CN100358222C - 旋转电机以及搭载它的汽车 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及旋转电机以及搭载它的汽车，提供一种可以使相对于被搭载体的可靠性提高的旋转电机。为了解决上述课题的一个解决手段是，一种永磁同步旋转电机(2)具有：有线圈的定子，和在定子上介于空隙可旋转地配设的、在旋转轴方向被两分割的、各自极性不同的永久磁铁(21)在旋转方向交互配置的转子(20)，其中，在永磁同步旋转电机(2)从电动机成为发电机的情况下，在使相对于第1转子(20A)的第2转子(20B)相对于旋转轴方向的位置，成为永久磁铁(21A、21B)的合成励磁值达到比规定值小的值的位置后，成为永久磁铁(21A、21B)的合成励磁值达到规定值的规定位置。
Description
技术领域
本发明涉及可以机械性改变有效磁通量的旋转电机以及搭载它的汽车。
背景技术
作为可以机械地改变有效磁通量的旋转电机，原来所周知的是例如特开2001-69609号公报所记载的电机。此公报中所记载的旋转电机具有在旋转轴方向被两分割的、各自极性不同的励磁用磁铁在旋转方向交互配置的转子。于是，在使旋转电机作为电动机动作的情况下，通过两分割转子的一方的励磁用磁铁和两分割转子的另一方的励磁用磁铁之间的磁性作用力与转子的扭距方向的平衡，使两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动作的情况下，伴随转子的扭距方向变得相反，使两分割转子的励磁用磁铁的磁极中心偏移。
前述原有的旋转电机是相对于两分割转子的另一方，使两分割转子的一方可变而构成。即两分割转子的另一方固定在旋转轴上的同时，两分割转子的一方相对于旋转轴分离而构成。两分割转子的一方以及旋转轴通过相互设置的螺纹机构结合。在与两分割转子的一方的两分割转子的另一方侧的相反侧的侧方上，设有从与两分割转子的另一方侧的反向侧支撑两分割转子的一方的支撑机构。
在使用这样的机械性可变机构的旋转电机中，被搭载体，例如为了使相对于汽车的可靠性提高，例如随着转子的扭距方向的变化，在使两分割转子的一方可变时，缓和在两分割转子的一方或机械性可变机构上产生的冲击，希望减轻两分割转子的一方或机械性可变机构的负担。例如象电动汽车或混合(动力)汽车那样，在扭距辅助动作和再生动作频繁反复运转的汽车中是特别希望的。
发明内容
本发明提供一种可以使相对于被搭载体的可靠性提高的旋转电机。另外，本发明提供一种搭载着可靠性高的旋转电机的汽车。具体地说本发明是提供在转子进行可变动作时，可以缓和在转子或可变机构上产生的冲击，使其负担减轻的旋转电机及搭载它的汽车。
因此，本发明的技术方案1提供一种旋转电机，其特征在于：具有：有线圈的定子，转子，介于空隙可旋转地配设在前述定子上，由在旋转轴方向被一分为二的第1转子和第2转子构成，并且分别在前述第1、第2转子上在旋转方向上交互配置极性不同的励磁用磁铁，可变机构，对应于前述第1转子的励磁用磁铁和前述第2转子的的励磁用磁铁之间的磁性作用力和前述转子的扭距方向的平衡，使相对于前述第1转子的前述第2转子相对于旋转轴方向的位置变化，支撑机构，控制相对于前述第1转子的前述第2转子相对于旋转轴方向的位置；在使相对于前述第1转子的前述第2转子相对于旋转轴方向的位置从前述第1转子的励磁用磁铁和前述第2转子的励磁用磁铁的合成励磁值大的当前位置向前述第1转子的励磁用磁铁和前述第2转子的励磁用磁铁的合成励磁值比前述当前位置减小的目标位置变化的情况下，使相对于前述第1转子的前述第2转子相对于旋转轴方向的位置从前述当前位置向前述第1转子的励磁用磁铁和前述第2转子的励磁用磁铁的合成励磁值比前述目标位置还小的冲击缓和位置变化后，再使其变化到前述目标位置。
本发明的技术方案2也提供一种旋转电机，其特征在于：具有：有线圈的定子，转子，介于空隙可旋转地配设在前述定子上，由在旋转轴方向被一分为二的第1转子和第2转子构成，并且分别在前述第1、第2转子上在旋转方向交互配置极性不同的励磁用磁铁，可变机构，对应于前述第1转子的励磁用磁铁和前述第2转子的励磁用磁铁之间的磁性作用力和前述转子的扭距方向的平衡，使相对于前述第1转子的励磁用磁铁的磁极位置的前述第2转子的励磁用磁铁的磁极位置、以及相对于前述第1转子的前述第2转子相对于旋转轴方向的位置连动发生变化，支撑机构，控制相对于前述第1转子的前述第2转子相对于旋转轴方向的位置；在使相对于前述第1转子的励磁用磁铁的磁极位置的前述第2转子的励磁用磁铁的磁极位置、以及相对于前述第1转子的前述第2转子相对于旋转轴方向的位置从前述第1转子的励磁用磁铁和前述第2转子的励磁用磁铁的合成励磁值大的当前位置向前述第1转子的励磁用磁铁和前述第2转子的励磁用磁铁的合成励磁值比前述当前位置减小的目标位置连动发生变化的情况下，使相对于前述第1转子的励磁用磁铁的磁极位置的前述第2转子的励磁用磁铁的磁极位置、以及相对于前述第1转子的前述第2转子相对于旋转轴方向的位置从前述当前位置向前述第1转子的励磁用磁铁和前述第2转子的励磁用磁铁的合成励磁值比前述目标位置还小的冲击缓和位置变化后，再使其变化到前述目标位置。
在本发明的技术方案3中，前述第1转子固定在旋转轴上的同时，前述第2转子从前述旋转轴分离而构成，在前述第2转子的内周侧以及前述旋转轴上设有螺纹部，而相互结合。
在本发明的技术方案4中，前述第1转子固定在旋转轴上的同时，前述第2转子从前述旋转轴分离而构成，在前述第2转子的内周侧设置有非磁性部件，在前述非磁性部件的内周侧设置有环状部件，在该环状部件的内周侧以及前述旋转轴上设有螺纹部，而相互结合。
