專利名稱：具有變速功能的電動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠使轉(zhuǎn)子和輸出軸的轉(zhuǎn)速的比率變化的具有變速功能的電動機。
背景技術(shù)：
電動機的輸出特性根據(jù)電動機的構(gòu)造和種類等而不同，針對于此，對電動機的需求各種各樣。因此，例如存在雖然滿足對輸出特性的要求，但不滿足對構(gòu)造的要求的情況， 因此，以往開發(fā)了一種電動機，該電動機構(gòu)成為在內(nèi)置有定子和轉(zhuǎn)子的外殼體的內(nèi)部收納變速機構(gòu)，根據(jù)變速比對轉(zhuǎn)子的扭矩進(jìn)行增減并從輸出軸輸出。例如在日本特開2007-269129號公報中記載了一種車輪旋轉(zhuǎn)裝置，在安裝于輪轂的車輪的內(nèi)側(cè)，定子配置在同心圓上，在該定子的內(nèi)周側(cè)旋轉(zhuǎn)自如地配置有圓筒狀的轉(zhuǎn)子， 進(jìn)而在該轉(zhuǎn)子的內(nèi)周側(cè)，行星齒輪機構(gòu)配置在同心圓上。該轉(zhuǎn)子與該行星齒輪機構(gòu)中的太陽齒輪連結(jié)，而齒圈安裝固定在與定子一體的殼體上。而且，行星架與輪轂連結(jié)。因而，行星齒輪機構(gòu)作為減速機構(gòu)發(fā)揮功能，其減速比根據(jù)行星齒輪機構(gòu)的齒輪比(齒圈的齒數(shù)與太陽齒輪的齒數(shù)的比)而成為唯一確定的值。此外，在日本特開平6-328950號公報中記載了如下結(jié)構(gòu)在混合動力車的電動機的內(nèi)周側(cè)配置有行星齒輪機構(gòu)和與該行星齒輪機構(gòu)一體化的離合器。該電動機的定子固定在變速器殼體的內(nèi)周面，轉(zhuǎn)子與齒圈連結(jié)。此外，行星架與輸出軸連結(jié)，并且離合器選擇性地連結(jié)太陽齒輪和行星架。因而，構(gòu)成為能夠二級切換變速比。進(jìn)而，在日本特開2008-75878號公報中記載了如下結(jié)構(gòu)在可旋轉(zhuǎn)的支承部件的外周側(cè)配置有多個球狀的轉(zhuǎn)動體，該轉(zhuǎn)動體被能夠在包含支承部件的旋轉(zhuǎn)中心軸線的平面內(nèi)傾斜的軸支承為旋轉(zhuǎn)自如。在這些轉(zhuǎn)動體的外周側(cè)，配置有隔著轉(zhuǎn)動體對置的驅(qū)動部件和被驅(qū)動部件，上述驅(qū)動部件和被驅(qū)動部件在使其軸線方向的端面與轉(zhuǎn)動體的外周面加壓接觸的狀態(tài)下夾持轉(zhuǎn)動體。因而，如果成為轉(zhuǎn)動體的旋轉(zhuǎn)中心的上述軸傾斜，則驅(qū)動部件所接觸的部位的旋轉(zhuǎn)半徑(距上述軸的距離)和被驅(qū)動部件所接觸的部位的旋轉(zhuǎn)半徑(距上述軸的距離)發(fā)生變化，因此各個接觸部位的周速、即驅(qū)動部件和被驅(qū)動部件的旋轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化，結(jié)果，變速比連續(xù)地、即無級地變化。對該驅(qū)動部件的動力的傳遞，是經(jīng)由與驅(qū)動部件一體地設(shè)置在與驅(qū)動部件同一軸線上的帶輪進(jìn)行的。日本特開2007-2691 號公報所記載的裝置，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和車輪的轉(zhuǎn)速的比率由行星齒輪機構(gòu)所決定。因此，在通過電動機直接驅(qū)動車輪來進(jìn)行行駛的情況下，存在根據(jù)車速而電動機的轉(zhuǎn)速必須為效率低的轉(zhuǎn)速的情況，在提高能量效率方面還有尚待改善的余地。此外，在日本特開平6-328950號公報所記載的裝置中，能夠使變速比二級變化， 但電動機的轉(zhuǎn)速固定為與上述變速比對應(yīng)的高轉(zhuǎn)速或低轉(zhuǎn)速中的任一個，無法設(shè)定成它們之間的轉(zhuǎn)速或者低于上述轉(zhuǎn)速、或高于上述轉(zhuǎn)速。因而，結(jié)果與上述日本特開2007-269129 號公報所記載的裝置同樣，存在根據(jù)車速而電動機的轉(zhuǎn)速必須為效率低的轉(zhuǎn)速的情況，在提高能量效率方面還有尚待改善的余地。進(jìn)而，在日本特開2008-75878號公報所記載的變速器中，由于經(jīng)由帶輪與動力源連結(jié)，所以包括動力源在內(nèi)的驅(qū)動裝置整體的結(jié)構(gòu)大型化， 例如在搭載于車輛的情況下有可能使車載性惡化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是著眼于上述技術(shù)課題而研發(fā)的，其目的在于提供一種能夠提高能量效率而且緊湊的電動機。