磁通可变型旋转电机的制作方法

专利名称：磁通可变型旋转电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种旋转电机以及使用该旋转电机的电子产品、汽车、移动体、风力发
电系统、运输车辆，所述旋转电机能够对应于旋转电机的转矩、转速来机械性地使有效磁通
量可变。
背景技术：
效率高、可实现小型化和低噪音化的永久磁铁同步电动机(PM电动机)开始普及， 而取代现有的感应电动机(IM电动机)。例如，作为面向家电、铁道车辆、电动汽车的驱动 电机，正在利用PM电动机。由于IM电动机通过来自定子的励磁电流产生磁通本身，所以存 在由流通励磁电流引起的产生损失的问题点。另一方面，PM电动机是在转子上具有永久磁 铁，利用永久磁铁的磁通输出转矩的电动机。因此，在PM电动机中不需要施加励磁电流，不 存在IM电动机具有的问题。 但是，PM电动机通过永久磁铁与转速成比例地在电枢线圈上产生感应电压。在铁 道车辆或汽车等旋转范围广的应用范围内，根据在最高转速下产生的感应电压，需要确保 驱动控制PM电动机的逆变器不会因过电压而被破坏。在具有这样的特性的PM电动机中，在 令电源电压为一定来进行固定输出运转的情况下，作为用于使前述的最高转速进一步上升 并将运转速度变广的方法，存在所谓的削弱磁场控制(弱&界磁制御)，该削弱磁场控制是 使消除永久磁铁产生的磁通的电流流过电枢线圈来等效地降低感应电压的控制。但是，该 削弱磁场控制由于流通的是无助于转矩的电流，所以引起效率的降低。此外，需要在电枢线 圈上流通大电流，自然而然地在线圈上产生的热量增大。因此，存在可引起在高旋转区域的 作为旋转电机的效率的下降以及超过冷却能力的发热引起的永久磁铁的减磁等的可能性。
因此，代替电性的削弱磁场，作为能够机械性地使有效磁通量可变的旋转电机，公 知的是例如专利文献1所述的旋转电机。专利文献1所述的旋转电机具有在旋转轴方向上 被二分割成两部分的转子，在各个部分上，沿旋转方向交替配置有极性不同的励磁用磁铁。 并且，在使旋转电机作为电动机工作的情况下，通过二分割转子的一方励磁用磁铁和二分 割转子的另一方励磁用磁铁之间的磁作用力与转子的转矩方向的平衡，使二分割转子的励 磁用磁铁的磁极中心一致。在使旋转电机作为发电机工作的情况下，伴随着转子的转矩方 向变为相反，二分割转子的励磁用磁铁的磁极中心错开。这样，通过使分割的两个转子的磁 极中心变化，可以机械性地使有效磁通量可变。 进而，在使用了机械性的可变机构的旋转电机中，为了提高相对于被装载体、例如 汽车的可靠性，设置能够缓和例如伴随于转子的转矩方向的变化当二分割转子的一方可变
时在二分割转子的一方或机械性的可变机构上产生的冲击的机构，设有所述机构的旋转电 机在专利文献2中记载。 专利文献1 :日本特开2001-69609号公报
专利文献2 :日本特开2004-64942号公报 但是，所述的旋转电机不具有用于连续并且与转矩方向无关地调整转子的相对角度变位的机构。此外，在需要汽车等的宽幅的转速、转矩区域的用途中，使有效磁通的可变量变大是有效的。但是，在具有现有的机械性的可变机构的旋转电机中，当使有效磁通量为一半以下时，在被分割的两个转子的励磁用磁铁之间作用有吸引力。因此，为了从吸引力作用的状态使有效磁通量增加，为了使转子的磁极中心角度变化需要施加比吸引力更大的力，从而会引起转子的角度调整机构的大型化。此外，在最坏的情况下，被分割的两个转子在实质的吸引力的作用下紧贴，有可能无法进行接下来的可变动作。

发明内容
本发明的目的在于提供一种旋转电机，所述旋转电机避免分割的转子的励磁用磁
铁间的吸引力，可以连续并且与转矩方向无关地调整转子的相对的角度位移。 本发明为了解决所述的问题，提供一种旋转电机，所述旋转电机的特征在于，具
有定子，其具有绕组；二分割转子，其隔着空隙配置在所述定子上并能够旋转，在旋转轴
方向上被二分割为第一转子和第二转子，并且在第一转子和第二转子上分别沿旋转方向交
替配置有极性不同的励磁用磁铁；可变机构，其连续改变所述二分割转子的第二转子相对
于所述二分割转子的第一转子的相对的旋转轴方向位置；以及非磁性部件，其设置在第一
转子和第二转子之间。 提供一种旋转电机，所述旋转电机的特征在于，具有定子，其具有绕组；转子，其隔着空隙配置在所述定子上并能够旋转，在旋转轴方向上被三分割为第一转子、第二转子和第三转子，并且在第一转子、第二转子和第三转子上分别沿旋转方向交替配置有极性不同的励磁用磁铁；以及可变机构，其连续改变所述第二转子、第三转子相对于所述三分割转子的第一转子的相对的旋转轴方向位置。
