可变磁场旋转电机及具备该可变磁场旋转电机的车辆的制作方法

本发明涉及可变磁场旋转电机及具备该可变磁场旋转电机的车辆。

背景技术：

一般而言，在旋转电机的情况下，在增大磁铁交链磁通而使低速旋转时的转矩密度增大时，在高速旋转时，铁损、弱磁场铜损会增大。另一方面，已知有一种可变磁场旋转电机，其能够对磁场进行调整，以便能够得到与使用状况相应的适当的旋转电机特性(例如转矩、输出等)。

例如，关于可变磁场旋转电机，在专利文献1中公开了通过线式牵引装置将定子相对于转子沿轴向拉出的结构。由此，在专利文献1中，能够使磁铁交链磁通降低而将铁损抑制得较低。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-57209号公报

发明要解决的课题

然而，在专利文献1所公开的可变磁场旋转电机中，由于使用将定子沿轴向拉出的线式牵引装置来调整磁场，因此存在结构变得复杂且导致旋转电机的大型化的不良情况。

技术实现要素：

本发明鉴于上述问题点而提出，其目的在于提供一种能够通过简单的结构容易调整磁场且实现小型化的可变磁场旋转电机及具备该可变磁场旋转电机的车辆。

用于解决课题的方案

为了实现上述目的，本发明涉及一种可变磁场旋转电机，其具有设置成能够以轴的轴线为旋转轴而一体地旋转的转子，且在所述转子上设置有可动铁心，其特征在于，所述可变磁场旋转电机具有位移机构，该位移机构使所述可动铁心沿着所述旋转轴的轴向进行位移，所述位移机构具备：缸室，其与所述转子的旋转速度对应而积存工作油；活塞构件，其与所述可动铁心的沿着轴向的一端部连结，并设置成能够沿着所述缸室进行位移；密封构件，其设置于所述活塞构件；缸部，其包括所述活塞构件、所述缸室及所述密封构件；以及阀机构，其能够对供给到所述缸室内的工作油的排出和积存进行切换，所述阀机构具有：阀芯，其能够滑动地收纳于阀保持室内；阀施力单元，其配置于所述阀芯的沿着轴向的一端部，并将所述阀芯朝向另一端侧施力；以及工作油承压面，其设置于所述阀芯的沿着轴向的另一端部，通过与所述缸室及所述阀保持室内的工作油的积存量的增减对应而使所述阀芯及所述活塞构件沿所述旋转轴的轴向进行位移，从而使所述可动铁心追随于所述活塞构件而沿所述旋转轴的轴向进行位移。

需要说明的是，该“工作油”是具备具有润滑作用的润滑油和具有冷却作用的制冷剂这双方的作用的流体。

发明效果

在本发明中，可得到能够通过简单的结构容易调整磁场且实现小型化的可变磁场旋转电机及具备该可变磁场旋转电机的车辆。

附图说明

图1是本发明的实施方式的可变磁场旋转电机的大体结构的纵向剖视图。

图2是图1所示的可变磁场旋转电机的横向剖视图。

图3是构成图1所示的阀机构的滑阀的沿着轴向的纵向剖视图、以及表示滑阀的沿着轴向的一端面及另一端面的左右侧视图。

图4是表示在可变磁场旋转电机的转子的低速旋转时可动铁心位移机构及阀机构的动作的说明图。

图5是表示在可变磁场旋转电机的转子的高速旋转时可动铁心位移机构及阀机构的动作的说明图。

图6是表示工作油路的变形例的局部剖视图。

符号说明：

10可变磁场旋转电机

16转子

18轴

20可动铁心位移机构(位移机构)

21阀机构

24定子铁心

28线圈末端

40可动铁心

46、46a、46b缸室

52活塞构件

58活塞密封件(密封构件)

70缸部

80阀保持室

82滑阀(阀芯)

84螺旋弹簧(阀施力单元)

90工作油承压面

a轴的轴线(旋转轴)