在本发明的技术方案5中，前述非磁性部件是比铁的电阻率更高的管状部件。
在本发明的技术方案6中，前述线圈接受从控制装置供给的电流，前述电流对应于前述第1转子的励磁用磁铁的磁极位置和前述第2转子的励磁用磁铁的磁极位置的偏移、由前述控制装置修正提前角。
在本发明的技术方案7中，前述线圈接受从控制装置供给的电流，前述电流对应相对于前述第1转子的前述第2转子在旋转轴方向的位移量、由前述控制装置修正提前角。
在本发明的技术方案8中，在作为电动机使其动作的情况下，根据前述第1转子的励磁用磁铁和前述第2转子的励磁用磁铁之间的磁性作用力及前述转子扭距方向的平衡，使前述第1转子的励磁用磁铁和前述第2转子的励磁用磁铁的磁极中心一致，在作为发电机使其动作的情况下，伴随前述转子的扭距方向变得相反，使前述第1转子的励磁用磁铁和前述第2转子的励磁用磁铁的磁极中心偏移。
在本发明的技术方案9中，前述支撑机构具有沿旋转轴在旋转轴方向可以运动的支撑部件、和沿前述旋转轴在轴方向可使该支撑部件运动的驱动机构，该支撑机构可旋转地支撑前述第2转子的与前述第1转子相反侧。
在本发明的技术方案10中，前述支撑机构是可以进行相对于前述第1转子的前述第2转子相对于旋转轴方向位置的控制的伺服机构。
在本发明的技术方案11中，使弹性体介于前述第1转子和前述第2转子之间。
本发明还提供一种汽车，其特征在于：具有：驱动车轮的内燃机、进行电力充放的蓄电池、马达发电机、电力转换装置、控制该电力转换装置的控制装置，该马达发电机与前述内燃机的曲轴机械连接，通过从前述蓄电池供给的电力进行驱动，在驱动前述内燃机的同时，通过来自于前述内燃机的动力被驱动进行发电，将该发电电力供给到前述蓄电池，该电力转换装置对供给到该马达发电机的电力以及从该马达发电机供给的电力进行控制，前述马达发电机是由权利要求1或2所述的旋转电机构成的。
本发明还提供另一种汽车，其特征在于：具有：驱动车轮的内燃机、进行电力充放的蓄电池、马达发电机、电力转换装置以及控制该电力转换装置的控制装置，该马达发电机在通过从前述蓄电池供给的电力被驱动，而驱动前述车轮的同时，接受来自于前述车轮的驱动力进行发电，将该发电电力供给到前述蓄电池，该电力转换装置对供给到该马达发电机的电力以及从该马达发电机供给的电力进行控制，前述马达发电机是由权利要求1或2所述的旋转电机构成的。
本发明还提供再一种汽车，其特征在于：具有：进行电力充放的蓄电池、马达发电机、电力转换装置以及控制该电力转换装置的控制装置，该马达发电机在通过从前述蓄电池供给的电力被驱动、而驱动车轮的同时，接受来自于该车轮的驱动力进行发电，将该发电电力供给到前述蓄电池，该电力转换装置对供给到该马达发电机的电力以及从该马达发电机供给的电力进行控制，前述马达发电机是由权利要求1或2所述的旋转电机构成的。
在本说明书中，旋转轴方向是指与旋转轴的中心轴线延伸的方向相同的方向。
附图说明
图1是表示作为本发明的第1实施例的永磁同步旋转电机的构成的剖视图。
图2是为了说明图1的永磁同步旋转电机的转子动作的图，表示转子的磁极中心一致的状态。
图3是为了说明图1的永磁同步旋转电机的转子动作的图，表示转子的磁极中心偏移的状态。
图4是表示第1实施例的混合汽车的驱动装置的配置构成的俯视图，表示的是发动机和永磁同步旋转电机的直接连接的形式。
图5是表示相对于图1的永磁同步旋转电机的旋转角速度ω的感应电力E和磁通量φ的关系的特性图。
图6是表示相对于图1的永磁同步旋转电机的旋转角速度ω的扭距τ的关系的特性图。
图7是为了说明图1的永磁同步旋转电机的转子动作的图，表示转子的磁极中心从一致的状态到偏移的状态的变化。
图8是表示图1的永磁同步旋转电机的电源系统的构成的系统图。
图9是表示图1的永磁同步旋转电机的控制装置的构成的方框图。
图10是表示作为本发明的第2实施例的永磁同步旋转电机构成的剖视图。
图11是详细表示图10的永磁同步旋转电机的转子的构成的详细图。
图12是为了说明图10的永磁同步旋转电机的电流控制的说明图。
图13是表示作为本发明的第3实施例的汽车的驱动装置的配置构成的俯视图。
具体实施方式
根据图1至图9就本发明的第1实施例进行说明。图4是表示混合汽车的驱动装置的配置构成。混合汽车的驱动装置是在作为产生车辆的驱动力的内燃机的发动机1、和作为车辆的变速机的变速器3之间，机械地连接永磁同步旋转电机2而构成。在发动机1和永磁同步旋转电机2之间的连接中，采用了将省略图示的发动机1的输出轴(也称作曲轴)与永磁同步旋转电机2的旋转轴直接连接的方法，或通过由行星齿轮减速机构等构成的变速机进行连接的方法。
在变速器3和永磁同步旋转电机2的连接中，采用将省略图示的变速器3的输入轴与永磁同步旋转电机2的旋转轴，通过作为动力切断装置的离合器，或者通过利用流体的流体接头或变扭器进行连接的方法。象这样，通过在变速器3与永磁同步旋转电机2的连接中使用离合器或者流体接头或变扭器，在通过永磁同步旋转电机2可以使发动机1起动的同时，在发动机1起动后，发动机1的驱动力或者发动机1的驱动力和永磁同步旋转电机2的驱动力可以传递到变速器3的输入轴。
永磁同步旋转电机2可以作为电动机或者发电机进行动作。在永磁同步旋转电机2中，作为蓄电手段的蓄电池5通过电力转换器4电气连接。
在将永磁同步旋转电机2作为电动机使用的情况下，从蓄电池5输出的直流电力通过电力转换器4(整流器)转换为交流电力，供给到永磁同步旋转电机2。据此，永磁同步旋转电机2被驱动。永磁同步旋转电机2的驱动力作为起动发动机1用或者辅助用来使用。在将永磁同步旋转电机2作为发电机使用的情况下，根据永磁同步旋转电机2所发电的交流电力通过电力转换器4(换流器)转换成直流电力，供给蓄电池5。据此，转换成的直流电力储存在蓄电池5中。
