特許 7501482 回転電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-10

(45)【発行日】2024-06-18

(54)【発明の名称】回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 21/14 20060101AFI20240611BHJP

   H02K 1/2706 20220101ALI20240611BHJP

【ＦＩ】

H02K21/14 M

H02K1/2706

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021157055

(22)【出願日】2021-09-27

(65)【公開番号】P2023047884

(43)【公開日】2023-04-06

【審査請求日】2023-10-26

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】北山 武志

(72)【発明者】

【氏名】服部 宏之

【審査官】保田 亨介

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－１３６０１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１４６４２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１３６０７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ１／１７

１／２７－１／２７９８

１５／０３

２１／００－２１／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸線方向を中心に回転可能なシャフトと、
前記シャフトの周囲に配置され、ロータコア及び前記ロータコアに設けられた複数の磁石を有するロータと、
前記ロータの周囲に配置され、ステータコア及び前記ステータコアに設けられたステータコイルを有するステータと、
前記軸線方向において前記ロータコアに対向して配置され、前記軸線方向に移動可能な磁束短絡板と、
前記磁束短絡板を前記軸線方向で前記ロータコアから遠ざかる側へ付勢する付勢部材と、
前記付勢部材を保持する保持部材と、
前記保持部材を前記シャフトに固定する固定部材と、
を備えた回転電機であって、
前記固定部材の材質は、前記保持部材の材質よりも強度が高いことを特徴とする回転電機。

【請求項2】

前記固定部材の材質は金属であり、
前記保持部材の材質は樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。

【請求項3】

前記付勢部材はコイルバネであり、
前記保持部材には、前記コイルバネの一部を格納するバネ穴が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転電機に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、複数の永久磁石が周方向に配設されたロータを回転可能に支持する回転軸の軸線方向の一方に移動したときに、前記永久磁石に当接して磁束を短絡させ、前記回転軸の軸線方向の他方に移動したときに、前記永久磁石から離反する磁束短絡板を備えた電動機が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００７－２６７４５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

磁束短絡板によって永久磁石から発生する磁束を短絡させない場合に、磁束短絡板を永久磁石から離反させるため、磁束短絡板を回転軸の軸線方向で永久磁石から離反する方向に付勢するバネなどの付勢部材を設けるとともに、この付勢部材を回転軸に固定されたハウジングで保持する構成が考えられる。しかしながら、前記ハウジングにおいて、バネを保持する保持部位と、回転軸に固定させる固定部位とを、回転軸の回転時には固定部位に強い負荷がかかることから強度の高い同じ材質で一体的に成形した場合には、機械加工などによる加工コストが高くなり、ひいては、回転電機の高コスト化を招いてしまう。

【0005】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、高コスト化を抑制することができる回転電機を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る回転電機は、軸線方向を中心に回転可能なシャフトと、前記シャフトの周囲に配置され、ロータコア及び前記ロータコアに設けられた複数の磁石を有するロータと、前記ロータの周囲に配置され、ステータコア及び前記ステータコアに設けられたステータコイルを有するステータと、前記軸線方向において前記ロータコアに対向して配置され、前記軸線方向に移動可能な磁束短絡板と、前記磁束短絡板を前記軸線方向で前記ロータコアから遠ざかる側へ付勢する付勢部材と、前記付勢部材を保持する保持部材と、前記保持部材を前記シャフトに固定する固定部材と、を備えた回転電機であって、前記固定部材の材質は、前記保持部材の材質よりも強度が高いことを特徴とするものである。

【0007】

これにより、本発明に係る回転電機においては、保持部材に固定部材の強度と同等以上の材質を用いた場合よりも、保持部材の加工が容易となり、加工コストが高くることを抑制し、ひいては、回転電機の高コスト化を抑制することができる。

【0008】

また、上記において、前記固定部材の材質は金属であり、前記保持部材の材質は樹脂であるようにしてもよい。

【0009】

これにより、固定部材の強度を金属によって担保したまま、保持部材が樹脂であるため保持部材の加工が容易となり加工コストを低減させることが可能となる。

【0010】

また、上記において、前記付勢部材はコイルバネであり、前記保持部材には、前記コイルバネの一部を格納するバネ穴が形成されているようにしてもよい。

【0011】

これにより、金型などで、バネ穴が形成された形状で保持部材を成形することが可能なため、後から機械加工によってバネ穴をあける場合よりも、低コスト化を図ることが可能となる。

【発明の効果】

【0012】

本発明に係る回転電機は、高コスト化を抑制することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、実施形態に係る回転電機の構成を示す図であって、磁束短絡板が第１の位置に位置している状態を示す側面図である。

【図2】図２は、実施形態に係る回転電機の構成を示す図であって、磁束短絡板が第２の位置に位置している状態を示す側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に、本発明に係る回転電機の実施形態について説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。

