特開 2024-139047 回転電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024139047

(43)【公開日】2024-10-09

(54)【発明の名称】回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 7/108 20060101AFI20241002BHJP

   H02K 7/112 20060101ALI20241002BHJP

   F16D 41/08 20060101ALI20241002BHJP

   F16D 41/067 20060101ALI20241002BHJP

【ＦＩ】

H02K7/108

H02K7/112

F16D41/08 Z

F16D41/067

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023049831

(22)【出願日】2023-03-27

(71)【出願人】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】米澤 紀男

(72)【発明者】

【氏名】難波 雅史

(72)【発明者】

【氏名】金山 光浩

【テーマコード（参考）】

5H607

【Ｆターム（参考）】

5H607AA12

5H607BB01

5H607BB07

5H607BB13

5H607CC03

5H607EE03

5H607EE05

5H607EE07

5H607EE12

5H607EE18

(57)【要約】

【課題】コイルに電流を流して生じる磁力により、２つの機構を独立して制御する。
【解決手段】コイル２０に三相交流電流を流し、生じた磁力により第１アーマチャ４６をティース１８に引き寄せる。この第１アーマチャ４６の動きにより、第１セレクタブルワンウェイクラッチ（ＳＯＷＣ）４２が解放状態となり、サブシャフト３４がメインシャフト２８と共に回転可能となり、メインシャフト２８とサブシャフト３４が入出力軸となる。コイル２０に零相電流を流し、生じた磁力により第２アーマチャ４８をティース１８に引き寄せる。この第２アーマチャ４６の動きにより、第２ＳＯＷＣ４４が解放状態となり、サブシャフト３４がメインシャフト２８から切断され、メインシャフト２８のみが入出力軸となる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ティースと、前記ティースに巻回されたコイルとを有し、固定部に固定されたステータと、
前記固定部に対して回転可能に支持されたロータと、
前記ロータと同軸に配置され、前記ロータと一体となって回転する第１シャフトと、
前記第１シャフトと同軸に配置され、かつ前記固定部に対して回転可能に支持された第２シャフトであって、前記第１シャフトから独立して回転可能な第２シャフトと、
前記第１シャフトまたは前記第２シャフトを前記固定部に選択的に係止／解放する係止機構と、
前記第１シャフトと前記第２シャフトを選択的に接続／切断する継断機構と、
前記コイルに電力を供給して、前記ロータを回転させる回転磁界と、前記ロータの回転に寄与しない静止磁界とを形成可能な駆動回路と、
を含み、
前記係止機構は前記回転磁界によって係止／解放が制御され、前記継断機構は前記静止磁界によって接続／切断が制御される、
回転電機。

【請求項2】

請求項１に記載の回転電機であって、
前記回転磁界の磁束が通る磁路である回転磁界磁路と前記静止磁界の磁束が通る磁路である静止磁界磁路とが一部で異なり、
前記回転電機は、
前記回転磁界磁路の、前記静止磁界磁路と異なる部分の少なくとも一部を形成する第１アーマチャであって、前記回転磁界によって前記ティースに引き寄せられる第１アーマチャと、
前記静止磁界磁路の、前記回転磁界磁路と異なる部分の少なくとも一部を形成する第２アーマチャであって、前記静止磁界によって前記ティースに引き寄せられる第２アーマチャと、
を含み、
前記係止機構は、前記第１アーマチャの動きにより係止／解放が制御され、
前記継断機構は、前記第２アーマチャの動きにより接続／切断が制御される、
回転電機。

【請求項3】

請求項２に記載の回転電機であって、
前記係止機構は、前記第１シャフトまたは前記第２シャフトと前記固定部との相対回転によって受動的に係合して相対回転を阻止する状態と、相対回転を許容する状態とを選択可能なセレクタブルワンウェイクラッチを含み、前記第１アーマチャの動きにより前記係止機構の前記セレクタブルワンウェイクラッチの状態が制御され、
前記継断機構は、前記第１シャフトと前記第２シャフトとの相対回転によって受動的に係合して相対回転を阻止する状態と、相対回転を許容する状態とを選択可能なセレクタブルワンウェイクラッチを含み、前記第２アーマチャの動きにより前記継断機構の前記セレクタブルワンウェイクラッチの状態が制御される、
回転電機。

