときには出力トノレクが大きくなるというトルク特性が得られる。

[0007] 特開平 3—215154号公報（以下、特許文献 2という）には、ロータをステータに接近または離反させることにより、ロータとステータとの間の界磁の強弱を調整する回転電機が開示されている。この回転電機は、静止側部材と、静止側部材に対して軸心回りに回転可能に支持される回転軸と、この回転軸に連結されて上記軸心回りに回転するロータと、このロータに対向するよう上記静止側部材に支持されるステータと、口一タがステータから離反する方向に回転軸を付勢するばねと、上記ステータに対して電気的に直列に接続された電磁石とを備えている。回転軸は磁性材料により構成されている。この回転電機では、上記電磁石に電流が供給されると、上記電磁石が回転軸を軸方向に吸引する。電磁石の吸引力が上記ばねの付勢力よりも大きいと、口一タはステータに接近する。逆に、電磁石の吸引力が上記ばねの付勢力よりも小さいと、ロータはステータから離反する。このように、上記電磁石及びばねは、回転軸を軸方向に移動させるァクチユエータを構成してレ、る。

[0008] 上記回転電機が電動機として作動するときには、上記ステータ及び電磁石に電流が供給され、ロータが回転する。上記回転軸の負荷が小さいときには、上記ステータに供給される電流は小さい。このため、上記電磁石に供給される電流も小さくなり、電磁石の電磁力は小さくなる。したがって、電磁石が回転軸を引きつける力は、上記ばねの付勢力よりも小さくなり、ロータはステータから離れた状態となる。その結果、ロータとステータとの間のギャップ寸法が大きくなり、上記界磁は弱いままに保たれる。 [0009] 一方、上記回転軸に与えられる負荷が大きくなると、上記ステータに供給される電流は大きくなる。このため、上記電磁石に供給される電流も大きくなり、電磁石による吸引力は上記ばねの付勢力よりも大きくなる。すると、この電磁石による吸引力により、上記回転軸はロータがステータに接近する方向に移動する。その結果、上記ロータとステータとの間のギャップ寸法が小さくなり、上記界磁は強くなる。

[0010] したがって、上記特許文献 2に開示された回転電機によっても、上記特許文献 1に開示された回転電機と同様のトノレク特性が得られる。すなわち、上記特許文献 2に開示された回転電機によっても、電動機として作動するときには、回転軸の出力トルクが小さいときには回転数が高くなり、逆に、回転数が低いときには出力トノレクが大きくなるというトルク特性が得られる。

[0011] ところで、上記特許文献 1に開示された回転電機では、前述のトルク特性を得るために、回転軸に取り付けられた遠心ガバナが必要である。しかし、遠心ガバナは、重りを用いて遠心力を発生させるものであるため、重りをロータの径方向に移動させる何らかの構成を必要とする。ところが、重りの移動経路を確保するためには、ロータの径方向にある程度の大きさを確保しなければならない。そのため、遠心ガバナを用いる上記回転電機では、外形寸法が必然的に大きくなつてしまうという課題があった。また、遠心ガバナに加えて前述の収容孔ゃ補助ヨーク等が必要であるため、回転電機の構成が複雑になるという問題点もあった。

[0012] 上記特許文献 2に開示された回転電機では、回転軸の軸方向の外方に、前述のァクチユエータを設ける必要があった。そのため、ァクチユエータが必要な分だけ、回転電機の軸方向長さが長くなり、回転電機の大形化が避けられなかった。したがって、回転電機の設置空間として、大きな空間が必要であった。

特許文献 1 :特開平 11 - 122886号公報

特許文献 2：特開平 3 - 215154号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0013] 本発明は、上記のような事情に注目してなされたものであり、その目的は、ロータをその軸方向に移動させてこのロータをステータに接近もしくは離反させることにより、これらロータとステータとの間に確立される界磁の強さを制御可能な回転電機において、外形寸法を小形化し、かつ、構成を簡単化することである。

[0014] また、本発明の他の目的は、回転電機において、外形寸法の大形化や構成の複雑化を招くことなぐロータを回転軸の軸方向に移動させることを可能にすることである。課題を解決するための手段

[0015] 本発明に係る回転電機は、基底部材と、前記基底部材に固定されたステータと、前記基底部材に回転自在に支持された回転軸と、前記回転軸に連結されて前記ステータに対向し、前記回転軸との間でトルクを伝達し合うロータと、前記回転軸と前記口ータとの間の伝達トルクの大きさに応じ、前記回転軸の軸方向に沿って前記ロータを前記ステータに対して接近又は離反させるロータ位置可変機構と、を備えたものである。

[0016] 上記回転電機では、電動機として作動する際には、ロータから回転軸に対してトノレクが伝達され、回転軸が駆動される。一方、上記回転電機が発電機として作動する際には、回転軸からロータに対してトルクが伝達され、ロータが駆動される。このように、回転電機の作動時には、回転軸とロータとの間においてトルクの伝達が行われる。なお、上記回転電機は、電動機及び発電機として作動するものに限らず、電動機としてのみ作動するものであってもよぐ発電機としてのみ作動するものであってもよい。

[0017] 上記回転電機では、上記ロータ位置可変機構を備えているので、回転軸とロータとの間の伝達トルクの大きさに応じて、ロータがステータに接近又は離反する。ここで、ロータとステータとの間に確立される界磁は、ロータがステータに接近すると強くなり、逆に、ロータがステータから離反すると弱くなる。そのため、上記回転電機では、回転軸とロータとの間の伝達トルクの大きさに応じて、上記界磁の強弱が制御される。そして、上記界磁が制御されることによって、回転軸の回転速度とトルクとの関係、すなわちトルク特性が変化する。その結果、上記界磁を適宜に制御することによって、回転電機のトノレク特性を所望の特性にすることが可能となる。例えば、回転電機を電動機として作動させるときに、回転速度が低いときには出力トルクが大きくなり、回転速度が高いときには出力トノレクが小さくなるようなトルク特性を実現することができる。そのため、例えば回転電機を幅広レ、作動領域で作動させることができる。 [0018] 上記回転電機によれば、前記特許文献 1の回転電機と異なり、外形寸法が大きくかつ構造の複雑な遠心ガバナは不要である。そのため、回転電機の外形寸法の小形化を図ることができる。また、回転電機の構成を簡単にすることができる。この回転電機を電動車両に適用することにより、電動車両の小形化や構成の簡素化が達成される。

[0019] また、上記回転電機によれば、前記特許文献 2の回転電機と異なり、回転軸を軸方向に吸引する電磁石を別途設ける必要はなレ、。したがって、回転電機の外形寸法の小形化及び構成の簡単化を図ることができる。また、前記特許文献 2の回転電機では、ステータと電磁石とが直列に接続されていたため、ステータに供給される電流の値と電磁石に供給される電流の値とは、互いに比例する。そのため、回転電機のトルク特性の調整幅は、狭く制限されていた。これに対し、上記回転電機によれば、ステータに供給される電流の値にかかわりなぐトルク特性を調整することができる。したがって、設計の自由度が向上する。

[0020] 前記ロータ位置可変機構は、前記回転軸と前記ロータとの間で伝達される伝達トルクから、前記ロータを前記回転軸の軸方向に移動させる分力を発生させる分力発生機構を備えてレ、ることが好ましレ、。

[0021] このことにより、上記伝達トルクから分力が発生し、ロータは当該分力を受けて回転軸の軸方向に移動する。そのため、前記界磁の制御は、伝達トルクの分力によって行われる。したがって、ロータを移動させるために電磁石を用いる前記特許文献 2の回転電機と異なり、電気的な損失は小さく抑制される。また、前記特許文献 2の回転電機では、ロータを移動させるための外力は、回転軸に作用していた。つまり、移動のための外力は、回転軸を介して、ロータに間接的に作用していた。これに対し、上記回転電機によれば、上記分力はロータに対して直接的に作用する。したがって、口ータを移動させる際に、機械的又は電気的に大きな損失が生じることを防止することができる。

