JP3695344B2

JP3695344B2 - Rotating electric machine

Info

Publication number: JP3695344B2
Application number: JP2001116805A
Authority: JP
Inventors: 観赤津
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-04-16
Filing date: 2001-04-16
Publication date: 2005-09-14
Anticipated expiration: 2021-04-16
Also published as: JP2002315244A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回転電機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ロータの内部に永久磁石を埋め込んだ永久磁石モータとして、特開平５−３００７１２号公報には永久磁石をモータの回転速度に伴い軸方向に運動させることで高速回転時の逆起電力を抑えるようにしたものが、また特開平１１−２０６０４６号公報には永久磁石を斜めに着磁するか着磁後の永久磁石を予め斜めに配置することで磁石トルクとリラクタンストルクの位相差を変化させトルクを向上させるようにしたものが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特開平５−３００７１２号公報の技術では遠心力を用いて半径方向に移動可能なウェイトにより永久磁石を軸方向に移動させる構成であるため、回転速度以外の因子によっては永久磁石の軸方向移動量を制御できない。またステータに対する永久磁石の角度も変化させることができない。すなわち特開平５−３００７１２号公報の技術によっては外部からの指示に応じてステータに対する永久磁石の磁界強さや磁界方向を任意に変えることは不可能である。
【０００４】
こうした事情は特開平１１−２０６０４６号公報の技術においても同様である。すなわち着磁した後に再度着磁方向を変えることは困難であるし、永久磁石を斜めに設置した後にステータに対する永久磁石の角度を変更することはできない。
【０００５】
そこで本発明は永久磁石の磁界強さ及び磁界方向を外部からの指示により容易に制御可能な回転電機を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、ステータと、永久磁石を含んで構成されるロータとを備える回転電機であって、ロータの回転速度に応じてステータに対する永久磁石の磁界強さを制御可能な磁界強度制御手段と、ロータの回転速度に応じてステータに対する永久磁石の磁界方向を制御可能な磁界方向制御手段とを備え、前記磁界強度制御手段がステータに対する永久磁石の距離を制御する。
【０００９】
第２の発明は、ステータと、永久磁石を含んで構成されるロータとを備える回転電機であって、ロータの回転速度に応じてステータに対する永久磁石の磁界強さを制御可能な磁界強度制御手段と、ロータの回転速度に応じてステータに対する永久磁石の磁界方向を制御可能な磁界方向制御手段とを備え、前記磁界方向制御手段がステータに対する永久磁石の傾き角を制御する。
【００１０】
第３の発明は、ステータと、永久磁石を含んで構成されるロータとを備える回転電機であって、ロータの回転速度に応じてステータに対する永久磁石の磁界強さを制御可能な磁界強度制御手段と、ロータの回転速度に応じてステータに対する永久磁石の磁界方向を制御可能な磁界方向制御手段とを備えると共に、軸の周りに回転可能でありかつこの軸からオフセットした位置に永久磁石を設けたロータ磁石部（図２２参照）を備え、磁界強度制御手段及び磁界方向制御手段が、永久磁石の磁界方向を制御し得る磁界方向制御手段である。
【００１１】
第４の発明は、ステータと、永久磁石を含んで構成されるロータとを備える回転電機であって、ロータの回転速度に応じてステータに対する永久磁石の磁界強さを制御可能な磁界強度制御手段と、ロータの回転速度に応じてステータに対する永久磁石の磁界方向を制御可能な磁界方向制御手段とを備えると共に、ロータが、ロータ基部と、軸の周りに回転可能でありかつこの軸からオフセットした位置に永久磁石を設けたロータ磁石部と、このロータ磁石部がロータ基部の軸を中心に公転しつつ自転が可能となるようにロータ基部の前後にあってロータ基部とロータ磁石部を回転支持する一対の回転支持部材とを備え、磁界強度制御手段及び磁界方向制御手段が、ロータ磁石部の公転中心と自転中心とを結ぶ線に対する永久磁石の磁界方向の傾転角を制御し得る傾転角制御手段である。
【００１２】
ここで、一対の回転支持部材は図１、図７、図８、図９に示したように缶状の回転支持部材４１、４５であってもよいし、図１０、図１３、図１７、図１８に示したように円盤状の回転支持部材５１、５５であってもかまわない。
【００１３】
第５の発明では、第３の発明において磁界方向制御手段が、ロータの回転速度が高くなるほど永久磁石の磁界方向を傾かせる。
【００１４】
第６の発明では、第４の発明において傾転角制御手段が、ロータの回転速度が高くなるほど永久磁石の磁界方向の傾転角を増加させる。
【００１５】
第７の発明では、第４または第６の発明において傾転角制御手段が、一方の回転支持部材に支持されロータ磁石部の自転を可能にする歯車機構と、歯車機構を働かせるアクチュエータと、アクチュエータの歯車機構への動力伝達を断接するクラッチとからなる。
【００１６】
この場合、歯車機構は図１、図７、図８、図９に示したように噛合する少なくとも２つの歯車１１１、１１２であればよい。アクチュエータは例えば図１、図７に示したようにサブモータ１２０、１２４である。
【００１７】
第８の発明では、第７の発明においてアクチュエータがロータとステータからなるモータである。
【００１８】
第９の発明では、第４または第６の発明において傾転角制御手段が、一方の回転支持部材に支持されロータ磁石部の自転を可能にする歯車機構と、この歯車機構を働かせる複合遊星歯車と、この複合遊星歯車に指令を与えるレバーとからなる。
【００１９】
この場合、歯車機構は図１０、図１３、図１７、図１８に示したように噛合する少なくとも２つの歯車１１１、１１２であればよい。
【００２０】
第１０の発明では、第９の発明において歯車機構がロータ磁石部と一体に回転可能な第１歯車を含んで構成され、複合遊星歯車がサンギヤ、リングギヤ、ピニオン、キャリアの４部品を含んで構成される遊星歯車を２つ前後に組み合わせものであり、複合遊星歯車について次の条件
条件１：サンギヤ、リングギヤ、キャリアのいずれか一つを選択しその選択した一対の部品について一方が第１歯車と間接的または直接的に噛合し他方が支持部材と直接的または間接的に結合していること、
条件２：条件１で選択した残りの２部品についていずれかを選択しその選択した一対の部品について一方がケースに結合し他方がレバーに結合していること、
条件３：条件２で選択されなかった部品の一対が互いに結合していること
をすべて満足する接続パターンである。
【００２１】
【発明の効果】
第１、第２の発明によれば、ステータに対する磁界強さ（ステータに鎖交する磁束数）および磁界方向を外部からの指示、たとえば運転条件やロータ回転速度に応じて任意に制御することが可能となるため、回転電機の有する特性を大幅に向上することができる。
【００２２】
第３、第４、第７〜第１０の発明によれば、ロータの回転と独立に永久磁石の磁界方向を変化させることができるので、任意の磁界を作り出すことができる。
【００２３】
一般的にロータの回転速度（モータ回転速度）が高い領域では誘導電圧を抑制するためにいわゆる弱め界磁制御が行われる。この制御により、高回転速度域での誘起電圧がインバータの出し得る最大電圧より大きい場合には磁石トルクはほとんど出ずモータの総合トルクはリラクタンストルクが主となる。一方、高回転速度域での誘起電圧がインバータの出し得る最大電圧より小さい場合には磁石トルクを使うことができる。したがってモータ回転速度が高くなるほど永久磁石を傾転させると、永久磁石の傾転を規制した場合（つまり永久磁石がロータに固定されている一般的なモータの場合）に比して、誘起電圧の増加を抑制して磁石トルクを有効に使いつつこの磁石トルクによってモータの総合トルクが増加することになる。すなわち第５、第６の発明によればモータ回転速度に応じて永久磁石を傾転させることで、永久磁石を傾転させ得ないモータの場合に比して、誘起電圧を抑制しつつモータの総合トルクを向上させることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１はモータの軸方向断面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面で見たロータ部の平面図である。なお、図１において軸受の大きさを異ならせて示しているが特別な意味はない。
【００２６】
モータは、モータケース１、ステータ２、ロータ３、ロータ３の回転力を取り出すための出力軸４からなる。ロータ３はさらに円盤状のロータ基部２０、ロータ軸２１、ロータ磁石部３０からなる。
【００２７】
ロータ磁石部３０は全体として長円柱状に形成される。４つあるロータ磁石部３０の構成はいずれも同じで、図２に示したように永久磁石３１がロータ磁石部３０の軸３３からオフセットされた（外れた）位置でかつ直径方向に対してほぼ直角となるように埋め込まれている。そして図２のようにロータ磁石部３０の外縁がロータ基部２０の外周よりわずかに飛び出すようにして、ロータ基部２０の周方向に等間隔で配置されている。
【００２８】
ロータ磁石部３０はさらにロータ軸２１を中心として公転しつつ自転可能とするためロータ基部２０の前後（図１で左方を前方、右方を後方とする。以下同じ。）に回転支持機構４０を備える。回転支持機構４０はロータ３前方に配置される缶状の回転支持部材４１と、ロータ３後方に配置される同じく缶状の回転支持部材４５とからなる。
【００２９】
まずロータ基部２０は次のようにして回転支持される。すなわち前方に突出するロータ軸２１は前方の回転支持部材４１を介して出力軸４と結合されており、したがってモータケース１の前方壁１ａに設けた軸受５により支持される。これに対して後方に突出するロータ軸２１は後方の回転支持部材４５の前方壁４５ａに設けた軸受４６で支持されている。なお、後述する図１０で示すように出力軸４とロータ軸２１を同一部材で構成しても構わない。