【請求項4】

請求項３に記載の回転電機であって、
前記ロータと前記ステータが、前記ロータの回転軸線に沿う方向において対向し、
前記第１アーマチャおよび前記第２アーマチャが前記ステータに関して前記ロータの反対側に位置し、前記ロータの前記回転軸線に沿って動く、
回転電機。

【請求項5】

請求項４に記載の回転電機であって、前記第１アーマチャが、前記第２アーマチャの径方向外側に位置し、前記ティースが、径方向において前記第１アーマチャと第２アーマチャの間に位置している介在部を有する、回転電機。

【請求項6】

請求項５に記載の回転電機であって、前記ティースの前記介在部が、前記ロータから離れる向きに突出した山形形状であり、前記山形の一方の斜面が前記第１アーマチャに対向し、他方の斜面が前記第２アーマチャに対向している、回転電機。

【請求項7】

請求項６に記載の回転電機であって、
前記第２シャフトが、前記第１シャフトを囲む円筒部を有し、前記第１シャフトの外周面と前記第２シャフトの前記円筒部の内周面の間に前記継断機構の前記セレクタブルワンウェイクラッチが配置され、
前記固定部には、前記第２シャフトの前記円筒部の外周面と対向する前記内周面が形成され、前記固定部の前記内周面と、前記第２シャフトの前記円筒部の前記外周面との間に前記係止機構の前記セレクタブルワンウェイクラッチが配置された、
回転電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転電機に関し、回転電機に備わるコイルにより生じた磁力によって回転電機の動作状態を制御する回転電機に関する。

【背景技術】

【0002】

電動機、発電機および電動機と発電機の両方で動作可能な電気機器が知られている。このような電気機器、特に回転動作する機器を以下、回転電機と記す。下記特許文献１－３には、回転電機を動作させる回転磁界を形成するためのコイルに電流を流すことにより生じる磁力によって、ブレーキ機構を制御する回転電機が示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１－１７４２３４号公報

【特許文献2】特開平２－２８５９４５号公報

【特許文献3】特開２０１５－５３８３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１－３においては、コイルに電流を流すことにより生じる磁力によって動作する機構は１つである。本発明は、コイルの電流により生じる磁力による制御対象の機構を２つとし、かつ２つの機構を独立して制御可能な回転電機を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明に係る回転電機は、固定部に固定されたステータと、固定部に対して回転可能に支持されたロータとを含み、ステータは、ティースと、ティースに巻回されたコイルとを有する。さらに、回転電機は、ロータと同軸に配置され、かつロータと一体となって回転する第１シャフトと、第１シャフトと同軸に配置され、かつ固定部に対して回転可能に支持された第２シャフトを含む。第２シャフトは、第１シャフトから独立して回転可能である。さらに、回転電機は、第１シャフトまたは第２シャフトを固定部に選択的に係止／解放する係止機構と、第１シャフトと第２シャフトを選択的に接続／切断する継断機構を含む。さらに、回転電機は、コイルに電力を供給して、ロータを回転させる回転磁界と、ロータの回転に寄与しない静止磁界とを形成可能な駆動回路を含む。回転磁界によって係止機構の係止／解放が制御され、静止磁界によって継断機構の接続／切断が制御される。

【0006】

係止機構と継断機構の動作を別々に制御することができる。

【0007】

上記の回転電機において、回転磁界の磁束が通る磁路である回転磁界磁路と静止磁界の磁束が通る磁路である静止磁界磁路とを一部で異なるものとしてよい。そして、回転電機は、回転磁界磁路の、静止磁界磁路と異なる部分の少なくとも一部を形成する第１アーマチャと、静止磁界磁路の、回転磁界磁路と異なる部分の少なくとも一部を形成する第２アーマチャをと含むものとしてよい。第１アーマチャは回転磁界によってティースに引き寄せられ、第１アーマチャの動きにより係止機構の係止／解放が制御される。また、第２アーマチャは静止磁界によってティースに引き寄せられ、第２アーマチャの動きにより継断機構の接続／切断が制御される。