本發(fā)明提供一種無級變速機構(gòu)，其能夠使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與用于輸出從該轉(zhuǎn)子傳遞來的扭矩的輸出軸的轉(zhuǎn)速不同，其特征在于，具備定子線圈，該定子線圈安裝在筒狀的外殼體的內(nèi)周面；筒狀的轉(zhuǎn)子，該筒狀的轉(zhuǎn)子配置在該定子線圈的內(nèi)周側(cè)，且接受由定子線圈所產(chǎn)生的磁力而產(chǎn)生扭矩；以及無級變速機構(gòu)，該無級變速機構(gòu)能夠使輸入部件的轉(zhuǎn)速和輸出部件的轉(zhuǎn)速的比率呈無級地變化，其中上述輸入部件配置在該轉(zhuǎn)子的內(nèi)周側(cè)，并與該轉(zhuǎn)子連結(jié)，上述輸出部件從該輸入部件接受扭矩而旋轉(zhuǎn)，并與上述輸出軸連結(jié)。本發(fā)明的上述無級變速機構(gòu)具備轉(zhuǎn)動體，該轉(zhuǎn)動體的旋轉(zhuǎn)中心軸線能夠傾斜且該轉(zhuǎn)動體的外周面形成為光滑的曲面；旋轉(zhuǎn)軸，上述轉(zhuǎn)動體在與該旋轉(zhuǎn)軸的外周面接觸的狀態(tài)下配置在該旋轉(zhuǎn)軸的外周側(cè)；以及兩個旋轉(zhuǎn)體，該兩個旋轉(zhuǎn)體在從沿著上述轉(zhuǎn)動體的旋轉(zhuǎn)中心軸線的方向的兩側(cè)夾持上述轉(zhuǎn)動體的狀態(tài)下以能夠傳遞扭矩的方式接觸于上述轉(zhuǎn)動體的外周面，兩個旋轉(zhuǎn)體和上述旋轉(zhuǎn)軸的任意一個連結(jié)于上述轉(zhuǎn)子，且另外任意一個作為輸出部件。此外，本發(fā)明能夠采用如下結(jié)構(gòu)在上述轉(zhuǎn)子上安裝有永磁鐵，上述兩個旋轉(zhuǎn)體在上述轉(zhuǎn)動體的外周面中的上述轉(zhuǎn)子側(cè)的位置接觸于上述轉(zhuǎn)動體，并且上述轉(zhuǎn)動體具備被上述永磁鐵向轉(zhuǎn)子側(cè)吸弓I的磁性體?；蛘弑景l(fā)明能夠采用如下結(jié)構(gòu)在上述轉(zhuǎn)子上安裝有永磁鐵，上述兩個旋轉(zhuǎn)體在上述轉(zhuǎn)動體的外周面中的上述轉(zhuǎn)子側(cè)的位置接觸于上述轉(zhuǎn)動體，并且上述轉(zhuǎn)動體由非磁性材料形成。另一方面，本發(fā)明的上述外殼體，具備圓筒部，在該圓筒部的內(nèi)周面安裝有上述定子線圈；以及端板部，該端板部一體地形成于該圓筒部的軸線方向上的一方的端部側(cè)，上述兩個旋轉(zhuǎn)體中的接近上述端板部的一個旋轉(zhuǎn)體連結(jié)于上述轉(zhuǎn)子，且上述輸出軸在上述軸線方向上朝向與上述端板部相反的方向突出，并且上述輸出軸連結(jié)于上述兩個旋轉(zhuǎn)體中的另一個旋轉(zhuǎn)體。進(jìn)而，本發(fā)明涉及的電動機能夠采用如下結(jié)構(gòu)在上述轉(zhuǎn)子和上述任意一個的旋轉(zhuǎn)體之間設(shè)置凸輪機構(gòu)，該凸輪機構(gòu)將作用于上述轉(zhuǎn)子和上述任一個旋轉(zhuǎn)體之間的扭矩轉(zhuǎn)換成朝向軸線方向的推力從而將上述任一個旋轉(zhuǎn)體朝向上述轉(zhuǎn)動體按壓。并且，本發(fā)明也可以采用如下結(jié)構(gòu)在上述輸出軸和上述另外任意一個的旋轉(zhuǎn)體之間設(shè)置另外的凸輪機構(gòu)，該凸輪機構(gòu)將作用于作為上述輸出部件的上述另外任意一個的旋轉(zhuǎn)體和上述輸出軸之間的扭矩轉(zhuǎn)換成朝向軸線方向的推力從而將上述另外任意一個的旋轉(zhuǎn)體朝向上述轉(zhuǎn)動體按壓。另外，本發(fā)明的電動機也可以構(gòu)成為上述具有變速功能的電動機具備軸承部件，該軸承部件以使上述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)自如的方式對上述旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行支承且該軸承部件能夠沿著上述輸出軸的軸線方向前后移動；支承軸，該支承軸沿著上述轉(zhuǎn)動體的旋轉(zhuǎn)中心軸線貫通上述轉(zhuǎn)動體并以使上述轉(zhuǎn)動體旋轉(zhuǎn)自如的方式對上述轉(zhuǎn)動體進(jìn)行支承；臂部，該臂部設(shè)置于該支承軸的兩端部，且朝向上述軸承部件的軸線方向上的兩端部延伸；以及凸曲面， 該凸曲面形成于上述軸承部件和上述臂部中的至少任意一方，以使得上述軸承部件和上述臂部進(jìn)行點接觸或者線接觸，上述具有變速功能的電動機構(gòu)成為通過上述軸承部件沿著上述軸線方向移動，由此上述軸承部件按壓上述臂部，從而使上述支承軸和上述轉(zhuǎn)動體傾斜。在本發(fā)明中，通過在定子線圈中流動電流而使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生扭矩，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。