【００３０】
次にロータ磁石部３０は次のようにして支持される。すなわちロータ磁石部３０は前方に突出する軸３３が前方の回転支持部材４１の後方壁４１ａの外周近くに設けた軸受４２で、また後方に突出する軸３３が後方の回転支持部材４５の前方壁４５ａの外周近くに設けた軸受４７で支持される。
【００３１】
このように前方の回転支持部材４１と後方の回転支持部材４５とを構成することで、ロータ磁石部３０がロータ軸２１の周りを公転しつつロータ磁石部３０の軸３３を中心にして自転することが可能となる。永久磁石３１は軸３３に対して偏心した位置に設けてあるので、ロータ磁石部３０を自転させると永久磁石３１の傾きが変化する。ここでは永久磁石３１の「傾転角」を次のように定義する。図２において右に位置する１つのロータ磁石部３０で代表させると、永久磁石３１は磁界方向が図で左右方向となるように形成してあり、このときロータ磁石部３０の公転中心（ロータ軸２１の芯）と自転中心（軸３３の芯）とを結ぶ直線の方向と永久磁石３１の磁界方向とが一致する。この位置（図２の状態）を基準位置とするとともに、ロータ３が図で時計方向に回転するとして基準位置からロータ磁石部３０を図で反時計方向に回転させたとき永久磁石３１が傾く角度を傾転角として定義する。すなわち永久磁石３１の磁界方向が軸３３を中心にして傾く角度が傾転角である。永久磁石３１が図２の状態にあるとき永久磁石３１の傾転角は０度である。ロータ磁石部３０が反時計方向に回るほど永久磁石３１の傾転角が大きくなる。
【００３２】
モータにはこの永久磁石３１の傾転角を制御する機構（以下「傾転角制御機構」という。）１００を備える。傾転角制御機構１００（傾転角制御手段）は、後方の回転支持部材４５の内部にあってロータ軸２１と一体に回転する缶状の回転支持部材１１５、この内側回転支持部材１１５の内部に収納される第１歯車１１１と第２歯車１１２、サブモータ１２０、クラッチ１３０からなる。
【００３３】
詳細にはロータ磁石部３０と一体的に回転し得る第１歯車１１１はその軸がロータ磁石部３０の軸３３と同じ軸芯位置となるように内側回転支持部材１１５の前方壁１１５ａおよび後方壁１１５ｂの外周近くに設けた軸受１１６、１１７で支持される。第２歯車軸１１３はロータ軸２１と軸芯の位置と同じになるように内側回転支持部材１１５の後方壁１１５ｂに設けた軸受１１８と、外側回転支持部材４５に設けた軸受４８とにより支持されている。なお、軸受４８は外側回転支持部材４５を支持する軸受を兼ねている。
【００３４】
モータケース１の後方外側に固定され第２歯車軸１１３と結合されるサブモータ１２０はサブケース１２４、サブステータ１２１、サブロータ１２２、回転軸１２３、軸受１２５、１２６からなり、回転軸１２３が第２歯車軸１１３と一体的に結合されている。
【００３５】
外側にある回転支持部材４５の内部でかつ内側にある回転支持部材１１５の後方に設けられるクラッチ１３０は例えば湿式の摩擦多板クラッチで構成される。すなわち第２歯車軸１１３に固定される一方の部材（例えばクラッチディスク）１３０ａと、内側回転支持部材１１５の後方壁１１５ｂに固定される他方の部材（例えばプレッシャプレート）１３０ｂとからなり、油圧に応じて第２歯車軸１１３と内側回転支持部材１１５とを接続しまたはその接続を遮断する。第２歯車軸１１３と内側回転支持部材１１５との接続状態がクラッチ１３０の締結状態、第２歯車軸１１３と内側回転支持部材１１５との接続を遮断した状態がクラッチ１３０の解放状態である。
【００３６】
ここで本実施形態の作用を説明する。
【００３７】
簡単のためにまずモータ（ロータ基部２０）が停止している場合について説明する。クラッチ１３０を締結しているときには回転軸１２３を回転させようとしても第２歯車１１２が内側回転支持部材１１５に対して固定されているため回転できない。このため第２歯車１１２と噛合している第１歯車１１１が自転できない。
【００３８】
これに対してクラッチ１３０を解放すると、回転軸１２３の回転角と同じ角度だけ第２歯車１１２が回転し、これに応じて第１歯車１１１が所定の角度自転する。この場合、所定の角度は第２歯車１１２の回転した角度と２つの歯車１１１、１１２の歯数比とに応じて定まる。
【００３９】
ここで、第１歯車１１１の回転した角度はロータ磁石部３０の自転した角度に等しく、第２歯車１１２の回転した角度は回転軸１２３の回転した角度に等しいので、回転軸１２３の回転角度によってロータ磁石部３０の自転角度が変化する。すなわちサブモータ１２０により永久磁石３１の傾転角を任意に制御できる。
【００４０】
次に、モータが作動（ロータ基部２０が回転）している場合について説明する。クラッチ１３０を締結しているときロータ基部２０の回転はロータ磁石部３０と第１歯車１１１の結合を介して、外側回転支持部材４５、内側回転支持部材１１５に伝えられ、内側回転支持部材１１５の回転はさらにクラッチ１３０を介して回転軸１２３に伝えられるためこれら回転支持部材４５、１１５、クラッチ１３０、回転軸１２３がロータ基部２０と同一の回転速度で一体に回転する。
【００４１】
この状態でクラッチ１３０を解放し、ロータ基部２０の回転速度（モータ回転速度）に対して回転速度差が生じるように回転軸１２３の回転速度（サブモータ１２０の回転速度）を制御すると、その回転速度差に応じてロータ磁石部３０が自転し、これにより永久磁石３１が傾転する。
【００４２】
このようにして傾転角制御機構１００のうちのサブモータ１２０の回転速度制御とクラッチ１３０の締結・解放との組合せにより永久磁石３１の傾転角を任意に制御することができることがわかる。
【００４３】
次に永久磁石３１の傾転角とモータ回転速度との関係、さらには永久磁石３１の傾転角がモータの誘起電圧と総合トルク（磁石トルク＋リラクタンストルク）に及ぼす影響とについて説明する。
【００４４】
永久磁石３１の傾転角は前述したように永久磁石３１の磁界方向がロータ磁石部３０の公転中心と自転中心とを結ぶ直線の方向と一致しているときを基準位置（図２の状態）としてこの基準位置からの永久磁石３１の傾転した角度のことである。すなわち永久磁石３１の磁界方向がロータ磁石部３０の軸３３を中心に傾いた角度を傾転角と定義している。
【００４５】
図３はモータ回転速度に対する傾転角の特性を示す。同図のようにモータ回転速度が高くなるほど傾転角が大きくなるように設定されている。なお、図では傾転角の最大値を例えば９０度として示している。
【００４６】
図４はモータ回転速度が同一のときの傾転角に対するモータの誘起電圧の特性を示す。同図のように傾転角が増加するほどモータの誘起電圧が減少する。これは、永久磁石３１が基準位置より傾転するほど永久磁石３１とステータ２との距離が大きくなり磁界強さが低下し、これに対応して誘起電圧が減少するためである。
【００４７】
図５、図６はモータ回転速度が同一の場合に傾転角の違いによりモータの総合トルクにどのように影響するかを示した特性である。図５に示す傾転角が０度のときより図６に示す傾転角が２０度のときの方がモータの総合トルクが増加している。これは、図６のように永久磁石３１が傾転すると永久磁石３１がステータ２に対してつくる磁界の向きが変わることにより、磁石トルクの電流に対する位相が変化して磁石トルクの最大値がリラクタンストルクの最大値に近づき、これによって総合トルクが増加するからである。
【００４８】
一般的にモータ回転速度が高い領域では誘導電圧を抑制するためにいわゆる弱め界磁制御が行われる。この制御により、高回転速度域での誘起電圧がインバータの出し得る最大電圧より大きい場合には磁石トルクはほとんど出ずモータの総合トルクはリラクタンストルクが主となる。一方、高回転速度域での誘起電圧がインバータの出し得る最大電圧より小さい場合には磁石トルクを使うことができる。したがってモータ回転速度が高くなるほど永久磁石３１を傾転させると、永久磁石の傾転を規制した場合（つまり永久磁石がロータに固定されている一般的なモータの場合）に比して、誘起電圧の増加を抑制して磁石トルクを有効に使いつつこの磁石トルクによってモータの総合トルクが増加することになる。すなわちモータ回転速度に応じて永久磁石３１を傾転させることで、永久磁石を傾転させ得ないモータの場合に比して、誘起電圧を抑制しつつモータの総合トルクを向上させることができる。
【００４９】
図７、図８、図９は第２、第３、第４の各実施形態のモータの軸方向断面図である。なお図１と同一部分には同一符号をつけてその説明を省略する。
【００５０】
まず第２、第３実施形態において第１実施形態との差異はサブモータをモータケース１内側に配置した点にある。すなわち、第２実施形態の図７においてはサブモータ１２０のサブステータ１２１がクラッチ１３０の構成部材１３０ｂに固定され、このサブステータ１２１と所定の間隙を置いてサブロータ１２２が配置されている。
【００５１】
また、第３実施形態の図８においてはサブモータ１２７のサブステータ１２８がモータケース１の前方壁１ａに固定され、このサブステータ１２８と所定の間隙を置いてサブロータ１２９が前方の回転支持部材４１の外周に配置されている。この場合には、クラッチ１３０の締結時にモータ（ロータ基部２０）とサブモータ（サブロータ１２９）とが同じ回転速度で回転し、クラッチ１３０の解放時に両者に回転速度差が生じるようにサブモータを制御すればロータ磁石部３０が自転する。
【００５２】
次に図９に示す第４実施形態において第１実施形態との差異はサブモータを廃止した点にある。サブモータを廃止しても永久磁石３１の傾転角を制御できることを次に説明する。
【００５３】
モータが回転している場合にクラッチ１３０が締結しているとロータ磁石部３０は自転できない。このときロータ磁石部３０がステータ２から受ける力は全てロータ磁石部３０の公転にすなわち出力軸４の回転に使われる。これに対してクラッチ１３０が解放されると、ロータ磁石部３０がステータ２から受ける力の一部がロータ磁石部３０の自転に使われることになる。よって、クラッチ１３０の解放時間を制御することでロータ磁石部３０の自転する角度（永久磁石３１の傾転角）を任意に制御することが可能になる。
【００５４】
なお、ロータ磁石部３０の自転する角度を制御する際にロータ磁石部３０はモータのトルクが抜ける方向に回転するので、例えば永久磁石３１の傾転角を２０度に制御したいときはロータ磁石部３０を図２４に示したように図で時計方向に３４０度回転させることになる。