【0008】

上記の回転電機において、係止機構は、第１シャフトまたは第２シャフトと固定部との相対回転によって受動的に係合して相対回転を阻止する状態と、相対回転を許容する状態とを選択可能なセレクタブルワンウェイクラッチを含んでよい。第１アーマチャの動きにより係止機構のセレクタブルワンウェイクラッチの状態が制御される。また、継断機構は、第１シャフトと第２シャフトとの相対回転によって受動的に係合して相対回転を阻止する状態と、相対回転を許容する状態とを選択可能なセレクタブルワンウェイクラッチを含んでよい。第２アーマチャの動きにより継断機構のセレクタブルワンウェイクラッチの状態が制御される。

【0009】

上記の回転電機は、ロータとステータが、ロータの回転軸線に沿う方向において対向するアキシャルモータであってよく、第１アーマチャおよび第２アーマチャがステータに関してロータの反対側に位置し、ロータの前記回転軸線に沿って動くものであってよい。

【0010】

上記の回転電機において、第１アーマチャが、第２アーマチャの径方向外側に位置してよく、ティースが、径方向において第１アーマチャと第２アーマチャの間に位置している介在部を有するものとしてよい。

【0011】

上記の回転電機において、ティースの介在部が、ロータから離れる向きに突出した山形形状であってよく、山形の一方の斜面が第１アーマチャに対向し、他方の斜面が第２アーマチャに対向してよい。

【0012】

上記の回転電機において、第２シャフトが、第１シャフトを囲む円筒部を有してよく、第１シャフトの外周面と第２シャフトの円筒部の内周面の間に継断機構のセレクタブルワンウェイクラッチが配置されてよい。また、固定部に、第２シャフトの円筒部の外周面と対向する内周面が形成されてよく、固定部の内周面と、第２シャフトの円筒部の外周面との間に係止機構のセレクタブルワンウェイクラッチが配置されてよい。
回転電機。

【発明の効果】

【0013】

回転磁界により係止機構の動作を制御し、静止磁界によって継断機構の動作を制御することで、回転電機の２つの入出力軸の一方から入出力するか、両方から入出力するかなどの出力態様を制御できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本実施形態の回転電機の概略構成を示す一部破断斜視図である。

【図2】本実施形態の回転電機の回転軸線を含む断面を示す断面図である。

【図3】第１セレクタブルワンウェイクラッチおよびその周囲の詳細断面図である。

【図4】第１セレクタブルワンウェイクラッチおよびその周囲の部品の分解斜視図である。

【図5】セレクタブルワンウェイクラッチの動作説明図であり、係止状態を示す図である。る。

【図6】セレクタブルワンウェイクラッチの動作説明図であり、解放状態を示す図である。

【図7】第２セレクタブルワンウェイクラッチおよびその周囲の詳細断面図である。

【図8】本実施形態の回転電機の回路構成を示す図である。

【図9】回転磁界を形成する三相磁束の磁路を示す図である。

【図10】静止磁界を形成する零相磁束の磁路を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。図１および図２は、本実施形態の回転電機１０を示す図であり、図１は一部を断面で表した斜視図、図２は回転電機１０の入出力軸の回転軸線Ａを含む断面を示す断面図である。以下では、回転軸線Ａに沿う方向を回転軸線方向、回転軸線Ａを中心とする円周に沿う方向を周方向、回転軸線Ａに直交する方向を径方向と記す。以下では、回転電機１０が電動機として動作する場合を用いて説明する。

【0016】

回転電機１０は、回転磁界を形成するステータ１２と、ステータ１２が形成した回転磁界と相互作用して回転軸線Ａ回りに回転するロータ１４を含む。ステータ１２は、ハウジング１６に固定され、ハウジング１６はさらに外部に固定されている。ステータ１２は、周方向に沿って間隔を空けて配列されたティース１８と、ティース１８に巻回されたコイル２０を含む。ステータ１２は、全体として略ドーナツ形状となっている。コイル２０は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３相のコイルを有し、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルが順に周方向に配列されている。各相のコイルに１２０°位相が異なる電流、すなわち三相交流電流を通電することにより、回転磁界が形成される。