图1至图3表示永磁同步旋转电机2的构成。图中13是壳体(也称定子固定框)。在壳体13的内部形成多个向轴方向连续的同时、在周方向上流过冷却水的冷却水水道12。在壳体13的内周侧，定子铁之10通过烧嵌配合或者压入被固定。在定子铁心10的内周部形成多个向轴方向连续、在周方向上定子铁心10的内周表面开口的槽(也称沟)。在定子铁心10的多个槽的每一个上安装有电枢线圈11(也称定子线圈或者一次线圈)。壳体13的旋转轴方向的两端部开放。另外，在本实施例中，就有关开放壳体13的旋转轴方向的两端部的例子进行了说明，也可以通过托架阻塞壳体13的旋转轴方向的两端部。
在定子铁心10的内周侧，介于空隙可旋转地配设有转子20。转子20是在旋转轴方向被两分割而构成的，具有固定在轴22(也称旋转轴)上的第1转子20A和第2转子20B，该第2转子20B相对于轴22可分离地构成，受到规定方向的扭距，可以在轴22上一边旋转一边在旋转轴的轴方向移动。在第1转子20A上，埋入多个极性与旋转方向顺序不同的(呈交互状)永磁磁铁21A。在第2转子20B上，埋入多个极性与旋转方向顺序不同的(呈交互状)永磁磁铁21B。轴22的中心轴方向的两端部通过轴承装置50可旋转地被支撑。轴承装置50安装保持在发动机1或变速器3的框体、车身的一部分等处。另外，在通过托架阻塞壳体13的旋转轴方向的两端的情况下，也可以通过托架保持轴承装置50。
第1转子20A、第2转子20B以及轴22具有螺栓·螺母的关系。即第1转子20A相当于螺栓的头部61，轴22相当于螺栓的螺纹部60。第2转子20B相当于螺母62。因此，第1转子20A固定在轴22上。在轴22的外周面上形成雄螺纹。在第2转子20B的内周面上形成与形成于轴22上的雄螺纹螺合的雌螺纹。因此，在某一旋转方向上，第2转子20B一边在轴22上旋转，一边向旋转轴方向的一方侧移动，离开第1转子20A。若旋转方向相反，则第2转子20B一边在轴22上旋转，一边向旋转轴方向的另一方侧移动，与第1转子20A成为一体。
在轴22的一方侧(第2转子20B的与第1转子20A侧的相反侧)上设置支撑机构，该支撑机构从第2转子20B的与第1转子20A侧的相反侧的侧方，并不终止第2转子20B的旋转地接受第2转子20B并将其阻挡，在可旋转地支撑第2转子20B的同时，使第2转子20B的与第1转子20A的相对的旋转轴方向的位置发生变化。支撑机构也兼备作为用于不会使第2转子20B从定子铁心10的旋转轴方向的端部溢出到规定的位移以外的移动防止机构的机能。
支撑机构是可以控制相对于第1转子20A的第2转子20B的相对的旋转轴方向的位置的伺服机构，由挡块24和驱动机构构成，该挡块24配置在第2转子20B的与第1转子20A侧的相反侧的侧方，在旋转轴方向的双方向上可以直线运动；该驱动机构配置在挡块24的与第2转子20B侧的相反侧的侧方，使挡块24可以在旋转轴方向双方向上直线运动。驱动机构由可使挡块24向旋转轴方向的一方向直线运动的促动器25、和可使挡块24向旋转轴方向的另一方向直线运动的弹簧45构成。
挡块24是支撑部件，具有与第2转子20B的与第1转子20A侧的相反侧的侧面相对的面，缠绕轴22的外周面的一部分，是与轴22的外周面相对设置的平板状的圆环部件。在挡块24的内周面与轴22的外周面之间设有轴承装置47，该轴承装置47通过旋转的轴22支撑着挡块24，使其可以沿轴22在旋转轴方向运动。在挡块24的与第2转子20B相对的面上设置有轴承装置42，该轴承装置42从第2转子20B的与第1转子20A侧的相反侧的侧方，并不终止第2转子20B的旋转地接受第2转子20B并将其阻挡，可旋转地支撑第2转子20B。
促动器25是由可动铁心25a和驱动部25b构成的螺线管，安装保持在发动机1或变速器3的框体，车身的一部分等处，该可动铁心25a一端机械地连接到挡块24的与第2转子20B侧的相反侧，使旋转轴方向朝第2转子20B的方向可以直线运动，该驱动部25b通过缠绕在定子铁心上的线圈的励磁，产生相对于可动铁心25a相斥的电磁力，使旋转轴方向朝第2转子20B的方向，使可动铁心25a可直线运动。作为弹性体的弹簧45配设在促动器25与轴22之间，与发动机1或变速器3的框体、车身的一部分等在挡块24的与第2转子20B侧的相反侧之间接续。另外，在壳体13的旋转轴方向的两端通过托架阻塞的情况下，促动器25或弹簧45的一端也可以安装在托架上。
根据本实施例，控制流入促动器25的驱动部25b的线圈的电流，控制线圈的励磁，通过取得促动器25的驱动力与弹簧45的牵引力的平衡，可以任意控制挡块24的旋转轴方向的位置。因此，根据本实施例，通过支撑机构可以使相对于第1转子20A的第2转子20B的旋转轴方向的位置变化到任意的位置。另外，在本实施例中，作为支撑机构的驱动机构，对使用通过电磁力驱动可动铁心25a的螺线管与弹簧45的组合的情况进行了说明，也可以是使用油压式促动器或电磁离合器与弹簧的组合，还可以是使用马达与圆头螺钉的组合或是直线马达。主要是只要能够构成可以控制位置的伺服机构即可。
下面，就本实施例的永磁同步旋转电机2的动作进行说明。在转子上具备有作为励磁用的永久磁铁的旋转电机中，若作为发动机动作的情况与作为发电机动作的情况的转子的旋转方向相同，则转子所受到的扭距方向，作为发动机动作的情况和作为发电机动作的情况相反。另外，若转子的旋转方向相反，则扭距方向也相反。在本实施例中基本上使用上述原理，在发动机1起动时等的旋转电机的低旋转区域中是作为发动机，在旋转电机的高旋转区域中是作为发电机分别进行下述动作的。