具体实施方式

接着，适当参照附图，对本发明的实施方式进行详细说明。

图1是本发明的实施方式的可变磁场旋转电机的大体结构的纵向剖视图，图2是图1所示的可变磁场旋转电机的横向剖视图。

如图1所示，本发明的实施方式的可变磁场旋转电机10(以下，仅称为旋转电机10)例如为搭载于混合动力机动车、电动机动车等车辆的行驶用马达。该旋转电机10具备壳体12、定子14、转子16、轴(转子轴)18、可动铁心位移机构(位移机构)20及阀机构21。

壳体12收容定子14、转子16、可动铁心位移机构20及阀机构21，并且经由装配于壳体12的一组轴承22a、22b而被轴支承为能够旋转。

如图2所示，定子14具有定子铁心24、装配于定子铁心24的多相(例如u相、v相、w相)的线圈26、以及线圈末端28(参照图1)。定子14通过电流在线圈26中流动而产生磁场。定子铁心24形成为沿着轴线方向延伸的圆筒状。定子铁心24例如通过将电磁钢板沿轴线方向层叠多张而构成。

定子铁心24中，插入有线圈26的线圈插槽30(参照图2)沿着周向并列设置。该线圈26例如通过将由扁线构成的多个导线段插入到定子铁心24的线圈插槽30中，并在从定子铁心24沿轴线方向突出的部分利用分段线圈进行连结而构成。

转子16以埋入磁铁形式构成。转子16配置在定子14的径向内侧。转子16具有转子铁心32、埋设(装配)于转子铁心32的永久磁铁34、以及分别与转子铁心32的一端面及另一端面对置配置的一对端板36a、36b(参照图1)。

转子铁心32由沿轴线方向同样地延伸的圆筒状构成，并与定子铁心24的内周面对置配置。转子铁心32例如通过将电磁钢板沿轴线方向层叠多张而构成。

在转子铁心32的径向内侧插入有轴18，例如通过压入等而将轴18固定于转子铁心32的中心部。轴18及转子铁心32分别被设置成能够以轴18的轴线a(参照图1)为旋转轴(旋转中心)而一体地旋转。

另外，在转子铁心32上，在规定的周向角度区域分别设置有用于装配永久磁铁34的磁铁装配部38(参照图2)。多个磁铁装配部38在转子铁心32的外周部具有沿着周向的规定的分离距离而等间隔地配置。从轴线方向视觉确认时，磁铁装配部38形成为将与径向正交的方向作为长边方向的矩形形状。

永久磁铁34插入到磁铁装配部38，并例如通过树脂、粘接剂等而固定于转子铁心32。

在转子铁心32上设置有沿着周向以等角度的方式分离配置的多个可动铁心40。多个可动铁心40分别配置于在周向上相邻的一对磁铁装配部38之间。

通过将可动铁心40配置在转子铁心32的收纳插槽42内，从而将可动铁心40配置在沿周向相邻且极性不同的一对永久磁铁34之间。可动铁心40与收纳插槽42对应而垂直于轴的截面构成为大致椭圆形状。该可动铁心40被设置成能够经由后述的可动铁心位移机构20而在收纳插槽42内沿着轴向位移。

各端板36a、36b由与转子铁心32大致相同形状的圆环状板形成。端板36a、36b被用作装配于转子铁心32的磁铁装配部38中的永久磁铁34的防脱件。在端板36a、36b的中心形成有供轴18贯通的大致圆形状的贯通孔。

如图1所示，从轴向视觉确认时，在一侧的端板36a的外周部侧形成有孔部44，该孔部44的直径比可动铁心40大并将端板36a贯通。该孔部44在侧视时形成为与可动铁心40的垂直于轴的截面、即截面大致椭圆形状对应的形状。在孔部44能够进退地配置有可动铁心40。

可动铁心位移机构20使多个可动铁心40同时或大致同时地沿着旋转轴(轴线a)的轴向位移，这多个可动铁心40在侧面观察转子铁心32时，在外周部侧沿着周向以等角度的方式分离配置。