[0022] 本発明に係る他の回転電機は、基底部材と、前記基底部材に固定されたステータと、前記基底部材に回転自在に支持された回転軸と、前記回転軸に連結されて前記ステータに対向し、前記回転軸との間でトルクを伝達し合うロータと、前記回転軸と前記ロータとの間で伝達される伝達トルクの一部を駆動力として、前記ロータを前記ステータに対して接近又は離反させるロータ位置可変機構と、を備えたものである。

[0023] 上記回転電機においても、ロータは伝達トルクの分力によって移動し、ステータに対して接近又は離反する。したがって、前述の作用効果を得ることができる。

[0024] 前記ロータ位置可変機構は、前記ロータから前記回転軸に伝達される伝達トルクが増加すると、前記ロータを前記ステータに接近させるものであってもよい。

[0025] このことにより、上記回転電機が電動機として作動する際に、ロータから回転軸に伝達されるトノレクが増加すると、ロータはステータに接近し、ロータとステータとの間の界磁は強くなる。そのため、回転軸の負荷が大きいときに、回転軸の出力トルクを大きくすること力 Sできる。これにより、例えば、この回転電機が電動車両の走行用駆動源として用いられる場合には、電動車両の発進時又は加速時の出力トルクを大きくすることができ、発進又は加速を迅速化することができる。

[0026] 前記ロータ位置可変機構は、前記ロータから前記回転軸に伝達される伝達トルクが減少すると、前記ロータを前記ステータから離反させるものであってもよい。

[0027] このことにより、上記回転電機が電動機として作動する際に、ロータから回転軸に伝達されるトノレクが減少すると、ロータはステータから離反し、ロータとステータとの間の界磁は弱くなる。そのため、回転軸の負荷が小さいときに、回転軸を高速回転させること力 Sできる。これにより、例えば、この回転電機を電動車両に適用すれば、出力トルクの小さな低トルク状態での走行を、より高速化することができる。

[0028] 前記ロータ位置可変機構は、前記回転軸から前記ロータに伝達される伝達トルクが増加すると、前記ロータを前記ステータから離反させるものであってもよい。

[0029] このことにより、上記回転電機が発電機として作動する際に、回転軸からロータに伝達されるトノレクが増加すると、ロータはステータから離反し、ロータとステータとの間の界磁は弱くなる。そのため、上記回転電機による過充電は防止される。また、上記回転電機が回生制動を行う際に、過制動が防止される。

[0030] 更に、ロータが所望の位置に移動したときに、ロータ位置可変機構がロータをステータから離反させようとする力と、ロータとステータとの間に生じる吸引磁力とを互いに釣り合わせることとすれば、回転軸の回転速度にかかわらずロータを所望の位置に位置づけることができる。つまり、回転電機による発電電圧をほぼ一定にさせることができる。このように、ロータをステータから離反させようとする力を調整することにより、回転電機の発電特性（回生制動を行う際には制動特性)を自由に設定することができる。発電電圧を 2次電池に充電する場合には、昇圧回路や降圧回路などの発電回路を簡略化することができる。また、回転電機の特性を、充電に適した特性に調整すること力 S可肯となる。

[0031] 前記ロータ位置可変機構は、前記ロータを前記ステータに対して接近又は離反する方向に付勢するばねを備えてレ、ることが好ましレ、。

[0032] このことにより、ロータとステータとの接近及び離反の程度は、ばねの特性を調整することによって自由に設定することができる。そのため、ばねの特性を調整することによって、回転電機のトノレク特性を調整することができる。ばねの特性を調整することは容易であるため、回転電機のトルク特性を容易に調整することが可能となる。また、ばねは構成が簡単な部材であるので、トルク特性の調整は簡単な構成によって実現される。

[0033] 前記ばねは、前記ロータを前記ステータに対して接近する方向に付勢する第 1のばね部材と、前記ロータを前記ステータから離反する方向に付勢する第 2のばね部材と、を備えていることが好ましい。

[0034] このことにより、回転軸のトノレクが出力トルク及び入力トルクのいずれの場合であつても（言い換えると、回転電機が電動機として作動する場合であっても、あるいは発電機として作動する場合であっても）、上記両ばね部材によって、それぞれ所望の界磁制御が促進され、回転電機の適用範囲が拡大される。

[0035] 前記ばねは、非線形特性を有していることが好ましい。

[0036] このように非線形特性を有するばねを用いることにより、ロータの移動特性を適宜調整すること力 Sできる。そのため、上記伝達トルクの大きさに応じて、ロータのステータに対する接近もしくは離反位置を任意に定めることができ、所望のトノレク特性を得ることができる。例えば、ロータとステータとの間に生じる非線形な吸引磁力を補正して、口ータに対して線形な力を作用させることもできる。

[0037] 前記ばねは、特性の異なる複数のばね部材が互いに接続されて構成されていることが好ましい。

[0038] 例えば、複数のばね部材の一部に、線形な特性を有する構成が簡単なばね部材を用い、他の部分に他の特性を有するばね部材を用いることによって、ばねの全体の特性を所望の特性、例えば非線形な特性にすることができる。このように、構成が簡単なばね部材を用いることにより、回転電機の構成をより簡単にすることができる。

[0039] 前記分力発生機構は、前記回転軸と前記ロータとが前記回転軸の軸心回りに螺旋状に相対移動可能となるようにする螺旋構造を備えていることが好ましい。

[0040] このことにより、螺旋構造という機械的に単純な構成により、ロータと回転軸との間の伝達トルクから分力が発生する。そして、ロータはこの分力を受け、ステータに対して接近又は離反する方向に移動する。よって、回転電機の構成が簡単になると共に、ロータの移動の際に機械的又は電気的に大きい損失が生じることは防止される。

[0041] 前記分力発生機構は、前記回転軸と前記ロータとを係合させ、少なくとも一部が前記回転軸の軸心回りに螺旋状に延びる係合構造を備えていることが好ましい。

[0042] このことにより、ロータと回転軸との係合部分において、伝達トルクから分力が発生する。係合構造の少なくとも一部は上記軸心回りに螺旋状に延びているので、ロータは上記分力を受けると、回転軸に対して螺旋状に移動する。その結果、ロータはステータに対して接近又は離反する方向に移動する。よって、係合構造という比較的簡単な構成により、伝達トルクから分力を発生させることができ、また、ロータの移動を案内すること力 Sできる。

[0043] 前記分力発生機構は、前記回転軸と前記ロータとの間に設けられたはすば歯車組を備えていることが好ましい。

[0044] ここで、はすば歯車組は比較的小形かつ構成が簡単な部材であるので、その分だけ回転電機は小形化され、かつ、構成が簡単になる。

[0045] 前記分力発生機構は、前記回転軸と前記ロータとの間に設けられたカム組を備えていてもよい。

[0046] ここで、カム組は比較的小形かつ構成が簡単な部材であるので、その分だけ回転電機は小形化され、かつ、構成が簡単になる。

[0047] 前記ロータの前記ステータに対する接近又は離反により、前記ロータと前記ステータとを隔てるギャップの寸法が変化することが好ましい。

[0048] ロータとステータとの間の界磁の強さは、ロータとステータとの間のギャップの寸法に大きく依存する。そのため、上記回転電機によれば、ロータの移動量が少なくても界磁の強さは大きく変化する。したがって、ロータの移動量が少なくても、トルク特性を大きく変化させることができる。逆に言うと、所定のトルク特性を得るために必要とされるロータの移動量は、少なくても済む。したがって、ロータを移動させるためのスぺースが小さくて済むため、回転電機の小形化を図ることができる。例えば、この回転電機を電動車両に適用することとすれば、電動車両の小形化が達成される。

[0049] 前記ロータと前記ステータとは、前記回転軸の軸方向に対向していることが好ましレ、。

[0050] なお、ここでいう「回転軸の軸方向」とは、回転軸の軸心と一致した方向に限定されず、回転軸の軸方向と平行な方向も含む意味である。

[0051] このことにより、ロータが回転軸の軸方向に移動することにより、ロータとステータとの間のギャップの寸法が変化する。したがって、上述の通り、回転電機が小形化される。