在該轉(zhuǎn)子和輸出軸之間配置有無級變速機構(gòu)，通過將該無級變速機構(gòu)使變速比適當(dāng)?shù)刈兓?，將轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速設(shè)定成能量功率良好的轉(zhuǎn)速。此外，該無級變速機構(gòu)被收納在轉(zhuǎn)子的內(nèi)周側(cè)，因而， 定子線圈、轉(zhuǎn)子以及無級變速機構(gòu)配置在同心圓上。因而，根據(jù)本發(fā)明，能夠得到作為整體的結(jié)構(gòu)緊湊、且能量效率良好的電動機。此外，在構(gòu)成為通過使轉(zhuǎn)動體的旋轉(zhuǎn)中心軸線偏轉(zhuǎn)而使變速比連續(xù)地變化的情況下，將轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速調(diào)整為能量效率良好的轉(zhuǎn)速的控制變得容易。進(jìn)而，在轉(zhuǎn)子上設(shè)置永磁鐵、且轉(zhuǎn)動體具備磁性材料的情況下，通過轉(zhuǎn)子對轉(zhuǎn)動體磁性吸引而使轉(zhuǎn)動體與兩個旋轉(zhuǎn)體的接觸壓力增大。與此相反，在轉(zhuǎn)子上設(shè)置永磁鐵、且由非磁性材料構(gòu)成轉(zhuǎn)動體的情況下，由于磁性吸引力不作用于轉(zhuǎn)動體，所以能夠防止產(chǎn)生所謂的齒槽扭矩。而且，在本發(fā)明中，能夠?qū)⑼鈿んw作為圓筒狀的殼體而構(gòu)成，在該情況下，能夠?qū)⒃O(shè)置于軸線方向的一方的端部側(cè)的端板部固定，并使輸出軸向與該端板部相反一側(cè)突出。 因而，作為用于固定并支承電動機的部位能夠利用上述端板部，因此能夠確保固定強度。另一方面，在本發(fā)明中，在轉(zhuǎn)子和輸出部件之間傳遞扭矩的情況下，在轉(zhuǎn)子和上述任一個旋轉(zhuǎn)體之間、或者另外任意一個的旋轉(zhuǎn)體和輸出部件之間作用扭矩，利用凸輪機構(gòu)將該扭矩轉(zhuǎn)換成朝向軸線方向的推力，利用該推力將至少任意一個的旋轉(zhuǎn)體朝向轉(zhuǎn)動體按壓。結(jié)果，能夠確保轉(zhuǎn)動體和旋轉(zhuǎn)體之間的接觸壓力以及伴隨于此的傳遞扭矩容量。此外，根據(jù)本發(fā)明，通過使旋轉(zhuǎn)自如地支承旋轉(zhuǎn)軸的軸承部件沿著軸線方向移動而使轉(zhuǎn)動體偏轉(zhuǎn)，能夠使轉(zhuǎn)子和輸出部件的轉(zhuǎn)速的比率即變速比連續(xù)地變化。


圖1是表示本發(fā)明涉及的電動機的一例的縱向截面?zhèn)纫晥D。圖2是該電動機的縱向截面主視圖。圖3是該換檔軸和換檔鍵的主視圖。圖4是用于說明行星架的構(gòu)造的縱向截面立體圖。圖5是用于說明凸輪機構(gòu)的一例的局部結(jié)構(gòu)圖。圖6是表示偏轉(zhuǎn)角度和變速比(速度比)的關(guān)系的線圖。圖7是表示作為輪內(nèi)電動機使用的例子的縱向截面立體圖。圖8是表示定子軸的構(gòu)造的其他例子的局部圖。
具體實施例方式接著，對本發(fā)明進(jìn)行更具體地說明。圖1和圖2是表示本發(fā)明涉及的電動機1的一例，此處所示的電動機1構(gòu)成為在電動機部2的內(nèi)周部配置無級變速機構(gòu)3。當(dāng)對該電動機部2的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明時，電動機部2具備定子線圈4和配置在該定子線圈4的內(nèi)周側(cè)的轉(zhuǎn)子5。定子線圈4是將卷繞于鐵心的多個線圈圓筒狀配置而構(gòu)成的，被固定在外殼體6 的圓筒部7的內(nèi)周面。外殼體6是具有底部的圓筒狀的部件，相對于其底部的板狀部分是端板部8，圓筒部7與該圓板狀的端板部8的外周部一體化。轉(zhuǎn)子5是圓筒狀的部件，在其外周部安裝有多個永磁鐵(未圖示)。因而，電動機部2構(gòu)成為永磁鐵式同步電動機。該轉(zhuǎn)子5設(shè)定成與上述圓筒部7大致相同的長度，因而， 轉(zhuǎn)子5被收納在外殼體6的內(nèi)部。在轉(zhuǎn)子5的軸線方向的兩端部設(shè)置有向內(nèi)周側(cè)(中心側(cè))延伸的凸緣部9、10。上述端板部8側(cè)的凸緣部9相對短，與此相對，與其相反一側(cè)即外殼體6的開口端側(cè)的凸緣部10形成為相對長，軸承11、12與各個凸緣部9、10的內(nèi)周部嵌合。即，轉(zhuǎn)子5被這些軸承11、12支承為能夠旋轉(zhuǎn)。另外，一個軸承11與形成于上述端板部8的內(nèi)面的凸部的外周面嵌合，而另一個軸承12與后述的輸出軸13的外周面嵌合。接著對無級變速機構(gòu)3進(jìn)行說明。在上述端板部8的中心部設(shè)置有定子軸14，該定子軸14是貫通外殼體6而沿著與端板部8相反側(cè)延伸的固定軸。該定子軸14與上述圓筒部7的中心軸線一致地配置，其一端部與端板部8 一體化。