在发动机1起动时等的旋转电机的低旋转区域中，如图2所示，通过在转子20上产生的扭距方向和永久磁铁21A、21B之间的磁性作用力的平衡，使第1转子20A和第2转子20B接近，作为一个转子，使永久磁铁21A、21B的同极性的物体彼此在轴方向排列，使永久磁铁21A、21B的磁极中心一致。即拧紧螺母62，使螺栓的头部61和螺母62接近。据此，通过永久磁铁产生的有效磁通量最大，可以得到高扭距的特性。
在旋转电机的高旋转区域中，与前述的电动机的情况相同，旋转方向相同，转子所受到的扭距方向与前述的电动机相反。因此，如图3所示，通过与作为电动机动作时的相反的扭距方向，一边使第2转子20B在轴22上旋转，一边向旋转轴方向的一方侧(第1转子20A侧的相反侧)移动，离开第1转子20A，使永久磁铁21A、21B的磁极中心偏移。即拧松螺母62，螺母62从螺栓的头部61分离。据此，通过永久磁铁产生的有效磁通量减少。换言之具有弱励磁的效果。其结果是可以得到高输出的发电特性。
另外，作为弱励磁控制，只要将永久磁铁21A、21B的同极性物品彼此在轴方向排列，在使永久磁铁21A、21B的磁极中心一致的状态下，即使改变相对于第1转子20A的第2转子20B的相对的旋转轴方向的位置也是可能的，在使第1转子20A和第2转子20B接近成为一个转子的状态下，使永久磁铁21A、21B的磁极中心偏移也是可能的。
下面，就对应旋转区域、使旋转电机如上述那样动作，根据图5进行说明。图5(a)(b)表示相对于永磁同步旋转电机2的旋转角速度ω的有效磁通量φ、感应电力E的特性。永磁同步旋转电机2的感应电力E是由配置在转子20上的永久磁铁21A、21B所产生的有效磁通量φ和旋转角速度ω决定的。因此，例如如图5(a)所示，配置于转子20上的永久磁铁21A、21B所产生的有效磁通量φ1为一定，若使旋转角速度ω(转数)上升，则感应电力E1与旋转角速度ω成比例上升。
但是，在永磁同步旋转电机2的旋转区域的全域中，在以同一有效磁通量作为电动机或者发电机动作的情况下，例如在发动机1的高旋转区域，以有效磁通量φ1作为发电机动作的情况下，永磁同步旋转电机2的感应电力E1上升到蓄电池5的充电电压以上。据此，因为储存其电力的蓄电池5破损，所以有必要将永磁同步旋转电机2的感应电力控制在蓄电池5的充电电压以下。为此，在将永磁同步旋转电机2作为发电机使用的情况下，在某一转数以上的区域中，有必要控制减少永久磁铁21A、21B产生的磁通量，即进行所谓的弱励磁控制。
因此，在本实施例中，如图5(a)所示，以旋转角速度ω1为界，在其低旋转区域侧中，以永久磁铁21A、21B产生的有效磁通量作为φ1，使感应电力E1发生。在旋转角速度ω1的高旋转区域侧中，转换为永久磁铁21A，21B所产生的有效磁通量φ2，使比感应电力E1低的感应电力E2产生。据此，因为可以控制永磁同步旋转电机2的感应电力的最大值，所以在发动机1的高旋转区域中即使将永磁同步旋转电机2作为发电机使用，也可以蓄电池5的充电电压以下的电压对蓄电池5进行充电。因此，在本实施例中，可以防止蓄电池5的破损。
另外，原有的旋转电机是在定子线圈上流动弱励磁控制用电流，进行弱励磁控制的。但是，弱励磁控制用电流由于需要对应与旋转角速度成比例上升的感应电力而使其上升，所以在定子线圈上产生的热也上升。因此，在原有的旋转电机中，在高旋转区域，具有旋转电机的效率降低，因超过冷却能力的发热而产生的引起永久磁铁的消磁的可能性。这一点，在本实施例的永磁同步旋转电机2中是机械控制，即因为是通过由转子两分割产生的有效磁通量的控制进行的弱励磁控制，所以不会引起上述问题。
另外，根据本实施例，由于机械性弱励磁的控制，抑制了在高旋转区域中的感应电力，因为不会使永磁同步旋转电机2的效率降低，所以在高旋转区域中，使永磁同步旋转电机2以效率良好的状态作为驱动辅助用来使用也是可以的。
另外，在本实施例中，如图5(b)所示，通过使有效磁通量φ对应旋转角速度ω而发生更加细微的变化，即通过由支撑机构而使第2转子20B逐渐离开第1转子20A，可以在旋转角速度ω1的高旋转区域侧中将永磁同步旋转电机2所产生的感应电力E保持为大致一定。
但是，在本实施例中，如前所述，在低旋转区域中使永磁同步旋转电机2作为电动机动作，进行起动发动机，在高旋转区使域中使永磁同步旋转电机2作为发电机动作进行发电，此时的相对于永磁同步旋转电机2的旋转角速度ω的扭距特性如图6所示。从图6即可明了，在作为电动机动作时(①→部分)是伴随旋转角速度ω的增加，正扭距(+τ)恒定变化。从电动机向发电机变化时(②→部分)是从正扭距(+τ)向负扭距(-τ)的扭距方向反向变化。作为发电机动作时(③→部分)是伴随到某一旋转角速度ω的旋转角速度ω的增加，负扭距(-τ)恒定变化，从超过某一旋转角速度ω开始，伴随旋转角速度ω的增加，扭距逐渐减小。
对应此扭距的变化，永磁同步旋转电机2，其第1转子20A和第2转子20B接近成为一体，从永久磁铁21A、21B的磁极中心一致的状态开始，第2转子20B一边在轴22上旋转，一边向旋转轴方向的一方侧(第1转子20A侧的相反侧)移动，离开第1转子20A，永久磁铁21A、21B的磁极中心偏移。此时，支撑机构为了使相对于第1转子20A的第2转子20B的旋转轴方向的位置作为永久磁铁21A、21B的合成励磁值达到规定值的规定位置，在第2转子20B达到规定位置时，挡块24移动到阻挡第2转子20B的位置，将第2转子20B阻止而进行控制。但是，在转子20上产生的扭距方向在从正扭距(+τ)成为相反的负扭距(-τ)时，因为扭距变化量的绝对值最大，所以如果如上述那样控制，则会在第2转子20B、改变相对于第1转子20A的第2转子20B的旋转轴方向的位置的机械性可变机构(螺栓、螺母)以及支撑机构上产生巨大的冲击。因此，缓和在这些上产生的冲击，减轻这些的负担，较理想的是使相对于混合汽车等的被搭载品的旋转电机的可靠性得到提高。