提供一种旋转电机，所述旋转电机的特征在于，具有定子，其具有绕组；转子，其
隔着空隙配置在所述定子上并能够旋转，在旋转轴方向上被分割成四部分以上，并且在每
个分割部分上分别沿旋转方向交替配置有极性不同的励磁用磁铁；以及控制机构，其控制
各转子的旋转。 发明效果 根据本发明，通过机械性地改变旋转电机的励磁用有效磁通，可以实现在广运转范围内的高效率运转。此外，相对于电动机、发电机一体型旋转机，对应于转速和转矩使有效磁通可变，由此可以提高效率。进而，如汽车那样的移动体可以实现低旋转大转矩、高旋转大输出的旋转电机输出。尤其是载荷变动大的汽车、风力发电系统将本发明作为实际安装对象是有效的。


图1是实施例1的旋转电机构成； 图2是图1的旋转电机的转子的动作说明图； 图3是实施例2的旋转电机的转子的动作说明图； 图4是单按(one touch)机构的动作说明图； 图5是使用单按机构的旋转电机的转子的动作说明图； 图6是三等分的旋转电机构成；
图7是实施例3的机构的动作说明图； 图8是使用图7的机构的旋转电机的转子的动作说明图； 图9是转子为四分割以上的旋转电机构造； 图10是双向离合器(two-way clutch)构造； 图11是实施例5的混合动力汽车的驱动装置的配置构成图； 图12是实施例6的混合动力汽车的驱动装置的配置构成图； 其中 1-定子铁心；2-电枢绕组；3-轴(shaft) ;4-托架(bracket) ;5-第 一 转子；
5A_第一转子永久磁铁；6-第二转子；6A_第二转子永久磁铁；7-非磁性体材料；8-轴承；
9、18、25-止动器(stopper) ;10-执行器(actuator) ;11-花键(spline) ;12-第三转子；12A-第三转子永久磁铁；13-单按构造；14-主体；15-夹套(collet) ;16-夹子(grip);17-插入棒；19-联动机构；20-槽；21-可动楔；22_弹簧；23-可动楔的联动支承体；24-凸部；26A 26G-分割转子；27-双向离合器；28-输出外圈；29-滚子(roller) ;30-保持架；31-输入轴；32-开关弹簧；33-发动机；34_旋转电机；35_变速器(transmission);36-逆变器(inverter) ;37-蓄电池(battery) ;38-曲轴带轮(crank pulley) ;39-金属带(belt) ;40-滑轮(pulley)。
具体实施例方式
以下，参照附图详细说明用于实施本发明的具体实施方式
。
(实施例1) 基于图1和图2说明本实施例。 图1表示本实施例的旋转电机的构成。如图1所示，在圆筒状的定子铁心1的内周部，在圆周方向上形成有多个在轴向上连续且开口的插槽(也称为槽)，在多个插槽中分别安装有电枢绕组2 (也称为定子绕组或者一次绕组)。定子铁心1的外周侧通过热套或者压入等方式紧固在机壳(housing)(未图示)上，利用托架4塞住旋转轴方向端部。在定子铁心1的内周侧隔着空隙配置有转子并使其可以旋转。转子在旋转轴方向上被二分割，并且具有在轴3(也称为旋转轴)上固定的第一转子5 ;以及能够一边在设置于轴3上的花键11上旋转一边在旋转轴方向移动的第二转子6。在第一转子5上，以极性在旋转方向上依次不同(交替)的方式埋入有多个永久磁铁5A。此外，在第二转子6上，也以极性在旋转方向上依次不同的方式埋入有多个永久磁铁6A。轴3的中心轴方向的两端部由轴承装置(未图示)支承并可以旋转。在第一转子5和第二转子6之间，非磁性体材料7与第一转子同样地固定在轴上。在本实施例中，在与第二转子相对的一侧的第一转子的侧面设置有非磁性体材料7。此外，设有支承第二转子并控制旋转轴方向的位置的支承机构。该支承机构由轴承8、止动器9、执行器10构成。通过支承机构，能够使执行器10的可动部10A动作，并且通过轴承8、止动器9可以将第二转子移动到规定位置。 在本实施例中，如图2所示，对应于转矩或转速的变化使第二转子动作。即，在本实施例中，形成从图2(a)的状态至图2(c)的任意状态。这里，图2(a)为在需要最大有效磁通的情况下，使第一转子5和第二转子6接近且形成一体，使永久磁铁5A、6A的同极性的部分彼此在旋转轴方向上排列并使永久磁铁5A、 的磁极的中心一致的状态。