JP5176298B2 - 可変エアギャップ式回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、回転子であるロータと、固定子であるステータとの隙間（エアギャップ）を可変とすることができる可変エアギャップ式回転電機に関するものである。

ロータとステータとの隙間はエアギャップと呼ばれ、ロータを駆動するためにロータおよびステータ間で形成される磁気回路の磁気抵抗となる。ロータが高速で回転するときなど、回転電機の運転状態に応じて任意に、エアギャップを変化させることができるアキシャルギャップ型回転電機としては従来、例えば特許文献１に記載のごときものが知られている。
特許文献１に記載のアキシャルギャップ型回転電機は、ステータとロータとの間の隙間、すなわちエアギャップ、の間隔がカウンタ振り子などのアクチュエータによって変化する。
特開２００２−３２５４１２号公報

しかし、上記従来のようなアキシャルギャップ型回転電機にあっては、以下に説明するような問題を生ずる。つまり、ロータおよびステータ間の磁力に抗してロータ全体を軸方向に平行移動させることから、アクチュエータが大きな力をロータに与える必要がある。そうするとアクチュエータが大型化して、当該アキシャルギャップ型回転電機の搭載性が制約される不都合が生じ、重量が増大する。

本発明は、上述の実情に鑑み、小さな力でロータを移動することが可能なアキシャルギャップ型の可変エアギャップ式回転電機を提案するものである。

この目的のため本発明による可変エアギャップ式回転電機は、ステータおよびロータを、軸方向に対向させて配置したアキシャルギャップ型構造を有し、対向面を軸方向に移動可能とした可変エアギャップ式回転電機において、前記ロータのロータコアをロータシャフトの軸回りに複数の鋼板を径方向に積層し、かつ鋼板が軸方向に互いにずれを生じるように移動可能に積層して構成し、前記ロータコアをロータシャフトと共に回転するロータベースに対して、前記ロータコアの外径側部および内径側部のいずれか一方が軸方向移動不能に固定され、他方が軸方向移動可能に取り付けられ、前記ステータと軸方向に対向するロータコアの対向面の外径側の鋼板の軸方向移動量と内径側の鋼板の軸方向移動量とが異なるように構成したことを特徴としたものである。

かかる本発明の構成によれば、ロータの対向面とステータの対向面との間に形成されるエアギャップが変化するよう、ロータの対抗面部材を移動する際に、対抗面部材の外径側部における軸方向移動量と対抗面部材の内径側部における軸方向移動量とが異なることから、対抗面部材は回転軸と非平行に移動ないし傾斜する。このため、僅かな力をもってすれば、対抗面部材を非平行に移動ないし傾斜することが可能であり、小型のアクチュエータで可変エアギャップ式回転電機を実現することができる。したがって従来のように、大きな力で対抗面構成部材全体を軸方向に平行移動する必要がなく、回転電機の搭載性が制約をうけるという前記の問題や、重量増大といった前記の問題を解消することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の第１実施例になる可変エアギャップ式回転電機を、回転軸を含む平面で切断した状態を示す縦断面図である。
図１中、１はロータを示す。ロータ１は円盤形状であって、一点鎖線で表される軸Oを中心に回転する。ロータ１の中央には、軸Ｏに沿って延在するロータシャフト２を設ける。ロータシャフト２はロータ１の回転を取り出す。ロータ１の軸Ｏ方向近傍には破線で示すステータを配置して、これらロータ１およびステータを対向させ、アキシャルギャップ構造の回転電機とする。

ロータ１表面のうちステータと対向する対向面３と、ステータの対向面との間にはエアギャップ４（隙間）が形成される。図１に示すようにロータ対抗面３は通常、軸Ｏと直角方向であり、ステータの対向面も、軸Ｏと直角方向であり、これら対向面同士は平行にある。しかし、後述するロータ対抗面３の軸方向移動によって、ロータ対抗面３と、ステータの対向面とは適宜、非平行となり、ロータ１とステータとの距離が変化する。