因此，在本实施例中，如图7所示，对应图6的扭距变化，使永磁同步旋转电机2动作。即在本实施例中，从图7(a)的状态到图7(c)的状态时，是介于图7(b)的状态后再到图7(c)的状态。在这里，图7(a)是通过在转子20上产生的扭距方向和永久磁铁21A、21B之间的磁性作用力的平衡，使第1转子20A和第2转子20B接近成为一体的，使永久磁铁21A、21B的同极性的物品彼此在旋转轴方向排列，成为永久磁铁21A、21B的磁极中心一致的初期状态。
此时，支撑机构从与第1转子20A侧的相反侧支撑第2转子20B。即支撑机构控制流入促动器25的驱动部25b的线圈的电流，控制线圈的励磁，第2转子20B接近第1转子20A成为一体时，使挡块24可以支撑第2转子20B那样进行移动，挡块24的位置在到达可以支撑第2转子20B的位置时，弹簧45的牵引力与促动器25的驱动力平衡。
一方面，图7(b)是伴随在转子20上产生的扭距方向与在图7(a)的状态中的扭距方向相反时，使第2转子20B一边在轴22上旋转，一边移向旋转轴方向的一方侧(第1转子20A侧的相反侧)，离开第1转子20A，使相对于第1转子20A的第2转子20B的相对的旋转轴方向的位置作为永久磁铁21A、21B的合成励磁值比规定值小的值的位置(后述图7(c)的比相对于第1转子20A的第2转子20B的旋转轴方向的位置，从第1转子20A向在旋转轴方向分离的位置)，是永久磁铁21A、21B的磁极中心偏移的中间状态。
此时，支撑机构为了使相对于第1转子20A的第2转子20B的旋转轴方向的位置成为永久磁铁21A、21B的合成励磁值达到比规定值小的值的位置，在第2转子20B达到所期望的位置(永久磁铁21A、21B的合成励磁值位于比规定值小的值的位置)时，通过挡块24阻止第2转子20B。即支撑机构控制流入促动器25的驱动部25b的线圈的电流，控制线圈的励磁，与图7(a)时相比，减弱了促动器25的驱动力，使挡块24移动到阻止第2转子20B的位置，挡块24的位置在到达阻止第2转子20B的位置时，弹簧45的牵引力与促动器25的驱动力平衡。
另一方面，图7(c)是相对于第1转子20A的第2转子20B的相对的旋转轴方向的位置成为永久磁铁21A、21B的合成励磁值达到规定值的规定位置，是永久磁铁21A、21B的磁极中心偏移的最终状态。
此时，支撑机构为了使相对于第1转子20A的第2转子20B的旋转轴方向的位置成为永久磁铁21A、21B的合成励磁值达到规定值的规定位置，第2转子20B直至达到规定位置(永久磁铁21A、21B的合成励磁值达到规定值的位置)，使第2转子20B通过挡块24进行移动。即支撑机构控制流入促动器25的驱动部25b的线圈的电流，控制线圈的励磁，与图7(b)时相比，加强促动器25的驱动力，使挡块24移动到第2转子20B一直达到规定位置的位置，在挡块24的位置达到第2转子20B的规定位置的位置时，弹簧45的牵引力与促动器25的驱动力平衡。
象这样根据本实施例，将永磁同步旋转电机2从作为电动机到作为发电机的情况下(从图7(a)的状态到图7(c)的状态)，因为将相对于第1转子20A的第2转子20B的相对的旋转轴方向的位置作为永久磁铁21A、21B的合成励磁值达到比规定值小的值的位置后，再成为永久磁铁21A、21B的合成励磁值达到规定值的规定位置(因为介于图7(b)的状态)，所以缓和了在永久磁铁第2转子20B、可改变相对于第1转子20A的第2转子20B的旋转轴方向的位置的机械性可变机构(螺栓、螺母)以及支撑机构上产生的冲击，可以减轻这些的负担。因此，可以使相对于混合汽车的可靠性得到提高。
另外，本实施例的上述缓和冲击的手段是与在做接球游戏时，因为若将高速飞来的球直接接住，则在手上产生的冲击很大，在球进入手套的瞬间，一边将手套后拉一边接球，手上产生的冲击则变小的动作相似的控制。在这里，飞来的球与第2转子20B、手套与挡块24、手与促动器25分别相当。
图8是表示永磁同步旋转电机2的电源系统的构成。在与发动机1机械性连接的永磁同步旋转电机2的3相交流端子上，电力转换器4(换流器以及整流器)进行电气连接。电力转换器4的直流侧端子与蓄电池5(高压用)及高电压系统进行电气连接。在高电压系统中，介于DC-DC转换器30，将大灯、音响等作为负荷电器的低电压系统及蓄电池9(低压用)进行电气连接。据此，在低电压系统及蓄电池9上，从高电压系统通过DC-DC转换器30，供给降压的电力。
在混合汽车中，设置有控制永磁同步旋转电机2的驱动的控制装置31、和控制发动机1的节气门的开度、燃料喷射量等的发动机控制装置32。在控制装置31和发动机控制装置32之间设置有通信线或者通信网(例如车内LAN(Local Area Network))或者无线等的通信装置。据此，在控制装置31和发动机控制装置32之间，可以进行情报传递或者直接存取等。象这样，通过在控制装置31和发动机控制装置32之间进行情报通信，可以协调控制永磁同步旋转电机2和发动机1。
图9是表示控制装置31的构成。控制装置31对应于车辆的运转状态进行永磁同步旋转电机2的运转模式的切换，即进行驱动模式(电动机)和发电模式(发电机)的切换，和应该控制永磁同步旋转电机2的驱动的指令值的生成。永磁同步旋转电机2的驱动控制是根据从控制装置31输出的指令值，通过控制电力转换器4(整流器104)的半导体开关元件的开·关进行的。永磁同步旋转电机2的运转模式的切换是通过对应车辆的运转状态来控制驱动挡块24的促动器25进行的。在控制装置31中，输入有来自安装在发动机控制装置32以及车载仪器上的各种传感器的情报、例如蓄电池剩余电量、车辆的运转模式、节气门的开度等的状态信号。另外，在控制装置31中，永磁同步旋转电机2的转数和磁极位置以及供给到永磁同步旋转电机2上的三相交流电中的两相部分被反馈。