【0015】

実施形態に係る回転電機１は、例えば永久磁石型のモータであり、図１に示すように、シャフト１０と、ロータ２０と、ステータ３０と、磁束可変機構４０とを備えている。なお、図１では、回転電機１を側面視したもののうち、シャフト１０の軸線ＡＸの上半分のみを図示している。

【0016】

シャフト１０は、軸線方向を中心に回転可能な軸部材である。シャフト１０は、長尺状に形成されている。なお、「軸線方向」とは、シャフト１０の軸線ＡＸに沿った方向のことを示している。

【0017】

ロータ２０は、シャフト１０の周囲（径方向外側）に配置されており、より具体的には、シャフト１０に固設されている。このロータ２０は、ロータコア２１と、複数の磁石（永久磁石）２２と、を備えている。

【0018】

ロータコア２１は、複数の電磁鋼板が軸線方向に積層されて形成されており、全体として円筒状に形成されている。磁石２２は、ロータコア２１に埋設されており、ロータコア２１の軸線方向にわたって延在している。また、磁石２２の軸線方向における端面は、図１に示すように、ロータコア２１の軸線方向における端面と面一になっている。

【0019】

ステータ３０は、ロータ２０の周囲（径方向外側）に隙間をあけて配置されている。また、ステータ３０は、ステータコア３１とステータコイル３２とを備えている。ステータコア３１は、複数の電磁鋼板が軸線方向に積層されて形成されており、全体として円筒状に形成されている。ステータコイル３２は、例えば、ステータコア３１の内周側に形成された複数のティースに巻き回されている。

【0020】

磁束可変機構４０は、ロータ２０の磁石２２からステータ３０に向かう磁束を変化させるための機構であり、磁束短絡板４１とコイルバネ４２とバネ格納部材４３とシャフト締結部材４４とを備えている。

【0021】

磁束短絡板４１は、ロータ２０の磁石２２の磁束を短絡させるためのものである。磁束短絡板４１は、磁性材料から構成されており、円板状に形成されている。また、磁束短絡板４１は、図１に示すように、軸線方向においてロータコア２１と対向して配置されている。磁束短絡板４１は、径方向で内周側に設けられた円環部４１１と、径方向で外周側であって円環部４１１よりも軸線方向でロータコア２１側に突出した突出部４１２とを有している。円環部４１１は、内周側にシャフト１０が挿通される開口が形成されているとともに、軸線方向でロータコア２１と対向する面に複数のコイルバネ４２がそれぞれ接触する。突出部４１２は、軸線方向でロータコア２１と対向する面が、ロータコア２１に埋設された磁石２２と対向する。

【0022】

コイルバネ４２は、磁束短絡板４１を軸線方向の外側へ付勢する付勢部材であり、磁束短絡板４１の周方向に複数（例えば、１８個）設けられている。なお、「磁束短絡板４１を軸線方向の外側」とは、磁束短絡板４１を軸線方向でロータコア２１から遠ざかる側のことを示している。

【0023】

コイルバネ４２を保持する保持部材であるバネ格納部材４３は、例えば、立方体状や直方体状であって、磁束短絡板４１の周方向でコイルバネ４２と同じ数（例えば、１８個）だけ複数設けられている。なお、バネ格納部材４３の形状としては、立方体状や直方体状などに特に限定されるものではない。バネ格納部材４３の軸線方向で磁束短絡板４１と対向する面には、コイルバネ４２の一部を格納するバネ穴４３１が形成されている。なお、バネ穴４３２の深さ方向は、シャフト１０の軸線方向と同じである。コイルバネ４２の軸線方向の一端は、磁束短絡板４１における円環部４１１の軸線方向でバネ格納部材４３と対向する面に接触している。また、コイルバネ４２の軸線方向の他端は、バネ穴４３１の底面に接触している。なお、バネ格納部材４３の外周面と、磁束短絡板４１における突出部４１２の内周面とは径方向で対向しており、例えば、バネ格納部材４３の外周面をガイド面として突出部４１２の内周面が摺動し、磁束短絡板４１が軸線方向に移動することも可能である。また、バネ格納部材４３の外周面に突出部４１２の内周面が接触することによって、磁束短絡板４１の径方向の移動を規制することが可能である。

【0024】

バネ格納部材４３をシャフト１０に固定する固定部材であるシャフト締結部材４４は、円環状であって、シャフト締結部材４４の内周側がシャフト１０に締結されて固定されている。シャフト締結部材４４の外周側には、周方向に複数のバネ格納部材４３が一体的に設けられている。これにより、バネ格納部材４３は、シャフト締結部材４４を介してシャフト１０に固定される。