该可动铁心位移机构20在转子铁心32的一端面，配置于从一侧的端板36a朝向沿着旋转轴的轴向的外部突出的壳体12内。该壳体12包括位于外侧的外径壁部48a、位于内侧的内径壁部48b、将外径壁部48a的侧面与内径壁部48b的侧面连结的侧部环状壁部48c、与一侧的端板36a对置的圆板状壁部48d、以及在沿着径向的外径壁部48a与内径壁部48b之间的位置配置的中间壁部48e。

外径壁部48a沿着转子铁心32的外径侧形成为圆筒状。内径壁部48b比外径壁部48a缩径，并沿着转子铁心32的内径侧而形成为圆筒状。外径壁部48a和内径壁部48b分别形成为与轴18的轴向大致平行的相同的宽度尺寸。侧部环状壁部48c由将外径壁部48a的侧部和内径壁部48b的侧部相连的环状体形成，该外径壁部48a的侧部和内径壁部48b的侧部一边沿着径向保持规定的分离距离、一边大致平行地构成。

形成有在剖视时由位于上侧的中间壁部48e、位于下侧的内径壁部48b、以及在上下方向上将中间壁部48e与内径壁部48b的单侧相连的侧部环状壁部48c围绕而成的内部空间、即缸室46(46a、46b)。该缸室46构成为由后述的活塞构件52分割为一侧(一方)的缸室46a和另一侧(另一方)的缸室46b。需要说明的是，在对一侧的缸室46a和另一侧的缸室46b这双方一并进行总称时，称为“缸室46”。如后述那样，在缸室46内与转子16的旋转速度对应而积存有工作油。需要说明的是，该“工作油”为具备具有润滑作用的润滑油和具有冷却作用的制冷剂这双方的作用的流体。

在缸室46内收纳安装有活塞构件52，该活塞构件52被设置成能够沿着缸室46位移。该活塞构件52与可动铁心40的沿着轴向的一端部连结，并被设置成与可动铁心40一体地位移。活塞构件52与可动铁心40的沿着轴向的一端部连结。

该活塞构件52具有：由在侧视时呈大致矩形形状的板体构成的活塞主体；从活塞主体向可动铁心40侧突出并与可动铁心40的沿着轴向的一端部连结的连结部；以及与活塞主体连续形成且位于比连结部及可动铁心40靠外径侧的位置的密封被装配部54。需要说明的是，活塞构件52通过设置在缸室46内的未图示的一组止动件来预先设定其行程量(位移量)。

密封被装配部54由沿着周向与转子16的外周部大致平行地延伸的环状体构成。在密封被装配部54形成有环状槽56，该环状槽56由截面大致矩形形状构成，且朝向外径壁部48a的内壁开口。在该环状槽56装配有活塞密封件(密封构件)58。

在剖视时，该活塞密封件58与中间壁部48e及内径壁部48b滑动接触而发挥用于将缸室46划分为一侧的缸室46a和另一侧的缸室46b的密封功能。由环状体构成的密封被装配部54将沿着转子16的外周部配置有多个的各活塞构件52沿着周向连结并使其相连。装配于环状槽56的活塞密封件58位于比连结部及可动铁心40靠外径侧的位置，且沿着转子16的外周部大致平行地配置，并且呈环状地连续形成。

与缸室46相面对的密封被装配部54的内壁由积存在缸室46的外径侧的工作油按压，并作为为了使活塞构件52位移而被施加有工作油的按压力的承压面来发挥功能。

在内径壁部48b的径向内侧设置有与内径壁部48b大致正交的圆板状壁部48d。在该圆板状壁部48d的与端板36a对置的内壁形成有多个工作油路68，这多个工作油路68与各缸室46a、46b连通而向各缸室46a、46b供给工作油。各工作油路68被配置成沿着径向呈放射状地延伸。

