CN100499322C - 旋转电机和具有此旋转电机的电动车 - Google Patents

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CN100499322C CNB2004800188689A CN200480018868A CN100499322C CN 100499322 C CN100499322 C CN 100499322C CN B2004800188689 A CNB2004800188689 A CN B2004800188689A CN 200480018868 A CN200480018868 A CN 200480018868A CN 100499322 C CN100499322 C CN 100499322C
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Abstract

一种旋转电机(7)包括：由壳体(11)支撑的旋转轴(12)；与旋转轴(12)耦合的转子(13)；固定到壳体(11)以面对转子(13)的定子(14)；和转子位置改变机构(15)，用于使用旋转轴(12)和转子(13)之间传递的传递转矩(T)的一部分作为驱动力，来在旋转轴(12)的轴向上移动转子(13)。转子位置改变机构(15)通过使转子(13)接近或离开定子(14)来控制转子(13)和定子(14)之间的磁场强度。

Description

旋转电机和具有此旋转电机的电动车
技术领域
本发明涉及旋转电机和具有此旋转电机的电动车。
背景技术
传统上，旋转电机是已知的，该电机具有转子、附装到转子的旋转轴、和定子，并且响应于转子的转速而控制在转子和定子之间建立的磁场的强度。在此类旋转电机中，通过控制磁场强度，可以调节旋转电机的特性(例如，旋转轴的转速和输出转矩之间的关系)。
作为此旋转电机中的一种，例如已知JP-A-Hei 11-122886(以下称为“专利文献1”)中公开的旋转电机。此旋转电机包括：壳体，其是固定侧构件并且形成旋转电机的外壳；旋转轴，轴颈支撑在壳体上以绕其轴线旋转但不在其轴向上移动；转子，与旋转轴耦合以与旋转轴一起绕轴线旋转；定子，由壳体支撑以面对转子；和连接到旋转轴末端的离心式调速器。形成该定子的磁轭具有多个接纳孔，接纳孔平行于旋转轴的轴向延伸(以下简称为“在轴向上延伸”)。在旋转轴的轴向上延伸的每个辅助磁轭被插入相应的接纳孔中。每个辅助磁轭连接到离心式调速器。离心式调速器在轴向上移动相关联的辅助磁轭。就是说，每个辅助磁轭的插入长度可以根据旋转轴的转速而变化。因此，磁轭的磁阻响应于旋转轴的转速而变化，并且可以调节转子和定子之间建立的磁场的强度。
当旋转电机作为电动机操作时，电流被供应到定子使得转子旋转。利用转子的旋转，旋转轴产生输出转矩。在上述旋转电机中，如果旋转轴进行高速旋转，则由于离心式调速器的作用减弱磁场。结果，单位电流的输出转矩(即，流过定子的每单位电流产生的旋转轴的输出转矩)变小。如上所述，通过减弱磁场，旋转轴可以在低转矩条件下以高速旋转。
相反，当旋转轴在低速下旋转时，磁场可以通过与旋转轴相关联的离心式调速器的作用而被加强。结果，每单位的输出转矩变大。因此，通过加强磁场，旋转轴可以在高转矩条件下以低速旋转。
就是说，根据上述旋转电机，当其作为电动机操作时，可以获得这样的转矩特性，其中在旋转轴的输出转矩较小的同时转速变高，以及在转速较低的同时转矩变大。
JP-A-Hei 03-215154(以下称为“专利文献2”)公开了一种旋转电机，其中通过使得转子接近或者离开定子来调节转子和定子之间的磁场强度。此旋转电机包括：固定侧构件；旋转轴，轴颈支撑在固定侧构件上以绕其轴线旋转；转子，与旋转轴耦合以绕轴线旋转；定子，由固定侧构件支撑以面对转子；弹簧，在使转子从定子离开的方向上对旋转轴加力；和串联地电连接到定子的电磁体。旋转轴由磁性材料形成。在此旋转电机中，当电流供应到电磁体时，电磁体在轴向上吸引旋转轴。如果电磁体的吸引力大于弹簧的作用力，转子接近定子。相反，如果电磁体的吸引力小于弹簧的作用力，转子离开定子。如上所述，电磁体和弹簧一起形成在轴向上移动旋转轴的致动器。
当上述旋转电机作为电动机操作时，电流被供应到定子和电磁体以旋转转子。如果施加到旋转轴的负载较小，则供应到定子的电流较小。因此，供应到电磁体的电流也较小，并且电磁体的电磁力较小。所以，电磁体吸引旋转轴的力小于弹簧的作用力，并且转子保持与定子分离。结果，转子和定子之间的间隙尺寸较大以保持磁场较弱。
另一方面，当施加到旋转轴的负载变大时，供应到定子的电流变大。因此，供应到电磁体的电流也变大，并且电磁体的吸引力变得大于弹簧的作用力。因为电磁体的吸引力，旋转轴在使转子接近定子的方向上移动。结果，转子和定子之间的间隙尺寸变得更小以加强磁场。
因此，同样根据专利文献2中的旋转电机，可以获得与专利文献1中公开的旋转电机的转矩特性相同的转矩特性。就是说，同样根据专利文献2中公开的旋转电机，当其作为电动机操作时，可以获得这样的转矩特性，其中在旋转轴的输出转矩较小的同时转速较高，以及在转速较低的同时转矩较大。
专利文献1中公开的旋转电机需要附装到旋转轴的离心式调速器来获得上述转矩特性。但是，因为离心式调速器使用重物来产生离心力，所以调速器需要某些在转子的径向上移动该重物的结构。为了确保重物移动的空间，旋转电机需要在径向上具有一定的容积。所以产生这样的问题，即具有离心式调速器的旋转电机的外部尺寸不可避免地较大。此外，因为除了离心式调速器外还需要上述接纳孔、辅助磁轭等，出现另一个问题，即旋转电机的结构很复杂。
专利文献2中公开的旋转电机需要具有在轴向上设置在旋转轴外侧的上述致动器。与致动器的长度相对应地，旋转电机在轴向的长度可能更长。因此，旋转电机的尺寸不可避免地较大。因此需要大的空间来安放此旋转电机。
专利文献1：JP-A-Hei 11-122886
专利文献2：JP-A-Hei 03-215154
发明内容