[0052] 本発明に係る他の回転電機は、基底部材と、前記基底部材に固定されたステータと、前記基底部材に回転自在に支持された回転軸と、前記回転軸に連結されて前記ステータに対向し、前記回転軸との間でトルクを伝達し合うロータと、前記回転軸と前記ロータとを前記回転軸の軸心回りで相対回転可能とし、前記回転軸と前記ロータとの相対回転により前記ロータを前記回転軸に対して軸方向に相対移動させる移動部材と、を備えたものである。

[0053] 上記回転電機では、上記移動部材により、回転軸とロータとの単なる相対回転によつて、ロータは回転軸の軸方向に相対移動する。これにより、例えば、ロータとステータとの間のギャップ寸法を変化させたり、ロータとステータとの対向面積を変化させる等により、回転電機の特性を自由に変化させることができる。即ち、回転電機の特性の変化が小形かつ簡単な構成で達成される。

[0054] 本発明に係る他の回転電機は、基底部材と、前記基底部材に固定されたステータと、前記基底部材に回転自在に支持された回転軸と、前記回転軸に連結されて前記ステータに対向し、前記回転軸との間でトルクを伝達し合うロータと、前記回転軸と前記ロータとの間で伝達される伝達トルクの一部を駆動力として、前記ロータを前記回転軸に対して軸方向に相対移動させる移動部材と、を備えたものである。

[0055] 上記回転電機では、上記移動部材により、回転軸とロータとの間の伝達トルクの一部によって、ロータは回転軸の軸方向に相対移動する。したがって、小形かつ簡単な構成により、回転電機の特性を変化させることができる。また、ロータを移動させるために電磁石を用いる前記従来技術と異なり、ロータの移動に際して電気的な損失は小さく抑制される。また、上記従来技術では、ロータを移動させるための外力は、回転軸を介してロータに間接的に作用していた。これに対し、上記回転電機によれば、ロータを移動させるために生成される力は、ロータに対して直接的に作用する。したがって、ロータを移動させる際に、機械的又は電気的に大きな損失が生じることを防止すること力 Sできる。

[0056] 前記移動部材は、前記回転軸と前記ロータとを係合させ、少なくとも一部が前記回転軸の軸心回りに螺旋状に延びる係合構造を備えていることが好ましい。

[0057] このことにより、ロータと回転軸との係合部分において、伝達トルクから分力が発生する。そして、ロータはこの分力を受け、回転軸の軸方向に移動する。よって、係合構造という比較的簡単な構成により、ロータを移動させるための駆動力を伝達トルクから発生させることができる。

[0058] 前記移動部材は、前記回転軸及び前記ロータのうちのいずれか一方に形成された凸部と、他方に形成されて前記凸部に係合する凹部と、を備えていることが好ましレ、

[0059] このため、上記移動部材によれば、凹部と凸部との係合により回転軸とロータとを相対回転させ、ロータとステータとの間のギャップ寸法を変化させたり、対向面積を変化させ、回転電機の特性を自由に変化させることができる。凹部と凸部とは単純な構成であることから、回転電機の特性の変化は簡単な構成で達成される。また、上記移動部材は、凹部と凸部とを係合させるものであるため、大きいトルクの伝達が可能となる

[0060] 前記凸部及び前記凹部の少なくとも一方は、前記回転軸の軸心回りに螺旋状に延びていることが好ましい。

[0061] このため、回転軸とロータとが軸心回りに相対回転するとき、ロータは回転軸に対して螺旋状に移動する。その結果、ロータは回転軸に対して、より円滑に移動する。

[0062] 本発明に係る電動車両は、駆動用走行源として前記回転電機を備えたものである

[0063] このことにより、好適な電動車両が得られる。

発明の効果

[0064] 以上のように、本発明によれば、小形かつ簡単な構成によって、ロータをステータに対して接近又は離反させることができ、ロータとステータとの間の界磁の強さを制御すること力 Sできる。また、外形寸法の大形化や構成の複雑化を招くことなぐロータを回転軸の軸方向に移動させることが可能となる。

図面の簡単な説明

[0065] [図 1]第 1の実施形態に係る回転電機の平面断面図である。

[図 2]第 1の実施形態と従来例とのトノレク特性を対比したグラフである。

[図 3]第 3の実施形態に係る回転電機の平面断面図である。

[図 4]第 4の実施形態に係る回転電機の平面断面図である。

[図 5]第 5の実施形態に係る移動部材の第 1具体例を示す平面断面図である。

[図 6]第 5の実施形態に係る移動部材の第 2具体例を示す横断面図である。

[図 7]図 6の VII— VII線断面図である。

符号の説明

[0066] 1 電動車両

3 軸心

7 回転電機

11 ハウジング (基底部材）

12 回転軸

13 ロータ

14 ステータ

15 ロータ位置可変機構 26 ばね

27 分力発生機構

34 はすば歯車組

36 カム組

41 移動部材

42 凹部

43 凸部

発明を実施するための最良の形態

[0067] 以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。下記の各実施形態は、本発明に係る回転電機を電動車両に適用した形態である。ただし、本発明に係る回転電機の適用対象は、電動車両に限定される訳ではなレ、。

[0068] (第 1の実施形態）

図 1及び 2を参照しながら、第 1の実施形態を説明する。

[0069] 図 1において、符号 1は電動車両を示している。本実施形態の電動車両 1は、鞍乗型車両の一種である自動二輪車である。ただし、本発明に係る電動車両は、鞍乗型車両に限定されるものではなレ、。矢印 Frは、この電動車両 1の進行方向、すなわち前方を示している。

[0070] 電動車両 1は、図示しない車体と、この車体に対して上下方向に揺動自在に支持されたリャアーム ₂とを備えている。リャアーム ₂の後部の揺動端部には、上記車体の幅方向（図 1の上下方向）に延びる車軸 4が、軸心 3回りに回転自在に支持されている。車軸 4には、後車輪である走行用駆動車輪 5が連結されている。電動車両 1は更に、走行駆動源として、少なくとも電動機として作動する回転電機 7を備えている。回転電機 7は、車軸 4と遊星歯車式の減速機構 6とを介して、駆動車輪 5に連結されている。回転電機 7は上記軸心 3上に設置されている。ただし、回転電機 7は走行用駆動車輪 5と連結されている限り、軸心 3から離れた位置に設けられていてもよい。

[0071] 回転電機 7は、基底部材としてのハウジング 11と、ハウジング 11の内部に設けられた回転軸 12とロータ 13とステータ 14とを備えている。この電動車両 1では、リャァ一ム 2の後端部分がハウジング 11を形成している。なお、回転軸 12の回転に関して、ハウジング 11はいわば静止しているものと見なすことができるので、ハウジング 11を静止側部材と言うこともできる。回転軸 12は、ハウジング 11に対して、上記軸心 3回りに回転自在かつ軸方向に移動不能に支持されている。ロータ 13は、回転軸 12と同心状に連結され、回転軸 12の回転に従って軸心 3回りに回転する。ステータ 14は、ロータ 13と対向するようにハウジング 11に固定されており、ロータ 13とステータ 14とは、回転軸 12の軸方向（図 1の上下方向）に対向している。

[0072] ハウジング 11の内部には、更に、ロータ位置可変機構 15が設けられている。ロータ位置可変機構 15は、回転軸 12とロータ 13との間で伝達されるトノレク（伝達トルク) T の一部を駆動力としてロータ 13を回転軸 12の軸方向に移動させ、ステータ 14に対するロータ 13の位置を変更するものである。なお、以下では、ロータ 13がステータ 14 力離反する方向を往方向 Aと称し、ロータ 13がステータ 14に接近する方向を復方向 Bと称することとする。詳細は後述するが、このロータ位置可変機構 15は、ロータ 1 3をステータ 14に対して接近又は離反させるだけでなぐステータ 14に対するロータ 13の位置を伝達トルク Tの大きさに応じて変更する。