【0017】

ロータ１４は、ロータ部材２２の一部と永久磁石２４から形成される。ロータ部材２２は、ロータ部材円筒部２６と、ロータ部材円筒部２６の端部に設けられたロータ部材円板部２７を有する。ロータ部材円筒部２６は、回転軸線Ａを中心線とする円筒形状であり、略ドーナツ形状のステータ１２の径方向内側に位置する。ロータ部材円板部２７は、回転軸線Ａを中心線とする円板、より詳しくは、ロータ部材円筒部２６の内径と同一内径の中心孔が形成された円環板形状である。ロータ部材円板部２７は、回転軸線方向において、ステータ１２、特にティース１８と対向している。ロータ部材円板部２７の、ティース１８と対向する面に、永久磁石２４が固定されている。永久磁石２４は、極性が交互となるように周方向に沿って配列されている。ロータ部材円板部２７と永久磁石２４がロータ１４を形成する。回転電機１０は、磁気的に相互作用するステータ１２とロータ１４が回転軸線方向において対向する、いわゆるアキシャルモータの構成を有する。

【0018】

ロータ１４と一体に、回転電機１０の入出力軸であるメインシャフト２８が設けられている。メインシャフト２８は、ハウジング１６に軸受等によって回転可能に支持されている。メインシャフト２８はロータ１４と同軸に配置され、ロータ部材円筒部２６を貫通するメインシャフト軸部３０と、メインシャフト軸部３０にフランジ状に設けられたメインシャフトフランジ部３２を有する。メインシャフトフランジ部３２は、ロータ部材円板部２７に隣接して配置され、ロータ部材円板部２７と結合している。メインシャフト軸部３０は、ロータ部材円筒部２６の、ロータ部材円板部２７が設けられた側とは反対側の端から突出している。

【0019】

回転電機１０は、メインシャフト２８に加え、入出力軸としてサブシャフト３４を含む。サブシャフト３４は、メインシャフト２８と同軸に、すなわち回転軸線Ａが中心線となるように、メインシャフト２８と回転軸線方向に並んで配置されている。サブシャフト３４は、ハウジング１６に軸受等を介して回転可能に支持されている。サブシャフト３４は、ハウジング１６の、メインシャフト２８が突出する端面とは反対側の端面から突出している。サブシャフト３４は、サブシャフト軸部３６と、サブシャフト円筒部３８を有する。サブシャフト軸部３６は、ハウジング１６の端面から突出するように配置されている。サブシャフト円筒部３８は、概略円筒形状であって、サブシャフト軸部３６の、ハウジング１６内の端からメインシャフト軸部３０に向けて延び、メインシャフト軸部３０の端部周囲を囲んでいる。

【0020】

メインシャフト２８とロータ部材円筒部２６は、ロータ１４と同軸に配置され、ロータ１４と一体となって回転してロータの回転力を出力する第１シャフトを形成する。また、サブシャフト３４は、第１シャフトと同軸に配置され、第１シャフトから独立して回転可能な第２シャフトである。

【0021】

ハウジング１６には、サブシャフト円筒部３８の外周面の一部と対向する内周面４０が形成されている。この内周面４０とサブシャフト円筒部３８の間に第１セレクタブルワンウェイクラッチ４２が配置されている。第１セレクタブルワンウェイクラッチ４２は、サブシャフト３４がハウジング１６に対して固定された係止状態と、回転可能な解放状態とを選択的に作り出すことができる。セレクタブルワンウェイクラッチの動作については後述する。以下、セレクタブルワンウェイクラッチをＳＯＷＣと記す。

【0022】

サブシャフト円筒部３８の内周面とメインシャフト軸部３０の外周面の互いに対向する部分の間に第２ＳＯＷＣ４４が配置されている。第２ＳＯＷＣ４４は、メインシャフト２８とサブシャフト３４が一体に回転する接続状態と、相対回転可能な切断状態とを選択的に作り出すことができる。