ロータ対向面３には、ロータコア５を配設する。また、ステータとは対向しないロータ１の背面には、円盤形状のロータベース６を配設する。ロータベース６は中央でロータシャフト２と結着し、ステータに近い側の表面でロータコア５を支持する。

ロータコア５は、薄板の鋼板７を径方向に積層した構造であり、対向面３を構成する。ロータコア５には図示しない複数の永久磁石を軸Ｏからみて周方向等間隔に配設する。またロータコア５には、半径方向に延在する孔を軸Ｏからみて周方向等間隔に複数設け、これら孔にはそれぞれ、ロッド状の補強部材８を貫通させる。つまり補強部材８は図１に示すように、径方向、すなわち軸Ｏと直角方向、に積層した鋼板７を径方向に貫通し、鋼板７が軸Ｏ方向にばらばらにほどけないようにする。好ましくは補強部材８の表面を電気抵抗の高い材料で被覆する。鋼板７，７間で電気的に短絡することを防止するためである。また好ましくは摩擦係数の低い材料で被覆する。補強部材８および鋼板７間で摩擦抵抗を軽減してロータコア５の変形を滑らかにするためである。具体的にはテフロン（登録商標）などを用いて補強部材８を被覆する。
ロータコア５の径方向外側端は、ロータベース６の外周縁部９で支持される。またロータコア５の径方向内側端は、ロータベース６の中心部１０で支持される。鋼板７は、ロータベース６のこれら外周縁部９および中心部１０間に介在することから、鋼板７は径方向にばらばらにほどけることがない。

ロータベース周縁部９とロータベース中心部１０との間には、ロータコア５およびロータベース６に空隙１１を設ける。

ロータベース周縁部９には前述した補強部材８の径方向外側端をヒンジ結合する。ロータベース中心部１０には径方向に延在する孔１２を設け、孔１２に補強部材８の内径側部を貫通させる。孔１２の内空断面は補強部材８の断面よりも大きく、孔１２の内周と補強部材８の外周との間には図１に示すように軸Ｏ方向の空隙を有する。

ロータベース中心部１０とロータシャフト２との間にはピストン機構を介挿する。このピストン機構のピストン１３には補強部材８の内径側端をヒンジ結合する。

ロータベース６とピストン１３との間には皿バネ１５が介在して、皿バネ１５がピストン１５を図１に示す通常位置に保持する。ピストン１３は、ロータシャフト２と、ロータシャフト２の間で液室１４を区画する。液室１４はロータシャフト２内部に設けた管路１６と接続し、管路１６から作動液を授受する。

図２は、ピストン１３が図１に示す通常位置から、エアギャップ４よりも離れるよう軸方向移動した状態を示す縦断面図である。液室１４に作動液が流入すると、液室１４が膨張し、ピストン１３が皿バネ１５を押し込みながらエアギャップ４から離れるよう軸方向移動する。これに伴い、補強部材８の内径側端もエアギャップ４から離れるよう軸方向移動する。同時に補強部材８の内径側部も孔１２内を軸方向移動する。
これに対し、補強部材８の外径側端はロータベース６にヒンジ結合したまま軸Ｏ方向に移動しない。このように補強部材８の内径側端が、外径側端とは異なるよう軸方向移動すると、補強部材８が傾斜して、ロータコア５は図２に示すように空隙１１を狭めながらエアギャップ４から離れるよう軸方向移動する。以上より、ピストン１３が僅かな力でロータコア５の内径側部を軸Ｏ方向に移動させることが可能であり、ロータコア５の対向面３の軸方向移動量が外径側部と内径側部とで異なることでエアギャップ４を拡幅することができる。

ここでロータコア５の鋼板７に着目すると、図１に示す通常の状態では径方向で隣接する鋼板同士で軸Ｏ方向のずれが生じていない。しかし、補強部材８が図２に示すように傾斜するに伴って、径方向で隣接する鋼板同士で軸Ｏ方向の微小なずれが生じる。

したがって、補強部材８を設けるとともに、あるいは補強部材８に代えて、図３および図４に示す凹凸形状を鋼板７に設けて径方向で隣接する鋼板同士で生じる軸Ｏ方向の微小なずれを適切に規定することにより、ロータコア５の軸方向移動を実現してもよい。