本发明是在上述情形下做出的，并且其一个目的是减小旋转电机的外部尺寸，以及简化电机的结构，其中转子在其轴向上移动以使得转子接近或离开定子，由此在转子和定子之间建立的磁场强度可控制。
此外，本发明的另一个目的是在该旋转电机中使得转子可在轴向上移动，而不会引起外部尺寸增大或者使得结构复杂。
根据本发明的一种旋转电机包括：基体构件；固定到所述基体构件的定子；由所述基体构件支撑以进行旋转的旋转轴；转子，与所述旋转轴耦合并且面对所述定子以与所述旋转轴在两者间相互传递转矩；和转子位置改变机构，用于响应于所述旋转轴和所述转子之间的传递转矩的大小，来沿着所述旋转轴的轴向使所述转子接近所述定子或者使所述转子离开所述定子。
当上述旋转电机作为电动机操作时，转矩从转子传递到旋转轴以驱动旋转轴。另一方面，当旋转电机作为发电机操作时，转矩从旋转轴传递到转子以驱动转子。因此，在旋转电机的可操作条件下，转矩在旋转轴和转子之间传递。此外，旋转电机不限于这种或者作为电动机或者作为发电机操作的电机。其可以是仅作为电动机或发电机操作的电机。
因为旋转电机具有转子位置改变机构，所以转子响应于旋转轴和转子之间的传递转矩的大小而接近或离开定子。在这点上，当转子接近定子时在转子和定子之间建立的磁场变强，并且反之，当转子离开定子时在转子和定子之间建立的磁场变弱。所以，旋转电机的磁场强度响应于旋转轴和转子之间的传递转矩的大小而被控制。根据以此方式被控制的磁场，旋转轴的转速和转矩之间的关系即转矩特性改变。结果，通过适当地控制磁场，旋转电机的转矩特性可以被符合期望地改变。例如，可以实现这样的转矩特性，其中当旋转电机作为电动机操作时，当转速处于低速范围中时输出转矩很大，并且当转速处于高速范围中时输出转矩很小。因此，例如旋转电机可以在宽的可操作范围中操作。
与专利文献1的旋转电机不同，根据此旋转电机，不需要外部尺寸很大并且结构复杂的离心式调速器。所以，此旋转电机的外部尺寸可以被减小。而且，旋转电机的结构可以被简化。通过将此旋转电机应用到电动车，对此电动车可以实现尺寸减小和结构简化。
此外，与专利文献2的旋转电机不同，根据此旋转电机，不需要额外地提供在轴向上吸引旋转轴的电磁体。因此，对此旋转电机可以实现尺寸减小和结构简化。此外，因为专利文献2中公开的旋转电机的定子和电磁体串联连接到彼此，供应到定子的电流量和供应到电磁体的电流量彼此成比例。所以，旋转电机的转矩特性的可调节范围被限制得很窄。相反，根据上述旋转电机，转矩特性可以与供应到定子的电流量无关地调节。因此可以改进设计自由度。
优选地，所述转子位置改变机构包括分力产生机构，所述分力产生机构从所述旋转轴和所述转子之间传递的所述传递转矩来产生在所述旋转轴的轴向上移动所述转子的分力。
由此，从传递转矩产生分力，并且转子通过承受此分力而在旋转轴的轴向上移动。所以，通过传递转矩的分力来控制磁场。因此，与专利文献2中使用电磁体来移动转子的旋转电机不同，可以减小电损耗。此外，在专利文献2的旋转电机中，用于移动转子的外力作用于旋转轴。就是说，用于移动的外力通过旋转轴间接地作用于转子。相反，根据上述旋转电机，分力直接作用于转子。因此，在移动转子时，禁止机械或电气地产生大的损耗。
根据本发明的另一种旋转电机包括：基体构件；固定到所述基体构件的定子；由所述基体构件支撑以进行旋转的旋转轴；转子，与所述旋转轴耦合并且面对所述定子以与所述旋转轴在两者间相互传递转矩；和转子位置改变机构，用于使用所述旋转轴和所述转子之间传递的传递转矩的一部分作为驱动力，来使所述转子接近所述定子或者使所述转子离开所述定子。
同样在此旋转电机中，转子由传递转矩的分力移动以接近或离开定子。因此可以获得上述作用和效果。
当从所述转子传递到所述旋转轴的所述传递转矩增大时，所述转子位置改变机构可以使所述转子接近所述定子。
由此，当旋转电机作为电动机操作时，如果从转子传递到旋转轴的转矩增大，转子接近定子，并且转子和定子之间的磁场变强。因此，在施加到旋转轴的负载很大的情况下，旋转轴的输出转矩可以很大。所以，例如如果旋转电机被用作电动车行驶的驱动力源，则电动车在起动操作或加速操作时的输出转矩可以很大。可以实现快速起动或加速。
当从所述转子传递到所述旋转轴的所述传递转矩减小时，所述转子位置改变机构使所述转子离开所述定子。
所以，当旋转电机作为电动机操作时，如果从转子传递到旋转轴的转矩减小，转子离开定子，并且转子和定子之间的磁场变弱。因此，在施加到旋转轴的负载很销的情况下，旋转轴可以在高速下旋转。由此，例如如果这样的旋转电机应用到电动车，则车辆在输出转矩很小的情况下(即在低转矩情况下)的行驶速度可以很高。
当从所述旋转轴传递到所述转子的所述传递转矩增大时，所述转子位置改变机构使所述转子离开所述定子。
由此，当旋转电机作为发电机操作时，如果从旋转轴传递到转子的转矩增大，转子接近定子，并且转子和定子之间的磁场变弱。因此，可以禁止旋转电机进行过度充电。此外，当旋转电机进行能量回收制动时，可以禁止过度制动。
此外，当转子已经移动到期望位置处时，如果转子位置改变机构强制转子离开定子的力与在转子和定子之间产生的吸引磁力彼此平衡，则无论旋转轴的转速如何转子都可以被放置在期望位置处。就是说，由旋转电机产生的电压几乎可以被固定。因此，通过调节使转子离开定子的力，可以自由地设定旋转电机的发电特性(或者当进行能量回收制动时的制动特性)。如果发电电压对可充电蓄电池充电，则诸如升压电路或降压电路之类的发电电路可以被简化。此外，旋转电机的特性可以被调节以适合于充电。
优选地，所述转子位置改变机构具有弹簧，所述弹簧向所述转子接近所述定子的方向或者向所述转子离开所述定子的方向对所述转子加力。
因此，通过调节弹簧的特性，可以自由地设置转子和定子之间的接近状态或离开状态的程度。所以，通过调节弹簧的特性，可以调节旋转电机的转矩特性。因为，容易调节弹簧的特性，旋转电机的转矩特性可以被容易地调节。此外，因为弹簧具有简单的结构，可以通过这样的简单结构来实现转矩特性的调节。
优选地，所述弹簧包括向所述转子接近所述定子的方向对所述转子加力的第一弹簧构件，和向所述转子离开所述定子的方向对所述转子加力的第二弹簧构件。