【００５５】
第２、第３の実施形態によればサブモータ１２０、１２７をモータケース１内に設けたことから、また第４実施形態によればサブモータを省略したことからこれら３つの実施形態によれば第１実施形態よりもモータの構成がコンパクトになる。
【００５６】
次に図１０は第５実施形態のモータの軸方向断面図、図１１は図１０のＢ−Ｂ線断面で見た第１、第２歯車１１１、１１４の配置図である。なお図１０において図１と主な同一部分には同一符号をつけてその説明を省略する。
【００５７】
第５実施形態は図１で示したクラッチ１３０とサブモータ１２０に代えて、２つの遊星歯車１４０、１５０を前後（図１０で左方が前方、右方が後方）に組み合わせた複合遊星歯車を用いたものである。したがって第５実施形態では複合遊星歯車と、第１歯車１１１、第２歯車１１２、レバー１６０とから傾転角制御機構１０４が構成されている。
【００５８】
なお、図１０では図１と相違して出力軸４をモータケース１の前方壁１ａと後方壁を貫通して構成し、図１に示したロータ３の前後に配置される缶状回転支持部材４１、４５に代えて円盤状の回転支持部材５１、５５としている。このため第５実施形態においては第１歯車１１１と第２歯車１１２は後方の円盤状回転支持部材５５のさらに後方に配置されている。
【００５９】
上記複合遊星歯車について説明すると、サンギヤ１４１、第１ピニオン１４２、第１リングギヤ１４３、第１キャリア１４４からなる前方の第１遊星歯車１４０のうち、第１キャリア１４４が第２歯車１１２と、また第１リングギヤ１４３がモータケース１と結合され、これに対してサンギヤ１４１（第１遊星歯車１４０と共用）、第２ピニオン１５２、第２リングギヤ１５３、第２キャリア１５４からなる後方の第２遊星歯車１５０のうち、第２キャリア１５４が出力軸４と一体的に、また第２リングギヤ１５３がレバー１６０と結合されている。
【００６０】
いまレバー１６０（第２リングギヤ１５３）を保持をした状態でモータが作動（出力軸４が回転）している場合には第２キャリア１５４が出力軸４と同じ速度で回転し、これに伴い第２ピニオン１５２が第２リングギア１５３に沿って公転しながら自身も自転する。この第２リングギア１５３の回転によりサンギア１４１が所定の速度で回転する。一方、第１リングギア１４３はモータケース１に固定されているためサンギア１４１が所定の速度で回転すると、第１ピニオン１４２は第１リングギア１４３に沿って公転しながら自身も自転する。このとき第１ピニオン１４２と第２ピニオン１５２の公転速度は同じであり、第１キャリア１４４と第２キャリア１５４とが同じ速度で回転する。
【００６１】
この状態よりレバー１６０を移動し第２リングギア１５３をモータの周方向に相対的に所定角度だけ回転させると、レバー１６０の移動量に応じた角度だけ第１キャリア１４４が第２キャリア１５４に対して相対的に回転し、この第１キャリア１４４が相対回転した角度と同じ角度だけ第２歯車１１２が回転する。この所定角度の第２歯車１１２の回転により第１歯車１１１が両歯車の歯数比に応じた角度回転し、これによって第１歯車１１１の回転角度と同じ角度だけロータ磁石部３０が自転する。
【００６２】
このようにして、レバー１６０をモータケース１に対して相対的に所定量移動させたとき、図１２に示すようにレバー１６０の移動量に応じた角度だけロータ磁石部３０が自転可能となるのであり、この第５実施形態によっても第１実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００６３】
なお、レバー１６０の上端１６１はモータケース１の外部に突出するまで延長されており、この上端１６１は図示しないステップモータ（アクチュエータ）によりモータの周方向に移動可能に構成される。ただしアクチュエータはこれに限定されるものではない。
【００６４】
図１３は第６実施形態のモータの軸方向断面図、図１４はロータ３の平面図でる。
【００６５】
第６実施形態は第５実施形態に対して、図１４に示したようにロータ磁石部３０と同サイズのロータ磁石部３４をロータ磁石部３０と同数追加して設け、２つのロータ磁石部３０と３４とを一対としてロータ基部２０の周縁部に４対を配置したものである。この場合、ロータ磁石部３０の構成は第５実施形態と変わらない。これに対してロータ磁石部３４のほうはその軸３７が図１３のように第３歯車１６５と一体に結合され、第３歯車１１５は図１５のように第１歯車１１１とだけ噛合するようになっている。この新たに追加したロータ磁石部３４と第３歯車１６５の構成を明らかにするため図１３には図１４、図１５のＣ−Ｄ−Ｅ線でみた断面を示している。
【００６６】
このように第１歯車１１１、第２歯車１１２、複合遊星歯車、レバー１６０に第３歯車１１５を加えて傾転角制御機構１０５を構成したとき、第６実施形態においてもレバー１６０をモータケース１に対して相対的に移動させると、図１６に示すようにレバー移動量に応じた角度だけロータ磁石部３０が自転する。これは第５実施形態と同じである。
【００６７】
一方、ロータ磁石部３０が所定角度自転するとき、第１歯車１１１と第３歯車１６５の歯数比と第１歯車の回転角度とにより定まる角度だけロータ磁石部３４がロータ磁石部３０とは反対方向に自転する。このときには、図１６に示すようにレバー移動量が増加するほどステータ２に鎖交する磁束数が増加、すなわちステータ２に対する磁界強さが増加する。
【００６８】
図１７、図１８は第７、第８実施形態のモータの軸方向断面図で、第５実施形態の図１０と置き換わるものである。ただし出力軸４を中心として下半分は省略して示していない。
【００６９】
これら２つの実施形態は複合遊星歯車の他の使い方（バリエーション）を示すものである。すなわち図１７の場合であれば、第１サンギヤ１７１、第１ピニオン１７２、リングギヤ１７３、第１キャリア１７４からなる前方の第１遊星歯車１７０のうち、第１サンギヤ１７１が第２歯車１１２と、また第１キャリア１７４がモータケース１と結合され、これに対して第２サンギヤ１８１、第２ピニオン１８２、リングギヤ１７３（第１遊星歯車１７０と共用）、第２キャリア１８４からなる後方の第２遊星歯車１８０のうち、第２サンギヤ１８１が出力軸４と、また第２キャリア１８４がレバー１６２と結合される。こうした２つの遊星歯車１７０、１８０と、第１歯車１１１、第２歯車１１２、レバー１６２とから傾転角制御機構１０６が構成される。
【００７０】
一方、図１８の場合では、第１サンギヤ１９１、第１ピニオン１９２、第１リングギヤ１９３、第１キャリア１９４（第２遊星歯車２００の第２キャリア２０４と一体）からなる前方の第１遊星歯車１９０のうち、第１サンギヤ１９１が第２歯車１１４と、また第１リングギヤ１９３がモータケース１と結合され、これに対して第２サンギヤ２０１、第２ピニオン２０２、第２リングギヤ２０３、第２キャリア２０４からなる後方の第２遊星歯車２００のうち、第２サンギヤ２０１が出力軸４と、また第２リングギヤ２０３がレバー１６３と結合される。こうした２つの遊星歯車１９０、２００と、第１歯車１１１、第２歯車１１２、レバー１６３とから傾転角制御機構１０７が構成される。
【００７１】
これら第７、第８実施形態において第５実施形態との違いは複合遊星歯車の接続の仕方にあるだけなので、第７、第８実施形態により得られる作用効果は第５実施形態と同様である。
【００７２】
第５、第７、第８実施形態では複合遊星歯車を用いた場合の３つの異なる接続方法（接続パターン）を示したが、実はこれら３つの接続パターンを含めて合計で６つの接続パターンがあり、まとめると図１９に示したものとなる。例えば第５実施形態を例として示すと、第５実施形態では複合遊星歯車の一対のキャリア、一対のリングギア、一対のサンギアが次のように接続されている。
【００７３】
キャリア：一方（第１キャリア１４４）が第１歯車１１１と間接的に噛合し、他方（第２キャリア１５４）は支持部材としての出力軸４と直接的に結合している。
【００７４】
リングギア：一方（第１リングギア１４３）がケース１と結合し、他方（第２リングギア１５３）はレバー１６０と結合している。
【００７５】
サンギヤ：サンギア１４１は共用されており、したがって互いに結合している。
【００７６】
第５実施形態のこうした接続パターンを図１９に当てはめてみると、右端の「接続パターン１」の場合に相当することがわかる。同様にして図１７、図１８に示した第７、第８実施形態の場合は「接続パターン５」、「接続パターン６」に相当する。したがって、図１９に示す接続パターン２、３、４に対するものが、図示しないが他の３つの実施形態（第９、第１０、第１１実施形態）となる。
【００７７】
ロータ３のバリエーションを図２０〜図２２に示す。すなわち、図２０（第１２実施形態）はロータ基部２０にも永久磁石３８を埋め込んだもの、図２１（第１３実施形態）はロータ磁石部３０の数を倍の８個としたものである。
【００７８】
図２２（第１４実施形態）はロータ磁石部３０をロータ基部２４の外側にそっくり出してしまったものである。
【００７９】
ここで、図１に対応するモータの軸方向断面図を図２３に示すと、第１４実施形態では、前方にケース１外まで突出するロータ軸２１がケース１の前方壁１ａに設けた軸受５により支持される。
【００８０】
これに対して後方に突出するロータ軸２１は缶状の回転支持部材１１５の前方壁１１５ａを貫通して第２歯車１１２と結合される。この場合に第２歯車軸１１３は軸受１２５により回転支持されるので、後方に突出するロータ軸２１は第２歯車１１２とともに軸受１２５により支持されることになる。また、回転支持部材１１５は軸受２０１を介してロータ軸２１に対して回転支持される。
【００８１】
ロータ磁石部３０の軸３３は前方においてロータ基部２４の前方に位置する回転支持部材２０４の後方壁周縁部に設けた軸受４２により回転支持される。この点は第１実施形態と同様であるが、回転支持部材２０４の構成が第１実施形態と異なっている。すなわち、回転支持部材２０４は筒状の小径部２０４ａと大径部２０４ｂとから構成され、このうち小径部２０４ａはケース前方壁１ａに設けた軸受２０５により、また大径部２０４ｂはその後方壁２０４ｃに設けた軸受２０６によりロータ軸２１に対して回転支持されている。
【００８２】
このようにして構成されると、クラッチ１３０が締結状態でロータ磁石部３０の公転速度とロータ基部２４の回転速度が同一になり、これに対してクラッチ１３０を解放した状態においてサブモータ１２０を作動させることでロータ磁石部３０の公転速度とロータ基部２４の回転速度との間に相対速度差が生じ、これによりロータ磁石部３０が自転し得る。こうした作用は第１実施形態と同様である。
