JP2008259364A - 可変界磁モータ - Google Patents

Abstract

【課題】 モータ構造が簡潔な可変界磁モータを提供する。
【解決手段】 ロータ５と、ロータ５に対して同軸をなし、かつロータ５の回転軸方向Ａに変位自在に設けられたステータ７と、ステータ７を回転軸方向Ａに変位させるステータ移動手段１１・１２とを有する可変界磁モータであって、ステータ移動手段１１・１２は、ステータ７に一端で連結された軸線方向に力を伝達する軸方向力伝達部材１１と、軸方向力伝達部材１１を介してステータを回転軸方向Ａに変位させるべく軸方向力伝達部材の他端を変位させる軸方向力発生手段１２とを有し、軸方向力発生手段１２は、ステータ７及びロータ５を含むモータ本体Ｍから離間した位置に設けられるようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、可変界磁モータに関するものであり、詳しくは可変界磁のための可変機構部の構成に特徴を有する可変界磁モータに関するものである。

近年、モータの界磁を調整できるようにし、使用状況に応じた適切な回転数及びトルクが得られるようにした可変界磁モータが電気自動車に用いられている。一般的に可変界磁モータは、ステータ又はロータの一方が他方に対して移動可能に設けられ、可変機構部が当該ステータ及びロータの相対位置を変化させることによって界磁を変化させる（例えば特許文献１）。
特願２００６−３３５５０２

しかしながら、従来の可変界磁モータは、図７に示すように、可変機構部がアクチュエータ１００と、送りねじ１０１とを含んで構成され、それらがステータ及びロータからなるモータ本体と一体に設けられるため、インホイールモータとして車両に設けた場合にはばね下荷重が増加するという課題がある。またモータの構造及び車輪周りの構造も複雑となるとともに、部品点数も多いという課題がある。更に可変機構部の防塵、防水対策が困難であるという課題がある。

本発明は上記の課題を鑑みなされたものであって、インホイールモータとして使用される際に、車両のばね下荷重を低減することができ、モータ構造及び車輪周りの構造を簡潔にすることができ、部品点数を削減することができ、可変機構部の防塵、防水対策を容易にすることができる可変界磁モータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発明は、ロータ５と、前記ロータ５に対して同軸をなし、かつ前記ロータ５の回転軸方向Ａに変位自在に設けられたステータ７と、前記ステータ７を前記回転軸方向Ａに変位させるステータ移動手段１１・１２とを有する可変界磁モータであって、前記ステータ移動手段１１・１２は、前記ステータ７に一端で連結された軸線方向に力を伝達する軸方向力伝達部材１１と、前記軸方向力伝達部材１１を介して前記ステータを前記回転軸方向Ａに変位させるべく前記軸方向力伝達部材の他端を変位させる軸方向力発生手段１２とを有し、前記軸方向力発生手段１２は、前記ステータ７及び前記ロータ５を含むモータ本体Ｍから離間した位置に設けられることを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る発明は請求項１の発明であって、前記ステータ７を前記回転軸方向Ａで前記ステータ７の変位端のいずれか一方に戻す付勢手段（リターンスプリング１７）を更に有し、前記軸方向力伝達部材１１はケーブルであることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、モータの界磁を変化させる可変機構部としてのステータ移動手段の駆動力発生部である軸方向力発生手段を、ステータ及びロータを含むモータ本体から離間した位置に設けるため、モータ本体部の重量を低減することができる。そのため、本発明によるモータをインホイールモータとして使用した場合には、ばね下重量が低減され、乗り心地や車両の走行性能が向上する。また、モータ本体部の部品点数が削減されるとともに、モータ本体の構造も簡潔化され、車体への組み付け性が向上する。また車輪周りの構造が簡潔になることから可変界磁モータの防塵及び防水対策も容易になる。

請求項２の発明によれば、ステータは軸方向力発生手段によって加えられる力と抗する向きに付勢手段によって付勢されることになり、軸方向力伝達部材のたるみ等によるステータ位置の揺らぎを防止し、ステータ位置を確実に決定できるようになる。そのため、マニュアル及び自動制御時の急激なステータ移動制御にも対応してステータを所定の位置に確実に移動させることができ、装置の信頼性が向上する。