由此，即使旋转轴的转矩是输出转矩或输入转矩中的任一个(换言之，即使旋转电机作为电动机操作或者作为发电机操作)，可以通过两个弹簧构件促进各个期望的磁场控制，并且可以扩展旋转电机的可应用限制。
优选地，所述弹簧具有非线性特性。
通过使用具有这样的非线性特性的弹簧，可以适当地调节转子的移动特性。因此，可以任意确定转子相对于定子的接近位置或者离开位置，并且可以获得期望的转矩特性。例如，转子和定子之间可能产生的非线性吸引磁力可以被调节使得线性力作用于转子。
优选地，所述弹簧包括多个弹簧构件，每个弹簧构件具有彼此不同的特性，并且各个弹簧构件彼此耦合。
例如，通过使用多个弹簧的一部分作为具有线性特性的简单结构的那些弹簧并且使用多个弹簧的其余部分作为具有其他特性的那些弹簧，可以获得那些弹簧整体上的期望特性，例如非线性特性。因此，通过使用具有简单结构的弹簧，旋转电机的结构可以更简单。
优选地，所述分力产生机构具有螺旋结构，在所述螺旋结构中所述旋转轴和所述转子能够绕所述旋转轴的轴线相对于彼此螺旋运动。
由此，使用机械上简单的这种螺旋结构，从转子和旋转轴之间的传递转矩产生分力。转子承受分力并向其接近定子的方向或者向其离开定子的方向移动。所以，旋转电机的结构可以更简单，并且不会随转子的移动机械地或电气地产生损耗。
优选地，所述分力产生机构具有啮合结构，所述旋转轴和所述转子通过所述啮合结构彼此啮合，并且所述啮合结构的至少一部分绕所述旋转轴的轴线螺旋延伸。
由此，从转子和旋转轴的啮合部分中的传递转矩产生分力。因为所述啮合结构的至少一部分绕所述旋转轴的轴线螺旋延伸，当转子承受分力时转子相对于旋转轴螺旋运动。结果，转子向其接近定子的方向或者向其离开定子的方向移动。因此，通过简单的结构即啮合结构，可以从传递转矩产生分力，并且可以引导转子的移动。
优选地，所述分力产生机构具有位于所述旋转轴和所述转子之间的螺旋齿轮单元。
在这点上，因为螺旋齿轮单元是相对紧凑和简单的单元，所以旋转电机可以减小尺寸和可以简化到此程度。
所述分力产生机构可以具有位于所述旋转轴和所述转子之间的凸轮单元。
在这点上，因为凸轮单元是相对紧凑和简单的单元，所以旋转电机可以减小尺寸和可以简化到此程度。
优选地，将所述转子和所述定子从彼此分隔开的间隙的尺寸根据所述转子相对于所述定子的接近或离开而变化。
转子和定子之间的磁场强度极大地取决于转子和定子之间的间隙的尺寸。因此，根据上述旋转电机，即使转子的移动量很小，磁场强度也可以很大程度地改变。反之，用于获取期望转矩特性所需的定子的移动量可以足够小。这可以有利地减小用于转子移动的空间。所以，旋转电机可以被减小尺寸。例如，如果旋转电机应用与电动车，则电动车可以被减小尺寸。
优选地，所述转子和所述定子在平行于所述旋转轴的轴向的方向上面对彼此。
此外，上述术语“旋转轴的轴向”不仅指与所述旋转轴的轴线一致的方向，而且指平行于所述旋转轴的轴线的方向。
所以，当转子在旋转轴的轴向上移动时，转子和定子之间的间隙的尺寸改变。所以，如上所述，旋转电机可以被减小尺寸。
根据本发明的另一种旋转电机包括：基体构件；固定到所述基体构件的定子；由所述基体构件支撑以进行旋转的旋转轴；转子，与所述旋转轴耦合并且面对所述定子以与所述旋转轴在两者间相互传递转矩；和移动构件，用于使所述旋转轴和所述转子绕所述旋转轴的轴线相对于彼此旋转，并且用于通过所述旋转轴和所述转子对彼此的相对旋转来使所述转子在所述旋转轴的轴向上相对于所述旋转轴移动。
在此旋转电机中，移动构件通过旋转轴和转子相对于彼此的简单旋转来使转子在旋转轴的轴向上相对于旋转轴移动。因此，例如通过改变转子和定子之间的间隙尺寸，通过改变转子和定子各自的面对面积，或者通过其他类似措施，可以自由地改变旋转电机的特性。就是说，旋转电机的特性的改变可以通过紧凑并且简单的结构来实现。
根据本发明的另一种旋转电机包括：基体构件；固定到所述基体构件的定子；由所述基体构件支撑以进行旋转的旋转轴；转子，与所述旋转轴耦合并且面对所述定子以与所述旋转轴在两者间相互传递转矩；和移动构件，用于使用所述旋转轴和所述转子之间传递的传递转矩的一部分作为驱动力，来使所述转子相对于所述定子移动。
在此旋转电机中，移动构件使用所述旋转轴和所述转子之间传递的传递转矩的一部分作为驱动力来使所述转子相对于所述旋转轴移动。所以，因为紧凑并且简单的结构，可以改变旋转电机的特性。此外，与使用电磁体来移动转子的现有技术不同，可以禁止随转子移动而引起的电损耗。此外，在现有技术中，用于移动转子的外力通过旋转轴间接作用于转子。相反，根据上述旋转电机，产生来移动转子的力直接作用于转子。因此，在移动转子时，禁止机械地或者电气地产生大的损耗。
优选地，所述移动构件具有用于使所述旋转轴和所述转子彼此啮合的啮合结构，并且所述啮合结构的至少一部分绕所述旋转轴的轴线螺旋延伸。
由此，在转子和旋转轴的啮合部分中，可以从传递转矩产生分力。转子承受此分力以在旋转轴的轴向上移动。所以，通过相对简单的结构即啮合结构，可以从传递转矩产生用于移动转子的驱动力。
优选地，所述移动构件具有在所述旋转轴和所述转子中任一个处形成的凸部，和在所述旋转轴和所述转子中另一个处形成的凹部。
因此，根据此移动构件，通过在凸部和凹部彼此啮合的情况下使旋转轴和转子相对于彼此旋转，可以改变转子和定子之间的间隙尺寸，或者通过改变旋转轴和转子各自的面积，可以自由地改变旋转电机的特性。因为凸部和凹部两者都是简单的结构，所以可以通过简单的结构实现旋转电机的特性的改变。此外，因为由彼此啮合的凸部和凹部形成此移动构件，可以传递大转矩。
优选地，至少所述凸部和所述凹部中的任一个绕所述旋转轴的轴线螺旋延伸。
因此，当旋转轴和转子绕轴线相对于彼此旋转时，转子相对于旋转轴螺旋移动。结果，转子可以相对于旋转轴平稳移动。
本发明的一种电动车，包括上述旋转电机作为进行行驶的驱动力源。
这提供了适合的电动车。
如上所述，根据本发明，紧凑并且简单的结构可以使转子接近或离开定子。因此，可以控制转子和定子之间的磁场强度。此外，转子可以在旋转轴的轴向上移动而不会引起外部尺寸变大或者使得结构复杂。