図３は、図１に示すロータコア５のうち、二点鎖線で表示する部分の鋼板７を拡大して示す図である。鋼板７のうち、一方の表面には、軸方向の幅Ｗ１を具えた凹部７ａを形成する。また他方の表面には、凹部７ａよりも狭い軸方向の幅Ｗ２を具えた凸部７ｂを形成する。そして、これら凹部７ａと凸部７ｂとを係合する。図３に示すように、凸部７ｂは凹部７ａの図中左側に位置する。

図４は、図２に示すロータコア５のうち、二点鎖線で表示する部分の鋼板７を拡大して示す図である。ロータコア５が軸方向に移動すると、隣接する鋼板７同士で軸方向にＷ１−Ｗ２の長さにずれて、図４に示すように、凸部７ｂは凹部７ａの図中右側に移動する。

図３および図４に示すように、凸部７ａの軸方向移動は、凹部７ａ内に制限される。したがって凹凸係合部７ａ、７ｂを設けることによって。隣接する鋼板７，７同士の軸方向移動を、凹部７ａの軸方向幅と凸部７ｂの軸方向幅との差分に規定することができ、鋼板７を径方向に積層したロータコア５の軸方向移動は、図１および図２に示す範囲に規定することが可能となる。この結果、ロータコア５外径側部の軸方向移動量と内径側部の軸方向移動量とが異なるよう構成することができる。

なお、ピストン１３を図２に示す位置から、図１に示す通常位置に戻すには、液室１４から作動液を流出して液室１４を収縮し、皿バネ１５がピストン１３を押し戻してピストン１３がエアギャップ４に近づくよう軸方向移動する。

次に本発明の第２実施例について説明する。
図５は、第２実施例になるロータ１の縦断面図であり、ロータコア５の通常位置を示す。
この第２実施例もロータ２１とステータとをロータ１の軸Ｏ方向に対向配置したアキシャルギャップ型の回転電機に係る。したがって、上述した第１実施例と共通する構成については、同様の符号を付して説明を省略し、異なる構成について説明する。
図５に示す第２実施例では、ピストン機構をロータコア５の内径側部ではなく外径側部に設ける。ピストン機構のピストン１３は、ロータコア５の外径側部と連結し、ロータベース６との間で液室１４を区画する。液室１４の膨張収縮によってピストン１３は軸Ｏ方向に移動する。
ロータベース６内部には、管路２２を設ける、管路２２はロータシャフト２内部の管路１６と液室１４とを接続する。

図５に示す第２実施例によっても、ピストン１３が僅かな力でロータコア５の外径側部を軸Ｏ方向に移動に移動させることが可能であり、ロータコア５の対向面３の軸方向移動量が外径側部と内径側部とで異なることでエアギャップ４を拡幅することができる。

これまで説明してきた、ロータコア５の内径側部をロータベース６に軸方向移動可能に取り付けた第１実施例と、ロータコア５の外径側部をロータベース６に軸方向移動可能に取り付けた第２実施例とにつき、ロータコア全体を移動する従来例と比較しつつ説明する。
図６は、ロータコアの軸方向移動量と当該移動に必要な軸方向力との関係を示す特性図である。図６中、横軸は軸方向移動量を示し、縦軸は軸方向力を示す。
ロータコア全体を移動する従来例では、軸方向移動量の大小にかかわらず大きな軸方向力を必要とする。
ロータコア５の外径側部を移動する第２実施例では、軸方向移動量の大小にかかわらず従来例よりも小さな軸方向力で、ロータコア５を移動させることができる。
ロータコア５の内径側部を移動する第１実施例では、軸方向移動量の大小にかかわらず従来例よりも更に小さな軸方向力で、ロータコア５を移動させることができる。

したがって、小型のピストン機構やアクチュエータを用いて可変エアギャップ式回転電機を実現することができ、回転電機の搭載性を向上と、重量増大という問題を解消することができる。