また、ケーブルは迂曲可能であるため、軸方向力伝達部材をケーブルとすることにより、ステータ移動手段を種々の装置形状に対応させることができる。また、ケーブルは軽量であることからモータ本体のばね下重量も低減することができる。更に、これらの特徴から本発明を適用したモータを車載する際には、ケーブルを車体本体内で長くすることも可能であり、車体本体における軸方向力発生装置の設置位置の選択性が高くなる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、実施形態に係る可変界磁モータが適用された電気自動車の駆動輪Ｗの例を示す模式的断面図である。図２は、図１のＸ−Ｘ方向から見た側面図である。図３は実施形態に係るモータ式牽引装置を一部破断して示す部分断面図である。図４は他の実施形態に係る手動式牽引装置を一部破断して示す部分断面図である。図５は、実施形態が適用された電気自動車の駆動輪Ｗの例を示す模式的断面図であって、図１の実施形態が変化した後の形態を表す。図６は他の実施形態に係る可変界磁モータが適用された電気自動車の駆動輪Ｗの例を示す模式的断面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態に係る可変界磁モータは電気自動車のインホイールモータとして車体本体のナックル１に固定され電気自動車の車輪の一部を構成する。車体本体に設けられたナックル１に車輪支持板２が固定されており、車輪支持板２に固定支持軸３が突設かつ固定されている。その固定支持軸３には一対の軸受４ａ・４ｂを介してロータ５が回転軸Ａに対して回転自在に支持され、固定ナット２１により軸Ａ方向に位置決めされている。ロータ５の外周部にはホイールを介して駆動輪Ｗが取り付けられている。

ロータ５は、支持軸３と同軸に大小径のボス部５ａ・５ｂが形成されており、両ボス部５ａ・５ｂ間の空間がナックル１側（車体側）に開放されている。大径ボス部５ａの内周面には、周方向にＮ・Ｓ極を並べた複数のマグネット６が配設されている。また、両ボス部５ａ・５ｂによる空間に受容されるようにステータ７が設けられている。

ステータ７は、マグネット６に相対するコア部８とコア部８を支持する環状部材９とから構成される。環状部材９は環状形状を有し、外周側にコア部８が固定され、内周側はガイド軸１０に軸Ａ方向にスライド可能に支持されている。ガイド軸１０は、環状形状を有し、小径ボス部５ｂの外周側に空隙を介して環囲するように配置され、一端を車輪支持板２に固定されている。コア部８は、環状部材９の外周に固定された複数個のステータコア８ａと各ステータコア８ａに巻回された電機子コイル８ｂとにより構成される。このようにして構成されたステータ７と上記ロータ５とによりモータ本体Ｍが形成される。図２は図１中のＸ−Ｘ方向より見た側面図であり、上記のようにして形成されたモータ本体Ｍをナックル１及び駆動輪Ｗを除いて示す。

軸Ａ方向でステータ７とロータ５が重なり合う面積（ステータコア８ａとマグネット６の対向する面積）が小さくなる方向、つまりステータ７がロータ５から離脱する方向ａにステータ７を移動させるステータ移動手段は、一端が環状部材９に連結された軸方向力伝達部材としてのケーブル１１と、モータ本体Ｍから離間して車体に設けられ、ケーブル１１の他端が連結された軸方向力発生手段としてのモータ式牽引装置１２（図３参照）とからなる。ケーブル１１はインナーケーブル１１ａと、インナーケーブル１１ａを保護するアウターケース１１ｂとから構成される。本実施形態でのインナーケーブル１１ａ及びアウターケース１１ｂは自動二輪車や自転車のブレーキ用ケーブルとして一般的に使用されている汎用品であって良い。モータ式牽引装置１２は、モータ１３と、モータの駆動力により回転するドラム１４と、モータ１３及びドラム１４を支持するケーシング１５とから構成される。アウターケース１１ｂは一端が車輪支持板２に固定され、他端がモータ式牽引装置１２のケーシング１５に固定される。インナーケーブル１１ａの一端は環状部材９に連結され、他端はモータ式牽引装置１２のドラム１４に固定される。モータ１３の回転駆動により、インナーケーブル１１ａはドラム１４に巻回され、ステータ７が軸Ａの方向ａへと牽引される。モータ１３の回転駆動は可変界磁モータＭの制御装置によって、可変界磁モータＭの回転数や自動車の走行状態によって決定される。制御方法については公知の方法であって良く、詳述は省略する。

また、モータ式牽引装置１２は、図４に示すようにマニュアル式の手動牽引装置１６としても良い。手動牽引装置１６は、手動操作のための手動レバー１８と、手動レバー１８の一端に固定されたドラム１９と、手動レバー１８及びドラム１９を傾動可能に支持するケーシング２０とによって構成される。一端がステータ７に固定されたインナーケーブル１１ａの他端はドラム１９に固定され、アウターケース１１ｂはケーシング２０に固定されている。手動レバー１８が傾動されることによりドラム１９は回転されインナーケーブル１１ａを引っ張り、ステータ７を牽引する。手動牽引装置１６は、消費電力量の節約が要求されるソーラーカーレースのレース仕様車等に適しており、部品点数も削減でき、車体重量も低減することができる。