附图说明
图1是根据第一实施例的旋转电机的剖视俯视图。
图2是曲线图，对比示出了第一实施例的转矩特性和传统的转矩特性。
图3是根据第三实施例的旋转电机的剖视俯视图。
图4是根据第四实施例的旋转电机的剖视俯视图。
图5是剖视俯视图，示出了根据第五实施例的移动构件的第一具体示例。
图6是剖视俯视图，示出了根据第五实施例的移动构件的第二具体示例。
图7是沿着图6的线VII—VII所取的剖视图。
标号说明：
1 电动车
3 轴线
7 旋转电机
11 壳体(基体构件)
12 旋转轴
13 转子
14 定子
15 转子位置改变机构
26 弹簧
27 分力产生机构
34 螺旋齿轮单元
36 凸轮单元
41 移动构件
42 突出
43 凹入
具体实施方式
下面将参照附图说明本发明的实施例。以下各个实施例是其中根据本发明的旋转电机应用到电动车的那些实施例。但是，旋转电机的应用不限于电动车。
第一实施例
将参照附图1和2说明第一实施例。
在图1中，标号1表示电动车。此实施例的电动车1是作为一种跨乘式车辆的摩托车。但是，根据本发明的电动车不限于跨乘式车辆。箭头Fr表示电动车1的前进方向，即向前方向。
电动机1包括未示出的车身和后臂2，后臂2由车身支撑以相对于车身进行上下摆动运动。后臂2在后臂2的后部中的摆动末端处具有轴4，轴4在车身宽度方向(即图1的从上至下方向)上延伸并且被支撑以绕轴线3旋转。作为后轮用于行驶的驱动轮5与轴4耦合。电动机1另外还具有旋转电机7，其作为用于行驶的驱动力源并且至少作为电动机操作。旋转电机7通过轴4和行星齿轮式减速机构6与驱动轮5耦合。旋转电机7布置在轴线3上。但是，旋转电机7可以与轴线3隔开，只要其与驱动轮5耦合。
旋转电机7具有作为基体构件的壳体11、布置在壳体11内部的旋转轴12、转子13和定子14。在此电动车1中，后部2的后端部分形成壳体11。此外，因为壳体11可以被视为相对于旋转轴12的旋转静止，所以壳体11可以被称为“固定侧构件”。旋转轴12轴颈支撑在壳体11上，以绕其轴线3旋转并且不在其轴向上移动。转子13共轴地与旋转轴12耦合以与旋转轴12的旋转一起绕轴线3旋转。定子14固定到壳体11以面对转子13。转子13和定子14在旋转轴12的轴向(即图1的从上至下方向)上彼此面对。
转子位置改变机构15也布置在壳体11的内部。转子位置改变机构15使用在旋转轴12和转子13之间传递的部分转矩(传递转矩)T作为改变转子13相对于定子14的位置的驱动力，来在旋转轴12的方向上移动转子13。此外，在以下说明中，转子13离开定子14的方向被称为“离开方向A”，而转子13接近定子14的另一个方向被称为“返回方向B”。虽然下面将说明细节，此转子位置改变机构15不仅使得转子13接近定子14或者从定子14离开，而且响应于传递转矩T的大小来改变转子13相对于定子14的位置。
转子13的整体构造大致为盘形。特别地，转子13具有旋转轴12装配到其中的磁轭17，并且永磁体18固定到磁轭17。磁轭17包括具有孔(旋转轴12延伸穿过该孔)的圆筒形凸台19和由凸台19支撑的大体盘形的磁轭体20。磁轭体20由磁性材料制成。每个永磁体18由磁轭体20的一个表面(即图1中的下表面)的外周支撑。
定子14包括利用紧固件固定到壳体的齿23和缠绕在各个齿23上的线圈24。齿23在旋转轴12的轴向上面对转子13的永磁体18。
当电流流过定子14的线圈24时，在永磁体18和定子14之间产生吸引磁力F使得两者彼此吸引。结果，转子13被提供外力，该外力在使转子13接近定子14的方向上作用于转子13。就是说，该外力处于返回方向B。此外，当转子13在离开方向A或返回方向B上移动时，转子13的自重实际上在一定程度上影响转子13的移动。但是，在下面的说明中不考虑转子13自重的影响。
转子位置改变机构15包括：弹簧26，其在使转子13离开定子14的方向上对转子13加力；和分力产生机构27，其从转子13和旋转轴12之间的传递转矩产生在转子13的轴向上移动转子13的分力。弹簧26的一端附装到壳体11，而弹簧26的另一端连接到块体50。块体50通过轴承51等与转子13的凸台19耦合。所以，块体50轴颈支撑转子13来绕轴线3旋转，并且在旋转轴12的轴向上与转子13一起移动。弹簧26的作用力通过块体50影响转子13。第一止动器28和第二止动器29布置在转子13的凸台19在轴向上的各个末端处，第一止动器28防止转子13从定子14离开超过预设距离，而第二止动器29防止转子13接近定子超过另一个预设距离。
弹簧26设置为使得弹簧26的作用力大于转子13和定子14之间的吸引磁力F。所以，当传递转矩T不大于预设值时(包括T＝0)，弹簧26的作用力大于吸引磁力F，并且转子13被放置在与定子14分隔开的位置处(参见图1的点划线，下面被称为“初始位置”)。弹簧26具有这样的特性，即利用该特性在转子13的可移动范围内负载和位移量彼此不成比例，即具有非线性特性。在此实施例中，弹簧26包括自由长度彼此不同的多个弹簧构件32。但是，弹簧26的类型、形状、结构、材料、特性等不限于特定示例。例如，弹簧26可以由特性彼此不同的多个弹簧构件形成。
如上所述，分力产生机构27是从转子13和旋转轴12之间的传递转矩T产生使转子13在轴向上移动的分力的机构。此外，分力产生机构27具有所谓的螺旋结构，此螺旋结构使用传递转矩T的分力使得旋转轴12和转子13绕轴线3相对于彼此螺旋移动。就是说，分力产生机构27具有机械螺旋结构，其可以使得旋转轴12和转子13绕轴线3相对于彼此螺旋移动。
在此实施例中，分力产生机构27由中心为轴线3的螺旋齿轮单元34构成。螺旋齿轮单元34定位在磁轭17的凸台19和装配到凸台19中的旋转轴12之间。特别地，螺旋齿轮单元34的外面部分形成在旋转轴12的外表面上，而螺旋齿轮单元34的里面部分形成在凸台19的内表面上，并且外面部分和里面部分彼此啮合。通过如上所述旋转轴12和凸台19彼此的啮合，从旋转轴12和凸台19之间的传递转矩T产生分力。分力使旋转轴12和凸台19相对于彼此螺旋移动。此外，外面部分和第一止动器28彼此一体地形成。