次に本発明の第３実施例について説明する。
図７は、第３実施例になるロータ１の縦断面図であり、ロータコア５の通常位置を示す。
この第３実施例もロータ３１とステータとをロータ１の軸Ｏ方向に対向配置したアキシャルギャップ型の回転電機に係る。したがって、上述した第１実施例と共通する構成については、同様の符号を付して説明を省略し、異なる構成について説明する。
図７に示す第３実施例では、ピストン機構をロータコア５の外径側部に設ける。ピストン機構のピストン１３は、ロータコア５の外径側部と連結し、ロータベース６との間で液室１４を区画する。液室１４の膨張収縮によってピストン１３は軸Ｏ方向に移動する。鋼板７からなるロータコア５には半径方向に延在する孔を設け、この孔に弾性素材からなる中空部材３２を貫通させる。つまり中空部材３２は図１に示すように、径方向、すなわち軸Ｏと直角方向、に積層した鋼板７を径方向に貫通し、鋼板７が軸Ｏ方向にばらばらにほどけないようにする。鋼板７には、図３、図４および前述した凹凸形状７ａ、７ｂを設ける。

ロータコア５外径側部にあるピストン機構の液室１４は、中空部材３２の径方向外側端とを接続する。中空部材３２の径方向内側端は、ロータシャフト２内部に設けた管路１６と接続する。

管路１６から中空部材３２を経由してピストン機構の液室１４に作動液を授受することにより、ピストン１３が軸Ｏ方向に移動し、ロータコア５外径側部がロータベース６に対して軸方向に移動する。図５はロータコア５およびピストン１３の通常位置を示す。液室１４に作動液が流入すると、液室１４が膨張してピストン１３はこの通常位置から皿バネ１５を押し込みながら図中左へ軸方向移動する。これに伴い、ロータコア５外径側部が空隙１１を狭めながら図示しないステータから遠ざかる。以上より、ロータコア５およびロータ対向面３は軸方向に移動し、エアギャップ４が拡幅する。

図７に示す第３実施例によっても、ピストン１３が僅かな力でロータコア５の外径側部を軸Ｏ方向に移動に移動させることが可能であり、ロータコア５の対向面３の軸方向移動量が外径側部と内径側部とで異なることでエアギャップ４を拡幅することができる。

次に本発明の第４実施例について説明する。
図８は、第４実施例になるロータ１の縦断面図であり、ロータコア５の通常位置を示す。
この第４実施例もロータ４１とステータとをロータ１の軸Ｏ方向に対向配置したアキシャルギャップ型の回転電機に係る。したがって、上述した第１実施例と共通する構成については、同様の符号を付して説明を省略し、異なる構成について説明する。
図８に示す第４実施例では、ロータベース４２をロータシャフト２に対して軸方向移動可能に取り付けるロータベース４２の中央部はピストン機構のピストンとして、ロータシャフト２の拡径部４４との間で液室１４を区画する。液室１４の膨張収縮によってロータベース４２は軸Ｏ方向に移動する。液室１４から見て遠い側にあるロータベース４２の表面、すなわちロータ４１の背面、には皿バネ１５と、これら皿バネ１５およびロータベース４２が、ロータシャフト２から抜け出ることを防止する抜け止めナット４３とを順次取り付ける。

ロータベース４２の外周縁部４５は、ロータコア５の外径側部を支持する。
ロータコア５の内径側部は、ロータシャフト２の拡径部４４に支持される。
ロータコア５の鋼板７は、ロータベース４２の外周縁部４５およびロータシャフト２の拡径部４４間に介在することから、鋼板７は径方向にばらばらにほどけることがない。

液室１４に作動液が流入すると、液室１４が膨張し、図９に示すようにロータベース４２および外周縁部４５が皿バネ１５を押し込み、空隙１１を広げながらエアギャップ４から離れるよう移動する。これに伴い、補強部材８の径方向外側端がエアギャップ４から離れるよう移動する。補強部材８の径方向内側端はロータシャフト２の拡径部４４に取り付けられているため、これら両端で軸Ｏ方向の移動量が異なり、補強部材８が傾斜する。補強部材８が貫通するロータコア５は、エアギャップ４から離れるよう軸方向移動する。以上より、ロータベース４２が僅かな力でロータコア５の外径側部を軸Ｏ方向に移動させることが可能であり、ロータコア５の対向面３の軸方向移動量が外径側部と内径側部とで異なることでエアギャップ４を拡幅することができる。