如图1所示，各工作油路68沿着圆板状壁部48d、内径壁部48b及侧部环状壁部48c连续并延伸出。在剖视时，在内径壁部48b设置有一对供给端口69a、69b，这一对供给端口69a、69b与各缸室46a、46b连通而分别向各缸室46a、46b供给工作油。供给端口69a被设置成能够与一侧的缸室46a连通。供给端口69b被设置成能够与另一侧的缸室46b连通。另外，在侧部环状壁部48c的外径侧设置有供给端口71，该供给端口71在各工作油路68的终端对阀保持室80供给工作油。

需要说明的是，通过所述活塞构件52、缸室46及活塞密封件58构成缸部70。该缸部70配置在线圈26的线圈末端28的内径侧。

阀机构21对供给到各缸室46a、46b内的工作油的排出和积存进行切换。该阀机构21具有收纳在阀保持室80内的滑阀(阀芯)82和螺旋弹簧(阀施力单元)84(参照图1)。阀保持室80位于外径壁部48a的内径侧，且配置在缸室46的外径侧。

图3是构成图1所示的阀机构的滑阀的沿着轴向的纵向剖视图、以及表示滑阀的沿着轴向的一端面及另一端面的左右侧视图。

滑阀82被收纳成沿着阀保持室80能够滑动且能够进行位移(参照图1)。如图3所示，该滑阀82具有呈大致圆柱状的阀主体83。在该阀主体83的外周面沿着轴向依次配置有第一台肩部86a、第二台肩部86b及第三台肩部86c。该第一台肩部86a～第三台肩部86c具有相同的外径。另外，第一台肩部86a～第三台肩部86c的外径形成为与形成阀保持室80的保持孔的内径大致相同。

在阀主体83的第一台肩部86a与第二台肩部86b之间形成有环状凹部，通过该环状凹部来设置第一小径部88a。而且，在第二台肩部86b与第三台肩部86c之间形成有环状凹部，通过该环状凹部来设置第二小径部88b。

螺旋弹簧84经由凹陷部而配置于滑阀82的沿着轴向的一端部，并将滑阀82朝向另一端部侧(侧部环状壁部48c侧)按压(施力)(参照图1)。在滑阀82的沿着轴向的另一端部侧(与配置有螺旋弹簧84的一侧相反的一侧)设置有工作油承压面90，该工作油承压面90由供给到阀保持室80内的工作油按压。该工作油承压面90由在中心具有环状凸部92的环状台阶部构成。

如图1所示，阀保持室80通过由在剖视时位于上侧的外径壁部48a、位于下侧的中间壁部48e、以及将外径壁部48a与中间壁部48e的单侧在上下方向上相连的侧部环状壁部48c围绕的内部空间来形成。另外，在位于上侧的外径壁部48a设置有一对排出端口94a、94b，这一对排出端口94a、94b将导入到阀保持室80内的工作油向阀保持室80外排出。

在中间壁部48e形成有一组连通端口96a、96b，这一组连通端口96a、96b使缸室46与阀保持室80相互连通。该各连通端口96a、96b与滑阀82的滑动位置对应地将导入到缸室46内的工作油向阀保持室80内导出。根据滑阀82的位置关系，连通端口96a和排出端口94a被设置成能够连通(参照后述的图5)。另外，根据滑阀82的位置关系，连通端口96b与排出端口94b被设置成能够连通(参照后述的图4)。

圆板状壁部48d具有内径凸缘72，该内径凸缘72位于接近轴18的内径侧，并沿着轴18的轴向突出。在该内径凸缘72配置有检测旋转电机10的旋转角度的解析器74。该解析器74具有固定于壳体12侧的解析器定子、以及压入固定于轴18侧并与轴18一体地旋转的解析器转子。