运转判断部101输入在发动机控制装置32以及车载仪器上安装的从各种传感器输出的信号、和从速度转换部108输出的角速度ω，据此判断永磁同步旋转电机2的运转动作，输出旋转坐标系(d-q轴)的电流指令值id *、iq *。旋转坐标系是以旋转电机的磁极位置(磁通量)的方向为d轴，以与d轴电气地正交的方向为q轴的坐标。因此，id *、iq *分别表示d轴的电流指令值和q轴的电流指令值。速度转换部108根据由检测器106检测到的永磁同步旋转电机2的转数输出角速度值ω。作为代替永磁同步旋转电机2的转数，在有发动机转数、变速器的情况下，也可以使用发动机转数的倍增值等。
电流控制部102将从速度转换部108输出的角速度ω、和从运转判断部101输出的电流指令值id *、iq *、及从坐标转换部105输出的电流值id，iq作为输入，通过取电流指令值id *、iq *与电流值id、iq的差，根据此差和角速度ω输出电压指令值Vd *、Vq *。坐标转换部105根据从整流器104输出的三相交流电中的u相电流iu *，W相电流iw *、和从磁极位置转换部107输出的磁极位置θ，输出电流值id、iq。磁极位置转换部107根据由检测器106检测到的永磁同步旋转电机2的磁极位置，输出磁极位置θ。
三相转换部103将从磁极位置转换部107输出的磁极位置θ、从电流控制部102输出的电压指令值Vd *、Vq *作为输入，据此输出u相电压指令值Vu、V相电压指令值Vv、W相电压指令值Vw。u相电压指令值Vu、V相电压指令值Vv、W相电压指令值Vw被输入到整流器104中，控制从整流器104供给到永磁同步旋转电机2的电流，控制永磁同步旋转电机2的驱动。
根据图10至图12说明本发明的第2实施例。图10至图12是表示本实施例的永磁同步旋转电机的构成。本实施例是前述第1实施例的改良例。以下对与前例相同的零件赋予相同的符号，省略其说明，仅说明不同的零件。在本实施例的永磁同步旋转电机中，将壳体13的旋转轴方向的两端部用作为框部件的环状的端架49阻塞，将可旋转地支撑轴22的轴承装置50安装保持在端架49的内周侧。
转子20与前例相同，在旋转轴方向被两分割。第2转子20B的内径形成为比轴22的外径大。在第2转子20B的内周面上，在周方向交互地形成多个在轴方向连续的凹凸。在第2转子20B的内周侧上，嵌入有与其内周面的形状(凹凸)一致形状的，即在外周面的周方向交互地形成多个在轴方向连续的凹凸的套筒41。在套筒41的内周侧上，固定有在内周面上形成雌螺纹的螺母部件。螺母部件23B与在轴22的外周面上形成的螺纹部23A(雄螺纹)螺合。即有螺栓·螺母的关系。在套筒41的内周侧，在螺母部件23B的两侧以规定的间隔固定有环状的支撑部件40A、40B。支撑部件40A、40B是为第2转子20B的旋转运动和旋转轴方向的往复运动进行导向的部件。在支撑部件40A和第1转子20A之间，设有作为弹性体的弹簧48。弹簧48产生将第2转子20B向第1转子20A侧的相反侧推的力。
在这里，在第2转子20B的内周侧上设置套筒41是为了防止在轴22或螺母部件23B等上产生的电食等。即若在第2转子20B的内周侧和轴22之间有细微的间隙，则随着旋转，在第2转子20B的内周侧和轴22之间产生交链磁通量变化，产生电食等的故障。因此，在本实施例中，在第2转子20B的内周侧上设有套筒41，磁性地遮蔽第2转子20B的内周侧和轴22之间。套筒41是由比铁的电阻率更高的非磁性体形成的。套筒41也具有电气绝缘的效果。若螺母部件23B与套筒41一体化制造，则有减少零件数目、提高变换机构的可靠性的效果。
在轴22的一方侧(第2转子20B的与第1转子20A侧的相反侧)上，与前例相同设有支撑机构。支撑机构是伺服机构，由挡块24和驱动机构构成。驱动机构是由促动器25和弹簧45构成。在本实施例中，作为促动器25使用电磁离合器44。电磁离合器44是由兼作挡块24的可动铁心、和在第2转子20B侧的端架49的侧面设置的环状轭铁44、及在轭铁44的环状槽上安装的线圈46构成的。轭铁44和线圈46是电磁力发生部，若电流流到线圈46，线圈46励磁，则产生吸引的电磁力。通过此吸引的电磁力，挡块24可以向第2转子20B侧的相反侧移动。
弹簧45配置在促动器25的轭铁44和轴22之间，在挡块24的第2转子20B侧的相反侧和端架49之间接续，使挡块24产生向第2转子20B侧推的力。在本实施例中，也是控制流入促动器25的线圈46的电流，控制线圈46的励磁，通过取得促动器25的电磁力和弹簧45的推力的平衡，任意控制挡块24的旋转轴方向的位置。
在上述说明的本实施例中，与第1实施例相同，可以使永磁同步旋转电机在旋转电机的低旋转区域作为电动机、在旋转电机的高旋转区域作为发电机动作，于是，在本实施例中，与第1实施例相同，因为可以限制永磁同步旋转电机的感应电力的最大值，即使在发动机的高旋转区域，将永磁同步旋转电机作为发电机使用，也可以蓄电池的充电电压以下的电压对蓄电池进行充电，可以防止蓄电池的破损。