在此实施例中，当电动车1在前进方向上行驶时，旋转轴12顺时针旋转(参见图1中传递转矩T的箭头)。因此，为了从传递转矩T产生预定方向上的分力，具有右手螺旋配置的螺旋齿轮单元被用作螺旋齿轮单元34。就是说，在此实施例中，当传递转矩T从转子13传递向旋转轴12时，螺旋齿轮单元34产生朝向转子13接近定子14方向的分力D(以下称为“正向分力”)。
当螺旋齿轮单元34在其外面部分和里面部分彼此啮合的同时旋转时，转子13在轴向上移动。转子13的移动方向(即，离开方向A或返回方向B)根据在离开方向A上作用的弹簧26的作用力C、在返回方向B上在装置13和定子14之间作用的吸引磁力F和在返回方向B上作用的正向分力D来确定。
当转子13随着外面部分和里面部分的滑动而在离开方向A上移动时，转子13的各个永磁体18沿着旋转轴12的轴向从定子14的齿23离开。此外，转子13的每个永磁体18和定子14的各个齿23从彼此分离的间隙(间距)的间隙尺寸E变大。当转子13向着离开方向A进一步移动时，转子13的磁轭17的凸台19靠在第一止动器28上以阻止转子13的进一步移动(参见图1中的点划线)。
另一方面，当转子13随着外面部分和里面部分的滑动而在返回方向B上移动时，转子13的各个永磁体18沿着旋转轴12的轴向接近定子14的齿23。此外，上述间隙尺寸E变小。当转子13向着返回方向B进一步移动时，转子13的磁轭17的凸台19靠在第二止动器29上以阻止转子13的进一步移动(参见图1中的实线)。在此状态下，间隙尺寸E取得预定范围中的最小值。
下面，将说明旋转电机7的操作。首先，将说明旋转电机7作为电动机工作的操作。
当旋转电机7作为电动机工作时，转子13旋转，并且因为转矩从转子13传递到旋转轴12而使得旋转轴12也旋转。此外，旋转轴12的转矩(输出转矩)通过减速机构6和轴4传递到驱动轮5以驱动该驱动轮5。结果，电动车1行驶。
在此状态下，如果旋转轴12和驱动轮5之间的所需转矩(即旋转轴2的负载)较小，则从转子13传递到旋转轴12的传递转矩T较小。由分力产生机构27产生的正向分力D也较小。因此，弹簧26的作用力C大于由正向分力D和吸引磁力F构成的合力，并且转子13作为其整体承受朝向离开方向A的外力。结果，转子13移动向离开方向A以离开定子14。所以，间隙尺寸E变大(参见图1的点划线)。在转子13和定子14之间建立的磁场因此变弱。结果，旋转轴12可以在输出转矩(具体而言，每单位电流流过定子14的输出转矩)较低的条件下即在低转矩条件下以高速旋转。
另一方面，如果给予旋转轴12的负载变的更大，则从转子13传递到旋转轴12的传递转矩T变的更大。由分力产生机构27产生的正向分力D也变的更大。因此，由正向分力D和吸引磁力F构成的合力变的大于弹簧26的作用力C，并且转子13作为其整体承受朝向返回方向B的外力。结果，转子13向返回方向B移动以接近定子14。所以，间隙尺寸E变的更小(参见图1中的实线)。磁场因此变的更强并且旋转轴12的输出转矩变的更强。
因此，根据旋转电机7，旋转轴12的输出转矩可以响应于旋转轴12的负载而被调节。就是说。当旋转电机7作为电动机操作时，可以获得这样的转矩特性，其中旋转轴12可以在旋转轴12的输出转矩处于低转矩状况的条件下以高速旋转，并且在旋转轴12以低速旋转的条件下旋转轴12的输出转矩可以为高转矩。
图2示出了当具有上述结构的旋转电机7作为电动机操作时获得的实验结果。从实验结果可以理解到，根据此旋转电机7，在每个速度下的输出转矩都比其磁场不被改变的传统旋转电机大。此外，当转速在1,800—2,800rpm之间时，旋转电机7的输出功率最大。
下面，将说明当旋转电机7作为发电机操作时其的操作。
例如，当电动车1在下坡路上向前移动时，传递转矩(输入转矩)从轴4输入到旋转轴12。旋转电机7作为发电机进行能量回收制动功能，以制动电动车1。在此情况下，分力产生机构27从传递转矩T(从旋转轴12传递到转子13)产生分力(相对于正向分力D朝着反向，下面称为“反向分力”)。此反向分力是与弹簧26的作用力C相似的、在离开方向A上作用于转子13的外力。当由反向分力和作用力C构成的合力变得大于吸引磁力F时，转子13作为其整体承受朝着离开方向A的外力，并且转子13从定子14离开。磁场因此被减弱，并且旋转轴12的负载变小。所以，避免了由于旋转电机7的能量回收制动功能而引起的电动车1的任何快速制动，以保持平稳行驶。
如上所述，因为旋转电机7具有使得转子13接近定子14或从定子14离开的转子位置改变机构15，通过调节转子13和定子14之间的间隙尺寸E可以调节转矩特性。因此，根据此旋转电机7，就转速和输出转矩之间或者转速和输入转矩之间的关系而言可以获得期望的特性。
转子位置改变机构15使用传递转矩T的一部分作为驱动力来移动转子13。就是说，旋转电机7基于与旋转轴12上的输出转矩或输入转矩直接相关的传递转矩T来控制磁场。所以，旋转电机7不需要任何离心式调速器，虽然现有技术使用这种外部尺寸很大并且结构复杂的离心式调速器来控制磁场。因此旋转电机7得外部尺寸可以紧凑，并且其结构可以更简单。所以，通过将旋转电机7应用到电动车1等，电动车1等可以减小尺寸或者可以更简单。
此外，根据旋转电机7，因为基于传递转矩T来控制磁场，所以与通过供应电流到额外电磁体来控制磁场的现有技术相比，可以减小电损耗。
此外，在使用额外电磁体的现有技术中，供应到定子的电流量和供应到此电磁体以移动转子的电流量彼此成比例。所以，旋转电机特性的可调节范围被限制得很窄。但是，根据旋转电机7，当其作为电动机工作时，特性可与供应到定子14的电流量无关地调节。设计自由度可以改进到此程度。
此外，转子位置改变机构15响应于传递转矩T的大小而改变转子13和定子14之间的距离。因此，在转子13和定子14之间建立的磁场响应于传递转矩T的大小而被控制为强或弱。因为此控制，可以获得以下效果。