[0073] ロータ 13は、全体形状が略円板状に形成されている。具体的には、ロータ 13は、回転軸 12が嵌め込まれたヨーク 17と、ヨーク 17に固定された永久磁石 18とを備えている。ヨーク 17は、回転軸 12を挿通させる穴が形成された円筒形状のボス部 19と、ボス部 19に支持された略円板形状のヨーク本体 20とを備えている。ヨーク 17は、上記穴に挿通された回転軸 12によって支持されている。ヨーク本体 20は磁性材料で形成され、永久磁石 18はヨーク本体 20の一方の面（図 1の下側の面）の外周部に支持されている。

[0074] ステータ 14は、締結具 22によってハウジング 11に固定されたティース 23と、ティース 23に卷かれたコイル 24とを備えている。ティース 23は、ロータ 13の永久磁石 18に対し、回転軸 12の軸方向に対向している。

[0075] ステータ 14のコイル 24に電流が流れると、永久磁石 18とステータ 14との間に、互レ、に引き合う方向の吸引磁力 Fが発生する。その結果、ロータ 13には、ステータ 14 に接近する方向の力、すなわち復方向 Bの外力が加えられる。なお、実際には、ロータ 13の往方向 A及び復方向 Bの移動に際して、ロータ 13の自重もある程度の影響を及ぼすが、以下の説明ではロータ 13の自重の影響は考慮しないこととする。

[0076] ロータ位置可変機構 15は、ロータ 13をステータ 14から離反する方向に付勢するばね 26と、ロータ 13と回転車由 12との間の伝達トノレク T力ら、ロータ 13を回転車由 12の軸方向に移動させる分力を発生させる分力発生機構 27とを備えている。ばね 26の一端はハウジング 11に取り付けられ、ばね 26の他端はブロック 50に接続されている。ブロック 50は、軸受 51等を介してロータ 13のボス部 19に連結されている。したがつて、ブロック 50は、ロータ 13を軸心 3回りに回転自在に支持すると共に、回転軸 12の軸方向に関しては、ロータ 13と一体になつて移動する。ばね 26の付勢力は、ブロック 50を介してロータ 13に作用する。ロータ 13のボス部 19における軸方向の両側には、ロータ 13がステータ 12に対して所定距離以上に離れることを阻止する第 1ストッパ 28 と、ロータ 13がステータ 12に対して所定距離以下に接近することを阻止する第 2ストッノ 29と力 S、それぞれ配置されている。

[0077] ばね 26は、ばね 26の付勢力がロータ 13とステータ 14との間の吸引磁力 Fよりも大きくなるように設定されている。したがって、伝達トルク Tが所定値以下 (T=0を含む）の場合には、ばね 26の付勢力が上記吸引磁力 Fよりも大きくなり、ロータ 13はステータ 14から離反した位置（図 1における一点鎖線参照。以下、初期位置という）に位置づけられる。ばね 26は、ロータ 13の移動可能範囲内において、荷重と変位量とが正比例しないような特性、すなわち非線形特性を有している。ここでは、ばね 26は、互いに自由長が異なる複数のばね部材 32を備えている。ただし、ばね 26の種類、形状、構成、材料、特性等は何ら限定されるものではなぐ例えば、特性の異なる複数のばね部材を組み合わせることによってばね 26を形成してもよい。材料の異なる複数のばね部材を組み合わせることによってばね 26を形成することも可能である。

[0078] 前述したように、分力発生機構 27は、ロータ 13と回転軸 12との間の伝達トルク Τから、ロータ 13を軸方向に移動させる分力を発生させる機構である。また、分力発生機構 27はいわゆる螺旋構造を有しており、伝達トルク Τの分力によって、回転軸 12と口ータ 13とを軸心 3回りに螺旋状に相対移動させる。すなわち、分力発生機構 27は、回転軸 12とロータ 13とが軸心 3回りに螺旋状に相対移動可能となるようにする機械的な螺旋構造を備えている。 [0079] 本実施形態では、分力発生機構 27は、軸心 3を中心とするはすば歯車組 34によつて構成されている。はすば歯車組 34は、ヨーク 17のボス部 19と、ボス部 19に嵌め込まれた回転軸 12との間に設けられている。具体的には、はすば歯車組 34のアウターは回転軸 12の外周面に成形され、はすば歯車組 34のインナ一はボス部 19の内周面に成形され、これらアウターとインナ一とが互いに嚙み合っている。このように、回転軸 12とボス部 19とが互いに嚙み合うことにより、回転軸 12とボス部 19との間の伝達トルク Tから分力が発生し、その分力によって回転軸 12とボス部 19とが螺旋状に相対移動する。なお、上記アウターと第 1ストツバ 28とは、一体成形されている。

[0080] 本実施形態では、電動車両 1が進行方向に走行する際に、回転軸 12は右回りに回転する（図 1の伝達トルク Tの矢印参照）。そのため、伝達トルク Tから所定方向の分力を発生させるために、はすば歯車組 34として右ねじ形状のはすば歯車組が用いられている。すなわち本実施形態では、はすば歯車組 34は、ロータ 13から回転軸 12 に向かって伝達トルク Tが伝達されるときには、ロータ 13がステータ 14に接近する方向の分力 D (以下、正分力という）を発生させる。

[0081] はすば歯車組 34のアウターとインナ一とが互いに嚙み合いながら回転すると、ロータ 13は軸方向に移動する。ロータ 13の移動方向（往方向 A又は復方向 B)は、往方向 Aに作用するばね 26の付勢力 Cと、ロータ 13とステータ 14との間に作用する復方向 Bの吸引磁力 Fと、復方向 Bに作用する正分力 Dとの大きさによって決定される。

[0082] 上記アウターとインナ一との摺動を伴いながらロータ 13が往方向 Aに移動すると、ロータ 13の永久磁石 18は、回転軸 12の軸方向に沿ってステータ 14のティース 23から離反する。そして、ロータ 13の永久磁石 18とステータ 14のティース 23とを隔てるギヤップ（空間）のギャップ寸法 Eは、大きくなる。ロータ 13が往方向 Aに向かって更に移動すると、ロータ 13のヨーク 17のボス部 19が第 1ストッパ 28に当接し、ロータ 13の更なる移動は阻止される（図 1の一点鎖線参照）。

[0083] 一方、上記アウターとインナ一との摺動を伴いながらロータ 13が復方向 Bに移動すると、ロータ 13の永久磁石 18は、回転軸 12の軸方向に沿ってステータ 14のティース 23に接近する。そして、上記ギャップ寸法 Eは小さくなる。ロータ 13が復方向 Bに向力、つて更に移動すると、ロータ 13のヨーク 17のボス部 19が第 2ストッパ 29に当接し、ロータ 13の更なる移動は阻止される（図 1の実線参照）。このとき、上記ギャップ寸法 Eは、所定の最小値をとる。

[0084] 次に、回転電機 7の動作について説明する。まず、回転電機 7が電動機として作動するときの動作について説明する。

[0085] 回転電機 7が電動機として作動する際には、ロータ 13が回転し、ロータ 13から回転軸 12にトルクが伝達されることにより、回転軸 12も回転する。そして、回転軸 12のトルク（出力トルク）が減速機構 6及び車軸 4を介して駆動車輪 5に伝達され、駆動車輪 5 が駆動される。その結果、電動車両 1が走行する。

[0086] ここで、回転軸 12と駆動車輪 5との間の必要トルク（すなわち回転軸 12の負荷）が小さレ、ときには、ロータ 13から回転軸 12に伝達される伝達トルク Tは小さくなる。すると、分力発生機構 27によって生成される正分力 Dも小さくなる。そのため、ばね 26の付勢力 Cは、正分力 Dと吸引磁力 Fとの合力よりも大きくなり、ロータ 13は全体として往方向 Aに向力う外力を受ける。その結果、ロータ 13は往方向 Aに移動し、ロータ 13 はステータ 14から離反する。したがって、ギャップ寸法 Eは大きくなる（図 1の一点鎖線参照）。すると、ロータ 13とステータ 14との間に確立される界磁は弱くなる。そのため、回転軸 12の出力トルク（詳しくは、ステータ 14を流れる単位電流当りの出力トルク )が低い状態、すなわち低トルクの状態で、回転軸 12を高速回転させることが可能となる。