另外，在本实施例中，与第1实施例相同，在将永磁同步旋转电机作为从电动机转至发电机的情况下，使相对于第1转子20A的第2转子20B的相对的旋转轴方向的位置作为永久磁铁21A、21B的合成励磁值达到比规定值小的值的位置后，再成为永久磁铁21A、21B的合成励磁值达到规定值的规定位置，即进行所谓的接球控制。另外，在本实施例中，促动器25的驱动力(电磁力产生的吸引力)以及弹簧45的力的方向与前例相反。因此，在本实施例中，在使挡块24向第2转子20B侧移动的情况下，线圈46的电磁力减弱，在使挡块24向第2转子20B侧的相反侧移动的情况下，线圈46的电磁力增强，控制流入线圈46的电流，控制线圈46的励磁。挡块24的移动轨迹自身与第1实施例相同。因此，在本实施例中，与第1实施例相同，可以缓和在永久磁铁第2转子20B、可改变相对于第1转子20A的第2转子20B的旋转轴方向的位置的机械性可变机构(螺栓、螺母)以及支撑机构上产生的冲击，减轻这些的负担。因此，可以使相对于混合汽车的可靠性得到提高。
另外，在本实施例中，通过位移测定器64检测出相对于第1转子20A的第2转子20B的旋转轴方向的位移L1、L2，将检测到的位移L1、L2反馈到控制永磁同步旋转电机的驱动的控制装置。即第2转子20B相对于第1转子20A以旋转角θ偏移的情况下，有必要根据该偏移修正供给永磁同步旋转电机的电流的提前角。另外，第2转子20B的旋转角θ和旋转轴方向的位移量ΔL是比例关系。因此，在本实施例中，将相对于第1转子20A的第2转子20B的轴方向的位移L1、L2反馈到控制装置求出位移差ΔL，根据此求得的位移差ΔL，修正从电力转换器供给到永磁同步旋转电机的电流的提前角。在可以直接检测出相对于第1转子20A的第2转子20B的旋转角θ的偏移的情况下，使用其检测结果，也可以修正供给到永磁同步旋转电机的电流的提前角。根据本实施例，通过修正此电流的提前角，可以最适当地控制永磁同步旋转电机。
根据图13说明本发明的第3实施例。图13是表示搭载第1实施例或者第2实施例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1的曲轴张紧轮6、和在永磁同步旋转电机2的轴上结合的张紧轮8通过金属带7连接的结构。因此，发动机1永磁同步旋转电机2并列设置。另外，作为曲轴张紧轮6和张紧轮8的连接也可以使用链条或者带齿的皮带。另外，也可以是代替曲轴张紧轮6和张紧轮8通过齿轮进行连接。作为永磁同步旋转电机2，使用第1实施例或者第2实施例的旋转电机。另外，图中符号3是与发动机1直接连接的变速器，符号5是通过电力转换器与永磁同步旋转电机2电气连接的蓄电池。电力转换器4具有整流和变流两方面的功能。另外，在本实施例的汽车驱动装置中，永磁同步旋转电机2也可以使用电动机单体或者发电机单体或者马达发电机等的形式。
根据本实施例，通过曲轴张紧轮6、金属带7、张紧轮8可以构成在发动机1和永磁同步旋转电机2之间具有某一速比的变速机构。例如，通过使曲轴张紧轮6和张紧轮8的半径比为2∶1，可以使永磁同步旋转电机2以发动机1的2倍的速度旋转，发动机1起动时，永磁同步旋转电机2的扭距可以是发动机1起动所需的扭距的1/2。因此，永磁同步旋转电机2可以实现小型化。
另外，若列举使用第1以及第2实施例的旋转电机的汽车的实施方式则如下所示。
一种汽车，具有：驱动车轮的内燃机、进行电力充放电的蓄电池、马达发电机、电力转换装置、控制该电力转换装置的控制装置，该马达发电机与前述内燃机的曲轴机械连接，通过从前述蓄电池供给的电力进行驱动，在驱动前述内燃机的同时，通过来自于前述内燃机的动力被驱动进行发电，将该发电电力供给到前述蓄电池，该电力转换装置对供给到该马达发电机的电力以及从该马达发电机供给的电力进行控制，马达发电机是由第1实施例或者第2实施例的旋转电机构成。这种汽车是以内燃机驱动车轮的常规汽车，或是以内燃机和马达发电机驱动车轮的混合汽车。
一种汽车，具有：驱动车轮的内燃机、进行电力充放电的蓄电池、马达发电机、电力转换装置以及控制该电力转换装置的控制装置，该马达发电机在通过从前述蓄电池供给的电力被驱动，而驱动前述车轮的同时，接受来自于前述车轮的动力进行发电，将该发电电力供给到前述蓄电池，该电力转换装置对供给到该马达发电机的电力以及从该马达发电机供给的电力进行控制，马达发电机是由第1实施例或者第2实施例的旋转电机构成。这种汽车是以内燃机和马达发电机驱动车轮的混合汽车。
一种汽车，具有：进行电力充放电的蓄电池、马达发电机、电力转换装置以及控制该电力转换装置的控制装置，该马达发电机在通过从前述蓄电池供给的电力被驱动、而驱动车轮的同时，接受来自于该车轮的动力进行发电，将该发电电力供给到前述蓄电池，该电力转换装置对供给到该马达发电机的电力以及从该马达发电机供给的电力进行控制，马达发电机是由第1实施例或者第2实施例的旋转电机构成。这种汽车是以旋转电机驱动车轮的电动汽车。
根据本发明，可以提供可使相对于被搭载体的可靠性提高的旋转电机。另外，本发明可以提供搭载了可靠性高的旋转电机的汽车。再有，本发明可以提供可以缓和转子在可变动作时、在转子或者可变机构上产生的冲击、减轻这些的负担的旋转电机以及搭载它的汽车。
Claims (14)
1.一种旋转电机，其特征在于：具有：
有线圈的定子，
转子，介于空隙可旋转地配设在前述定子上，由在旋转轴方向被一分为二的第1转子和第2转子构成，并且分别在前述第1、第2转子上在旋转方向上交互配置极性不同的励磁用磁铁，
可变机构，对应于前述第1转子的励磁用磁铁和前述第2转子的的励磁用磁铁之间的磁性作用力和前述转子的扭距方向的平衡，使相对于前述第1转子的前述第2转子相对于旋转轴方向的位置变化，
支撑机构，控制相对于前述第1转子的前述第2转子相对于旋转轴方向的位置；
在使相对于前述第1转子的前述第2转子相对于旋转轴方向的位置、从前述第1转子的励磁用磁铁和前述第2转子的励磁用磁铁的合成励磁值大的当前位置、向前述第1转子的励磁用磁铁和前述第2转子的励磁用磁铁的合成励磁值比前述当前位置减小的目标位置变化的情况下，使相对于前述第1转子的前述第2转子相对于旋转轴方向的位置从前述当前位置向前述第1转子的励磁用磁铁和前述第2转子的励磁用磁铁的合成励磁值比前述目标位置还小的冲击缓和位置变化后，再使其变化到前述目标位置。