此时，支承机构从与第一转子5侧相反的一侧支承第二转子6。 S卩，通过执行器控制信号来控制，可动部10A通过轴承8、止动器9使第二转子移动到规定位置。图2(b)为与图2(a)的状态相比进一步减少有效磁通的状态。使第二转子6在轴3上一边旋转一边移动到旋转轴方向的一侧(与第一转子5侧相反的一侧)而从第一转子5离开，使第二转子6移动到任意的规定位置。图2(c)是第二转子6相对于第一转子5的相对的旋转轴方向位置成为永久磁铁5A、6A的合成磁场值为0的位置，并且支承机构使第二转子6从第一转子5分开最长距离的状态。在此状态下，励磁用的有效磁通量为O，从而可以令反电动势为O。该有效磁通O的特性可以利用在旋转电机的保护功能上。第二转子6的旋转轴方向的位置，通过控制信号控制可动部10A的可动量，并通过轴承8、止动器9利用可动部10A使第二转子移动到规定位置，从而可以控制执行器。这样，通过控制第二转子6的旋转轴方向的位置可以使第二转子的旋转角度变化，并可以使有效磁通变化。 所述花键11通过控制横向的移动距离可以改变旋转角度。通过改变花键的压力角或扭转角等，与移动距离相对的旋转角度改变。例如，当使扭转角增倍时，相对于相同的移动距离，相对的旋转角变为两倍。此外，由于花键的切法(切0方)(分为左角、右角。在本实施例中，为左角(左侧第一转子5、右侧第二转子6))也改变，所以根据旋转电机的用途容易进行最合适的设计。 所述非磁性体材料7是这样一种材料，其使施加到材料的磁场上的影响最小，并具有从磁场离开后不残留剩磁(残留磁気)的性质。例如，列举有铝、铜、SUS304不锈钢、NiCrAl合金等。此外，也可以空出空间、换言之也可以是空气层，但在装置的小型化、抑制剩磁的影响方面，更加优选采用与空气层相比在遮断磁性的特性上优越的材料作为非磁性体材料7。此外，非磁性体材料7的配置，只要介于第一转子5和第二转子6之间就可以，还可以设置在第一转子侧、第二转子的任一者的面上，或者独立设置在第一转子5和第二转子6之间。 根据本实施例，控制执行器10的驱动部的脉冲信号，执行器的可动部通过推力(可动部IOA前进)和张力(可动部10A后退)，可以任意地控制止动器9的旋转轴方向位置。因此，根据本实施例，可以使第二转子6相对于第一转子5的旋转轴方向位置在任意的位置变化。在本实施例中，与旋转电机的转矩方向无关，通过执行器的控制，可以从图2(a)的状态将有效磁通简单地变成图2(c)的状态。通过对应于转速和转矩使有效磁通可变，由此可以提高效率。此外，在支承机构上产生的冲击不存在，可以减轻支承机构的负担，从而可以提高可靠性。此外，通过在第一转子5和第二转子6之间设置非磁性体材料7，可以抑制在励磁用磁铁间作用的吸引力，可以顺利改变有效磁通。并且，在本实施例中，作为支承机构的驱动机构，说明了使用步进电动机和滚珠丝杠之组合的情况，但也可以使用通过电磁力驱动可动铁心的螺线管和弹簧的组合，或液压式执行器、线性电动机。这样，由于只要能够构成可控制位置的伺服机构就可以，所以容易实现。
(实施例2) 基于图3说明本实施例。以下，对与实施例1相同的零件上标注相同的符号并省略说明，仅说明不同的零件。 本实施例如图3所示，为具有在第一转子5、第二转子6之间设置了第三转子12的构造的旋转电机的实施例。该构造的旋转电机，如图3所示，对应于转矩或转速的变化，使第二转子6、第三转子12动作。S卩，在本实施例中，在花键ll上沿旋转轴方向使第二转子6、第三转子12移动，形成从图3(a)的状态至图3(c)的任意状态。这里，图3(a)为在需要最大有效磁通的情况下，使第一转子5、第三转子12、第二转子6接近而形成一体，使永久磁铁5A、 12A、6A的同极性的部分彼此在旋转轴方向上排列并使永久磁铁5A、 12A、6A的磁极的中心一致的状态。此时，支承机构从与第三转子12侧相反的一侧支承第二转子6，从而控制旋转轴方向的位置。即，执行器通过控制信号来控制可动部10A的可动量，通过轴承8、止动器9利用可动部10A使第二转子和第三转子移动到规定的位置。 其次，对于本实施例的有效磁通的可变动作进行说明。如图3(b)所示，第三转子12和第二转子6从图3(a)的状态一起移动，第三转子12的永久磁铁12A的磁极中心(N极或者S极的中心)在相对于第一转子的永久磁铁5A的磁极中心错开机械角的一半角度的位置处停止。在此状态下，第一转子5和第三转子12之间的永久磁铁引起的吸引力和斥力成为平衡的状态。例如，在转子由8极永久磁铁构成的情况下，每个磁铁的机械角为45。