就是说，在旋转电机7中，如上所述，当传递转矩T很小时转子13可以停留在从定子14分隔开的位置处，并且可以随传递转矩T的增大接近定子14。因此，当旋转电机7作为电动机工作时，在从转子13输出到旋转轴12的输出转矩很小时转子13从定子14离开(图1的点划线)，并且磁场很弱。所以，在输出转矩很低的低转矩状况下，旋转轴12可以在高速下旋转。例如，通过将旋转电机7应用到电动车1，车1在输出转矩很小的情况下(即在低转矩情况下)的行驶速度可以增大。
另一方面，当从转子13传递到旋转轴12的传递转矩T变大时，转子13接近定子14(图1的实线)，并且磁场变得更大。因此，旋转轴12在低速旋转情况下的输出转矩可以是高转矩。例如，通过将旋转电机7应用到电动车1，电动机1在起动操作或者在加速操作中的输出转矩可以是高转矩。因此可以快速地进行起动或加速操作。
如上所述，当旋转电机7作为电动机工作时，可以获得适当的特性，其中在低速操作中给出高转矩，而在高速操作中给出低转矩。所以，旋转电机7可以在低速高转矩区域到高速低转矩区域之间的这种宽跨度范围中工作。
另一方面，当旋转电机7作为发电机工作时，旋转电机7可以进行能量回收制动。在此能量回收制动状态中，可以从作为到旋转轴12的输入转矩的传递转矩T产生反向分力，并且转子13使用此反向分力作为其驱动力而向离开方向A移动。在此情况下，如果反向分力变大，则转子13从定子14离开并且磁场变弱。因此，可以禁止过度制动或者过度充电。
如上所述，转子位置改变机构15包括分力产生机构27，其从传递转矩T产生分力来移动转子13。所以，分力产生机构27响应于传递转矩T的大小直接提供分力到转子。因此，与移动转子的外力直接作用于转子的技术(例如，提供吸引旋转轴的电磁体的现有技术)不同，禁止在移动转子13时机械或电气产生大的损耗。
此外，转子位置改变机构15具有在转子13的移动方向上对转子13加力的弹簧26。因此，通过调节弹簧26的特性，可以自由地设置转子13和定子14之间的接近状态或离开状态的程度。所以，不需要复杂设备来调节转子13的接近状态或离开状态的程度。因为弹簧26是具有简单结构的构件之一，所以旋转电机27的结构可以更简单。
或者，除了图1中向离开方向A对转子13加力的弹簧26外，如图1中的双点划线所示，可以设置向返回方向B对转子13加力的另一个弹簧26′。就是说，可以设置其加力方向彼此相对的两个弹簧26、26′。可以恰当地设置弹簧26和弹簧26′的每个作用力。例如，弹簧26的作用力被设置为大于弹簧26′的作用力是适用的。所以，由两个弹簧26、26′的作用力构成的合力向离开方向A作用于转子13，并且此合力可以小于吸引磁力F。
如果如上所述地设置两个弹簧26、26′，则以上说明中的短语“弹簧26的作用力C”可以解释为“由弹簧26的作用力C和另一个弹簧26′的作用力构成的合力”，并且短语“弹簧26的弹簧常数”可以解释为“各个弹簧26、26′的弹簧常数”。
在此替代实施例中，虽然旋转轴12的转矩或者为输出转矩或者为输入转矩，可以由弹簧26、26′实现各个期望的磁场控制，并且可以扩展旋转电机7的可应用范围。
此外，在旋转电机7中，弹簧26是具有非线性特性的弹簧。因此，通过选择具有预定非线性特征的弹簧26，可以响应于传递转矩T的大小任意确定转子13相对于定子14的接近位置或者离开位置。例如，转子13和定子14之间产生的吸引磁力F相对于转子13和定子14之间的距离内在地具有非线性特性。但是，弹簧26的作用力C的非线性可以伪形成由合力C和吸引磁力F构成的合力的特性。
此外，在旋转电机7中，弹簧26具有自由长度彼此不同的多个弹簧构件32。因此，弹簧26可以通过使用具有线性特性的一些弹簧作为多个弹簧构件32的一部分和具有非线性特性的一些其他弹簧作为多个弹簧构件32的其余部分，而在总体上具有任何期望的特性。由此，因为具有线性特性的每个弹簧构件32的结构足够简单，旋转电机7的结构可以被简化至其使用简单弹簧构件32的程度。
分力产生机构27具有绕轴线3使旋转轴12和转子13相对于彼此螺旋移动的螺旋结构。因此，通过这样的机械简单结构(即螺旋结构)，可以从旋转轴12和转子13之间的传递转矩T产生分力，并且该分力可以直接给予转子13。所以，旋转电机7的机构可以更简单，并且禁止在移动转子13时机械或电气产生大的损耗。
特别地，在此实施例中，分力产生机构27形成有位于旋转轴12和转子13之间的螺旋齿轮单元34。螺旋齿轮单元34很紧凑并具有简单结构。所以，旋转电机7可以减小尺寸并且其结构可以被简化。
此实施例中的旋转电机7是所谓的扁型旋转电机，其转子13通常为盘形，并且转子13和定子14在旋转轴12的轴向上彼此面对。因此，当转子13在旋转轴12的轴向上移动时，将转子13和定子14彼此分隔开的间隙的间隙尺寸E会改变。
另一方面，如下述第四实施例(参见图4)中所示，已知另一种旋转电机。此电机是其中转子13和定子14在旋转轴12的径向上面对的类型。在此类型的旋转电机中，当转子13在其轴向上移动时，转子13和定子14之间的间隙尺寸不变；但是，转子13和定子14的面对面积改变。与此面对面积可改变式旋转电机相比，此实施例的旋转电机7每单位转子13的移动距离的转矩特性变化率更大，因为间隙尺寸E如上所述地改变。因此，转子13的所需移动距离比面对面积可改变式旋转电机的所需移动距离更短。所以，旋转电机7可以紧凑。例如，通过将旋转电机7应用到电动车1，可以更加促进此电动车1的尺寸减小。
此外，可以提供此实施例1的各种替代(对下述其他实施例同样如此)。例如，弹簧26的特性可以是线性特性。此弹簧26的各个弹簧构件32可以具有彼此相同的形状、具有彼此相同的尺寸或者具有彼此相同的特性。此外，分力产生机构27可以具有不同于螺旋齿轮单元34的螺旋结构，例如丝杠、其中使用多个滚珠的滚珠丝杠机构等。此外，齿23和线圈24可以被放置在转子13侧上，而永磁体18可以放置在定子14侧上。
接着，将说明第二、第三、第四和第五实施例。在结构、作用和效果方面各个实施例具有大量与第一实施例相同的点。因此，相同的标号将指示图中相同的部件，并且将不再重复说明，并且将主要说明不同点。此外，那些实施例中的各个部分的结构可以在考虑到本发明的目的和作用/效果的情况下以各种方式被组合。