能夠適當(dāng)?shù)剡x擇用于使定子軸14與端板部8—體化的方法，例如也可以是熱壓配合、焊接、螺紋固定等的任一個。從定子軸14中的端板部8側(cè)的端部到超過軸線方向的中間部的程度的位置形成為中空。此外， 在定子軸14的軸線方向的中間部形成有預(yù)定長度的兩個狹縫15。上述狹縫15形成在相對于定子軸14的中心軸線呈對稱的位置，從定子軸14的外面貫通至中空部。進(jìn)而，在形成于定子軸14的中心部的中空部插入換檔軸16，該換檔軸16被旋轉(zhuǎn)自如地支承于該中空部。該換檔軸16的一端部從定子軸14的上述端板部8側(cè)的端部突出， 而換檔軸16的中間部、更準(zhǔn)確地說，在與上述狹縫15對應(yīng)的部位形成有外螺紋部17，換檔鍵18與該外螺紋部17螺紋接合。在圖3中示意地表示換檔軸16和換檔鍵18。該換檔鍵 18是具有與上述外螺紋部17螺紋接合的圓筒狀的內(nèi)螺紋部19和從該內(nèi)螺紋部19沿著直徑方向突出的兩個鍵部20，該鍵部20貫通上述狹縫15而向定子軸14的外周側(cè)突出。艮口， 通過使換檔鍵18旋轉(zhuǎn)，換檔鍵18的鍵部20沿著定子軸14的軸線方向前后運動。進(jìn)而，軸承部件21以能夠沿著軸線方向前后運動的方式松弛地嵌合于定子軸14 的外周部。該軸承部件21，其軸線方向的中間部遍及全周形成為凹陷的形狀，且從整體上看是環(huán)狀的部件，在直徑方向?qū)ΨQ的兩個部位嵌合有上述鍵部20的前端部。因而，軸承部件 21構(gòu)成為通過鍵部20沿著軸線方向移動。軸承部件21的凹陷部中的接近底部的部位形成為截面圓弧狀的光滑的凹曲面， 該凹曲面成為配置軸承滾珠22的軸承面。而且，被該軸承滾珠22支承為旋轉(zhuǎn)自如的空轉(zhuǎn)滾柱23配置在軸承部件21的中央部。該空轉(zhuǎn)滾柱23是圓筒狀的部件，通過使內(nèi)周面的左右兩側(cè)的部分與上述軸承滾珠22接觸，被軸承滾珠22以及軸承部件21支承為旋轉(zhuǎn)自如。 因而，該空轉(zhuǎn)滾柱23構(gòu)成為與軸承部件21 —起沿著軸線方向前后運動。在上述空轉(zhuǎn)滾柱23的外周側(cè)配置有相當(dāng)于本發(fā)明的轉(zhuǎn)動體的多個行星球24。該行星球M能夠利用磁性體或非磁性體的任一個而構(gòu)成，優(yōu)選其形狀是完全的球形，但除此之外也可以是像橄欖球那樣的截面為橢圓形狀等且外周面光滑的曲面的行星球。在圖2中示出8個行星球M，但上述各行星球M實際上彼此不接觸。優(yōu)選空出預(yù)定的間隙以在各行星球M旋轉(zhuǎn)的情況下在各個行星球M之間不產(chǎn)生拖曳扭矩。各行星球M被穿過貫通其中心的支承軸25支承為旋轉(zhuǎn)自如。例如，在支承軸25 的外周面和行星球M之間配置有軸承，利用該軸承能夠使行星球M旋轉(zhuǎn)。上述支承軸25， 如圖1所示，朝向與上述定子軸14平行的方向配置，更具體而言，位于包含定子軸14的中心軸線的平面內(nèi)，且在該平面內(nèi)在與定子軸14平行的狀態(tài)以及從該平行狀態(tài)傾斜的狀態(tài)之間擺動(偏轉(zhuǎn))。支承軸25的兩端部從行星球M突出，在該突出的端部安裝有偏轉(zhuǎn)用臂部26。該偏轉(zhuǎn)用臂部26用于對支承軸25和被該支承軸25支承的行星球M施加偏轉(zhuǎn)力，在圖示的例子中，各偏轉(zhuǎn)用臂部26從支承軸％朝向定子軸14、即在半徑方向朝向中心側(cè)延伸，各個前端部(即旋轉(zhuǎn)中心側(cè)的端部)逐漸變細(xì)。而且，安裝于各支承軸25的左右的偏轉(zhuǎn)用臂部 26與支承部件21的左右的側(cè)面(外表面)接觸以夾持上述軸承部件21。g卩，各偏轉(zhuǎn)用臂部26的前端部的內(nèi)側(cè)的側(cè)面成為定子軸14側(cè)向外開的傾斜面，相對于此，軸承部件21的外側(cè)面形成于凸曲面27。因而，構(gòu)成為各偏轉(zhuǎn)用臂部沈與支承部件21點接觸或者線接觸。 軸承部件21沿軸線方向移動所引起的負(fù)載，作為朝向定子軸14的傾斜外側(cè)的力作用于像這樣偏轉(zhuǎn)用臂部26的傾斜面與軸承部件21的凸曲面27的接觸部位。因此，通過軸承部件 21沿著軸線方向前后運動，支承軸25和被該支承軸25支承的行星球M的旋轉(zhuǎn)中心軸線在通過定子軸14的旋轉(zhuǎn)中心軸線的平面內(nèi)傾斜。上述行星球M、貫通該行星球的中心部的支承軸25以及各偏轉(zhuǎn)用臂部沈，被保持為不在定子軸14的軸線方向移動。設(shè)置有用于進(jìn)行該保持的行星架觀。該行星架觀，如圖1和圖4所示，是通過多根連結(jié)軸30連結(jié)左右一對圓板部四而構(gòu)成的框狀部件，在各個圓板部四的相互對置的面，與上述偏轉(zhuǎn)用臂部沈大致相同的寬度且與偏轉(zhuǎn)用臂部沈的數(shù)量相同的放射槽31從中心部形成至外周緣。