，磁极中心为22.5。。其次，如图3(c)所示，仅第二转子6从图3(b)的状态一边旋转一边移动，使第二转子6相对于第一转子5的磁极中心移动到与逆极性的磁极中心一致的位置。此时，第三转子12通过固定在轴3上的止动器被固定在图3(b)的位置上。并且，在轴3上固定的止动器，在图3(a)的状态下被收容在设置在第二转子6上的凹部中。并且，第二转子6、第三转子12在旋转轴方向上移动，在成为图3(b)的状态的时刻，成为止动器和第三转子12相接的状态，通过止动器固定第三转子12。 参照图4、图5说明实现图3的动作的机构的一例。如图4所示的单按构造13由主体14、夹套15、夹子16、插入棒17构成。动作可以从图4(a)至图4(c)反复进行。固定时，如图4(a) 、 (b)所示，通过将插入棒17插入主体14，利用夹子16锁止棒17。由此，可以固定主体14和插入棒17。当使插入棒17从主体14分开时，如图4(c)所示，通过按压夹套15来解除锁止，可以一边按压夹套15—边拉出插入棒17。说明将该单按构造应用于第二转子6、第三转子12的动作的例子。在第二转子6上设置有相当于图4的插入棒17的突起，在第三转子12上设置有与具有图4的夹套15、夹子16的主体14相当的机构。对于设置有单按构造的第二转子6、第三转子12的动作进行说明。首先，如图5(a)所示，直到机械角的一半为止，第二转子和第三转子被单按构造锁止(图4(b)的状态)，一起从第一转子一边旋转一边离开地移动。第三转子12被如下这样的止动器18止住，S卩，是在以机械角的一半角度旋转后的位置被固定于轴3上的止动器18。在止动器18上设置有用于按压第三转子12的夹套15的部件17'。在止动器18和第三转子12相接的状态下，通过在止动器18上设置的部件17'按压第三转子12的夹套15，从而解除第二转子6和第三转子12间的单按构造的锁止。然后，如图5(b)所示，在成为第一转子5的磁极中心和第二转子6的逆磁性的磁极中心一致的状态之前，第二转子单独一边旋转一边移动，削弱有效磁通。只要相反地进行该动作，就可以增强有效磁通。在本实施例中，通过在第一转子和第二转子之间设置第三转子，当有效磁通为0时，第一转子和第三转子之间、第三转子和第二转子之间的永久磁铁引起的吸引力和斥力变成平衡的状态，不会对支承机构产生负担从而可以顺利进行接下来的磁通可变动作。由此，不使用实施例1的非磁性体材料，可以使励磁用有效磁通从O变至最大。 在本实施例中，各转子的旋转轴方向的长度并不特别限定，但优选的是第一转子和第二转子的旋转轴方向的长度比例为i : i。 进而，三分割转子的构造如图6所示以三等分为优选。即，被三分割的第一转子、
第二转子、第三转子的旋转轴方向的长度比例为i : i : i。这样，通过等分割，容易获得磁 性平衡。 在本实施例中，与旋转电机的转矩方向无关，通过执行器的控制，可以简单地调整
有效磁通。通过对应于转速和转矩可以改变有效磁通，由此，可以提高效率。此外，不存在 在支承机构上产生的冲击，可以减轻支承机构的负担，从而可以提高可靠性。(实施例3) 本实施例是实施例2的第二转子、第三转子相对于第一转子的相对旋转机构的改 良例。以下，对于与前例相同的零件标注相同的符号并省略其说明，仅说明不同的零件。
在本实施例中，如图7所示，使用在第三转子12上设置联动机构19和槽20的可 变机构，从而实现实施例2的第二转子和第三转子的动作。该机构为这样一种机构当在可 动楔21的一侧施加来自横向的力时，通过带有弹簧22的联动支承体23，另一侧的可动楔也 可以同样地动作。 参照图8说明第二转子6、第三转子12的动作。如图8(a)所示，在旋转角变为机 械角的一半之前，第二转子6的凸部24被位于第三转子12的联动机构19锁止，第二转子 6和第三转子12—起向从第一转子离开的方向一边旋转一边移动。在旋转角变为机械角 的一半的距离时，第三转子12在联动机构19的作用下被固定在轴3上的止动器25止住， 同时，第二转子6和第三转子12之间的构造的锁止通过联动而被解除。接着，如图8(b)所 示，从一半机械角到与逆极性的磁极中心一致为止，第二转子单独一边旋转一边移动，削弱 有效磁通。只要相反地进行所述动作，就可以增强有效磁通。在本实施例中，通过与实施例 2同样使用三分割转子，从而当有效磁通为0时，第一转子和第三转子之间、第三转子和第 二转子之间的永久磁铁引起的吸引力和斥力变为平衡的状态，不会对支承机构产生负担从 而可以顺利进行接下来的磁通可变动作。由此，不使用实施例1的非磁性体材料也可以将 励磁用有效磁通从0改变至最大。