2.一种旋转电机，其特征在于：具有：
有线圈的定子，
转子，介于空隙可旋转地配设在前述定子上，由在旋转轴方向被一分为二的第1转子和第2转子构成，并且分别在前述第1、第2转子上在旋转方向交互配置极性不同的励磁用磁铁，
可变机构，对应于前述第1转子的励磁用磁铁和前述第2转子的励磁用磁铁之间的磁性作用力和前述转子的扭距方向的平衡，使相对于前述第1转子的励磁用磁铁的磁极位置的前述第2转子的励磁用磁铁的磁极位置、以及相对于前述第1转子的前述第2转子相对于旋转轴方向的位置连动发生变化，
支撑机构，控制相对于前述第1转子的前述第2转子相对于旋转轴方向的位置；
在使相对于前述第1转子的励磁用磁铁的磁极位置的前述第2转子的励磁用磁铁的磁极位置、以及相对于前述第1转子的前述第2转子相对于旋转轴方向的位置、从前述第1转子的励磁用磁铁和前述第2转子的励磁用磁铁的合成励磁值大的当前位置、向前述第1转子的励磁用磁铁和前述第2转子的励磁用磁铁的合成励磁值比前述当前位置减小的目标位置连动发生变化的情况下，使相对于前述第1转子的励磁用磁铁的磁极位置的前述第2转子的励磁用磁铁的磁极位置、以及相对于前述第1转子的前述第2转子相对于旋转轴方向的位置从前述当前位置向前述第1转子的励磁用磁铁和前述第2转子的励磁用磁铁的合成励磁值比前述目标位置还小的冲击缓和位置变化后，再使其变化到前述目标位置。
3.如权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于：前述第1转子固定在旋转轴上的同时，前述第2转子从前述旋转轴分离而构成，在前述第2转子的内周侧以及前述旋转轴上设有螺纹部，而相互结合。
4.如权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于：前述第1转子固定在旋转轴上的同时，前述第2转子从前述旋转轴分离而构成，在前述第2转子的内周侧设置有非磁性部件，在前述非磁性部件的内周侧设置有环状部件，在该环状部件的内周侧以及前述旋转轴上设有螺纹部，而相互结合。
5.如权利要求4所述的旋转电机，其特征在于：前述非磁性部件是比铁的电阻率更高的管状部件。
6.如权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于：前述线圈接受从控制装置供给的电流，前述电流对应于前述第1转子的励磁用磁铁的磁极位置和前述第2转子的励磁用磁铁的磁极位置的偏移、由前述控制装置修正提前角。
7.如权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于：前述线圈接受从控制装置供给的电流，前述电流对应相对于前述第1转子的前述第2转子在旋转轴方向的位移量、由前述控制装置修正提前角。
8.如权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于：在作为电动机使其动作的情况下，根据前述第1转子的励磁用磁铁和前述第2转子的励磁用磁铁之间的磁性作用力及前述转子扭距方向的平衡，使前述第1转子的励磁用磁铁和前述第2转子的励磁用磁铁的磁极中心一致，在作为发电机使其动作的情况下，伴随前述转子的扭距方向变得相反，使前述第1转子的励磁用磁铁和前述第2转子的励磁用磁铁的磁极中心偏移。
9.如权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于：前述支撑机构具有沿旋转轴在旋转轴方向可以运动的支撑部件、和沿前述旋转轴在轴方向可使该支撑部件运动的驱动机构，该支撑机构可旋转地支撑前述第2转子的与前述第1转子相反侧。
10.如权利要求9所述的旋转电机，其特征在于：前述支撑机构是可以进行相对于前述第1转子的前述第2转子相对于旋转轴方向的位置的控制的伺服机构。
11.如权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于：使弹性体介于前述第1转子和前述第2转子之间。
12.一种汽车，其特征在于：具有：驱动车轮的内燃机、进行电力充放的蓄电池、马达发电机、电力转换装置、控制该电力转换装置的控制装置，该马达发电机与前述内燃机的曲轴机械连接，通过从前述蓄电池供给的电力进行驱动，在驱动前述内燃机的同时，通过来自于前述内燃机的动力被驱动进行发电，将该发电电力供给到前述蓄电池，该电力转换装置对供给到该马达发电机的电力以及从该马达发电机供给的电力进行控制，前述马达发电机是由权利要求1或2所述的旋转电机构成的。
13.一种汽车，其特征在于：具有：驱动车轮的内燃机、进行电力充放的蓄电池、马达发电机、电力转换装置以及控制该电力转换装置的控制装置，该马达发电机在通过从前述蓄电池供给的电力被驱动，而驱动前述车轮的同时，接受来自于前述车轮的驱动力进行发电，将该发电电力供给到前述蓄电池，该电力转换装置对供给到该马达发电机的电力以及从该马达发电机供给的电力进行控制，前述马达发电机是由权利要求1或2所述的旋转电机构成的。
14.一种汽车，其特征在于：具有：进行电力充放的蓄电池、马达发电机、电力转换装置以及控制该电力转换装置的控制装置，该马达发电机在通过从前述蓄电池供给的电力被驱动、而驱动车轮的同时，接受来自于该车轮的驱动力进行发电，将该发电电力供给到前述蓄电池，该电力转换装置对供给到该马达发电机的电力以及从该马达发电机供给的电力进行控制，前述马达发电机是由权利要求1或2所述的旋转电机构成的。
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