[0087] 一方、回転軸 12に与えられる負荷が大きくなると、ロータ 13から回転軸 12に伝達される伝達トルク Tは大きくなる。すると、分力発生機構 27によって生成される正分力 D も大きくなる。そのため、正分力 Dと吸引磁力 Fとの合力がばね 26の付勢力 Cよりも大きくなり、ロータ 13は全体として復方向 Bに向力、う外力を受ける。その結果、ロータ 13 は復方向 Bに移動し、ロータ 13はステータ 14に接近する。したがって、ギャップ寸法 Eは小さくなる（図 1の実線参照）。すると、上記界磁が強くなるため、回転軸 12の出力トルクは大きくなる。

[0088] したがって、回転電機 7によれば、回転軸 12の負荷に応じて、回転軸 12の出力トルクを調整することが可能となる。すなわち、回転電機 7が電動機として作動するときには、回転軸 12の出力トノレクが低トルクの状態では、この回転軸 12を高速に回転させることができる一方、低速回転の状態では、回転軸 12の出力トノレクを高トルクにできるというトルク特性が得られる。

[0089] 図 2は、上記構成の回転電機 7を電動機として駆動させた場合の実験結果を示している。この実験結果から、回転電機 7によれば、界磁を変化させない従来の回転電機に比べて、各回転域において出力トルクが大きくなつていることが分かる。なお、回転電機 7の出力は、回転数が 1800 2800rpmの間で最大となっている。

[0090] 次に、回転電機 7が発電機として作動するときの動作について説明する。

[0091] 例えば、電動車両 1が下り坂を前進するような場合には、車軸 4から回転軸 12に伝達トルク（入力トノレク）が入力される。すると、回転電機 7は発電機として回生制動作用を行い、電動車両 1は制動される。この場合、分力発生機構 27により、回転軸 12からロータ 13に伝達される伝達トルク丁から、ロータ 13を軸方向に移動させる分力（前述の正分力 Dとは逆方向の分力であり、以下、これを逆分力という）が発生する。この逆分力は、ばね 26の付勢力 Cと同様、往方向 Aに作用する外力である。そして、上記逆分力とばね 26の付勢力 Cとの合力が吸引磁力 Fよりも大きくなれば、ロータ 13は全体として往方向 Aへの外力を受け、ロータ 13はステータ 14から離反する。すると、前記界磁が弱められ、回転軸 12の負荷は小さくなる。このため、回転電機 7の回生制動作用により電動車両 1が急制動させられるということは防止され、円滑な走行が保たれる。

[0092] 以上のように、回転電機 7では、ロータ 13をステータ 14に接近もしくは離反させる口ータ位置可変機構 15を備えているので、ロータ 13とステータ 14との間のギャップ寸法 Eを調整することによって、トルク特性を調整することができる。したがって、本回転電機 7によれば、回転速度と出力トルクとの関係、もしくは回転速度と入力トルクとの関係に関して、所望の特性を得ることができる。

[0093] ロータ位置可変機構 15は、伝達トルク Tの一部を駆動力としてロータ 13を移動させるものである。すなわち、回転電機 7は、上記界磁の制御を、回転軸 12での出力トノレクもしくは入力トノレクに直接的に関連する伝達トルク Tに基づいて行うものである。したがって、回転電機 7によれば、外形が大きくかつ構成が複雑な遠心ガバナを用いて界磁を制御していた従来技術に比べて、遠心ガバナが不要であるので、外形寸法を小形にすることができ、また、構成を簡単にすることができる。そのため、回転電機 7を電動車両 1等に適用することにより、電動車両 1等の小形化や構成の簡素化が達成される。

[0094] また、回転電機 7によれば、界磁の制御を伝達トルク Tに基づいて行うので、別途の電磁石に電流を供給することにより界磁の制御を行う前記従来技術に比べて、電気的な損失を小さく抑制することができる。

[0095] また、電磁石を別途設ける上記従来技術では、ステータに供給される電流の値と、ロータを移動させるために電磁石に供給される電流の値とは互いに比例するため、回転電機の特性の調整幅は狭く制限される。しかし、回転電機 7によれば、電動機としての作動時には、ステータ 14に供給される電流の値にかかわりなく特性を調整すること力 Sでき、その分、設計の自由度が向上する。

[0096] 更に、ロータ位置可変機構 15は、ロータ 13とステータ 14との間の距離を、伝達トルク Tの大きさに応じて変化させるものである。そのため、ロータ 13とステータ 14との間に確立される界磁は、この伝達トルク Tの大きさに応じて強ぐもしくは弱くなるよう制御される。このような制御により、以下の効果を得ることができる。

[0097] すなわち、上記回転電機 7では、前述したように、伝達トルク Tが小さいときにはロータ 13をステータ 14から離反した位置に位置づけ、伝達トルク Tが大きくなるほど、ロータ 13をステータ 14に接近させることができる。このため、電動機として駆動する際には、ロータ 13から回転軸 12への出力トルクが小さいときには、ロータ 13はステータ 14 力離反して（図 1の一点鎖線）、界磁は弱くなる。よって、回転軸 12の出力トルクが低い低トルクの状態で、回転軸 12を高速回転させることができる。例えば、この回転電機 7を電動車両 1に適用すれば、出力トノレクの小さい低トルク状態での走行を、より高速化することができる。

[0098] 一方、ロータ 13から回転軸 12への伝達トルク Tが大きくなると、ロータ 13はステータ 14に接近し（図 1の実線）、界磁は強くなる。よって、低速回転の状態で回転軸 12の出力トルクを高トノレクにすることができる。例えば、この回転電機 7を電動車両 1に適用すれば、この電動車両 1の発進又は加速時に、出力トルクを高トノレクにでき、発進又は加速を迅速化することができる。 [0099] このように、回転電機 7の電動機としての駆動時には、低速のときには高トルクとなり、高速のときには低トルクとなるような好適な特性を得ることができる。したがって、回転電機 7を低速高トルク域から高速低トルク域まで、広い領域で駆動させることができる。

[0100] 一方、回転電機 7を発電機として駆動する際には、回転電機 7により回生制動を行うことができる。この回生制動時には、回転軸 12への入力トルクである伝達トルク Tから逆分力が発生し、ロータ 13はこの逆分力を駆動力として往方向 Aに移動する。ここで、逆分力が大きくなると、ロータ 13はステータ 14から離反するため、界磁は弱くなる。したがって、過制動や過充電が防止される。

[0101] 前述したように、ロータ位置可変機構 15は、ロータ 13を移動させるよう伝達トルク T 力、ら分力を生じさせる分力発生機構 27を備えている。このため、分力発生機構 27により、伝達トルク Tの大きさに応じた分力が、ロータに対して直接的に与えられる。よつて、ロータを移動させるための外力をロータに対して間接的に作用させるような技術、例えば回転軸を吸引する電磁石を備えた前記従来技術と異なり、ロータ 13を移動させる上で機械的又は電気的に大きな損失が生じることが防止される。

[0102] また、ロータ位置可変機構 15は、ロータ 13の移動方向にロータ 13を付勢するばね

26を備えている。このため、ロータ 13とステータ 14との接近もしくは離反の程度を、ばね 26の特性を調整することによって自由に定めることができる。したがって、ロータ 13の接近又は離反の程度を調整するために、複雑な装置を設ける必要はない。ばね 26は構成が簡単な部材であるので、回転電機 7の構成をより簡単にすることができる。

[0103] なお、図 1において、ロータ 13を往方向 Aに付勢するばね 26に加え、図 1に二点鎖線で示すように、ロータ 13を復方向 Bに付勢する他のばね 26 'を設けるようにしてもよレ、。すなわち、付勢方向が反対の 2つのばね 26, 26 'を設けるようにしてもよレ、。ばね 26及びばね 26 'の付勢力の大きさは、適宜に設定することができる。例えば、ばね 2 6の付勢力をばね 26 'の付勢力よりも大きくすることによって、これら両ばね 26, 26 ' の付勢力の合力が往方向 Aに作用するようにすると共に、この合力が吸引磁力 Fよりも小さくなるようにしてもよい。 [0104] 上記のように両ばね 26, 26 'を設定した場合には、前述の説明における「ばね 26 の付勢力 C」という記載を「ばね 26の付勢力 Cと他のばね 26 'の付勢力との合力」と読み替え、かつ、「ばね 26のばね定数」を「各ばね 26, 26 'のばね定数」と読み替えれは'よレ、。