(实施例4) 在本实施例中，是如下这样的旋转电机的例子，该旋转电机使用在旋转轴方向上
被分割为四份以上、且在旋转方向上分别交替配置极性不同的励磁用磁铁的转子。 图9以被七分割的转子构造的旋转电机为例进行说明。转子26A 26G在旋转
轴方向上被分割、且在旋转方向上分别交替配置有极性不同的励磁用磁铁，将这样的转子 26A 26G分别通过双向离合器安装在轴3上。双向离合器，如图10 (a)所示，由输出外圈 28、滚子29、保持架30、输入轴31 (也称为凸轮)、开关弹簧32构成。通过利用电磁开关(未 图示)控制开关弹簧32，从而可以移动保持架30、滚子29的位置，从而可以如图10(b)、图 10(c)、图10(d)所示那样控制滚子29的位置。在图10(b)、(d)中，可以与轴3的旋转联动 地使输出外圈28旋转，在图10(c)中，轴3的动力不传递到输出外圈28上，输出外圈28不 旋转。根据本实施例，根据被分割的转子26A 26G分别随轴旋转、或者不旋转，可以使励 磁用有效磁通变化为最大磁通的0倍、1A倍、2/7倍、3/7倍、4/7倍、5/7倍、6/7倍、1倍。 换言之，可以进行8变速。由于在转子26A 26G的各转子之间由励磁用磁铁产生吸引力、 斥力，所以优选在转子间设置非磁性体材料以避免相邻的永久磁铁的影响。
在本实施例中，说明了七分割转子，但不限于此。只要是相同原理，多少分割都可 以。通过对应于转速和转矩来改变有效磁通，从而可以提高效率。 [OOM](实施例5) 在本实施例中，对于将由本发明提出的旋转电机应用于混合动力汽车的驱动装置 上的例子进行说明。 图11表示混合动力汽车的驱动装置的配置构成。混合动力汽车的驱动装置构成 为在产生车辆驱动力的内燃机即发动机33和车辆的变速机即变速器35之间机械地连接有 由永久磁铁型同步旋转电机34。所述旋转电机是具有实施例1或者实施例2或者实施例3 或者实施例4的旋转电机的特征的旋转电机。在发动机33和旋转电机34的连结上，采用 直接结合省略图示的发动机33的输出轴和旋转电机34的旋转轴的方法，或者通过由行星 齿轮减速机构等构成的变速而连结的方法。由于旋转电机34作为电动机或者发动机工作， 所以在旋转电机34上经电力转换器即逆变器36而连接有蓄电机构即蓄电池37。在将旋转 电机34作为电动机使用的情况下，将从蓄电池37输出的直流电通过逆变器36转换为交流 电并供应给旋转电机34。由此，旋转电机34被驱动。旋转电机34的驱动力作为发动机33 的起动用或者辅助用的力而使用。在将旋转电机34作为发电机使用的情况下，将由旋转电 机34发电的交流电由逆变器36(转换器功能)转换为直流电并供应给蓄电池37。由此，转 换的直流电被蓄电在蓄电池37中。 现有的永久磁铁同步旋转电机由于随着转速的上升由磁铁引起的反电动势变大， 所以因蓄电池、逆变器的限制而很难在高旋转区域驱动。作为在高旋转区域驱动旋转电机 的方式，虽然有通过电流等效地(等価的)削弱永久磁铁的励磁用磁通的削弱磁场控制，但 由于流通无助于转矩的电流，所以引起效率的下降。旋转电机使用本发明的磁通可变型旋 转电机，从而可以对应于转速、转矩来机械性地产生最适合的励磁用有效磁通。因此，可以 降低反电动势带来的蓄电池或逆变器的限制，进而，由于不流通无助于转矩的电流，所以可 以提高效率。 根据本实施例，当引入本发明的旋转电机时，由于可以降低逆变器的耐压，所以可 以降低逆变器容量。其结果是可以实现逆变器的成本、体积的降低。进而，本发明的磁通可 变型旋转电机由于可以进行在广的旋转速度范围内的高效率运转，所以可以实现变速档位 (変速《7段)的减少，或者变速齿轮的省略。因此，也可以实现驱动装置整体的小型化。