【0023】

回転軸線Ａの方向において、ステータ１２の、ロータ１４とは反対側に第１アーマチャ４６と第２アーマチャ４８が配置されている。第１アーマチャ４６は回転軸線Ａを中心線とする略円環板形状であり、周方向に配列されたティース１８の端面に対向するように配置されている。第１アーマチャ４６は、一般的なアキシャルモータのバックヨークに相当する。第１アーマチャ４６の、ティース１８とは反対側の面に第１制御プレート５０が固定されている。第１制御プレート５０は円環板形状であり、内周縁がサブシャフト円筒部３８の外周面とスプライン結合している。第１制御プレート５０は、回転についてはサブシャフト３４と一体に回転する一方、回転軸線方向についてはサブシャフト３４とは独立して移動可能である。第１アーマチャ４６と第１制御プレート５０は、サブシャフト円筒部３８のスプラインに案内されて回転軸線方向に沿って若干の移動が可能である。第１制御プレート５０の移動によって、第１ＳＯＷＣ４２の状態が制御される。

【0024】

第２アーマチャ４８は、ロータ部材円筒部２６の端に隣接して配置されている。第２アーマチャ４８は、回転軸線Ａを中心線とする円環形状であり、外周にティース１８の一部と対向する面を有する。第２アーマチャ４８は、フランジ付のスリーブ５２を介してメインシャフト軸部３０に支持されている。第２アーマチャ４８は、スリーブ５２と一体となっている。スリーブ５２は、メインシャフト２８とスプライン結合しており、メインシャフト２８と共に回転する一方、回転軸線方向には、メインシャフト２８に対して相対移動が可能である。スリーブ５２の、メインシャフト軸部３０とは反対側の端にフランジが設けられており、このフランジに隣接して第２制御プレート５４が配置されている。第２アーマチャ４８は、スリーブ５２および第２制御プレート５４と共に、回転軸線方向に沿って若干の動きが可能である。この、第２アーマチャ４８等の移動によって、第２ＳＯＷＣ４４の状態が制御される。

【0025】

第１アーマチャ４６と第２アーマチャ４８は同軸に配置され、第１アーマチャ４６が第２アーマチャ４８の径方向外側に配置されている。径方向において、第１アーマチャ４６と第２アーマチャ４８の間に、ティース１８の一部が介在している。この部分をティース介在部５６と記す。ティース介在部５６も円環形状であって、第１アーマチャ４６と第２アーマチャ４８の間を周方向に沿って延びている。ティース介在部５６は、ティース１８の、コイル２０が巻回する部分の内周面１８ａよりも径方向内側に延びている。また、ティース介在部５６は、ロータ１４とは反対側に向かって突出した山形形状であってよい。山形形状の頂点は、ティースの内周面１８ａと径方向において同位置に配置されてよい。ティース介在部５６の山形の２つの斜面５６ａ，５６ｂのうち、径方向外側の斜面５６ａに対向する面が第１アーマチャ４６に設けられている。これにより、第１アーマチャ４６の、周方向に直交する断面は台形となっている。第２アーマチャ４８にも、ティース介在部５６の山形の斜面５６ｂに対向する面が形成されている。第２アーマチャ４８も、周方向に直交する断面が台形となっている。

【0026】

バッテリなどの電源５８からの電力が、駆動回路６０を介してコイル２０に供給される。

【0027】

図３は、第１ＳＯＷＣ４２およびその周囲を拡大して示す斜視断面図である。図４は、第１ＳＯＷＣ４２およびこれに関連する部品の分解斜視図である。第１ＳＯＷＣ４２は、インナリング６２、アウタリング６４、および複数のボール６６を有する。アウタリング６４は、インナリング６２と同軸に、かつ径方向外側に配置され、インナリング６２とアウタリング６４の間においてボール６６が周方向に配列されている。インナリング６２は、キー６７によりサブシャフト３４に対して回り止めされている。アウタリング６４は、ハウジング１６に固定されている。第１ＳＯＷＣ４２は、さらに円環形状のボールホルダ６８と、円環形状の制御リング７０とを含む。ボールホルダ６８は、インナリング６２と一体となって回転する。また、ボールホルダ６８には、回転軸線方向における一方の側縁から切り込まれたボール収容部６８ａが形成されており、ボール収容部６８ａは周方向に沿って配列されている。１つのボール収容部６８ａに１つのボール６６が収容され、ボール６６同士の間隔が維持されている。制御リング７０は、第１制御プレート５０に固定され、第１制御プレート５０と一体となって回転し、また回転軸線方向に沿って移動する。制御リング７０にも周方向に配列されたボール収容部７０ａが形成され、ボール収容部７０ａは、ボールホルダ６８のボール収容部６８ａとは反対向きに開口している。制御リング７０においても、１つのボール収容部７０ａに１つのボール６６が収容されている。ボール６６は、回転軸線方向の両側からボールホルダ６８と制御リング７０に挟まれるように保持されている。インナリング６２の外周面には、それぞれは回転軸線方向に沿って延びる溝６２ａが周方向に配列されている。溝６２ａの断面形状は略Ｖ字形であり、以降、溝６２ａをＶ溝６２ａと記す。