而且，在這些放射槽31的內(nèi)部配置有各偏轉(zhuǎn)用臂部沈，該偏轉(zhuǎn)用臂部沈能夠進(jìn)行上述偏轉(zhuǎn)動作。因而，偏轉(zhuǎn)用臂部沈、安裝有該偏轉(zhuǎn)用臂部26的支承軸25以及被支承軸25支承的行星球M，不圍繞定子軸14旋轉(zhuǎn)(公轉(zhuǎn))。通過如上述那樣將行星架觀構(gòu)成為框狀，在其外周側(cè)開放，因而各行星球M向行星架觀的外周側(cè)稍微突出。在像這樣向行星架觀的外周側(cè)突出的各行星球M的外周面設(shè)置有兩個作為旋轉(zhuǎn)體的輸入圓盤32和輸出圓盤33，該輸入圓盤32和輸出圓盤33以能夠傳遞扭矩的方式與上述各行星球M的外周面接觸。上述輸入圓盤32和輸出圓盤33是從整體上看呈環(huán)狀的部件，隔著行星球M而配置在圖1的左右兩側(cè)。而且，上述輸入圓盤32 和輸出圓盤33通過與行星球M的外周面相同曲率的凹圓弧面與行星球M的外周面接觸。輸入圓盤32具有比上述轉(zhuǎn)子5的內(nèi)徑稍小的外徑，輸入圓盤32和與轉(zhuǎn)子5 —體的相對短的凸緣部9對置配置。而且，在該凸緣部9和輸入圓盤32的背面之間設(shè)置有凸輪機構(gòu)34。此外，輸出圓盤33相當(dāng)于本發(fā)明中的輸出部件，隔著行星球M配置在與輸入圓盤 32相反一側(cè)。而且，在輸出圓盤33的背面?zhèn)扰渲糜型馆啓C構(gòu)35，該輸出圓盤33經(jīng)由該凸輪機構(gòu)35與輸出軸13連結(jié)。S卩，輸出軸13為中空軸且兩個軸承36與上述定子軸14的外周側(cè)嵌合，且被支承為旋轉(zhuǎn)自如。該輸出軸13的一個端部向外殼體6的外側(cè)突出，與此相對，在位于外殼體6的內(nèi)部的另一個端部一體地形成有在半徑方向向外側(cè)延伸的凸緣部37。該凸緣部37的外徑是比轉(zhuǎn)子5的內(nèi)徑稍小，且與上述輸入圓盤32、輸出圓盤33大致相同的外徑。在該凸緣部 37的外周部設(shè)置有圓筒部，該圓筒部通過上述行星架觀的外周側(cè)朝向輸出圓盤33延伸，在該圓筒部的前端面和外部圓盤33的背面之間配置有凸輪機構(gòu)35。在此，對凸輪機構(gòu)34、35進(jìn)行說明，上述凸輪機構(gòu)34、35是用于基于扭矩產(chǎn)生軸線方向的推力的機構(gòu)，如果示出其原理結(jié)構(gòu)則如圖5所示。即，相互傳遞扭矩的第一旋轉(zhuǎn)部件 38和第二旋轉(zhuǎn)部件39在同一軸線上對置配置，在上述旋轉(zhuǎn)部件38、39的相互對置的面的至少一方形成有凸輪面40，該凸輪面40以上述旋轉(zhuǎn)部件38、39的間隔逐漸變窄的方式朝向圓周方向傾斜。換言之，至少一方的旋轉(zhuǎn)部件的厚度在圓周方向逐漸變厚。而且，在這些相互的間隔在圓周方向逐漸變化的各旋轉(zhuǎn)部件38、39之間夾入凸輪滾珠41。因而，當(dāng)夾入凸輪滾珠41的部位的間隔變窄方向的扭矩作用于各旋轉(zhuǎn)部件38、39 之間時，各旋轉(zhuǎn)部件38、39夾持凸輪滾珠41而相互一體化，并且與扭矩和凸輪面40的偏轉(zhuǎn)角度對應(yīng)地產(chǎn)生軸線方向的推力。對此進(jìn)行簡單說明，當(dāng)將輸入扭矩設(shè)為Tin、將凸輪滾珠 41的個數(shù)設(shè)為η、將設(shè)置有凸輪滾珠41的部位的各旋轉(zhuǎn)部件38、39的半徑設(shè)為r時，夾持凸輪滾珠41的部位的圓周方向(切線方向)的負(fù)載Ft為Ft = Tin/(η ‘ r)......(1)而且，當(dāng)將凸輪面40的偏轉(zhuǎn)角度(參照圖5)設(shè)為α?xí)r，沿軸線方向作用的推力 Fa為,Fa = Ft/tan ( α /2)......(2)當(dāng)預(yù)定的扭矩作用于轉(zhuǎn)子5時，該扭矩經(jīng)由凸輪機構(gòu)34傳遞至輸入圓盤32，同時產(chǎn)生與該扭矩對應(yīng)的軸線方向的推力，利用該推力將輸入圓盤32向行星球M按壓。此外， 當(dāng)扭矩作用于與行星球M接觸的輸出圓盤33時，該扭矩經(jīng)由凸輪機構(gòu)34傳遞至輸出軸 13，與此同時，產(chǎn)生與該扭矩對應(yīng)的軸線方向推力，利用該推力將輸出圓盤33向行星架M 按壓。這樣，與傳遞的扭矩對應(yīng)地將各圓盤32、33向行星架M按壓，與該推力和摩擦系數(shù)對應(yīng)地設(shè)定傳遞扭矩容量。另外，在輸出軸13的凸緣部37與轉(zhuǎn)子5的凸緣部10之間配置有推力軸承42。上述結(jié)構(gòu)的電動機1，通過使被控制的交流電流在定子線圈4中流動，使轉(zhuǎn)子5產(chǎn)生扭矩。由于轉(zhuǎn)子5被軸承11、12支承為旋轉(zhuǎn)自如，所以通過扭矩作用而旋轉(zhuǎn)。