(实施例6) 在本实施例中，对于将由本发明提出的旋转电机应用于混合动力汽车的驱动装置 上的例子进行说明。 图12表示搭载实施例1或者实施例2或者实施例3或者实施例4的旋转电机的 汽车的驱动装置的配置构成。本实施例的驱动装置是发动机33的曲轴带轮38和在旋转电 机34的轴上结合的滑轮40由金属带39连结的例子。因此，发动机33、旋转电机34并列 配置。此外。在本实施例的汽车的驱动装置中，旋转电机34可以采用电动机单体或者发动 机单体或者电动发电机(motor generator)的任一种形式。根据本实施例，通过曲轴带轮 38、金属带39、滑轮40可以构成具有位于发动机33和旋转电机34之间的速度比的变速机 构。例如，曲轴带轮38和滑轮40的半径比为2 : 1，从而可以使旋转电机34以发动机33 的两倍的速度旋转，在发动机33的始动时可以使旋转电机34的转矩为发动机33的始动时所需转矩的1/2。因此，可以将旋转电机34小型化。 此外，以下列举使用实施例1或者实施例2或者实施例3或者实施例4的旋转电 机的汽车的实施方式。 所述汽车具有内燃机，其驱动车轮；蓄电池，其进行充放电；电动发电机，其与内 燃机的曲轴机械性连接，在由蓄电池供应的电力的作用下被驱动而驱动内燃机，并且在来 自内燃机的动力的作用下被驱动发电，从而将其发电电力供应给蓄电池；电力转换装置，其 控制供应给电动发电机的电力以及由电动发电机供应的电力；以及控制装置，其控制电力 转换装置；其中电动发电机由实施例1或者实施例2或者实施例3或者实施例4的旋转电 机构成。该汽车是由内燃机驱动车轮的通常的汽车、或者是由内燃机和电动发电机驱动车 轮的混合动力汽车。 所述汽车具有内燃机，其驱动车轮；蓄电池，其进行充放电；电动发电机，其在由 蓄电池供应的电力的作用下被驱动而驱动车轮，并且接受来自车轮的驱动力来发电，从而 将其发电力供应给蓄电池；电力转换装置，其控制供应给电动发电机的电力以及由电动发 电机供应的电力；以及控制装置，其控制电力转换装置，其中电动发电机由实施例1或者实 施例2或者实施例3或者实施例4的旋转电机构成。该汽车是由内燃机和电动发电机驱动 车轮的混合动力汽车。 所述汽车具有蓄电池，其进行充放电；电动发电机，其在由蓄电池供应的电力的 作用下被驱动而驱动车轮，并且接受来自车轮的驱动力来发电，从而将其发电电力供应给 蓄电池；电力转换装置，其控制供应给电动发电机的电力以及由电动发电机供应的电力； 以及控制装置，其控制电力转换装置；其中电动发电机由实施例1或者实施例2或者实施例 3或者实施例4的旋转电机构成。该汽车为由旋转电机驱动车轮的电动汽车。
(实施例7) 在本实施例中，对于将由本发明提出的旋转电机应用于洗衣机的电动机上的例子 进行说明。 在洗衣机的现有技术中，在电动机的转矩经由滑轮通过带和齿轮传递转矩的情况 下，存在带和齿轮的滑动、打击音等的噪音大的问题。此外，在用于将电动机的转矩直接传 递给旋转体或脱水槽的直接驱动(directdrive)方式中，因为削弱磁场电流引起的发热或 效率降低等，在通过电性的削弱磁场控制技术扩大高速运行区域上存在界限。由于所述直 接驱动方式没有减速机构，所以提供低速高转矩的洗涤或漂洗行程与高速大输出的脱水行 程的广范围速度区域的电动机大型化。 若作为电动机使用本发明的磁通可变型旋转电机，在洗涤或者漂洗行程中，只要
使电动机的被分割的转子的同极性的中心一致，就可以使与定子磁极相对的永久磁铁引起
的有效磁通量变多，从而可以得到高转矩特性。另一方面，当在如脱水行程那样的高速旋转
区域下运转时，只要使可以相对旋转的转子在同极性磁极的中心错开的方向上旋转，就可
以使与定子磁极相对的永久磁铁引起的有效磁通量变少，换言之，具有机械性的削弱磁场
效果，从而在高旋转区域可以得到固定输出特性。(实施例8) 本实施例对于将由本发明提出的旋转电机应用于风力发电系统的发电机上的例 子进行说明。
在现有的风力发电系统的发电机中，虽然在低速区域下可以得到高转矩，但是由 于转速的可变范围狭小，所以高速区域的运转存在困难。因此，可以考虑通过电性的削弱磁 场控制技术来扩大高速运转区域。此外，风力发电系统的发电机为了在广泛的速度范围下 确保规定的输出而具有齿轮机构或节距电动机(Pitch motor)等，从而可以应对各种各样 的风速条件。还可以对应于主轴的旋转速度使用绕组切换装置来切换成低速用绕组和高速 用绕组，驱动发电机的各相绕组。由于削弱磁场电流引起的发热或效率下降等，在通过电性 的削弱磁场控制来扩大高速运转区域上存在界限。在使各相绕组对应于主轴的旋转速度使 用绕组切换装置的情况下，存在来自发电机主体的引线(lead line)的数目多，进而绕组切 换控制装置及其构造变得复杂的问题。 作为使用由实施例1或者实施例2或者实施例3或者实施例4的旋转电机构成的 旋转电机的风力发电系统的发电机在风力广的范围内进行高效率的实施例，被分割的转子 只要在以下的状态下运行就可以。在风弱的低速旋转区域内，使转子的同极性磁极的中心 对齐，使与定子磁极相对的永久磁铁引起的有效磁通量变多，从而可以得到高输出特性。另 一方面，在风强的高速旋转区域内，只要使可以相对旋转的转子向同极性磁极的中心错开 的方向旋转，就可以使与定子磁极相对的永久磁铁引起的有效磁通量变少，换言之，具有机 械性的削弱磁场效果，从而可以在高旋转区域得到固定输出特性。 根据本实施例，具有可以机械性地改变永久磁铁的励磁用有效磁通量的效果。尤 其可以使风力发电系统的主轴发电机的机械性的削弱磁场简单进行，从而在广范围可变速 控制上具有很大的效果。发电机构造变简单，而且由于发电机变得轻量，所以还具有塔架 (tower)的构造变得简单的效果。