第二实施例
在第二实施例中，第一实施例的弹簧26的设置被改变成弹簧26的作用力C小于吸引磁力F。
在此实施例中，当旋转电机7作为电动机工作时，无论传递转矩T的大小如何，吸引磁力F向返回方向移动转子13直到转子13靠在第二止动器29上。结果，转子13可以一直放置在接近定子14的位置处(参见图1中的实线)。
当旋转电机7作为发电机工作时，由从旋转轴12传递到转子13的传递转矩T产生反向分力，并且反向分力向离开方向A作用于转子13。在此情况下，如果到旋转轴12的输入转矩很小，则反向分力很小。如果由此反向分力和弹簧16的作用力C构成的合力小于吸引磁力F，则转子13的位置保持在接近定子14的位置(参见图1中的实线)。因此，间隙尺寸E被保持为较小，并且磁场很强。
另一方面，如果到旋转轴12的输入转矩很大，则反向分力很大，因为从旋转轴12传递到转子13的传递转矩很大。如果由此反向分力和弹簧16的作用力C构成的合力足够大于吸引磁力F，则此合力向离开方向A移动转子13直到转子13靠在第一止动器28上，并且转子13一直放置在从定子14分隔开的位置处(参见图1的点划线)。因此，间隙尺寸E很大，并且磁场很弱。
在这点上，如果产生反向分力的分力产生机构27被适当地构造，反向分力、弹簧26的作用力C和吸引磁力F可以彼此平衡。例如，通过将螺旋齿轮单元34的螺旋角和弹簧26的弹簧常数适当地设置为各个期望值，反向分力、弹簧26的作用力C和吸引磁力F可以彼此平衡。通过反向分力、弹簧26的作用力C和吸引磁力F的平衡，转子13可以被放置在第一止动器28和第二止动器29之间的期望位置处。转子13由此可以在该期望位置处旋转。所以，可以自由地设置旋转电机7的特性。就是说，例如，可以做出其中无论旋转轴12的转速如何旋转电机7的发电电压都大致固定的设置，或者其他类似的自由设置。
因此，当旋转电机7作为发电机工作时，例如如果发电电压对可充电蓄电池充电，则诸如升压电路或降压电路之类的发电电路可以被简化。此外，旋转电机7的特性可以被设置为适合于将此电压对可充电蓄电池充电的期望特性。
第三实施例
参照图3，将说明第三实施例。在此实施例中，在第一实施例的变化(其具有弹簧26、26′)中向离开方向A对转子13加力的弹簧26被去除，以仅留下向返回方向对转子13加力的弹簧26′。
根据此实施例，当旋转电机7作为电动机工作时，转子13承受弹簧26′的作用力C′和吸引磁力F。无论传递转矩T的大小如何，转子13向返回方向B移动直到其靠在第二止动器29上。结果，转子13一直放置在接近定子14的位置处(参见图3中的实线)。
另一方面，当旋转电机7作为发电机工作时，从由旋转轴12传递到转子13的传递转矩(此传递转矩等于旋转轴12的输入转矩)T产生反向分力，以向离开方向A作用于转子13。如果旋转轴12的输入转矩T很小，则反向分力小于由弹簧26′的作用力C′和吸引磁力F构成的合力。在此情况下，转子13向返回方向B移动以被放置在接近定子14的位置处(参见图3的实线)。结果，间隙尺寸E很小，并且转子13和定子14之间的磁场很强。
相反，如果旋转轴12的输入转矩T很大，则反向分力大于弹簧26′的作用力C′和吸引磁力F构成的合力，并且转子13向离开方向A移动直到转子13靠在第一止动器28上。结果，转子13被放置在从定子14分隔开的位置处(参见图3的点划线)。结果，间隙尺寸E很大，并且转子13和定子14之间的磁场很弱。
在这点上，产生反向分力的螺旋齿轮单元34的螺旋角、弹簧26′的弹簧常数和其他参数可以被设置为期望值，反向分力、弹簧26′的作用力C′和吸引磁力F可以彼此平衡。通过各个力的平衡，转子13可以被放置在第一止动器28和第二止动器29之间的期望位置处。就是说，旋转电机7的特性可以自由地设置。例如，可以做出其中无论旋转轴12的转速如何旋转电机7的发电电压都大致固定的设置，或者其他类似的自由设置。因此，当旋转电机7作为发电机工作时，例如如果发电电压对可充电蓄电池充电，则诸如升压电路或降压电路之类的发电电路可以被简化，并且作为发电机的旋转电机7的特性可以是适合于将此电压对可充电蓄电池充电的期望特性。
第四实施例
参照图4，将说明第四实施例。第四实施例是具有形状大致为圆筒形的转子13的旋转电机7。
在此实施例中，转子13的永磁体18和定子14的齿23在旋转轴12的径向上(图4中左右方向上)面对彼此。在此实施例中，当转子13在其轴向上移动时，转子13接近或离开定子14，并且转子13和定子14面对彼此的面对面积改变。因为此面对面积上的改变，磁场强度改变。
从上述说明很明显，在此说明书中句子“转子13接近或离开定子14”是指转子13总体上离开转子14，并且不应当限于如实施例1—3中那样转子移动使得它们之间的间隙尺寸变化的解释。所以，改变转子和定子之间的面对面积的移动可以被包括在接近或离开的含义中。
当旋转电机7作为发电机工作时，传递转矩T从转子13传递到旋转轴12。如果施加到旋转轴12的负载很小，从转子13传递到旋转轴12的传递转矩T与此负载一致地很小。结果，由分力产生机构27产生的分力D很小。如果分力D很小，则弹簧26的作用力C相对于分力D而言很大，并且转子13离开定子14(参见图4的点划线)以使得面对面积很小。所以，转子13和定子14之间的磁场很弱。
另一方面，如果施加到旋转轴12的负载很大，则传递转矩T与负载一样也很大。结果，分力D很大。如果分力很大，则转子13克服作用力C接近定子14(参见图4中的实线)，并且面对面积变大更大。所以，磁场变得更强。
如上地构造，同样在本实施例中，通过紧凑和简单的结构可以获得适合的转矩特性，即当速度低时产生高转矩并且当速度高时产生低转矩。
第五实施例
参照图5—7，将说明第五实施例。除了分力产生机构27被修改之外，第五实施例几乎等同于第一实施例。
第一实施例中的转子位置改变机构15使用分力产生机构27从旋转电机7的内部传递的转矩或动力来产生分力，并且通过该分力来移动转子13。注意到移动转子13的功能，转子位置改变机构15可以被称为“移动构件”。