図８および図９に示すように、ロータベース４２の背面には、摩擦クラッチ締結部材４６を取り付け、エアギャップ４からみてこの摩擦締結部材４６よりも遠い側には、被締結部材４７を配置する。エアギャップ４を変化させない通常位置では、図８に示すように、ロータ４１と被締結部材４７とは離れており、両者４１，４７は締結していない。
これに対し、エアギャップ４を拡幅した状態では、図９に示すように、摩擦締結部材４６が被締結部材４７と接触し、ロータ４１は被締結部材４７と締結する。

図１０は、上述した第４実施例の回転電機と、この回転電機の駆動力を取り出す駆動伝達経路上に設けたクラッチおよびブレーキとを組み合わせた応用例を示す縦断面図である。
ロータシャフト２の先端部には、遊星歯車組５１のサンギア５１ｓを結合する。遊星歯車組５１のキャリア５１ｃは、遊星歯車組５１からみてロータシャフト２とは反対側に設けた出力軸５２と結合する。サンギア５１ｓとキャリア５１ｃとの間には摩擦クラッチ５３を挿置する。遊星歯車組５１のリングギア５１ｒと減速機ケース等の固定部材５４との間には摩擦ブレーキ５５を挿置する。この構成は、車両のパワートレーンとして用いる。

摩擦クラッチ５３は、ロータ４１の近傍に配置される。ロータ４１の背面には突起４８を設ける。図１０に示すように、通常はエアギャップ４を小さく設定しておくことから、ロータベース４２は、図１０中左方のステータ４９側に位置し、摩擦クラッチ５３から離れている。したがって、突起４８と摩擦クラッチ５３との間には空隙５６が生じる。空隙５６は、ロータ４１に遊星歯車組５１側から熱が及ぶことを防止する。摩擦クラッチ５３は解放されている。同時に、摩擦ブレーキ５５は、附属のアクチュエータ５７によって締結されている。そうすると、キャリア５１ｃの回転数がサンギア５１ｓの回転数よりも少なく、ロータ４１の回転が減速されて出力軸５２に伝達される減速状態となる。なお、エアギャップ４は小さいため、ロータ４１が出力するトルクは大きい。

摩擦ブレーキ５５を締結したまま、前述したように液室１４に作動液を供給してエアギャップ４を拡幅すると、ロータベース４２が図１０中右方の摩擦クラッチ５３側に移動する。この移動中、突起４８が空隙５６は狭まるものの、摩擦クラッチ５３は未だ押しつけられていない。そうすると、摩擦クラッチ締結部材および非締結部材であるキャリア５１ｃおよびサンギア５１ｓは解放されているものの、エアギャップ４の拡幅に伴って、ロータ４１のトルクは減少する。つまり、上述した減速状態よりもロータ４１のトルクが減少し、かつ、ロータ４１の回転が減速されて出力軸５２に伝達される過渡状態にある。

液室１４に作動液を十分供給してロータベース４２が摩擦クラッチ５３側に完全に移動すると、摩擦クラッチ５３が完全締結し、キャリア５１ｃおよびサンギア５１ｓ間で締結が完了する。同時に、摩擦ブレーキ５５は、附属のアクチュエータ５７によって解放される。そうすると、キャリア５１ｃの回転数がサンギア５１ｓの回転数と一致し、直結状態となる。なお、エアギャップ４は大きいため、直結状態ではロータ４１が出力するトルクが小さい。