【0028】

図３に示されるように、サブシャフト円筒部３８の端面には押さえプレート７２が固定され、回転軸線方向において、押さえプレート７２と第１制御プレート５０の間に戻しスプリング７４が配置されている。戻しスプリング７４は、第１制御プレート５０を介して制御リング７０を図３において右方向に付勢している。

【0029】

図５および図６は、第１ＳＯＷＣ４２の動作説明図である。図５，６の（ａ）は、ボール６６、ボールホルダ６８および制御リング７０を径方向外側から見た状態を示す図であり、（ｂ）は、回転軸線方向から見た図である。各図の左右方向が周方向であり、１つのボール６６と、このボール６６に関連する部分のみが示されている。また、説明のために、各部品の形状、特に隙間の大きさが強調されている。

【0030】

図５は、第１ＳＯＷＣ４２がインナリング６２とアウタリング６４の相対回転を阻止している係止状態を示し、図６は、相対回転を許容する解放状態を示している。相対回転が阻止される図５の状態では、ボールホルダ６８と制御リング７０が形成する隙間が大きく、ボール６６の可動範囲ｄ1は大きい。図５の（ｂ）に破線で示すようにボール６６がＶ溝６２ａの底に位置していれば、ボール６６と、インナリング６２およびアウタリング６４との隙間があり、インナリング６２とアウタリング６４は相対移動が可能である。この状態からインナリング６２が図において右へ動くと、ボール６６はインナリング６２に対して左に動き、Ｖ溝６２ａの斜面を登る。これにより、ボール６６は、図５に示されるように、インナリング６２とアウタリング６４の隙間の狭い部分で両者に挟まれてつっかえ、インナリング６２のそれ以上の動きが阻止される。インナリング６２が逆向きに動く場合も同様である。

【0031】

制御リング７０を回転軸線方向に沿って図５，６の（ａ）において上方に移動させると、ボールホルダ６８と制御リング７０が形成する隙間が小さくなり、ボール６６の可動範囲ｄ2が小さくなる。ボール６６は、Ｖ溝６２ａの底の位置に保持され、インナリング６２とアウタリング６４に挟まれることがなくなる。これにより、インナリング６２の動きが許容される。制御リング７０の回転軸線方向に沿う動きは、第１制御プレート５０を介して第１アーマチャ４６の動きによって制御される。

【0032】

第１ＳＯＷＣ４２は、制御リング７０がステータ１２から遠い位置にあるとき（図３において右側）係止状態となり、ステータ１２に近い位置にあるとき（図３において左側）解放状態となる。第１ＳＯＷＣ４２は、サブシャフト３４をハウジング１６に対して選択的に係止状態と解放状態にする係止機構である。

【0033】

ＳＯＷＣを含め、ワンウェイクラッチは、係合状態を維持するための外部からの力を必要としない。第１ＳＯＷＣ４２のように、制御リング７０のわずかな動きで、係止状態と解放状態が選択でき、弱い力で係合力を得ることができる。