在該情況下，由于在相對短的凸緣部(圖1中右側(cè)的凸緣部)9和輸入圓盤32之間設(shè)置有凸輪機構(gòu) 34,所以轉(zhuǎn)子5和輸入圓盤32通過凸輪機構(gòu)34以能夠一起一體旋轉(zhuǎn)的方式連結(jié)，產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子5的扭矩對應(yīng)的軸線方向的推力從而將輸入圓盤32向行星球M按壓。結(jié)果，利用輸入圓盤32和行星架M之間的摩擦力從輸入圓盤32對行星架M傳遞扭矩。由于行星球M被貫通其中心的支承軸25和空轉(zhuǎn)滾柱23支承為旋轉(zhuǎn)自如，所以通過從輸入圓盤32傳遞來的扭矩而自轉(zhuǎn)。另外，在該情況下，空轉(zhuǎn)滾柱23也旋轉(zhuǎn)。由于輸出圓盤33也與行星球M接觸，所以利用行星球M和輸出圓盤33之間的摩擦力從行星球M 向輸出圓盤33傳遞扭矩。由于在該輸出圓盤33和輸出軸13的凸緣部37之間設(shè)置有上述的凸輪機構(gòu)35，所以輸出圓盤33和輸出軸13通過凸輪機構(gòu)35能夠一起一體旋轉(zhuǎn)的方式連結(jié)，產(chǎn)生與輸出圓盤33的扭矩對應(yīng)的軸線方向的推力，從而將輸出圓盤33朝向行星球M按壓，確保與該接觸壓力對應(yīng)的傳遞扭矩容量。這樣，轉(zhuǎn)子5的扭矩經(jīng)由無級變速機構(gòu)3傳遞至輸出軸13，從該輸出軸13對外部預(yù)定的設(shè)備輸出扭矩。如上述那樣從轉(zhuǎn)子5向輸出軸13傳遞的扭矩，成為與無級變速機構(gòu)3的傳遞扭矩容量對應(yīng)的扭矩，該傳遞扭矩容量主要取決于行星球M與輸入圓盤32以及行星球M與輸出圓盤33之間的接觸壓力。因而，在由磁性體構(gòu)成上述行星球M的情況下，由設(shè)置于轉(zhuǎn)子 5的永磁鐵產(chǎn)生的吸引力作用于行星球M，利用該磁性吸引力將行星球M朝向輸入圓盤32 和輸出圓盤33按壓，因此能夠使該接觸壓力增大，并能夠使無級變速機構(gòu)3的傳遞扭矩容量增大。與此相反，在由非磁性體構(gòu)成行星球M的情況下，雖然對行星球M不作用磁性吸引力，但是通過隔開一定間隔配置行星球M和永磁鐵，能夠避免因兩者的間隔間歇地變化所引起的齒槽扭矩。輸出軸13所呈現(xiàn)的扭矩，成為與基于無級變速機構(gòu)3的變速比對轉(zhuǎn)子5的扭矩進(jìn)行增減的扭矩。該無級變速機構(gòu)3的變速比是與行星球M隨同支承軸25 —起偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)角度對應(yīng)的變速比。即，在輸入圓盤32和輸出圓盤33的半徑相同的情況下，如果支承軸25 與定子軸14平行，則輸入圓盤32所接觸的部位的行星球M的旋轉(zhuǎn)半徑(距行星球M的旋轉(zhuǎn)中心的半徑)和輸出圓盤33所接觸的部位的行星球M的旋轉(zhuǎn)半徑(距行星球M的旋轉(zhuǎn)中心的半徑相同，因而變速比成為“1”。當(dāng)與此對應(yīng)支承軸25偏轉(zhuǎn)時，輸入圓盤32所接觸的部位的行星球M的旋轉(zhuǎn)半徑和輸出圓盤33所接觸的部位的行星球M的旋轉(zhuǎn)半徑的任一方與偏轉(zhuǎn)角度對應(yīng)地增大，且另一方與偏轉(zhuǎn)角度對應(yīng)地減少。結(jié)果，相對于輸入圓盤32的轉(zhuǎn)速的輸出圓盤33的轉(zhuǎn)速，與上述旋轉(zhuǎn)半徑的變化對應(yīng)地變化，結(jié)果，這些轉(zhuǎn)速的比率亦即變速比與偏轉(zhuǎn)角度對應(yīng)地變化。在圖6中用線圖表示該狀態(tài)。另外，在圖6中，針對每個偏轉(zhuǎn)角度分配將輸入圓盤32 的轉(zhuǎn)速設(shè)為“1”時的輸出圓盤33的轉(zhuǎn)速，并用線將各點連結(jié)起來。如上述那樣使行星球M與其支承軸25 —起偏轉(zhuǎn)的操作，是通過未圖示的電動機、 聯(lián)桿機構(gòu)等的換檔裝置使上述換檔軸16旋轉(zhuǎn)而進(jìn)行的。即，當(dāng)換檔軸16旋轉(zhuǎn)時，與其外螺紋部17螺紋接合的換檔鍵18借助螺紋的作用沿著軸線方向移動。由于該換檔鍵18與軸承部件21卡合，所以軸承部件21與換檔鍵18 —起沿著軸線方向移動。該軸承部件21的左右側(cè)面成為凸曲面27，偏轉(zhuǎn)用臂部沈與該凹凸面27點接觸或者線接觸且該偏轉(zhuǎn)用臂部 26被支承為不沿著軸線方向移動地傾斜，因此通過軸承部件21沿著軸線方向移動而按壓偏轉(zhuǎn)用臂部26，利用在該傾斜面和凸曲面27的接觸部產(chǎn)生的朝向斜外側(cè)的力使偏轉(zhuǎn)用臂部沈傾斜。S卩，支承軸25以及被該支承軸25支承為旋轉(zhuǎn)自如的行星球M，與偏轉(zhuǎn)用臂部 26 一起傾斜，從而設(shè)定與該偏轉(zhuǎn)角度對應(yīng)的變速比。如上所述，本發(fā)明涉及的電動機1，能夠?qū)⒃谵D(zhuǎn)子5產(chǎn)生的扭矩與能使該扭矩?zé)o級 (連續(xù)地)變化的變速比對應(yīng)地進(jìn)行增減并從輸出軸13輸出。