本実施形態ではステータ移動手段にケーブル１１及び牽引装置１２を使用しているが、その他同様の効果を奏するものに代替することができる。例えば、ケーブルの替わりにプッシュプルを使用しても良い。その他、ケーブルの代替としてロッドや送りねじを使用し、ロッドや送りねじを介してステータ７を移動させるためにモータ本体から離間した位置にアクチュエータ等の駆動装置を設けても良い。

また図１に示すように、付勢手段としてのリターンスプリング１７がステータ７と車輪支持板２の間に設けられ、ステータ７は軸Ａ方向でステータ７がロータ５から離脱する方向ａと逆向きの方向ｂに付勢される。図５にステータ７が軸Ａに沿って方向ａに移動した後の側面図を示す。元より、ステータ７とロータ５との相対位置が偏倚している場合には、ステータ７はステータコア８ａとマグネット６との間に作用する磁力の影響を受け、ステータコア８ａとマグネット６の相対する面積が大きくなる方向、つまり方向ｂの方向に引き寄せられる。しかし、ステータ７の方向ａへの移動に勢いが付きステータ７が移動し過ぎた場合や、牽引装置１２の牽引力を急激に緩めた場合等にはインナーケーブル１１ａが弛緩する状態が発生し、ステータ７の位置が適切に素早く定まらない場合がある。これらの現象を防ぐため、リターンスプリング１７により常に方向ｂへ付勢しステータ７の位置決めを確実なものとする。本実施形態ではガイド軸１０を環囲して、ステータ７を広範囲で付勢するべくリターンスプリング１７を設けているが、図６に示すように、インナーケーブル１１ａを環囲するようにしてリターンスプリング２２を設けても良い。

以上のように構成することで、ステータ移動手段であるモータ式牽引装置をモータ本体Ｍから分離してインホイールモータを構成することができる。これにより、モータＭ及び車輪周りの部品点数は削減され、構造は簡潔となり、車体への組み付け性が向上するため、製造コストを低減することができる。また、ステータ移動手段であるモータ式牽引装置を車体本体へと設置するため、ばね下荷重は低減され、乗り心地や車両の走行性能が向上する。また構造が簡潔となるため、防塵及び防水対策が行いやすくなる。

本実施形態では、軸方向力発生手段としてステータ７に軸Ａに沿った一方向のみの力を加える牽引手段１２を使用したが、軸方向力発生手段としてステータ７に軸Ａに沿った双方向の力を加えることができるように構成しても良い。例えば、軸方向力伝達手段として環状のケーブルを使用し、軸方向力発生手段として当該ケーブルを軸線方向の双方向に移動させることができる装置を使用してステータ移動手段を構成しても良い。このような場合には、付勢手段としてのリターンスプリング１７は省略することができる。

実施形態に係る可変界磁モータが適用された電気自動車の駆動輪Ｗの例を示す模式的断面図である。 図１のＸ−Ｘ方向から見た側面図である。 実施形態に係るモータ式牽引装置を一部破断して示す部分断面図である。 他の実施形態に係る手動式牽引装置を一部破断して示す部分断面図である。 実施形態が適用された電気自動車の駆動輪Ｗの例を示す模式的断面図であって、図１の実施形態が変化した後の形態を示す模式的断面図である。 他の実施形態に係る可変界磁モータが適用された電気自動車の駆動輪Ｗの例を示す模式的断面図である。 従来技術に係る可変界磁モータが適用された電気自動車の駆動輪Ｗの例を示す模式的断面図である。

符号の説明

１ ナックル
２ 車輪支持板
３ 固定支持軸
５ ロータ
５ａ 大径ボス部
５ｂ 小径ボス部
６ マグネット
７ ステータ
８ コア部
９ 環状部材
１０ ガイド軸
１１ａ インナーケーブル
１１ｂ アウターケース
１２ モータ式牽引装置
１６ 手動牽引装置
１７・２２ リターンスプリング
Ｍ モータ
Ｗ 駆動輪
Ａ 回転軸

Claims (2)

1. ロータと、
   前記ロータに対して同軸をなし、かつ前記ロータの回転軸方向に変位自在に設けられたステータと、
   前記ステータを前記回転軸方向に変位させるステータ移動手段とを有する可変界磁モータであって、
   前記ステータ移動手段は、
   前記ステータに一端で連結された軸線方向に力を伝達する軸方向力伝達部材と、
   前記軸方向力伝達部材を介して前記ステータを前記回転軸方向に変位させるべく前記軸方向力伝達部材の他端を変位させる軸方向力発生手段とを有し、
   前記軸方向力発生手段は、前記ステータ及び前記ロータを含むモータ本体から離間した位置に設けられることを特徴とする可変界磁モータ。
2. 前記ステータを前記回転軸方向で前記ステータの変位端のいずれか一方に戻す付勢手段を更に有し、
   前記軸方向力伝達部材はケーブルであることを特徴とする請求項１に記載の可変界磁モータ。

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