(实施例9) 在本实施例中，对于将由本发明提出的旋转电机应用于运输车辆的电动发电机的 例子进行说明。 永久磁铁同步电动机与感应电动机相比效率更高，有利于小型轻量化。此外，高效 率也可以期待消耗电量以及C02排放量的减少。由于强烈要求运输车辆的驱动用电动机为 小型轻量，所以永久磁铁同步电动机是有力的候补。此外，不仅对电动机，对包含逆变器的 主电路整体也要求轻量化。从主转换装置保护的观点来看，永久磁铁引起的逆感应电压应 设计成其峰值至少不超过直流中间电路电压的过电压保护动作设定值。但是，在这样设计 电动机的情况下，所需的逆变器容量增大。 在所述电动机使用本发明的磁通可变型旋转电机的情况下，在低速大转矩下，只 要使电动机的被分割的转子的同极性的中心对齐，就可以使与定子磁极相对的永久磁铁引 起的有效磁通量变多，从而可以得到高转矩特性。另一方面，当在高速旋转区域下运行的情 况下，只要使可以相对旋转的转子在同极性磁极的中心错开的方向上旋转，就可以使与定 子磁极相对的永久磁铁引起的有效磁通量变少，换言之，具有机械性的削弱磁场效果，从而 可以在高旋转区域得到固定输出特性。 根据本实施例，具有可以机械性地改变永久磁铁的励磁用有效磁通量的效果。尤 其可以使运输车辆的发电机的机械性的削弱磁场简单进行，从而在广范围可变控制上有大 的效果。进而，通过机械性地使有效磁通可变，可以抑制逆感应电压。其结果是可以降低逆 变器的容量。因此，也可以实现逆变器的成本降低、驱动装置整体的小型化。
以上说明的实施方式只是示例，不解释为仅限于此。
(工业上的利用可能性) 根据本发明，可以提供在载荷变动大的移动体、汽车、风力发电系统、运输车辆上 使用的旋转电机以及使用该电机的移动体、汽车、电子产品、风力发电系统、运输车辆。
权利要求
一种旋转电机，其特征在于，具有定子，其具有绕组；二分割转子，其隔着空隙配置在所述定子上并能够旋转，在旋转轴方向上被二分割为第一转子和第二转子，并且分别在第一转子和第二转子上沿旋转方向交替配置有极性不同的励磁用磁铁；可变机构，其连续改变所述二分割转子的第二转子相对于所述二分割转子的第一转子的相对的旋转轴方向位置；以及非磁性部件，其设置在第一转子和第二转子之间。
2. —种旋转电机，其特征在于，具有 定子，其具有绕组；三分割转子，其隔着空隙配置在所述定子上并能够旋转，在旋转轴方向上被三分割为 第一转子、第二转子和第三转子，并且分别在第一转子、第二转子及第三转子上沿旋转方向 交替配置有极性不同的励磁用磁铁；以及可变机构，其连续改变所述第二转子、第三转子相对于所述三分割转子的第一转子的 相对的旋转轴方向位置。
3. —种旋转电机，其特征在于，具有 定子，其具有绕组；转子，其隔着空隙配置在所述定子上并能够旋转，在旋转轴方向上被分割成四部分以 上，并且分别在被分割的各部分上沿旋转方向交替配置有极性不同的励磁用磁铁；以及 控制机构，其控制各转子的旋转。
4. 如权利要求l所述的旋转电机，其特征在于， 所述第一转子固定在旋转轴上，所述第二转子能够一边通过旋转轴的花键构造旋转一边在旋转轴方向上移动， 所述旋转电机具有支承机构，该支承机构支承所述第二转子，并调整旋转轴方向的位置。
5. 如权利要求2所述的旋转电机，其特征在于， 所述三分割转子的第一转子固定在旋转轴上，所述第二转子、第三转子能够通过旋转轴的花键构造一边旋转一边在旋转轴方向上移动，所述旋转电机具有与固定在所述旋转轴上的第一转子相邻配置第三转子，并且第三转子旋转直到第一转 子和第三转子的各磁铁的吸引力和斥力平衡的角度为止的构造；以及所述第二转子旋转直到所述第二转子的磁铁中心与固定在旋转轴上的第一转子的逆 磁性磁铁的磁铁中心一致的角度为止的构造。
6. 如权利要求5所述的旋转电机，其特征在于，在三分割转子的旋转轴上固定的第一转子与相对旋转的第二转子在旋转轴方向上的 长度比例约为l : 1。