【００８３】
ただし、第１実施形態と相違して図２３の第１４実施形態によれば、ロータ軸２１か回転支持部材２０４（小径部２０４ａ）のどちらかをモータ出力軸とすることが可能である。
【００８４】
実施形態では永久磁石の傾転角をモータ回転速度に応じて制御する場合で説明したが、モータ回転速度に限定されず、他の運転条件信号を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】モータの軸方向断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面でみたロータ部の平面図。
【図３】モータ回転速度に対する傾転角の特性図。
【図４】傾転角に対する誘起電圧の特性図。
【図５】傾転角が０度のときの総合トルクの変化波形図。
【図６】傾転角が２０度のときの総合トルクの変化波形図。
【図７】第２実施形態のモータの軸方向断面図。
【図８】第３実施形態のモータの軸方向断面図。
【図９】第４実施形態のモータの軸方向断面図。
【図１０】第５実施形態のモータの軸方向断面図。
【図１１】第５実施形態の第１、第２歯車の配置図。
【図１２】第５実施形態のレバー移動量と傾転角の関係を示した特性図。
【図１３】第６実施形態のモータの軸方向断面図。
【図１４】第６実施形態のロータ部の平面図。
【図１５】第６実施形態の第１、第２、第３歯車の配置図。
【図１６】第６実施形態のレバー移動量と傾転角の関係を示した特性図。
【図１７】第７実施形態のモータの軸方向断面図。
【図１８】第８実施形態のモータの軸方向断面図。
【図１９】複合遊星歯車の接続パターンを示す表図。
【図２０】第１２実施形態のロータの平面図。
【図２１】第１３実施形態のロータの平面図。
【図２２】第１４実施形態のロータの平面図。
【図２３】第１４実施形態のモータの軸方向断面図。
【図２４】第４実施形態の作用を説明するためのロータの平面図。
【符号の説明】
２ステータ
３ロータ
４出力軸
２０ロータ基部
３０ロータ磁石部
３１永久磁石
３４ロータ磁石部
４０回転支持部材
４１前方回転支持部材
４５後方回転支持部材
１００傾転角制御機構（傾転角制御手段）
１０１傾転角制御機構（傾転角制御手段）
１０２傾転角制御機構（傾転角制御手段）
１０３傾転角制御機構（傾転角制御手段）
１０４傾転角制御機構（傾転角制御手段）
１０５傾転角制御機構（傾転角制御手段）
１０６傾転角制御機構（傾転角制御手段）
１０７傾転角制御機構（傾転角制御手段）
１１１第１歯車
１１２第２歯車
１２０サブモータ
１３０クラッチ
１４０第１遊星歯車
１５０第２遊星歯車
１６５第３歯車
１７０第１遊星歯車
１８０第２遊星歯車
１９０第１遊星歯車
２００第２遊星歯車[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotating electrical machine.
[0002]
[Prior art]
As a permanent magnet motor in which a permanent magnet is embedded in a rotor, JP-A-5-300712 discloses that a permanent magnet is moved in the axial direction according to the rotational speed of the motor so as to suppress back electromotive force during high-speed rotation. However, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-206046, the permanent magnet is either obliquely magnetized or the magnetized permanent magnet is preliminarily arranged to change the phase difference between the magnet torque and the reluctance torque, thereby increasing the torque. What has been improved is disclosed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the technique of Japanese Patent Laid-Open No. 5-300712, the permanent magnet is moved in the axial direction by a weight that can be moved in the radial direction by using centrifugal force. Depending on factors other than the rotational speed, the axial direction of the permanent magnet The amount of movement cannot be controlled. Also, the angle of the permanent magnet with respect to the stator cannot be changed. In other words, depending on the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-300712, it is impossible to arbitrarily change the magnetic field strength and magnetic field direction of the permanent magnet with respect to the stator in accordance with an instruction from the outside.
[0004]
This situation is the same in the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-206046. That is, it is difficult to change the magnetization direction again after magnetization, and the angle of the permanent magnet with respect to the stator cannot be changed after the permanent magnet is installed obliquely.
[0005]
Therefore, an object of the present invention is to provide a rotating electrical machine that can easily control the magnetic field strength and magnetic field direction of a permanent magnet by an external instruction.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  First1DepartureTomorrow,A rotating electric machine comprising a stator and a rotor including a permanent magnet, a magnetic field strength control means capable of controlling the magnetic field strength of the permanent magnet with respect to the stator according to the rotational speed of the rotor, and the rotational speed of the rotor And a magnetic field direction control means capable of controlling the magnetic field direction of the permanent magnet relative to the stator,The magnetic field intensity control means controls the distance of the permanent magnet to the stator.
[0009]
  First2DepartureTomorrow,A rotating electric machine comprising a stator and a rotor including a permanent magnet, a magnetic field strength control means capable of controlling the magnetic field strength of the permanent magnet with respect to the stator according to the rotational speed of the rotor, and the rotational speed of the rotor And a magnetic field direction control means capable of controlling the magnetic field direction of the permanent magnet relative to the stator,The magnetic field direction control means controls the tilt angle of the permanent magnet with respect to the stator.