[0105] このようにすれば、回転軸 12のトルクが出力トルク及び入力トルクのいずれであっても、両ばね 26, 26 'によってそれぞれ所望の界磁制御が実現でき、回転電機 7の適用範囲が拡大される。

[0106] また、回転電機 7では、ばね 26は非線形特性を有するばねである。このため、所定の非線形特性を有するばね 26を選定することにより、伝達トルク Tの大きさに応じて口ータ 13のステータ 14に対する接近もしくは離反位置を任意に定めることができ、所望のトノレク特性を得ることができる。例えば、ロータ 13とステータ 14との間に生じる吸引磁力 Fは、本来的にはロータ 13とステータ 14との間の距離に対して非線形な特性を有するが、ばね 26の付勢力 Cを非線形とすることにより、付勢力 Cと吸引磁力 Fとの合力の特性を擬似的に線形にすることもできる。

[0107] また、回転電機 7では、ばね 26は、互いに自由長の異なる複数のばね部材 32を備えている。このため、例えば、複数のばね部材 32の一部に線形特性を有するばね部材を用い、他部に特性の異なるばね部材を用いることにより、全体として非線形な特性を生じさせる等、所望の特性を持たせることができる。このことにより、線形なばね部材 32は構成が簡単であるので、構成簡単なばね部材 32を用いる分、回転電機 7 の構成をより簡単化することができる。

[0108] 分力発生機構 27は、回転軸 12とロータ 13とを軸心 3回りに螺旋状に相対移動させる螺旋構造を有している。このため、螺旋構造という機械的に単純な構成により、回転軸 12とロータ 13との間の伝達トルク Tから分力を発生させることができ、この分力をロータ 13に対して直接的に加えることができる。よって、回転電機 7の構成を簡単にできると共に、ロータ 13を移動させる上で機械的又は電気的に大きな損失が生じることを防止することができる。

[0109] 特に本実施形態では、分力発生機構 27は、回転軸 12とロータ 13との間に設けられたはすば歯車組 34で構成されている。はすば歯車組 34は、小形であり、かつ構成が簡単なものである。したがって、回転電機 7を小形化し、かつ、構成を簡単化すること力 Sできる。

[0110] 本実施形態の回転電機 7は、ロータ 13が略円板状のいわゆるフラット型の回転電機であり、ロータ 13とステータ 14とは、回転軸 12の軸方向に対向している。そのため、ロータ 13が回転軸 12の軸方向に移動すると、ロータ 13とステータ 14とを隔てるギヤップのギャップ寸法 Eが変化する。

[0111] 一方、後述する第 4の実施形態（図 4参照）で示すように、ロータ 13とステータ 14とが回転軸 12の径方向に対向する形式の回転電機も知られている。この形式の回転電機では、ロータ 13をその軸方向に移動させると、ロータ 13とステータ 14との間のギヤップ寸法は変化しなレ、が、ロータ 13とステータ 14との対向面積が変化する。本実施形態の回転電機 7では、対向面積可変式の回転電機に比べると、上述したようにギャップ寸法 Eが変化するので、ロータ 13の単位移動距離当りのトノレク特性の変化率はより大きくなる。そのため、上記対向面積可変式の回転電機よりも、ロータ 13の必要移動距離を短くすることができる。よって、回転電機 7をより小形にでき、例えば、この回転電機 7を電動車両 1に適用すれば、この電動車両 1のより一層の小形化が達成される。

[0112] なお、以上の実施形態 1 (後述の各実施形態でも同様である）については、種々の変形例が可能である。例えば、ばね 26の特性は線形であってもよい。また、このばね 26の各ばね部材 32は、互いに同じ形状のものであってもよぐ同じ大きさのものであつてもよく、同じ特性を有するものであってもよい。また、分力発生機構 27ははすば歯車組 34以外の螺旋構造、例えばねじや、多数のボールを介在させたボールねじ等であってもよい。また、ロータ 13側にティース 23とコイル 24とを配置し、ステータ 14 側に永久磁石 18を配置してもよい。

[0113] 次に、第 2—第 5の実施形態を説明する。これら各実施形態は、前記第 1の実施形態と構成及び作用効果に関して、多くの点で共通している。そこで、これら共通するものについては、図面に共通の符号を付してその重複した説明を省略し、主として異なる点について説明する。なお、これら各実施形態における各部分の構成を、本発明の課題や作用効果に照らして種々組み合わせることも可能である。 [0114] (第 2の実施形態）

第 2の実施形態は、第 1の実施形態においてばね 26の設定を変更し、ばね 26の付勢力 Cが吸引磁力 Fよりも小さくなるようにしたものである。

本実施形態では、回転電機 7を電動機として駆動する際には、伝達トルク Tの大きさにかかわらず、ロータ 13は第 2ストッパ 29に当接するまで、吸引磁力 Fによって復方向 Bに移動させられる。その結果、ロータ 13は、常にステータ 14に接近した位置に位置づけられる（図 1の実線参照）。

[0115] 回転電機 7が発電機として作動するときには、回転軸 12からロータ 13に伝達される伝達トルク Tによって逆分力が生じ、この逆分力は往方向 Aに向かって作用する。この際、回転軸 12に対する入力トノレクが小さいと、上記逆分力は小さくなる。そして、この逆分力とばね 26の付勢力 Cとの合力が吸引磁力 Fよりも小さいときには、ロータ 13 の位置は、ステータ 14に接近した位置に保たれる（図 1の実線参照）。このため、ギヤップ寸法 Eは小さいままであり、上記界磁は強くなる。

[0116] 一方、回転軸 12に対する入力トルクが大きいと、回転軸 12からロータ 13に伝達される伝達トルク Tが大きくなり、上記逆分力は大きくなる。上記逆分力とばね 26の付勢力 Cとの合力が吸引磁力 Fよりも十分に大きければ、上記合力によって、ロータ 13 は第 1ストッパ 28に当接するまで往方向 Aに移動し、ロータ 13は常にステータ 14から離反する位置に位置づけられる（図 1の一点鎖線参照）。このため、ギャップ寸法 Eが大きくなつて、上記界磁は弱くなる。

[0117] ここで、上記逆分力を生じさせる分力発生機構 27の構成を適宜に設定することとすれば、上記逆分力とばね 26の付勢力 Cと吸引磁力 Fとを互いに釣り合わせることができる。例えば、はすば歯車組 34のねじれ角や、ばね 26のばね定数をそれぞれ所望値に設定することにより、上記逆分力と付勢力 Cと吸引磁力 Fとを釣り合わせることができる。そして、上記逆分力と付勢力 Cと吸引磁力 Fとを釣り合わせることにより、ロータ 13を第 1ストツバ 28と第 2ストッパ 29との間における所望位置に位置づけることが可能となり、ロータ 13を所望位置で回転させることができる。したがって、回転軸 12の回転速度にかかわらず、回転電機 7による発電電圧をほぼ一定にさせる等、回転電機 7 の特性を自由に設定することが可能となる。 [0118] よって、回転電機 7を発電機として駆動させ、例えばその発電電圧を 2次電池に充電する場合において、昇圧回路や降圧回路などの発電回路を簡略化することができる。また、回転電機 7の特性を 2次電池の充電に適した所望の特性にすることができる。

[0119] (第 3の実施形態）

図 3を参照しながら、第 3の実施形態を説明する。本実施形態は、ばね 26， 26 'を備えた前記第 1の実施形態の変形例において、ロータ 13を往方向 Aに付勢するばね 26を削除し、ロータ 13を復方向 Bに付勢するばね 26 'のみを設けたものである。