上述した減速状態と、過渡状態と、直結状態との関係で表すと、図１１に示すグラフようになる。図１１中、横軸は車速[km/h]を表し、出力軸５２の回転数[rpm]と等価である。図１１中、縦軸は出力軸５２の駆動力[Ｎ]を表す。
図１０に示す実施例によれば、減速状態では出力軸５２の駆動トルクを大きくすることができ、過渡状態では出力軸５２の駆動トルクを小さくすることができる。また減速状態から過渡状態を経て直結状態に切り換え操作したり、これとは逆向きに切り換え操作したりする際に、出力軸５２の駆動トルクを適切に制御することができる。さらに、ロータベース４２が、エアギャップ４を調節するだけでなく、摩擦クラッチ５３のアクチュエータとしての役目を兼用することから、部品スペースの節減および部品点数の削減に寄与することができ、コスト上有利となる。
なお、図１０に示す実施例の他、図には示さなかったが突起４８の形状を変更したり、空隙５６の大きさを変更したりして、摩擦クラッチ５３および摩擦ブレーキ５５の締結解放パターンを様々なバリエーションで実現することが可能である。

ところで、上記した各実施例によれば、対向面３を有するロータコア５のうち、外径側部の軸方向移動量と内径側部の軸方向移動量とが異なるよう構成したことことから、従来のようにロータコア５全体を平行移動することなくエアギャップ４を変化させることができる。したがって、僅かな力を用いて可変エアギャップ式回転電機を実現することが可能となり、ピストン機構等のアクチュエータの小型化・省力化を図ることができる。また回転電機の重量や部品の占有スペースが増大するといった弊害を解消することができる。
なおロータまたはステータのいずれか一方の対向面部材を軸Ｏと非平行に移動させればよいことから、上述したようにエアギャップ４のロータ側対向面３を構成するロータコア５を移動させる他、図には示さなかったが、エアギャップ４のステータ側対向面を構成する部材について、当該部材のうち、外径側部の軸方向移動量と内径側部の軸方向移動量とが異なるよう構成してもよいこと勿論である。

具体的には、第１実施例では、対向面３を構成する部材であるロータ１のロータコア５のうち、ロータコア外径側部をロータ１のロータベース６に軸方向移動不能に取り付け、ロータコア内径側部をロータベース６にピストン１３を介して軸方向移動可能に取り付けたことから、僅かな力で対向面部材であるロータコア５を軸方向移動することが可能となり、ピストン機構等のアクチュエータの小型化・省力化を図り、回転電機の重量や部品の占有スペースが増大するといった弊害を解消することができる。また、内径側にピストン機構を設けることから、ロータシャフト２から液室１４まで管路１６を容易に配索することができる。

また、第２実施例および第３実施例では、対向面３を構成する部材であるロータ２１,３１のロータコア５のうち、ロータコア内径側部をロータ２１,３１のロータベース６に軸方向移動不能に取り付け、ロータコア外径側部をロータベース６にピストン１３を介して軸方向移動可能に取り付けたことから、
アクチュエータとしてピストン機構を採用する場合には、周長が長い外径側でピストン面積などを大きくすることができ、ピストン機構の径方向寸法を短くすることができる。

また、第４実施例では、対向面３を構成する部材であるロータ４１のロータコア５のうち、ロータコア内径側部をロータ４１のロータシャフト２に軸方向移動不能に取り付け、ロータコア外径側部をロータ４１のロータベース４２に取り付け、ロータベース４２をロータシャフト２に軸方向移動可能に取り付けたことから、
僅かな力で対向面部材であるロータコア５を軸方向移動することが可能となり、ピストン機構等のアクチュエータの小型化・省力化を図り、回転電機の重量や部品の占有スペースが増大するといった弊害を解消することができる。またロータベース４２の軸方向移動を別途アクチュエータとして援用することができる。

第４実施例の可変エアギャップ式回転電機を応用した実施例として、図１０に示すようにロータ４１の駆動伝達経路上に摩擦クラッチ５３および摩擦ブレーキ５５の少なくとも一方を設け、ロータベース４２の軸Ｏ方向移動を利用して摩擦クラッチ５３を締結解放するよう構成したことから、ロータベース４２が、エアギャップ４を調節するだけでなく、摩擦クラッチ５３のアクチュエータとしての役目を兼用して、部品スペースの節減および部品点数の削減に寄与することができ、コスト上有利となる。