[0010]
  First3DepartureTomorrow,A rotating electrical machine comprising a stator and a rotor including a permanent magnet, the magnetic field strength control means capable of controlling the magnetic field strength of the permanent magnet with respect to the stator according to the rotational speed of the rotor, and the rotational speed of the rotor And a magnetic field direction control means capable of controlling the magnetic field direction of the permanent magnet relative to the stator,A rotor magnet section (see FIG. 22) that is rotatable around an axis and is provided with a permanent magnet at a position offset from the axis is provided. The magnetic field intensity control means and the magnetic field direction control means control the magnetic field direction of the permanent magnet. It is possible magnetic field direction control means.
[0011]
  First4DepartureTomorrow,A rotating electrical machine comprising a stator and a rotor including a permanent magnet, the magnetic field strength control means capable of controlling the magnetic field strength of the permanent magnet with respect to the stator according to the rotational speed of the rotor, and the rotational speed of the rotor And a magnetic field direction control means capable of controlling the magnetic field direction of the permanent magnet relative to the stator,The rotor rotates around the axis of the rotor base, a rotor magnet part that is rotatable around the axis and is provided with a permanent magnet at a position offset from the axis, and the rotor magnet part revolves around the axis of the rotor base. And a pair of rotation support members that are disposed before and after the rotor base so as to be able to rotate and support the rotor base and the rotor magnet, and the magnetic field intensity control means and the magnetic field direction control means are configured to rotate with the revolution center of the rotor magnet. The tilt angle control means can control the tilt angle in the magnetic field direction of the permanent magnet with respect to the line connecting the center.
[0012]
Here, the pair of rotation support members may be can-shaped rotation support members 41 and 45 as shown in FIGS. 1, 7, 8, and 9, or FIGS. As shown in FIG. 18, disk-shaped rotation support members 51 and 55 may be used.
[0013]
  First5In the invention of the3In this invention, the magnetic field direction control means tilts the magnetic field direction of the permanent magnet as the rotational speed of the rotor increases.
[0014]
  First6In the invention of the4In the present invention, the tilt angle control means increases the tilt angle of the permanent magnet in the magnetic field direction as the rotational speed of the rotor increases.
[0015]
  First7In the invention of the4Or second6In this invention, the tilt angle control means includes a gear mechanism that is supported by one of the rotation support members and allows the rotor magnet portion to rotate, an actuator that operates the gear mechanism, and a clutch that connects and disconnects the power transmission of the actuator to the gear mechanism. It consists of.
[0016]
In this case, the gear mechanism may be at least two gears 111 and 112 that mesh as shown in FIGS. 1, 7, 8, and 9. The actuators are, for example, sub motors 120 and 124 as shown in FIGS.
[0017]
  First8In the invention of the7In this invention, the actuator is a motor composed of a rotor and a stator.
[0018]
  First9In the invention of the4Or second6In the present invention, the tilt angle control means includes a gear mechanism that is supported by one of the rotation support members and allows the rotor magnet portion to rotate, a compound planetary gear that operates the gear mechanism, and a lever that gives a command to the compound planetary gear It consists of.
[0019]
In this case, the gear mechanism may be at least two gears 111 and 112 that mesh with each other as shown in FIGS. 10, 13, 17, and 18.
[0020]
  First10In the invention of the9In this invention, the gear mechanism is configured to include a first gear that can rotate integrally with the rotor magnet portion, and the compound planetary gear includes two or more planetary gears including a sun gear, a ring gear, a pinion, and a carrier. The following conditions apply to compound planetary gears
  Condition 1: One of the sun gear, ring gear, and carrier is selected, and one of the selected pair of parts is indirect or direct meshing with the first gear, and the other is directly or indirectly coupled with the support member. Doing things,
  Condition 2: One of the remaining two parts selected in condition 1 is selected, and one of the selected pair of parts is coupled to the case and the other is coupled to the lever.
  Condition 3: A pair of parts not selected in Condition 2 are connected to each other.
It is a connection pattern that satisfies all of the above.
[0021]
【The invention's effect】
FirstThe second2According to the invention, the magnetic field strength (the number of magnetic fluxes linked to the stator) and the magnetic field direction with respect to the stator can be arbitrarily controlled according to instructions from the outside, for example, operating conditions and rotor rotational speed. The characteristics of the rotating electrical machine can be greatly improved.
[0022]
  First3The second4The second7~10According to the invention, since the magnetic field direction of the permanent magnet can be changed independently of the rotation of the rotor, an arbitrary magnetic field can be created.
[0023]
  In general, so-called field weakening control is performed in a region where the rotational speed of the rotor (motor rotational speed) is high in order to suppress the induced voltage. With this control, when the induced voltage in the high rotation speed range is larger than the maximum voltage that can be output by the inverter, the magnet torque is hardly output, and the total torque of the motor is mainly reluctance torque. On the other hand, when the induced voltage in the high rotational speed region is smaller than the maximum voltage that can be output by the inverter, the magnet torque can be used. Therefore, when the permanent magnet is tilted as the motor rotation speed increases, the induced voltage is less than when the permanent magnet tilt is restricted (that is, in the case of a general motor in which the permanent magnet is fixed to the rotor). The total torque of the motor is increased by this magnet torque while effectively suppressing the increase and using the magnet torque effectively. I.e.5The second6According to the invention, by tilting the permanent magnet according to the motor rotation speed, the total torque of the motor can be improved while suppressing the induced voltage as compared with the case of the motor that cannot tilt the permanent magnet. Can do.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0025]
1 is a cross-sectional view of the motor in the axial direction, and FIG. 2 is a plan view of the rotor portion taken along the line AA of FIG. Although FIG. 1 shows the bearings with different sizes, there is no special meaning.
[0026]
The motor includes a motor case 1, a stator 2, a rotor 3, and an output shaft 4 for extracting the rotational force of the rotor 3. The rotor 3 further includes a disk-shaped rotor base portion 20, a rotor shaft 21, and a rotor magnet portion 30.
[0027]
The rotor magnet portion 30 is formed in a long cylindrical shape as a whole. The four rotor magnet portions 30 have the same configuration, and as shown in FIG. 2, the permanent magnet 31 is offset (disengaged) from the shaft 33 of the rotor magnet portion 30 and substantially in the diametrical direction. It is embedded in a right angle. Then, as shown in FIG. 2, the outer edge of the rotor magnet part 30 is arranged at equal intervals in the circumferential direction of the rotor base 20 so that it slightly protrudes from the outer periphery of the rotor base 20.
[0028]
The rotor magnet 30 further rotates around the rotor shaft 21 while being revolved, so that the rotor support 30 can rotate around the rotor base 20 (the left side is the front and the right side is the rear in FIG. 1). Is provided. The rotation support mechanism 40 includes a can-like rotation support member 41 arranged in front of the rotor 3 and a can-like rotation support member 45 arranged behind the rotor 3.
[0029]
First, the rotor base 20 is rotatably supported as follows. That is, the rotor shaft 21 protruding forward is coupled to the output shaft 4 via the front rotation support member 41, and is thus supported by the bearing 5 provided on the front wall 1 a of the motor case 1. On the other hand, the rotor shaft 21 protruding rearward is supported by a bearing 46 provided on the front wall 45 a of the rear rotation support member 45. The output shaft 4 and the rotor shaft 21 may be composed of the same member as shown in FIG.
[0030]
Next, the rotor magnet unit 30 is supported as follows. That is, the rotor magnet portion 30 has a shaft 42 protruding forward and a bearing 42 provided near the outer periphery of the rear wall 41a of the front rotation support member 41, and a shaft 33 protruding rearward is the front wall of the rear rotation support member 45. It is supported by a bearing 47 provided near the outer periphery of 45a.
[0031]
By configuring the front rotation support member 41 and the rear rotation support member 45 in this way, the rotor magnet portion 30 rotates around the shaft 33 of the rotor magnet portion 30 while revolving around the rotor shaft 21. It becomes possible. Since the permanent magnet 31 is provided at a position eccentric with respect to the shaft 33, the inclination of the permanent magnet 31 changes when the rotor magnet unit 30 rotates. Here, the “tilt angle” of the permanent magnet 31 is defined as follows. When represented by one rotor magnet portion 30 located on the right in FIG. 2, the permanent magnet 31 is formed so that the magnetic field direction is the left-right direction in the figure. At this time, the revolution center (rotor shaft) of the rotor magnet portion 30 is formed. 21) and the direction of the straight line connecting the rotation center (core of the shaft 33) and the magnetic field direction of the permanent magnet 31 coincide. The angle at which the permanent magnet 31 tilts when this position (state of FIG. 2) is set as the reference position and the rotor magnet 30 is rotated counterclockwise in the drawing from the reference position assuming that the rotor 3 rotates clockwise in the drawing. Is defined as the tilt angle. That is, the angle at which the magnetic field direction of the permanent magnet 31 is tilted about the axis 33 is the tilt angle. When the permanent magnet 31 is in the state shown in FIG. 2, the tilt angle of the permanent magnet 31 is 0 degree. The tilt angle of the permanent magnet 31 increases as the rotor magnet portion 30 rotates counterclockwise.