此外，在將輸出軸13的轉(zhuǎn)速設(shè)為一定的情況下，能夠與無級變速機構(gòu)3的變速比對應(yīng)地適當(dāng)設(shè)定轉(zhuǎn)子5的轉(zhuǎn)速。因此，根據(jù)本發(fā)明涉及的電動機1，能夠?qū)⑥D(zhuǎn)子5的轉(zhuǎn)速設(shè)定成從特性線圖等求出的能量效率良好的轉(zhuǎn)速。此外，能夠作成如下結(jié)構(gòu)通過電流流動而產(chǎn)生扭矩的電動機部2以及能夠使增減該扭矩的變速比呈無級變化的無級變速機構(gòu)3配置在同心圓上，能夠收納在單一的外殼體6的內(nèi)部，因此能夠容易地使作為整體的結(jié)構(gòu)緊湊化。本發(fā)明涉及的電動機1，能夠產(chǎn)生上述優(yōu)點而用于各種用途。例如，能夠作為車輛的輪內(nèi)電動機加以使用，在圖7中示意地表示其一例。在圖7中符號43表示車輛的車輪， 在該車輪43上裝配有輪胎44。此外，在車輪43的中心部形成有貫通孔，通過使上述輸出軸 13與該貫通孔嵌合，將車輪43安裝于電動機1的輸出軸13。另一方面，該電動機1固定于未圖示的車體。具體而言，通過將上述外殼體6中的端板部8與車體的適當(dāng)部位接合，將電動機1安裝于車體。通過采用這樣的結(jié)構(gòu)，能夠擴大相對車體的接合面積，因此能夠增大電動機1相對車體的固定強度。上述電動機1，外殼體6的軸線方向的一端側(cè)被端板部8關(guān)閉，輸出軸13朝向與此相反側(cè)突出，因此通過從輸出軸13輸出扭矩而向輸出軸13、從內(nèi)周側(cè)支承該輸出軸13的定子軸14作用彎曲負(fù)載和剪切負(fù)載。為了作成對這樣的負(fù)載充分耐受的構(gòu)造，優(yōu)選將定子軸 14作成例如圖8所示的構(gòu)造。該圖8所示的定子軸14，從行星架觀突出的部分的外徑dl 設(shè)定成比固定于外殼體6的端部側(cè)的外徑d2大。此外，在該大徑側(cè)的部分形成有與行星架 28的側(cè)面密合的凸緣45。因而，如果作成圖8所示的構(gòu)造，則定子軸14中從行星架觀突出而承受彎曲負(fù)載的部分的外徑大，其剛性變高，因此能夠提高定子軸14的支承剛性。另外，本發(fā)明并不限定于上述具體例，電動機部也可以是同步電動機以外的構(gòu)造。 此外，在上述具體例中，將與由空轉(zhuǎn)滾柱支承的行星球接觸的一個圓盤設(shè)為輸入部件，將另一個圓盤設(shè)為輸出部件，但上述無級變速機構(gòu)由于是具備空轉(zhuǎn)滾柱和兩個圓盤的合計三個旋轉(zhuǎn)元件的所謂的三元件的變速機構(gòu)，所以也可以將三個旋轉(zhuǎn)元件中的任意一個設(shè)為惰輪，且將另外兩個旋轉(zhuǎn)要素中的一個設(shè)為輸入元件，將另外任意一個設(shè)為輸出元件。進(jìn)而， 在作成使轉(zhuǎn)動體受到磁性吸引力的情況下，也可以代替由磁性體構(gòu)成轉(zhuǎn)動體本身，而作成僅將轉(zhuǎn)動體的外周部由磁性材料構(gòu)成等、在一部分具備磁性體的結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種具有變速功能的電動機，其能夠使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與用于輸出從該轉(zhuǎn)子傳遞來的扭矩的輸出軸的轉(zhuǎn)速不同，其特征在于，具備定子線圈，該定子線圈安裝在筒狀的外殼體的內(nèi)周面；筒狀的轉(zhuǎn)子，該筒狀的轉(zhuǎn)子配置在該定子線圈的內(nèi)周側(cè)，且接受由定子線圈所產(chǎn)生的磁力而產(chǎn)生扭矩；以及無級變速機構(gòu)，該無級變速機構(gòu)能夠使輸入部件的轉(zhuǎn)速和輸出部件的轉(zhuǎn)速的比率呈無級地變化，其中上述輸入部件配置在該轉(zhuǎn)子的內(nèi)周側(cè)，并與該轉(zhuǎn)子連結(jié)，上述輸出部件從該輸入部件接受扭矩而旋轉(zhuǎn)，并與所述輸出軸連結(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有變速功能的電動機，其特征在于， 所述無級變速機構(gòu)具備轉(zhuǎn)動體，該轉(zhuǎn)動體的旋轉(zhuǎn)中心軸線能夠傾斜且該轉(zhuǎn)動體的外周面形成為光滑的曲面； 旋轉(zhuǎn)軸，上述轉(zhuǎn)動體在與該旋轉(zhuǎn)軸的外周面接觸的狀態(tài)下配置在該旋轉(zhuǎn)軸的外周側(cè)；以及兩個旋轉(zhuǎn)體，該兩個旋轉(zhuǎn)體在從沿著所述轉(zhuǎn)動體的旋轉(zhuǎn)中心軸線的方向的兩側(cè)夾持所述轉(zhuǎn)動體的狀態(tài)下以能夠傳遞扭矩的方式接觸于所述轉(zhuǎn)動體的外周面，兩個旋轉(zhuǎn)體和所述旋轉(zhuǎn)軸的任意一個連結(jié)于所述轉(zhuǎn)子，且另外任意一個作為輸出部件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有變速功能的電動機，其特征在于， 在所述轉(zhuǎn)子上安裝有永磁鐵，所述兩個旋轉(zhuǎn)體在所述轉(zhuǎn)動體的外周面中的所述轉(zhuǎn)子側(cè)的位置接觸于所述轉(zhuǎn)動體，并且所述轉(zhuǎn)動體具備被所述永磁鐵向轉(zhuǎn)子側(cè)吸引的磁性體。