そして第１実施例〜第４実施例においてロータコア５は、鋼板７を径方向に積層したものであって、永久磁石を具えたことから、本発明になる可変エアギャップの技術を、ロータに永久磁石を用いた永久磁石モータにおいて適用することができ、ロータコア５が変形しながらエアギャップが変化するという特異な効果を奏する。また、ピストン１３等のアクチュエータおよびロータコア５の結合を柔らかくすることができ、エアギャップ変化中に当該結合箇所に無理な変形や応力が生じることを回避できる。

また、鋼板７からなるロータコア５に半径方向に延在する孔を設け、該孔に補強部材８を貫通し、補強部材８の内径側端部および外径側端部のうち、一方をロータベース６に軸方向移動不能に取り付け、他方をロータベース６にピストン１３を介して軸方向移動可能に取り付けたことから、鋼板７を軸Ｏ方向にずらして、エアギャップ４を変化することができる。

ロータコア５が変形する構造として図３および図４に示すように、外径側の鋼板７と内径側の鋼板７とが接触する面のうち、一方の面には凹部７ａを設け、他方の面には凸部７ｂを設けて、これら凹凸部７ａ，７ｂを相互に係合し、該凹凸部７ａ、７ｂはロータコア５の前記軸方向移動を、凹凸部７ａ，７ｂの軸方向幅の差分（所定範囲）に規定するものであれば、
ロータコア５外径側部の軸方向移動量と内径側部の軸方向移動量とが異なるよう構成することができ、対向面３をステータに対して非平行に移動させて、エアギャップ４を変化することができる。また、ロータコアの半径方向中央がステータ方向に撓んだりして、エアギャップ４が不所望に狭くなる懸念が生じず、エアギャップの管理が容易になる。

また図７に示す第３実施例のように、鋼板７からなるロータコア５に半径方向に延在する孔を設け、該孔に弾性素材からなる中空部材３２を貫通し、ロータコア５外径側部とロータベース６との間に軸方向に移動するピストン機構を設け、該ピストン機構の液室１４と中空部材３２の径方向外側端とを接続し、中空部材３２の径方向内側端を経由してピストン機構の液室１４に作動液を授受することにより、ピストン１３がロータコア５外径側部をロータベース６に対して軸方向移動させることから、
対向面３をステータに対して非平行に移動させて、エアギャップ４を変化することができる。また弾性素材を用いることから、ピストン１３等のアクチュエータおよびロータコア５の結合において、前述したヒンジ結合が不要になり機構を単純化することができる。そして当該結合箇所および隣接する鋼板７同士においてガタツキを軽減することができる。また中空部材が管路を兼用することから、部品スペースおよび部品点数を削減することができる。

なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり、本発明はその主旨に逸脱しない範囲において種々変更が加えられうるものである。

本発明の第１実施例になる可変エアギャップ式回転電機のロータを、回転軸を含む平面で切断した状態を示す縦断面図である。 同実施例において、エアギャップが変化した状態を示す縦断面図である。 径方向で隣接する鋼板同士に設けた凹凸係合形状を拡大して示す縦断面図であり、ロータコア対向面がステータに対して平行な通常の状態を示す。 同鋼板同士が軸方向にずれることによりロータコア対向面がステータに対して非平行となるエアギャップ変化後の状態を示す縦断面図である。 本発明の第２実施例になる可変エアギャップ式回転電機のロータを、回転軸を含む平面で切断した状態を示すの縦断面図である。 ロータコアの軸方向移動量と当該移動に必要な軸方向力との関係を示す特性図である。 本発明の第３実施例になる可変エアギャップ式回転電機のロータを、回転軸を含む平面で切断した状態を示すの縦断面図である。 本発明の第４実施例になる可変エアギャップ式回転電機のロータを、回転軸を含む平面で切断した状態を示すの縦断面図である。 同実施例において、エアギャップが変化した状態を示す縦断面図である。 同実施例の回転電機と、この回転電機の駆動力を取り出す駆動伝達経路上に設けたクラッチおよびブレーキと組み合わせた応用例を示す縦断面図である。 同応用例により実現される減速状態と、過渡状態と、直結状態との関係で表すグラフである。