[0032]
The motor includes a mechanism 100 (hereinafter referred to as “tilt angle control mechanism”) that controls the tilt angle of the permanent magnet 31. The tilt angle control mechanism 100 (tilt angle control means) includes a can-shaped rotation support member 115 that rotates inside the rotor shaft 21 in the rear rotation support member 45 and the inner rotation support member 115. The first gear 111 and the second gear 112, the sub motor 120, and the clutch 130 are housed.
[0033]
Specifically, the first gear 111 that can rotate integrally with the rotor magnet unit 30 has the front wall 115a and the rear wall of the inner rotation support member 115 such that the axis thereof is at the same axial position as the shaft 33 of the rotor magnet unit 30. It is supported by bearings 116 and 117 provided near the outer periphery of 115b. The second gear shaft 113 is supported by a bearing 118 provided on the rear wall 115b of the inner rotation support member 115 and a bearing 48 provided on the outer rotation support member 45 so as to be in the same position as the rotor shaft 21 and the axis. ing. The bearing 48 also serves as a bearing that supports the outer rotation support member 45.
[0034]
The sub motor 120 fixed to the rear outer side of the motor case 1 and coupled to the second gear shaft 113 includes a sub case 124, a sub stator 121, a sub rotor 122, a rotating shaft 123, and bearings 125 and 126. The rotating shaft 123 is a second gear shaft. 113 is integrally coupled.
[0035]
The clutch 130 provided inside the rotation support member 45 located outside and behind the rotation support member 115 located inside is constituted by, for example, a wet friction multi-plate clutch. That is, it is composed of one member (for example, a clutch disk) 130a fixed to the second gear shaft 113 and the other member (for example, a pressure plate) 130b fixed to the rear wall 115b of the inner rotation support member 115. Then, the second gear shaft 113 and the inner rotation support member 115 are connected or disconnected. The connection state between the second gear shaft 113 and the inner rotation support member 115 is the engagement state of the clutch 130, and the connection state between the second gear shaft 113 and the inner rotation support member 115 is the release state of the clutch 130.
[0036]
Here, the operation of the present embodiment will be described.
[0037]
For simplicity, the case where the motor (rotor base 20) is stopped will be described first. When the clutch 130 is engaged, the second gear 112 is fixed with respect to the inner rotation support member 115 and cannot rotate even if the rotation shaft 123 is to be rotated. For this reason, the first gear 111 meshing with the second gear 112 cannot rotate.
[0038]
On the other hand, when the clutch 130 is released, the second gear 112 rotates by the same angle as the rotation angle of the rotary shaft 123, and the first gear 111 rotates by a predetermined angle accordingly. In this case, the predetermined angle is determined according to the rotation angle of the second gear 112 and the gear ratio of the two gears 111 and 112.
[0039]
Here, the rotation angle of the first gear 111 is equal to the rotation angle of the rotor magnet unit 30, and the rotation angle of the second gear 112 is equal to the rotation angle of the rotation shaft 123. The rotation angle of the rotor magnet unit 30 changes. That is, the tilt angle of the permanent magnet 31 can be arbitrarily controlled by the sub motor 120.
[0040]
Next, the case where the motor is operating (the rotor base 20 is rotating) will be described. When the clutch 130 is engaged, the rotation of the rotor base 20 is transmitted to the outer rotation support member 45 and the inner rotation support member 115 through the coupling of the rotor magnet unit 30 and the first gear 111, and the inner rotation support member 115. The rotation is further transmitted to the rotation shaft 123 via the clutch 130, so that the rotation support members 45 and 115, the clutch 130, and the rotation shaft 123 rotate together at the same rotational speed as the rotor base 20.
[0041]
When the clutch 130 is released in this state and the rotational speed of the rotating shaft 123 (rotational speed of the sub motor 120) is controlled so that a rotational speed difference is generated with respect to the rotational speed of the rotor base 20 (motor rotational speed), the rotational speed is increased. The rotor magnet portion 30 rotates according to the difference, and thereby the permanent magnet 31 tilts.
[0042]
Thus, it can be seen that the tilt angle of the permanent magnet 31 can be arbitrarily controlled by the combination of the rotational speed control of the sub motor 120 in the tilt angle control mechanism 100 and the engagement / release of the clutch 130.
[0043]
Next, the relationship between the tilt angle of the permanent magnet 31 and the motor rotation speed and the influence of the tilt angle of the permanent magnet 31 on the induced voltage and the total torque (magnet torque + reluctance torque) of the motor will be described.
[0044]
As described above, the tilt angle of the permanent magnet 31 is the reference position when the direction of the magnetic field of the permanent magnet 31 coincides with the direction of the straight line connecting the revolution center and the rotation center of the rotor magnet portion 30 (state shown in FIG. 2). As a tilted angle of the permanent magnet 31 from the reference position. That is, the angle at which the magnetic field direction of the permanent magnet 31 is tilted about the axis 33 of the rotor magnet unit 30 is defined as the tilt angle.
[0045]
FIG. 3 shows the characteristics of the tilt angle with respect to the motor rotation speed. As shown in the figure, the tilt angle is set to increase as the motor rotation speed increases. In the figure, the maximum tilt angle is shown as 90 degrees, for example.
[0046]
FIG. 4 shows the characteristics of the induced voltage of the motor with respect to the tilt angle when the motor rotation speed is the same. As shown in the figure, the induced voltage of the motor decreases as the tilt angle increases. This is because the distance between the permanent magnet 31 and the stator 2 increases as the permanent magnet 31 tilts from the reference position, the magnetic field strength decreases, and the induced voltage decreases correspondingly.
[0047]
FIGS. 5 and 6 are characteristics showing how the total torque of the motor is affected by the difference in tilt angle when the motor rotation speed is the same. The total torque of the motor is increased when the tilt angle shown in FIG. 6 is 20 degrees than when the tilt angle shown in FIG. 5 is 0 degrees. As shown in FIG. 6, when the permanent magnet 31 tilts, the direction of the magnetic field generated by the permanent magnet 31 with respect to the stator 2 changes, so that the phase of the magnet torque changes with respect to the current, and the maximum value of the magnet torque becomes reluctance. This is because it approaches the maximum value of the torque, which increases the total torque.
[0048]
In general, in a region where the motor rotation speed is high, so-called field weakening control is performed in order to suppress the induced voltage. With this control, when the induced voltage in the high rotation speed range is larger than the maximum voltage that can be output by the inverter, the magnet torque is hardly output, and the total torque of the motor is mainly reluctance torque. On the other hand, when the induced voltage in the high rotational speed region is smaller than the maximum voltage that can be output by the inverter, the magnet torque can be used. Therefore, when the permanent magnet 31 is tilted as the motor rotational speed becomes higher, the induced voltage is compared with the case where the tilting of the permanent magnet is restricted (that is, in the case of a general motor in which the permanent magnet is fixed to the rotor). The total torque of the motor is increased by the magnet torque while effectively using the magnet torque while suppressing the increase of the motor. That is, by tilting the permanent magnet 31 according to the motor rotation speed, the total torque of the motor can be improved while suppressing the induced voltage as compared with a motor that cannot tilt the permanent magnet.
[0049]
7, 8, and 9 are axial sectional views of the motors of the second, third, and fourth embodiments. Note that the same parts as those in FIG.
[0050]
First, the second and third embodiments are different from the first embodiment in that the sub motor is arranged inside the motor case 1. That is, in FIG. 7 of the second embodiment, the sub-stator 121 of the sub-motor 120 is fixed to the constituent member 130b of the clutch 130, and the sub-rotor 122 is arranged with a predetermined gap from the sub-stator 121.
[0051]
In FIG. 8 of the third embodiment, the sub-stator 128 of the sub-motor 127 is fixed to the front wall 1a of the motor case 1, and the sub-rotor 129 is placed on the outer periphery of the front rotation support member 41 with a predetermined gap from the sub-stator 128. Has been placed. In this case, the motor (rotor base 20) and the sub motor (sub rotor 129) rotate at the same rotational speed when the clutch 130 is engaged, and the sub motor is controlled so that a rotational speed difference is generated between them when the clutch 130 is released. The rotor magnet unit 30 rotates.
[0052]
Next, the fourth embodiment shown in FIG. 9 is different from the first embodiment in that the sub motor is eliminated. Next, it will be described that the tilt angle of the permanent magnet 31 can be controlled even if the sub motor is eliminated.
[0053]
If the clutch 130 is engaged when the motor is rotating, the rotor magnet unit 30 cannot rotate. At this time, all the force that the rotor magnet unit 30 receives from the stator 2 is used for the revolution of the rotor magnet unit 30, that is, the rotation of the output shaft 4. On the other hand, when the clutch 130 is released, a part of the force that the rotor magnet unit 30 receives from the stator 2 is used for the rotation of the rotor magnet unit 30. Therefore, it is possible to arbitrarily control the rotation angle of the rotor magnet unit 30 (the tilt angle of the permanent magnet 31) by controlling the release time of the clutch 130.
[0054]
When the rotation angle of the rotor magnet unit 30 is controlled, the rotor magnet unit 30 rotates in a direction in which the motor torque is removed. For example, when the tilt angle of the permanent magnet 31 is to be controlled to 20 degrees, the rotor magnet unit 30 As shown in FIG. 24, 30 is rotated clockwise by 340 degrees in the figure.