本实施方式的旋转电机10基本上如以上那样构成，接下来，对其作用效果进行说明。

图4是表示在可变磁场旋转电机的转子的低速旋转时可动铁心位移机构及阀机构的动作的说明图，图5是表示在可变磁场旋转电机的转子的高速旋转时可动铁心位移机构及阀机构的动作的说明图。需要说明的是，滑阀82在其初始位置处，在螺旋弹簧84的弹簧力的作用下处于端部侧的环状凸部92与侧部环状壁部48c抵接的状态(参照图4)。

例如，经由未图示的泵向旋转电机10给送工作油(润滑油、制冷剂)。该工作油经由工作油路68而从轴18侧向缸室46内供给。

在旋转电机10的转子16旋转时，活塞构件52与转子铁心32一起旋转，对活塞构件52施加有离心力。如图4所示，在旋转电机10的转子16成为规定的低旋转(低速旋转)时，工作油经由工作油路68及供给端口69a而仅被导入到一侧的缸室46a内。被导入到一侧的缸室46a内的工作油通过离心力的作用而仅积存在一侧的缸室46a的外径侧。积存在一侧的缸室46a的外径侧的工作油将活塞构件52朝向另一侧的缸室46b侧按压。其结果是，仅在一侧的缸室46a产生离心压力。活塞构件52在工作油的较低的离心压力的作用下向箭头b方向位移。

在旋转电机10的转子16的低速旋转时，滑阀82处于初始位置的状态(参照图4)。在滑阀82的初始位置处，一侧的连通端口96a与排出端口94a通过第二台肩部86b而分别处于被遮挡的非连通状态。另外，另一侧的连通端口96b和排出端口94b经由第二小径部88b而分别处于连通状态。由此，从供给端口69a供给到一侧的缸室46a内的工作油积存在一侧的缸室46a内，并且，产生较低的离心压力而将活塞构件52向箭头b方向按压。与此相对，从供给端口69b供给到另一侧的缸室46b内的工作油经由处于连通状态的连通端口96b及排出端口94b而向外部排出。

如图5所示，在旋转电机10的转子16成为规定的高旋转(高速旋转)时，经由供给端口69b而仅向另一侧的缸室46b内导入工作油。对积存在另一侧的缸室46b的外径侧的工作油(离心液压)作用有离心力，使工作油的压力提高。通过提高了压力的工作油(较高的离心液压)，将活塞构件52朝向图5所示的小箭头的方向按压。即，与另一侧的缸室46b相面对的活塞构件52的内壁作为被施加有工作油的按压力(离心液压)的承压面来发挥作用，通过该按压力(离心液压)，使活塞构件52及可动铁心40朝向箭头c方向一体地位移。

换言之，在旋转电机10的转子16成为规定的高旋转(高速旋转)时，对积存在另一侧的缸室46b的外径侧的工作油施加离心力，对工作油进行加压。对该工作油的加压力伴随着离心力的增大而变大。通过该加压后的工作油来产生对活塞构件52的承压面(内壁54a)进行按压的按压力，使活塞构件52沿着箭头c方向(旋转轴的轴向)位移。与活塞构件52连结的可动铁心40伴随着活塞构件52而一体地沿着箭头c方向位移。

其结果是，可动铁心40从配置在转子铁心32的收纳插槽42内的初始位置起，与活塞构件52一体地朝向箭头c方向位移。需要说明的是，转子16的规定的高旋转(高速旋转)例如基于旋转电机10所要求的性能、旋转电机10的大小等而预先设定。

在旋转电机10的转子16的高速旋转时，通过经由供给端口71导入到阀保持室80内的工作油对滑阀82的承压面90进行按压。滑阀82抵抗螺旋弹簧84的弹簧力而从初始位置朝向箭头d方向进行位移。由此，一侧的连通端口96a和排出端口94a分别经由第一小径部88a而处于连通状态。另外，另一侧的连通端口96b和排出端口94b通过第二台肩部86b而分别处于被遮挡的非连通状态。其结果是，从供给端口69b供给到另一侧的缸室46b内的工作油积存在另一侧的缸室46b内，并且产生较高的离心压力对活塞构件52进行按压而使其向箭头c方向位移。与此相对，从供给端口69a供给到一侧的缸室46a内的工作油经由处于连通状态的连通端口96a及排出端口94a而向外部排出。在旋转电机10的转子16的高速旋转时，仅在另一侧的缸室46b产生离心压力。活塞构件52通过工作油的较高的离心压力而向箭头c方向位移。