[0120] 本実施形態によれば、回転電機 7が電動機として作動するときには、ロータ 13はばね 26 'の付勢力 C'と吸引磁力 Fとを受ける。そして、ロータ 13は、伝達トルク Tの大きさにかかわらず、第 2ストツバ 29に当接するまで復方向 Bに移動する。その結果、ロータ 13は、常にステータ 14に接近した位置に位置づけられる（図 3の実線参照）。

[0121] 一方、回転電機 7が発電機として作動するときには、回転軸 12からロータ 13に伝達される伝達トルク（この伝達トルクは回転軸 12の入力トルクに等しレ、） Tから、往方向 A に作用する逆分力が発生する。回転軸 12の入力トノレク Tが小さい場合には、上記逆分力は、ばね 26 'の付勢力 C'と吸引磁力 Fとの合力よりも小さくなる。そのときには、ロータ 13は復方向 Bに移動し、ステータ 14に接近した位置に位置づけられる（図 7の実線参照）。その結果、ギャップ寸法 Eが小さくなり、ロータ 13とステータ 14との間の界磁は強くなる。

[0122] これに対し、回転軸 12の入力トルク Tが大きいと、上記逆分力が付勢力 C'と吸引磁力 Fとの合力よりも大きくなり、ロータ 13は第 1ストッパ 28に当接するまで往方向 A に移動する。その結果、ロータ 13はステータ 14から離反した位置に位置づけられる（図 7の一点鎖線参照）。このため、ギャップ寸法 Eが大きくなつて、上記界磁は弱くなる。

[0123] 上記の場合、上記逆分力を生じさせるはすば歯車組 34のねじれ角や、ばね 26 'のばね定数等をそれぞれ所望値に設定すると、上記逆分力とばね 26 'による付勢力 C と吸引磁力 Fとを互いに釣り合わせることができる。そして、それらの力を釣り合わせることにより、ロータ 13を第 1ストツバ 28と第 2ストッパ 29との間における所望位置に位置づけることが可能となる。つまり、回転軸 12の回転速度にかかわらず回転電機 7による発電電圧をほぼ一定にさせることができるなど、回転電機 7の特性を自由に設定すること力 Sできる。したがって、例えば回転電機 7を発電機として駆動し、その発電電圧を 2次電池に充電する場合において、昇圧回路や降圧回路などの発電回路を簡略化することができ、また、回転電機 7の発電機としての特性を 2次電池の充電に適した所望の特性にすることができる。

[0124] (第 4の実施形態）

図 4を参照しながら、第 4の実施形態を説明する。第 4の実施形態は、ロータ 13が略円筒形状に形成された回転電機 7である。

[0125] 本実施形態では、ロータ 13の永久磁石 18とステータ 14のティース 23とは、回転軸 12の径方向（図 4の左右方向）に対向している。本実施形態では、ロータ 13をその軸方向に移動させると、ロータ 13はステータ 14に対し接近もしくは離反し、これらロータ 13とステータ 14との互いの対向面積が変化する。そして、この対向面積の変化によつて、界磁の強弱が変化する。

[0126] なお、上述の説明から明らかなように、本明細書において「ロータ 13のステータ 14 に対する接近又は離反」とは、ロータ 13がステータ 14に対して全体的に接近又は離反することを意味するのであり、実施形態 1一 3のように互いのギャップ寸法が変化するように移動する意味に限定される訳ではない。したがって、互いの対向面積が変化するように移動することも、ここでレ、う接近又は離反に含まれる。

[0127] 回転電機 7が電動機として作動する際には、ロータ 13から回転軸 12に伝達トルク T が伝達される。回転軸 12の負荷が小さいときには、これに応じて、ロータ 13から回転軸 12に伝えられる伝達トルク Tも小さくなる。その結果、分力発生機構 27により生成される分力 Dは小さくなる。分力 Dが小さいと、ばね 26の付勢力 Cが相対的に大きくなり、ロータ 13はステータ 14から離反して（図 4の一点鎖線参照）、上記対向面積は小さくなる。したがって、ロータ 13とステータ 14との間の界磁は弱くなる。

[0128] 一方、回転軸 12の負荷が大きいと、これに伴い、上記伝達トルク Tは大きくなる。その結果、上記分力 Dも大きくなる。上記分力が大きくなると、ロータ 13は付勢力 Cに対抗してステータ 14に接近し（図 4の実線参照）、上記対向面積が大きくなる。したがつて、上記界磁は強くなる。

[0129] 以上より、本実施形態においても、小形かつ簡単な構成によって好適なトルク特性、すなわち、低速のときには高トルクとなり、高速のときには低トルクとなるような特性を得ること力 Sできる。

[0130] (第 5の実施形態）

図 5—図 7を参照しながら、第 5の実施形態を説明する。第 5の実施形態は、第 1の実施形態において分力発生機構 27に変更をカ卩えたものである。

ところで、第 1の実施形態におけるロータ位置可変機構 15は、分力発生機構 27によって、回転電機 7の内部で伝達されるトルクや動力から分力を発生させ、その分力によってロータ 13を移動させるものである。そこで、ロータ 13を移動させる機能に着目して、ロータ位置可変機構 15を「移動部材」と言い換えることができる。

[0131] 即ち、回転電機 7は、回転軸 12とロータ 13との間でトルクや動力伝達が可能で、かつ、これら回転軸 12とロータ 13とを軸心 3回りに相対回転可能とし、これら回転軸 12 とロータ 13との相対回転によりロータ 13を回転軸 12に対して軸方向に相対移動させる移動部材 41を備えている。第 1の実施形態では、移動部材 41ははすば歯車組 34 により構成されていた。ただし、移動部材 41は、はすば歯車組 34等の螺旋構造に限定されるものではない。

[0132] このような移動部材 41によれば、回転軸 12とロータ 13とを単に螺旋状に相対回転させるだけの簡単な動作により、ロータ 13とステータ 14との間のギャップ寸法 Eを変化させたり、ロータ 13とステータ 14との対向面積を変化させること（第 4の実施形態参照）ができ、回転電機 7の特性を変化させることができる。即ち、移動部材 41を用いることにより、簡単な構成で回転電機 7の特性を変化させることができる。

[0133] 移動部材 41は、回転軸 12とロータ 13とが係合する係合構造によって構成されており、その係合部分は回転軸 12の軸心 3回りに螺旋状に延びている。回転軸 12とロータ 13との間で伝達トルク Tの分力が発生すると、その分力は上記係合部分を通じて、回転軸 12及びロータ 13のいずれか一方から他方に加えられる。係合部分は螺旋状に延びているので、上記分力を受けたロータ 13は、係合部分の長手方向に沿って移動する。すなわち、ロータ 13は回転軸 12に対して螺旋状に移動することになる。 [0134] 以下では、移動部材 41の他の具体例として、第 1の具体例（図 4参照）と第 2の具体例（図 5及び 6)とを説明する。

[0135] 図 5は、移動部材 41の第 1の具体例を示している。

[0136] この具体例では、移動部材 41は、螺旋構造のカム組 36で構成されている。この力ム組 36は、回転軸 12とロータ 13との間に設けられ、伝達トルク Tの一部を駆動力として、これら回転軸 12とロータ 13とを軸心 3回りに螺旋状に相対移動させる。カム組 36 は、回転軸 12及びロータ 13のうちいずれか一方に形成された螺旋形状のカム孔 37 と、他方に形成されたカム突起 38とを備えている。カム突起 38はカム孔 37に嵌入され、カム孔 37にカム係合している。図 5に示す例では、カム突起 38は回転軸 12に設けられ、カム孔 37はロータ 13に設けられている。

[0137] カム組 36は小形かつ構成の簡単な機構である。そのため、上記構成によれば、移動部材 41を小形かつ簡単な構成で実現することができる。したがって、回転電機 7を小形かつ簡単な構成にすることができる。