【0034】

図７は、第２ＳＯＷＣ４４およびその周囲を拡大して示す斜視断面図である。第２ＳＯＷＣ４４の基本的な構成は、第１ＳＯＷＣ４２と同様である。メインシャフト２８上にシャフトリンク７６が配置され、キー７８によってメインシャフト２８に対して回り止めされている。シャフトリンク７６の外周面とサブシャフト円筒部３８の内周面との間に、第２ＳＯＷＣ４４が配置されている。第２ＳＯＷＣ４４のインナリング８０は、シャフトリンク７６上に固定されており、アウタリング８２はサブシャフト円筒部３８に固定されている。インナリング８０とアウタリング８２の間には複数のボール６６が周方向に並べられて配置されている。また、第１ＳＯＷＣ４２と同様、各ボール６６は、ボールホルダ８４と制御リング８６の収容部に収容されている。制御リング８６とサブシャフト円筒部３８の間に押圧スプリング８８が配置され、押圧スプリング８８は制御リング８６を第２制御プレート５４に向けて付勢している。また、スリーブ５２とメインシャフト２８の間に戻しスプリング９０が配置され、スリーブ５２を第２ＳＯＷＣ４４に向けて付勢している。第２ＳＯＷＣ４４の動作は、第１ＳＯＷＣ４２と同様であるので、説明を省略する。第２ＳＯＷＣ４４のインナリング８０とアウタリング８２の相対回転を阻止する係止状態と、許容する解放状態は、第２アーマチャ４８の回転軸線方向に沿う動きにより制御される。

【0035】

第２ＳＯＷＣ４４は、制御リング８６がステータ１２から遠い位置にあるとき（図７において右側）係止状態となり、ステータ１２に近い位置にあるとき（図７において左側）解放状態となる。第２ＳＯＷＣ４４は、メインシャフト２８とサブシャフト３４を選択的に切断状態と接続状態にする継断機構である。

【0036】

図８は、回転電機１０の駆動用の回路構成を示す図である。回転電機のステータのＵ相コイル２０Ｕ、Ｖ相コイル２０Ｖ、Ｗ相コイル２０Ｗに三相電力を供給する駆動回路６０は、一般的な６アームのインバータで構成される。３相のコイル２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗの中性点Ｎを、抵抗９２を介して接地している。これにより、コイル２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗに共通の電圧を印加し、三相の交流電流に重畳して、直流のつまり零相の電流を流すことができる。

【0037】

図９および図１０は磁束を示す図であり、図９は三相電流による磁束、図１０は零相電流による磁束である。三相電流による磁束を三相磁束Φa、零相電流による磁束を零相磁束Φdと記す。三相磁束Φaにより形成される磁界は回転磁界であり、ロータ１４の永久磁石２４に対する進角を制御されながら同期して回転する磁界である。このため、三相磁束Φaは、ティース１８にＮ極を向けた永久磁石２４と、これに隣接するＳ極を向けた永久磁石２４とを結ぶ磁気抵抗が最小の経路、すなわち最短経路を通る。三相磁束Φaは、図９のように、ティース１８にＮ極を向けた永久磁石２４から出て、ティース１８を通って第１アーマチャ４６に抜け、第１アーマチャ４６から別のティース１８を通ってティース１８にＳ極を向けた永久磁石２４に向かい、さらにロータ部材円板部２７を通って元の永久磁石２４に戻る。この三相磁束Φaにより、第１アーマチャ４６がティース１８に向けて引き寄せられる。

【0038】

零相磁束Φdは、周方向に一様であり、全てのティース１８でその向きが同じである。
零相磁束Φdにより形成される磁界は回転しない静止磁界であり、ロータ１４の回転に寄与しない。零相磁束Φdは、ロータ１４から出て、ティース１８、特にティース介在部５６を通って第２アーマチャ４８に抜け、ロータ部材円筒部２６またはメインシャフト２８を通ってロータ１４に戻る。この零相磁束Φdにより、第２アーマチャ４８がティース１８に向けて引き寄せられる。

【0039】

上記のように三相磁束Φaと零相磁束Φdが通る磁路は一部で異なっている。具体的には、三相磁束Φaは、ティース１８を通過した後、周方向に沿って延びる。一方、零相磁束Φdは、ティース１８を通過した後、径方向に沿って内側に延びる。第１アーマチャ４６と第２アーマチャ４８はそれぞれ、三相磁束Φaが通る磁路と零相磁束Φdが通る磁路の異なる部分の一部を形成している。三相磁束Φaは第１アーマチャ４６を通り、零相磁束Φdは、第２アーマチャ４８を通る。これにより、２つのアーマチャ４６，４８を別々に動作させることができる。