这样，在本实施方式中，通过离心力来对积存在缸室46的外径侧的工作油进行加压，从而能够产生将活塞构件52的承压面沿着轴向(箭头b方向或箭头c方向)按压的按压力。由此，在本实施方式中，能够使活塞构件52及可动铁心40一体地沿着旋转轴的轴向(箭头b方向或箭头c方向)进行位移。

而且，在本实施方式中，能够通过滑阀82对供给到一侧的缸室46a及另一侧的缸室46b内的工作油的排出和积存进行切换。即，在图4所示的低速旋转时，能够在一侧的缸室46a内积存工作油并产生离心液压，并且能够将另一侧的缸室46b内的工作油向外部排出。另一方面，在图5所示的高速旋转时，能够在另一侧的缸室46b内积存工作油并产生离心液压，并且能够将一侧的缸室46a内的工作油向外部排出。其结果是，在本实施方式中，例如通过设置由滑阀82构成的阀机构21，从而能够适当地控制施加离心液压的时机。

即，由于离心液压与转子16的转速的平方成比例，因此例如在得到所需的离心液压载荷之前，活塞构件52(可动铁心40)可能在自由状态下进行位移。另外，在得到所需的离心液压载荷之前，存在需要花费时间的情况，或者可能需要转子16的较高的旋转速度。

在本实施方式中，通过滑阀82的切换作用，能够进一步使活塞构件52逐步地进行位移。换言之，通过滑阀82对工作油的排出和积存进行切换，从而能够从在一侧的缸室46a内产生的较低的离心压力逐步地向在另一侧的缸室46b内产生的较高的离心压力进行切换。其结果是，在本实施方式中，能够适当地避免在得到所需的离心液压载荷之前活塞构件52(可动铁心40)进行位移的情况。另外，通过滑阀82的切换作用使活塞构件52进行位移，从而不需要对活塞构件52进行施力的复位弹簧等。由此，在本实施方式中，能够削减部件个数而降低制造成本。

另外，在本实施方式中，例如在使用高粘度的油作为工作油的情况下，能够适当地抑制在低温环境下产生的离心液压变得过大的情况。

其结果是，在本实施方式中，通过设置包括可动铁心位移机构20及滑阀82的阀机构21，从而可得到能够通过简单的结构容易调整磁场且实现小型化的旋转电机10。

另外，在本实施方式中，具有活塞构件52等的缸部70配置在线圈26的线圈末端28的内径侧。由此，在本实施方式中，能够实现空间的有效利用，且能够实现省空间化。

图6是表示工作油路的变形例的局部剖视图。需要说明的是，对与图4及图5相同的构成要素标注同一参照符号，并省略其详细说明。

在图6所示的变形例中，设置多个工作油排出端口98，并从该工作油排出端口98向外部排出工作油。由此，能够适当地避免在一侧的缸室46a及另一侧的缸室46b内积存必要以上的工作油的情况。另外，从多个工作油排出端口98排出的工作油例如在配置于附近部位的未图示的绕组、齿轮等的润滑、冷却中使用。

通过将这样的旋转电机10搭载于未图示的车辆，从而可得到能够通过简单的结构容易调整磁场且实现小型化的车辆。

需要说明的是，在本实施方式及其他实施方式中，作为位移机构，例示了使可动铁心40沿着旋转轴的轴向位移的可动铁心位移机构20，但并不限定于此。例如，作为位移机构，也可以采用永久磁铁位移机构，通过使用该永久磁铁位移机构来使永久磁铁34沿着旋转轴的轴向位移。