7. 如权利要求5所述的旋转电机，其特征在于，在三分割转子的旋转轴上固定的第一转子与相对旋转的第二转子、第三转子在旋转轴方向上的长度比例约为i :1:1。
8. —种汽车，其特征在于，其具有内燃机，其驱动车轮； 蓄电池，其进行电力的充放电；起动交流发电机，其与所述内燃机的曲轴机械连结，在由所述蓄电池供应的电力的作 用下被驱动而驱动所述内燃机，并且在来自所述内燃机的动力的作用下被驱动发电，从而 将其发电电力供应给所述蓄电池；电力转换装置，其控制供应给该起动交流发电机的电力以及由该起动交流发电机供应 的电力；以及控制装置，其控制该电力转换装置；其中所述起动交流发电机由权利要求1所述的旋转电机构成。
9. 一种汽车，其特征在于，其具有 内燃机，其驱动车轮； 蓄电池，其进行电力的充放电；电动发电机，其在由该蓄电池供应的电力的作用下被驱动而驱动所述车轮，并且接受 来自所述车轮的驱动力来发电，从而将其发电电力供应给所述蓄电池；电力转换装置，其控制供应给该电动发电机的电力以及由该电动发电机供应的电力；以及控制装置，其控制该电力转换装置；其中所述电动发电机由权利要求1所述的旋转电机构成。
10. —种汽车，其特征在于，其具有 蓄电池，其进行电力的充放电；电动发电机，其在由该蓄电池供应的电力的作用下被驱动而驱动车轮，并且接受来自 该车轮的驱动力来发电，从而将其发电电力供应给所述蓄电池；电力转换装置，其控制供应给该电动发电机的电力以及由该电动发电机供应的电力；以及控制装置，其控制该电力转换装置；其中所述电动发电机由权利要求1所述的旋转电机构成。
11. 一种移动体，其特征在于，其具有蓄电池，其进行电力的充放电；以及旋转电机， 其在由该蓄电池供应的电力的作用下被驱动而驱动移动体，该移动体具有低速大转矩、高速大输出的输出特性， 其中所述旋转电机由权利要求1所述的旋转电机构成。
12. —种空调机，其特征在于，其具有 压縮机，其对在制冷循环中循环的制冷剂进行压縮； 电动机，其为该压縮机的动力源； 驱动电路，其驱动该电动机；室内热交换器，其在室内与在制冷循环中循环的制冷剂进行热交换； 热交换器，其在室外与在制冷循环中循环的制冷剂进行热交换； 膨胀阀，其使在制冷循环中循环的制冷剂膨胀；以及切换阀，其切换在制冷循环中循环的制冷剂的流动方向， 其中所述电动机由权利要求1所述的旋转电机构成。
13. —种洗衣机，其特征在于，其具有洗衣脱水槽，其以旋转轴为中心旋转自如地被轴支承在外槽内；旋转体，其以与所述旋转轴同心的旋转轴为中心旋转自如地被轴支承在所述洗濯脱水 槽的底部；切换机构，其使所述洗衣脱水槽的旋转轴相对于该旋转体的旋转轴连结或者脱离；以及电动机，其旋转所述旋转体旋转，其中所述电动机由权利要求1所述的旋转电机构成。
14. 一种风力发电系统，其特征在于，其具有 安装有翼的主轴； 与该主轴结合的发电机； 与该发电机电连接的逆变器； 控制该逆变器的控制器； 对应于风的状态控制所述翼的间距的机构； 使所述翼的旋转停止的制动器；以及 检测风的状态的风速风向计，其中所述发电机由权利要求1所述的旋转电机构成。
15. —种运输车辆，其特征在于，所述运输车辆是需要架线及轨道，并具有多种能量供给机构及驱动机构的混合动力运 输车辆，或者是在预先设定的轨道上行驶，具有架线、蓄电器、燃料电池、发动机或者由发动 机驱动的发电机等多个能量供应机构，并且至少具有一个电动机、发动机等行驶用驱动机 构的混合动力运输车辆，其中所述电动机、发电机由权利要求1所述的旋转电机构成。
全文摘要
本发明提供一种旋转电机，所述旋转电机避免分割的转子的励磁用磁铁间的吸引力，可以连续并且与转矩方向无关地调整转子的相对角度位移。本发明的特征在于，旋转电机具有定子，其具有绕组；二分割转子，其隔着空隙配置在所述定子上并能够旋转，在旋转轴方向上被二分割为第一转子和第二转子，并且在第一转子和第二转子上分别在旋转方向上交替配置有极性不同的励磁用磁铁；可变机构，其连续改变所述二分割转子的第二转子相对于所述二分割转子的第一转子的相对的旋转轴方向位置；以及非磁性部件，其设置在第一转子和第二转子之间。
文档编号H02K16/02GK101795039SQ20091026638
公开日2010年8月4日 申请日期2009年12月24日 优先权日2008年12月26日
发明者冈部悟, 周广斌, 宫崎泰三, 金弘中 申请人:株式会社日立制作所