[0138] このように、移動部材 41の係合構造として、いわゆる凹凸状の係合構造を好適に利用することができる。すなわち、移動部材 41は、回転軸 12及びロータ 13のうちいずれか一方に形成されて螺旋状に延びる凹部 42と、他方に形成されて凹部 42に対して係合する凸部 43とを備えていてもよい。前述の実施形態では、はすば歯車組 34 における螺旋状の歯底部や、カム組 36における螺旋状のカム孔 37が凹部 42に相当し、はすば歯車組 34における螺旋状の歯先部や、カム組 36におけるカム突起 38 が凸部 43に相当する。ただし、凹部 42及び凸部 43の具体的構成は前記実施形態のものに限定されず、例えば、回転軸 12を貫通するねじれ形状の長孔を上記凹部 4 2とし、ロータ 13に両端支持され上記長孔に嵌入されるピンを上記凸部 43としてもよレ、。

[0139] 図 6及び図 7は、移動部材 41の第 2の具体例を示している。

[0140] 第 2の具体例では、回転軸 12の外周面に、その軸心 3回りに螺旋状に延びる凸部 43が形成され、ロータ 13の内周面に、凸部 43と係合する凹部 42が形成されている。移動部材 41は、これら凹部 42と凸部 43とによって構成されている。なお、第 2の具体例では、凹部 42は螺旋状に延びておらず、凹部 42と凸部 43とは、凹部 42の内面の 2つの点が凸部 43の長手方向の一部分を挟むように係合している。回転軸 12とロータ 13とが軸心 3回りで相対回転するとき、凹部 42の内面の上記 2つの点のうち、少なくともいずれか一方の点に凸部 43の外面が係合し、ロータ 13は凸部 43の長手方向に移動する。凸部 43は螺旋状に延びているので、ロータ 13は回転軸 12に対して螺旋状に移動する。

[0141] 上記第 1及び第 2の各具体例によれば、回転軸 12とロータ 13との相対回転に伴う凹部 42と凸部 43との係合により、ロータ 13とステータ 14との間のギャップ寸法 Eを変化させたり、それらの対向面積を変化させることができる。このように、凹部 42と凸部 4 3との係合により、回転電機 7の特性を変化させることができる。ここで、凹部 42と凸部 43とからなる係合構造は、比較的単純な構造である。そのため、簡単な構成により、回転電機 7の特性を変化させることが可能となる。

[0142] 上記のように、互いに係合する凹部 42と凸部 43とのいずれか一方もしくは双方を螺旋状にすることにより、回転軸 12とロータ 13との間におけるトノレクの伝達と、回転軸 12とロータ 13との螺旋状の相対回転とを、同時に実現することができる。そのため、回転軸 12に対しロータ 13を軸方向に円滑に移動させることができる。

[0143] なお、はすば歯車組 34のように、移動部材 41における凹部 42と凸部 43とが共に螺旋状である場合には、これらのうちいずれか一方だけが螺旋状である場合に比べて、より大きなトルクを伝達することができる。したがって、ロータ 13を軸方向により円滑かつ確実に移動させることができる。

産業上の利用可能性

[0144] 以上のように、本発明は、回転電機及びこの回転電機を備えた電動車両について有用である。

Claims

請求の範囲

[1] 基底部材と、

前記基底部材に固定されたステータと、

前記基底部材に回転自在に支持された回転軸と、

前記回転軸に連結されて前記ステータに対向し、前記回転軸との間でトルクを伝達し合うロータと、

前記回転軸と前記ロータとの間の伝達トルクの大きさに応じ、前記回転軸の軸方向に沿って前記ロータを前記ステータに対して接近又は離反させるロータ位置可変機構と、

を備えた回転電機。

[2] 前記ロータ位置可変機構は、前記回転軸と前記ロータとの間で伝達される伝達トルクから、前記ロータを前記回転軸の軸方向に移動させる分力を発生させる分力発生機構を備えている請求項 1記載の回転電機。

[3] 基底部材と、

前記基底部材に固定されたステータと、

前記基底部材に回転自在に支持された回転軸と、

前記回転軸と前記ロータとの間で伝達される伝達トルクの一部を駆動力として、前記ロータを前記ステータに対して接近又は離反させるロータ位置可変機構と、を備えた回転電機。

[4] 前記ロータ位置可変機構は、前記ロータから前記回転軸に伝達される伝達トルクが増加すると、前記ロータを前記ステータに接近させる請求項 1一 3のいずれか一つに記載の回転電機。

[5] 前記ロータ位置可変機構は、前記ロータから前記回転軸に伝達される伝達トルクが減少すると、前記ロータを前記ステータから離反させる請求項 1一 3のいずれか一つに記載の回転電機。

[6] 前記ロータ位置可変機構は、前記回転軸から前記ロータに伝達される伝達トルクが増加すると、前記ロータを前記ステータから離反させる請求項 1一 3のいずれか一つに記載の回転電機。

[7] 前記ロータ位置可変機構は、前記ロータを前記ステータに接近又は離反する方向に付勢するばねを備えている請求項 1一 3のいずれか一つに記載の回転電機。

[8] 前記ばねは、前記ロータを前記ステータに対して接近する方向に付勢する第 1のばね部材と、前記ロータを前記ステータから離反する方向に付勢する第 2のばね部材と

、を備えている請求項 7記載の回転電機。

[9] 前記ばねは、非線形特性を有する請求項 7記載の回転電機。

[10] 前記ばねは、特性の異なる複数のばね部材が互いに接続されてなる請求項 7記載の回転電機。

[11] 前記分力発生機構は、前記回転軸と前記ロータとが前記回転軸の軸心回りに螺旋状に相対移動可能となるようにする螺旋構造を備えている請求項 1一 3のいずれか一つに記載の回転電機。

[12] 前記分力発生機構は、前記回転軸と前記ロータとを係合させ、少なくとも一部が前記回転軸の軸心回りに螺旋状に延びる係合構造を備えてレ、る請求項 1一 3のレ、ずれか一つに記載の回転電機。

[13] 前記分力発生機構は、前記回転軸と前記ロータとの間に設けられたはすば歯車組を備えている請求項 1一 3のいずれか一つに記載の回転電機。

[14] 前記分力発生機構は、前記回転軸と前記ロータとの間に設けられたカム組を備えてレ、る請求項 1一 3のレ、ずれか一つに記載の回転電機。

[15] 前記ロータの前記ステータに対する接近又は離反により、前記ロータと前記ステータとを隔てるギャップの寸法が変化する請求項 1一 3のいずれか一つに記載の回転電機。

[16] 前記ロータと前記ステータとは、前記回転軸の軸方向と平行な方向に対向している請求項 1一 3のいずれか一つに記載の回転電機。

[17] 基底部材と、

前記基底部材に固定されたステータと、

前記基底部材に回転自在に支持された回転軸と、前記回転軸に連結されて前記ステータに対向し、前記回転軸との間でトルクを伝達し合うロータと、

前記回転軸と前記ロータとを前記回転軸の軸心回りで相対回転可能とし、前記回転軸と前記ロータとの相対回転により前記ロータを前記回転軸に対して軸方向に相対移動させる移動部材と、

を備えた回転電機。

[18] 基底部材と、

前記基底部材に固定されたステータと、

前記基底部材に回転自在に支持された回転軸と、

前記回転軸と前記ロータとの間で伝達される伝達トルクの一部を駆動力として、前記ロータを前記回転軸に対して軸方向に相対移動させる移動部材と、

を備えた回転電機。

[19] 前記移動部材は、前記回転軸と前記ロータとを係合させ、少なくとも一部が前記回転軸の軸心回りに螺旋状に延びる係合構造を備えている請求項 17又は 18に記載の回転電機。

[20] 前記移動部材は、前記回転軸及び前記ロータのうちのいずれか一方に形成された凸部と、他方に形成されて前記凸部に係合する凹部と、を備えている請求項 17又は 18に記載の回転電機。

[21] 前記凸部及び前記凹部の少なくとも一方は、前記回転軸の軸心回りに螺旋状に延びている請求項 20記載の回転電機。

[22] 走行用駆動源として請求項 1一 3、 17、及び 18のいずれか一つに記載の回転電機を備えた電動車両。