符号の説明

１ ロータ
２ ロータシャフト
３ ロータの対向面
４ エアギャップ
５ ロータコア
６ ロータベース
７ 鋼板
８ 補強部材
１３ ピストン
１４ ピストン機構の液室
４８ 摩擦クラッチを締結する突起
４９ ステータ
５２ 出力軸
５３ 摩擦クラッチ
５５ 摩擦ブレーキ

Claims (7)

1. ステータおよびロータを、軸方向に対向させて配置したアキシャルギャップ型構造を有し、対向面を軸方向に移動可能とした可変エアギャップ式回転電機において、
   前記ロータのロータコアをロータシャフトの軸回りに複数の鋼板を径方向に積層し、かつ鋼板が軸方向に互いにずれを生じるように移動可能に積層して構成し、前記ロータコアをロータシャフトと共に回転するロータベースに対して、前記ロータコアの外径側部および内径側部のいずれか一方が軸方向移動不能に固定され、他方が軸方向移動可能に取り付けられ、前記ステータと軸方向に対向するロータコアの対向面の外径側の鋼板の軸方向移動量と内径側の鋼板の軸方向移動量とが異なるように構成したことを特徴とする可変エアギャップ式回転電機。
2. ステータおよびロータを、軸方向に対向させて配置したアキシャルギャップ型構造を有し、対向面を軸方向に移動可能とした可変エアギャップ式回転電機において、
   前記ロータのロータコアをロータシャフトの軸回りに複数の鋼板を径方向に積層し、かつ鋼板が軸方向に互いにずれを生じるように移動可能に積層して構成し、
   ロータコア内径側部をロータシャフトに軸方向移動不能に取り付け、ロータコア外径側部をロータシャフトと共に回転するロータベースに取り付け、かつロータベースを前記ロータシャフトに軸方向移動可能に取り付け、前記ステータと軸方向に対向するロータコアの対向面の外径側の鋼板の軸方向移動量と内径側の鋼板の軸方向移動量とが異なるように構成したことを特徴とする可変エアギャップ式回転電機。
3. 請求項２に記載の可変エアギャップ式回転電機において、
   前記ロータの駆動伝達経路上にクラッチおよびブレーキの少なくとも一方を設け、前記ロータベースの軸方向移動を利用してこれらクラッチまたはブレーキを締結解放するよう構成したことを特徴とする可変エアギャップ式回転電機。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の可変エアギャップ式回転電機において、
   前記ロータコアは、鋼板を径方向に積層したものであって、永久磁石を具えたことを特徴とする可変エアギャップ式回転電機。
5. 請求項４に記載の可変エアギャップ式回転電機において、
   前記鋼板からなるロータコアに半径方向に延在する孔を設け、該孔に補強部材を貫通し、該補強部材の内径側端部および外径側端部のうち、一方を前記ロータベースに軸方向移動不能に取り付け、他方をロータベースに軸方向移動可能に取り付けたことを特徴とする可変エアギャップ式回転電機。
6. 請求項５に記載の可変エアギャップ式回転電機において、
   外径側の前記鋼板と内径側の前記鋼板とが接触する面のうち、一方の面には凹部を設け、他方の面には凸部を設けて、これら凹凸部を相互に係合し、該凹凸部は隣接する鋼板同士の軸方向移動を所定範囲に規定することを特徴とする可変エアギャップ式回転電機。
7. 請求項６に記載の可変エアギャップ式回転電機において、
   前記鋼板からなるロータコアに半径方向に延在する孔を設け、該孔に弾性素材からなる中空部材を貫通し、
   ロータコア外径側部とロータベースとの間に軸方向に移動するピストン機構を設け、該ピストン機構と中空部材の径方向外側端とを接続し、
   中空部材を経由して前記ピストン機構に作動液を授受することにより、ロータコア外径側部をロータベースに対して軸方向移動可能としたことを特徴とする可変エアギャップ式回転電機。

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