【0040】

回転電機１０の動作について説明する。コイル２０に通電しない状態では、第１アーマチャ４６は、戻しスプリング７４の付勢力により、ステータ１２から遠い位置にあり、第１ＳＯＷＣ４２は、係止状態にある。これにより、サブシャフト３４がハウジング１６に対して係止される。また、コイル２０に通電しない状態で、第２アーマチャ４８は、戻しスプリング９０の付勢力により、ステータ１２から遠い位置にあり、第２ＳＯＷＣ４４は、係止状態にある。これにより、メインシャフト２８とサブシャフト３４が接続された状態となり、メインシャフト２８はサブシャフト３４を介してハウジング１６に対して固定される。このように、コイル２０に通電しない状態では、メインシャフト２８およびサブシャフト３４は制止または拘束された状態にある。

【0041】

コイル２０に三相電流を流すと、三相磁束Φaが発生し、第１アーマチャ４６がティース１８に引き寄せられ、ステータ１２に近い位置となる。ただし、ティース１８には接触しない。この第１アーマチャ４６の動きにより、第１ＳＯＷＣ４２は、解放状態となり、サブシャフト３４は、ハウジング１６に対して回転可能となる。三相磁束Φaによってロータ１４が回転し、メインシャフト２８が回転する。さらに、第２ＳＯＷＣ４４によってメインシャフト２８と接続状態にあるサブシャフト３４も回転する。三相電流を流すことにより、メインシャフト２８およびサブシャフト３４が出力軸となる。

【0042】

コイル２０に、三相電流に重畳して零相電流を流すと、零相磁束Φdにより、第２アーマチャ４８がティース１８に引き寄せられ、ステータ１２に近い位置となる。ただし、ティース１８には接触しない。この第２アーマチャ４８の動きにより、第２ＳＯＷＣ４４は、解放状態となり、メインシャフト２８とサブシャフト３４が切断される。この結果、サブシャフト３４からは出力されず、メインシャフト２８のみが出力軸となる。

【0043】

三相電流および零相電流を止めると、第１アーマチャ４６および第２アーマチャ４８は、戻しスプリング７４，９０の付勢力でステータ１２から遠い位置に向かい、第１ＳＯＷＣ４２および第２ＳＯＷＣ４４が係止状態となる。

【0044】

以上、アキシャル型の回転電機について説明したが、ロータとステータが径方向に対向するラジアル型の回転電機にも採用可能である。また、零相磁束は、永久磁石の有無とは関係なく発生させることができるので、永久磁石を有さない誘導機や同期機などの回転電機であっても、コイルによってＮ極とＳ極を交互に生じさせるための磁路と、コイルによって一方の極のみを生じさせるための磁路とを異ならせることにより、上述の実施形態と同様に２つの軸の制御が可能となる。

【0045】

上記では、ＳＯＷＣを用いた係止機構および継断機構について説明したが、摩擦を利用したクラッチ、ブレーキや、２つの部材の凹凸のかみ合わせを利用したクラッチ、ブレーキを係止機構および継断機構に採用することができる。

【符号の説明】

【0046】

１０ 回転電機、１２ ステータ、１４ ロータ、１６ ハウジング（固定部）、１８ ティース、２０ コイル、２２ ロータ部材、２４ 永久磁石、２６ ロータ部材円筒部（第１シャフト）、２７ ロータ部材円板部、２８ メインシャフト（第１シャフト）、３０ メインシャフト軸部、３２ メインシャフトフランジ部、３４ サブシャフト（第２シャフト）、３６ サブシャフト軸部、３８ サブシャフト円筒部、４０ 内周面、４２ 第１セレクタブルワンウェイクラッチ（第１ＳＯＷＣ）、４４ 第２セレクタブルワンウェイクラッチ（第２ＳＯＷＣ）、４６ 第１アーマチャ、４８ 第２アーマチャ、５０ 第１制御プレート、５４ 第２制御プレート、５６ ティース介在部、Ａ 回転軸線、Φa 三相磁束、Φd 零相磁束。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】