【0025】

図１に示した磁束短絡板４１は、第１の位置に位置している。「第１の位置」とは、磁束短絡板４１がコイルバネ４２の付勢力によって軸線方向でロータコア２１から最も遠ざかった位置である。また、図２に示した磁束短絡板４１は、第２の位置に位置している。「第２の位置」とは、磁束短絡板４１がコイルバネ４２の付勢力に抗して軸線方向でロータコア２１に最も近づいた位置である。実施形態に係る回転電機１においては、磁束短絡板４１が軸線方向で第１の位置と第２の位置との間を移動することによって、ロータコア２１に埋設された磁石２２から発生した磁束の一部が、磁束短絡板４１の突出部４１２に短絡する量（漏れ磁束の量）を変化させることが可能となっている。すなわち、実施形態に係る回転電機１では、磁束短絡板４１が軸線方向で第１の位置から第２の位置に近づくほど、磁石２２から発生した磁束の一部が、磁束短絡板４１の突出部４１２に短絡する漏れ磁束の量を増加させることが可能である。このようにして、磁束可変機構４０は、磁石２２から磁束短絡板４１の突出部４１２に短絡する漏れ磁束の量を変化させることによって、磁石２２からステータ３０に供給される磁束の量を変化させることが可能である。

【0026】

なお、磁束短絡板４１を第１の位置から第２の位置に移動させる手段としては、例えば、ステータコイル３２に流す電流の大きさを所定値よりも大きくすることによって、磁石２２から第１の位置に位置する磁束短絡板４１の突出部４１２に短絡する漏れ磁束の量を増加させることにより、磁束短絡板４１を軸線方向でロータコア２１に近づく側へ引き付けて第２の位置に移動させるような力を発生させることによって行う。

【0027】

また、実施形態に係る回転電機１においては、アクチュエータなどを有する作動機構によって、コイルバネ４２の付勢力に抗して、第１の位置から第２の位置に磁束短絡板４１を移動させるような力を磁束短絡板４１に加えて、第１の位置から第２の位置に磁束短絡板４１を移動させる構成を採用することも可能である。この場合には、第１の位置を、磁石２２から磁束短絡板４１の突出部４１２に漏れ磁束が短絡しない非短絡位置とし、第２の位置を、磁石２２から磁束短絡板４１の突出部４１２に漏れ磁束が短絡する短絡位置とすることも可能である。

【0028】

実施形態に係る回転電機１においては、例えば、高回転時に磁束短絡板４１を第１の位置から第２の位置に移動させて、磁石２２から磁束短絡板４１の突出部４１２に短絡する漏れ磁束の量を増加させることにより、磁石２２からステータ３０に供給される磁束の量を減らすことによって、高回転時における逆起電圧を抑制する。

【0029】

ここで、実施形態に係る回転電機１においては、磁束可変機構４０が備えるバネ格納部材４３とシャフト締結部材４４とが異なる材質からなり、シャフト締結部材４４の材質は、バネ格納部材４３の材質よりも強度が高い。具体的に、実施形態に係る回転電機１において、シャフト締結部材４４は金属からなり、バネ格納部材４３は樹脂からなる。シャフト締結部材４４に用いられる金属としては、例えば、非磁性のステンレス鋼などが挙げられる。また、バネ格納部材４３に用いられる樹脂としては、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）樹脂などが挙げられる。

【0030】

このように、実施形態に係る回転電機１では、シャフト１０の回転時に高負荷がかかるシャフト締結部材４４の強度を担保したまま、バネ格納部材４３にシャフト締結部材４４よりも強度の低い材質を用いる。これにより、実施形態に係る回転電機１においては、バネ格納部材４３にシャフト締結部材４４の強度と同等以上の材質を用いた場合よりも、バネ穴４３１を形成するなどのバネ格納部材４３の加工が容易となり、加工コストが高くなることを抑制し、ひいては、回転電機の高コスト化を抑制することができる。

【0031】

また、実施形態に係る回転電機１では、シャフト締結部材４４に金属を用いるのに対して、バネ格納部材４３に樹脂を用いることによって、金型などで、バネ穴４３１が形成された形状でバネ格納部材４３を成形することが可能なため、後から機械加工によってバネ穴４３１をあける場合よりも、低コスト化を図ることが可能となる。

【0032】

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、以上のように表わしかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、ロータ２０の軸線方向で両側にそれぞれ磁束可変機構４０を設けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ロータ２０の軸線方向で少なくとも一方側に磁束可変機構４０を設ければよい。したがって、添付のクレームおよびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

【符号の説明】

【0033】

１ 回転電機
１０ シャフト
２０ ロータ
２１ ロータコア
２２ 磁石
３０ ステータ
３１ ステータコア
３２ ステータコイル
４１ 磁束短絡板
４２ コイルバネ
４３ バネ格納部材
４４ シャフト締結部材
４１１ 円環部
４１２ 突出部
４３１ バネ穴
ＡＸ 軸線

【図1】

【図2】