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有變速功能的電動機，其特征在于， 在所述轉(zhuǎn)子上安裝有永磁鐵，所述兩個旋轉(zhuǎn)體在所述轉(zhuǎn)動體的外周面中的所述轉(zhuǎn)子側(cè)的位置接觸于所述轉(zhuǎn)動體，并且所述轉(zhuǎn)動體由非磁性材料形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的具有變速功能的電動機，其特征在于，所述外殼體具備圓筒部，在該圓筒部的內(nèi)周面安裝有所述定子線圈；以及端板部，該端板部一體地形成于該圓筒部的軸線方向上的一方的端部側(cè)，所述兩個旋轉(zhuǎn)體中的接近所述端板部的一個旋轉(zhuǎn)體連結(jié)于所述轉(zhuǎn)子，且所述輸出軸在所述軸線方向上朝向與所述端板部相反的方向突出，并且所述輸出軸連結(jié)于所述兩個旋轉(zhuǎn)體中的另一個旋轉(zhuǎn)體。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一項所述的具有變速功能的電動機，其特征在于，在所述轉(zhuǎn)子和所述任意一個的旋轉(zhuǎn)體之間設(shè)置凸輪機構(gòu)，該凸輪機構(gòu)將作用于所述轉(zhuǎn)子和所述任一個旋轉(zhuǎn)體之間的扭矩轉(zhuǎn)換成朝向軸線方向的推力從而將所述任一個旋轉(zhuǎn)體朝向所述轉(zhuǎn)動體按壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6中任一項所述的具有變速功能的電動機，其特征在于，在所述輸出軸和所述另外任意一個的旋轉(zhuǎn)體之間設(shè)置另外的凸輪機構(gòu)，該凸輪機構(gòu)將作用于作為所述輸出部件的所述另外任意一個的旋轉(zhuǎn)體和所述輸出軸之間的扭矩轉(zhuǎn)換成朝向軸線方向的推力從而將所述另外任意一個的旋轉(zhuǎn)體朝向所述轉(zhuǎn)動體按壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的具有變速功能的電動機，其特征在于， 所述具有變速功能的電動機具備軸承部件，該軸承部件以使所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)自如的方式對所述旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行支承且該軸承部件能夠沿著所述輸出軸的軸線方向前后移動；支承軸，該支承軸沿著所述轉(zhuǎn)動體的旋轉(zhuǎn)中心軸線貫通所述轉(zhuǎn)動體并以使所述轉(zhuǎn)動體旋轉(zhuǎn)自如的方式對所述轉(zhuǎn)動體進(jìn)行支承；臂部，該臂部設(shè)置于該支承軸的兩端部，且朝向所述軸承部件的軸線方向上的兩端部延伸；以及凸曲面，該凸曲面形成于所述軸承部件和所述臂部中的至少任意一方，以使得所述軸承部件和所述臂部進(jìn)行點接觸或者線接觸，所述具有變速功能的電動機構(gòu)成為通過所述軸承部件沿著所述軸線方向移動，由此所述軸承部件按壓所述臂部，從而使所述支承軸和所述轉(zhuǎn)動體傾斜。
全文摘要
本發(fā)明提供具有變速功能的電動機，能夠在能量功率良好的狀態(tài)下驅(qū)動、而且是整體緊湊的結(jié)構(gòu)。具有變速功能的電動機1，其能夠使轉(zhuǎn)子5的轉(zhuǎn)速與用于輸出從該轉(zhuǎn)子5傳遞來的扭矩的輸出軸13的轉(zhuǎn)速不同，具備定子線圈4，其安裝在筒狀的外殼體6的內(nèi)周面；筒狀的轉(zhuǎn)子5，其配置在該定子線圈4的內(nèi)周側(cè)，且接受由定子線圈4所產(chǎn)生的磁力而產(chǎn)生扭矩；和無級變速機構(gòu)3，其能夠使輸入部件32的轉(zhuǎn)速和輸出部件33的轉(zhuǎn)速的比率呈無級地變化，其中輸入部件32配置在該轉(zhuǎn)子5的內(nèi)周側(cè)，并與該轉(zhuǎn)子5連結(jié)，輸出部件33從該輸入部件32接受扭矩而旋轉(zhuǎn)，并與輸出軸13連結(jié)。
文檔編號B60K7/00GK102308459SQ20098012510
公開日2012年1月4日 申請日期2009年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月21日
發(fā)明者友松大輔, 小川裕之, 村上新 申請人:豐田自動車株式會社