[0055]
According to the second and third embodiments, the sub motors 120 and 127 are provided in the motor case 1, and according to the fourth embodiment, the sub motor is omitted. The configuration of the motor is more compact than in the embodiment.
[0056]
Next, FIG. 10 is a sectional view in the axial direction of the motor of the fifth embodiment, and FIG. 11 is a layout view of the first and second gears 111 and 114 seen in the section taken along line BB in FIG. In FIG. 10, the same parts as those in FIG.
[0057]
In the fifth embodiment, instead of the clutch 130 and the sub motor 120 shown in FIG. 1, a compound planetary gear in which two planetary gears 140 and 150 are combined in the front-rear direction (the left side is the front and the right side is the rear in FIG. 10) is used. It was. Therefore, in the fifth embodiment, the tilt angle control mechanism 104 is composed of the compound planetary gear, the first gear 111, the second gear 112, and the lever 160.
[0058]
In FIG. 10, unlike FIG. 1, the output shaft 4 is configured to penetrate the front wall 1 a and the rear wall of the motor case 1, and is a can-like rotation support member disposed before and after the rotor 3 shown in FIG. 1. Instead of 41 and 45, disc-shaped rotation support members 51 and 55 are used. Therefore, in the fifth embodiment, the first gear 111 and the second gear 112 are arranged further rearward of the rear disk-shaped rotation support member 55.
[0059]
The composite planetary gear will be described. Among the first planetary gears 140 including the sun gear 141, the first pinion 142, the first ring gear 143, and the first carrier 144, the first carrier 144 is the second gear 112, and A first ring gear 143 is coupled to the motor case 1, and a second rear planetary gear 150, which includes a sun gear 141 (shared with the first planetary gear 140), a second pinion 152, a second ring gear 153, and a second carrier 154. Of these, the second carrier 154 is integrated with the output shaft 4, and the second ring gear 153 is coupled with the lever 160.
[0060]
When the motor is operating with the lever 160 (second ring gear 153) held (the output shaft 4 is rotating), the second carrier 154 rotates at the same speed as the output shaft 4, and the second carrier 154 rotates accordingly. While the two-pinion 152 revolves along the second ring gear 153, it also rotates. Due to the rotation of the second ring gear 153, the sun gear 141 rotates at a predetermined speed. On the other hand, since the first ring gear 143 is fixed to the motor case 1, when the sun gear 141 rotates at a predetermined speed, the first pinion 142 itself rotates while revolving along the first ring gear 143. At this time, the revolution speeds of the first pinion 142 and the second pinion 152 are the same, and the first carrier 144 and the second carrier 154 rotate at the same speed.
[0061]
When the lever 160 is moved from this state and the second ring gear 153 is rotated by a predetermined angle relative to the circumferential direction of the motor, the first carrier 144 is moved relative to the second carrier 154 by an angle corresponding to the amount of movement of the lever 160. The second gear 112 is rotated by the same angle as the angle at which the first carrier 144 is relatively rotated. Due to the rotation of the second gear 112 at this predetermined angle, the first gear 111 rotates at an angle corresponding to the gear ratio of both gears, whereby the rotor magnet unit 30 rotates by the same angle as the rotation angle of the first gear 111.
[0062]
Thus, when the lever 160 is moved by a predetermined amount relative to the motor case 1, the rotor magnet portion 30 can rotate by an angle corresponding to the amount of movement of the lever 160 as shown in FIG. Yes, the fifth embodiment can provide the same effects as the first embodiment.
[0063]
The upper end 161 of the lever 160 is extended until it protrudes outside the motor case 1, and the upper end 161 is configured to be movable in the circumferential direction of the motor by a step motor (actuator) (not shown). However, the actuator is not limited to this.
[0064]
FIG. 13 is a sectional view in the axial direction of the motor of the sixth embodiment, and FIG. 14 is a plan view of the rotor 3.
[0065]
As compared with the fifth embodiment, the sixth embodiment is provided with the same number of rotor magnet portions 34 as the rotor magnet portions 30 as shown in FIG. 4 and 4 are arranged on the periphery of the rotor base 20 as a pair. In this case, the configuration of the rotor magnet unit 30 is the same as that of the fifth embodiment. On the other hand, the rotor magnet portion 34 has its shaft 37 integrally coupled to the third gear 165 as shown in FIG. 13, and the third gear 115 meshes only with the first gear 111 as shown in FIG. It has become. In order to clarify the configuration of the newly added rotor magnet portion 34 and the third gear 165, FIG. 13 shows a cross section taken along line C-D-E in FIGS.
[0066]
When the tilt angle control mechanism 105 is configured by adding the third gear 115 to the first gear 111, the second gear 112, the compound planetary gear, and the lever 160 as described above, the lever 160 is also connected to the motor case 1 in the sixth embodiment. As shown in FIG. 16, the rotor magnet portion 30 rotates by an angle corresponding to the amount of lever movement. This is the same as in the fifth embodiment.
[0067]
On the other hand, when the rotor magnet portion 30 rotates by a predetermined angle, the rotor magnet portion 34 is opposite to the rotor magnet portion 30 by an angle determined by the gear ratio of the first gear 111 and the third gear 165 and the rotation angle of the first gear. Rotate in the direction. At this time, as shown in FIG. 16, as the amount of lever movement increases, the number of magnetic fluxes linked to the stator 2 increases, that is, the magnetic field strength with respect to the stator 2 increases.
[0068]
17 and 18 are axial sectional views of the motors of the seventh and eighth embodiments, which replace FIG. 10 of the fifth embodiment. However, the lower half of the output shaft 4 is not shown.
[0069]
These two embodiments show other uses (variations) of the compound planetary gear. That is, in the case of FIG. 17, among the first planetary gears 170 including the first sun gear 171, the first pinion 172, the ring gear 173, and the first carrier 174, the first sun gear 171 is the second gear 112, The first carrier 174 is coupled to the motor case 1, and the second planetary gear behind the second sun gear 181, the second pinion 182, the ring gear 173 (shared with the first planetary gear 170), and the second carrier 184. Of the 180, the second sun gear 181 is coupled to the output shaft 4, and the second carrier 184 is coupled to the lever 162. The two planetary gears 170 and 180, the first gear 111, the second gear 112, and the lever 162 constitute the tilt angle control mechanism 106.
[0070]
On the other hand, in the case of FIG. 18, the first planetary gear 190 in front including the first sun gear 191, the first pinion 192, the first ring gear 193, and the first carrier 194 (integrated with the second carrier 204 of the second planetary gear 200). Of these, the first sun gear 191 is coupled to the second gear 114, and the first ring gear 193 is coupled to the motor case 1, whereas the second sun gear 201, the second pinion 202, the second ring gear 203, and the second carrier 204 are coupled thereto. The second sun gear 201 is coupled to the output shaft 4, and the second ring gear 203 is coupled to the lever 163. The two planetary gears 190 and 200, the first gear 111, the second gear 112, and the lever 163 constitute the tilt angle control mechanism 107.
[0071]
Since the seventh and eighth embodiments are different from the fifth embodiment only in the way of connecting the compound planetary gears, the operational effects obtained by the seventh and eighth embodiments are the same as those of the fifth embodiment. .
[0072]
In the fifth, seventh, and eighth embodiments, three different connection methods (connection patterns) in the case of using a compound planetary gear have been shown, but there are actually six connection patterns in total including these three connection patterns. In summary, it is as shown in FIG. For example, taking the fifth embodiment as an example, in the fifth embodiment, a pair of carriers, a pair of ring gears, and a pair of sun gears of a compound planetary gear are connected as follows.
[0073]
Carrier: One (first carrier 144) is indirectly meshed with the first gear 111, and the other (second carrier 154) is directly coupled to the output shaft 4 as a support member.
[0074]
Ring gear: One (first ring gear 143) is coupled to the case 1, and the other (second ring gear 153) is coupled to the lever 160.
[0075]
Sun gear: The sun gear 141 is shared and is therefore coupled to each other.
[0076]
When such a connection pattern of the fifth embodiment is applied to FIG. 19, it is understood that this corresponds to the case of “connection pattern 1” at the right end. Similarly, the seventh and eighth embodiments shown in FIGS. 17 and 18 correspond to “connection pattern 5” and “connection pattern 6”. Accordingly, the connection patterns 2, 3, and 4 shown in FIG. 19 are the other three embodiments (the ninth, tenth, and eleventh embodiments) although not shown.
[0077]
Variations of the rotor 3 are shown in FIGS. That is, FIG. 20 (the twelfth embodiment) has the permanent magnets 38 embedded in the rotor base 20, and FIG. 21 (the thirteenth embodiment) has the number of rotor magnet portions 30 doubled to eight.
[0078]
FIG. 22 (fourteenth embodiment) shows the rotor magnet portion 30 that protrudes completely outside the rotor base portion 24.
[0079]
Here, when the axial sectional view of the motor corresponding to FIG. 1 is shown in FIG. 23, in the fourteenth embodiment, the rotor shaft 21 that protrudes to the outside of the case 1 forward is provided on the front wall 1 a of the case 1. Is supported by
[0080]
On the other hand, the rotor shaft 21 protruding rearward passes through the front wall 115a of the can-like rotation support member 115 and is coupled to the second gear 112. In this case, since the second gear shaft 113 is rotationally supported by the bearing 125, the rotor shaft 21 protruding rearward is supported by the bearing 125 together with the second gear 112. The rotation support member 115 is rotatably supported with respect to the rotor shaft 21 via the bearing 201.
[0081]
The shaft 33 of the rotor magnet unit 30 is rotationally supported by a bearing 42 provided on the rear wall peripheral portion of the rotation support member 204 positioned in front of the rotor base 24 in front. Although this point is the same as that of 1st Embodiment, the structure of the rotation support member 204 differs from 1st Embodiment. That is, the rotation support member 204 includes a cylindrical small-diameter portion 204a and a large-diameter portion 204b. Of these, the small-diameter portion 204a is provided by the bearing 205 provided on the case front wall 1a, and the large-diameter portion 204b is provided on the rear wall 204c. The rotor 206 is rotatably supported by a bearing 206 provided on the rotor shaft 21.
[0082]
If comprised in this way, the revolution speed of the rotor magnet part 30 and the rotational speed of the rotor base part 24 will become the same with the clutch 130 being a fastening state, and the sub motor 120 is operated with respect to this with the clutch 130 released. As a result, a relative speed difference is generated between the revolution speed of the rotor magnet portion 30 and the rotation speed of the rotor base portion 24, whereby the rotor magnet portion 30 can rotate. Such an action is the same as in the first embodiment.
[0083]
However, unlike the first embodiment, according to the fourteenth embodiment of FIG. 23, either the rotor shaft 21 or the rotation support member 204 (small diameter portion 204a) can be used as the motor output shaft.
[0084]
In the embodiment, the case where the tilt angle of the permanent magnet is controlled according to the motor rotation speed is described, but the present invention is not limited to the motor rotation speed, and other operation condition signals can be used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an axial sectional view of a motor.
FIG. 2 is a plan view of a rotor portion taken along line AA in FIG.
FIG. 3 is a characteristic diagram of a tilt angle with respect to a motor rotation speed.
FIG. 4 is a characteristic diagram of an induced voltage with respect to a tilt angle.
FIG. 5 is a waveform diagram showing a change in total torque when the tilt angle is 0 degree.
FIG. 6 is a waveform diagram showing a change in total torque when the tilt angle is 20 degrees.
FIG. 7 is an axial sectional view of a motor according to a second embodiment.
FIG. 8 is an axial sectional view of a motor according to a third embodiment.
FIG. 9 is an axial sectional view of a motor according to a fourth embodiment.
FIG. 10 is an axial sectional view of a motor according to a fifth embodiment.
FIG. 11 is a layout view of first and second gears of a fifth embodiment.
FIG. 12 is a characteristic diagram showing the relationship between the lever movement amount and the tilt angle according to the fifth embodiment.
FIG. 13 is an axial sectional view of a motor according to a sixth embodiment.
FIG. 14 is a plan view of a rotor unit according to a sixth embodiment.
FIG. 15 is a layout view of first, second, and third gears of a sixth embodiment.
FIG. 16 is a characteristic diagram showing the relationship between the lever movement amount and the tilt angle according to the sixth embodiment.
FIG. 17 is an axial sectional view of a motor according to a seventh embodiment.
FIG. 18 is an axial sectional view of a motor according to an eighth embodiment.
FIG. 19 is a table showing a connection pattern of compound planetary gears.
FIG. 20 is a plan view of a rotor according to a twelfth embodiment.
FIG. 21 is a plan view of a rotor according to a thirteenth embodiment.
FIG. 22 is a plan view of a rotor according to a fourteenth embodiment.
FIG. 23 is an axial sectional view of a motor according to a fourteenth embodiment.
FIG. 24 is a plan view of a rotor for explaining the operation of the fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
2 Stator
3 Rotor
4 Output shaft
20 Rotor base
30 Rotor magnet
31 Permanent magnet
34 Rotor magnet
40 Rotating support member
41 Forward rotation support member
45 Back rotation support member
100 Tilt angle control mechanism (Tilt angle control means)
101 Tilt angle control mechanism (Tilt angle control means)
102 Tilt angle control mechanism (Tilt angle control means)
103 Tilt angle control mechanism (Tilt angle control means)
104 Tilt angle control mechanism (Tilt angle control means)
105 Tilt angle control mechanism (Tilt angle control means)
106 Tilt angle control mechanism (Tilt angle control means)
107 Tilt angle control mechanism (Tilt angle control means)
111 1st gear
112 Second gear
120 Sub motor
130 Clutch
140 First planetary gear
150 Second planetary gear
165 Third gear
170 First planetary gear
180 Second planetary gear
190 First planetary gear
200 Second planetary gear

Claims

A rotating electric machine comprising a stator and a rotor including a permanent magnet, a magnetic field strength control means capable of controlling the magnetic field strength of the permanent magnet with respect to the stator according to the rotational speed of the rotor, and the rotational speed of the rotor And a magnetic field direction control means capable of controlling the magnetic field direction of the permanent magnet relative to the stator,
Rotary electric machine you wherein magnetic field intensity control means for controlling the distance of the permanent magnet relative to the stator.

A rotating electric machine comprising a stator and a rotor including a permanent magnet, a magnetic field strength control means capable of controlling the magnetic field strength of the permanent magnet with respect to the stator according to the rotational speed of the rotor, and the rotational speed of the rotor And a magnetic field direction control means capable of controlling the magnetic field direction of the permanent magnet relative to the stator,
Rotary electric machine you wherein the magnetic field direction control means for controlling the inclination angle of the permanent magnet relative to the stator.

A rotating electric machine comprising a stator and a rotor including a permanent magnet, a magnetic field strength control means capable of controlling the magnetic field strength of the permanent magnet with respect to the stator according to the rotational speed of the rotor, and the rotational speed of the rotor A magnetic field direction control means capable of controlling the magnetic field direction of the permanent magnet with respect to the stator , and a rotor magnet portion that is rotatable about an axis and provided with a permanent magnet at a position offset from the axis,
Magnetic field intensity controlling unit and the magnetic field direction control unit, rotating electric machine you being a magnetic field direction control means capable of controlling the magnetic field direction of the permanent magnet.

A rotating electrical machine comprising a stator and a rotor including a permanent magnet, the magnetic field strength control means capable of controlling the magnetic field strength of the permanent magnet with respect to the stator according to the rotational speed of the rotor, and the rotational speed of the rotor And a magnetic field direction control means capable of controlling the magnetic field direction of the permanent magnet relative to the stator,
The rotor rotates around the axis of the rotor base, a rotor magnet part that is rotatable around the axis and is provided with a permanent magnet at a position offset from the axis, and the rotor magnet part revolves around the axis of the rotor base. And a pair of rotation support members that are disposed before and after the rotor base so as to be able to rotate and support the rotor base and the rotor magnet, and the magnetic field intensity control means and the magnetic field direction control means are configured to rotate with the revolution center of the rotor magnet. rotary electric machine you being a tilting angle control means capable of controlling the tilt angle of the magnetic field direction of the permanent magnet with respect to a line connecting the center.

4. The rotating electrical machine according to claim 3 , wherein the magnetic field direction control means tilts the magnetic field direction of the permanent magnet as the rotational speed of the rotor increases.

5. The rotating electrical machine according to claim 4 , wherein the tilt angle control means increases the tilt angle in the magnetic field direction of the permanent magnet as the rotational speed of the rotor increases.

The tilt angle control means includes a gear mechanism that is supported by one rotation support member and allows the rotor magnet portion to rotate, an actuator that operates the gear mechanism, and a clutch that connects and disconnects the power transmission of the actuator to the gear mechanism. The rotating electrical machine according to claim 4 or 6 , characterized in that

The rotating electrical machine according to claim 7 , wherein the actuator is a motor including a rotor and a stator.

The tilt angle control means includes a gear mechanism that is supported by one rotation support member and allows the rotor magnet portion to rotate, a compound planetary gear that operates the gear mechanism, and a lever that gives a command to the compound planetary gear. The rotating electrical machine according to claim 4 or 6 , characterized in that

The gear mechanism is configured to include a first gear that can rotate integrally with the rotor magnet portion, and the compound planetary gear is a combination of two or more planetary gears including a sun gear, a ring gear, a pinion, and a carrier. The following conditions for the compound planetary gear: Condition 1: Select one of the sun gear, ring gear, and carrier, and one of the selected pair of parts meshes with the first gear indirectly or directly and the other supports Connected directly or indirectly to the member,
Condition 2: One of the remaining two parts selected in condition 1 is selected, and one of the selected pair of parts is coupled to the case and the other is coupled to the lever.
Condition 3: The rotating electrical machine according to claim 9 , wherein the rotating electrical machine satisfies a connection pattern that satisfies that a pair of parts not selected in Condition 2 are coupled to each other.