就是说，旋转电机7具有移动构件41，其可以在旋转轴12和转子13之间传递转矩或动力，可以使旋转轴12和转子13绕轴3相对于彼此旋转，并且可以通过旋转轴12和转子13的相对旋转来使转子13在轴向上相对于旋转轴12移动。在第一实施例中，移动构件41形成由螺旋齿轮单元34。但是，移动构件41不限于诸如螺旋齿轮单元34等的螺旋结构。
根据如此构造的移动机构41，通过其中旋转轴12和转子13简单地相对于彼此螺旋旋转的这种简单运动，可以改变转子13和定子14之间的间隙尺寸E，或者可以改变转子13和定子14的面对面积(参见第四实施例)。可以改变旋转电机7的特性。就是说，使用移动构件41，旋转电机7的特性可以通过简单的结构被改变。
移动构件41形成有其中旋转轴12和转子13彼此啮合的啮合结构，并且其啮合部分绕旋转轴12的轴线3螺旋延伸。当传递转矩T的分力在旋转轴12和转子13之间产生时，该分力通过啮合部分从旋转轴12和转子13中的任一个传递到另一个。因为啮合部分螺旋延伸，承受分力的转子13沿着啮合部分的纵向移动。就是说，转子13相对于旋转轴12螺旋运动。
作为移动构件41的其他具体示例，下面将说明第一具体示例(参见图4)和第二具体示例(参见图5和图6)。
图5示出了移动构件41的第一具体示例。
在此具体示例中，移动构件41形成有具有螺旋结构的凸轮单元36。此凸轮单元36位于旋转轴12和转子13之间，并且使用传递转矩T的一部分作为驱动力来使旋转轴12和转子13绕轴线3相对于彼此移动。凸轮单元36包括形成在旋转轴12和转子13中的任一个上的螺旋形状的凸轮孔37，和形成在另一个上的凸轮突起38。凸轮突起38装配到凸轮孔37中以与凸轮孔37啮合。在图5所示的示例中，凸轮突起38从旋转轴12延伸出，而凸轮孔37制造在转子13处。
凸轮单元36是紧凑并简单的结构。因此，根据此结构，移动构件41可以用紧凑并简单的结构实现。所以，旋转电机7可以是紧凑并简单的结构。
如上所述，所谓的凹部和凸部啮合结构可以被适合地用作移动构件41的结构。就是说，移动构件41可以包括形成在旋转轴12和转子13中的任一个上并从其螺旋延伸的凹部42，和形成在另一个上并与凹部42啮合的凸部43。在上述实施例中，螺旋齿轮单元34的螺旋齿底端或凸轮单元36的螺旋形状的凸轮孔37对应于凹部42，而螺旋齿轮单元34的螺旋齿顶端或凸轮单元36的凸轮突起38对应于凸部43。但是，凹部42和凸部43的具体结构不限于这些实施例中的那些结构。例如，穿入旋转轴12的螺旋形状的槽可以是凹部42，而具有由转子13支撑的末端并装配到该槽中的销可以是凸部43。
图6和7示出了移动构件41的第二具体示例。
在第二具体示例中，旋转轴12的外周表面具有绕轴线3螺旋延伸的凸部43，而转子13的内周表面具有与凸部43啮合的凹部42。移动构件41由这些凹部42和凸部43形成。此外，在第二具体示例中，凹部42不螺旋延伸，并且凹部42和凸部43以这样的方式啮合，即凹部42的内表面的两个点将凸部43在其纵向上的一部分夹在这两个点之间。当旋转轴12和转子13绕轴线3相对于彼此旋转时，凸部43的外表面与凹部42的内表面的该两个点中的任一个啮合，使得转子13在凸部43的纵向上移动。因为凸部43螺旋延伸，所以转子13相对于旋转轴12螺旋移动。
根据上述第一和第二具体示例，因为凹部42和凸部43彼此的啮合跟随旋转轴12和转子13的相对运动，转子13和定子14之间的间隙尺寸E可以改变，或者它们的面对面积可以改变。因此，旋转电机7的特性可以因为凹部42和凸部43彼此的啮合而改变。在这点上，由凹部42和凸部43形成的啮合结构是相对简单的结构。因此，通过此简单的结构，旋转电机7的特性可以被改变。
如上所述，通过将彼此啮合的凹部42和凸部43中的任一个构造成这样的螺旋形状，可以同时实现旋转轴12和转子13之间的转矩传递以及旋转轴12和转子13的相对螺旋旋转。转子13因此可以在轴向上相对于旋转轴12平稳移动。
此外，如果移动构件41的凹部42和凸部43两者都如同螺旋齿轮单元34一样是螺旋形状的，与它们中仅一个为螺旋形状的结构相比可以传递更大的转矩。所以，转子13可以在轴向上更平稳和可靠地移动。
可能的工业应用
如上所述，本发明对旋转电机和具有此旋转电机的电动车是有用的。

Claims (16)

1.一种旋转电机，包括：
基体构件；
固定到所述基体构件的定子；
由所述基体构件支撑以进行旋转的旋转轴；
转子，与所述旋转轴耦合并且面对所述定子以与所述旋转轴在两者间相互传递转矩；和
转子位置改变机构，当所述旋转电机作为电动机操作时，如果从所述转子传递到所述旋转轴的传递转矩增大，则所述转子位置改变机构使所述转子沿着所述旋转轴的轴向接近所述定子；
其中所述转子位置改变机构包括分力产生机构，所述分力产生机构从所述旋转轴和所述转子之间传递的所述传递转矩来产生在所述旋转轴的轴向上移动所述转子的分力。
2.一种旋转电机，包括：
基体构件；
固定到所述基体构件的定子；
由所述基体构件支撑以进行旋转的旋转轴；
转子，与所述旋转轴耦合并且面对所述定子以与所述旋转轴在两者间相互传递转矩；和
转子位置改变机构，当所述旋转电机作为电动机操作时，如果从所述转子传递到所述旋转轴的传递转矩减小，则所述转子位置改变机构使所述转子沿着所述旋转轴的轴向离开所述定子；
其中所述转子位置改变机构包括分力产生机构，所述分力产生机构从所述旋转轴和所述转子之间传递的所述传递转矩来产生在所述旋转轴的轴向上移动所述转子的分力。
3.一种旋转电机，包括：
基体构件；
固定到所述基体构件的定子；
由所述基体构件支撑以进行旋转的旋转轴；
转子，与所述旋转轴耦合并且面对所述定子以与所述旋转轴在两者间相互传递转矩；和
转子位置改变机构，当所述旋转电机作为发电机操作时，如果从所述旋转轴传递到所述转子的传递转矩增大，则所述转子位置改变机构使所述转子沿着所述旋转轴的轴向离开所述定子；
其中所述转子位置改变机构包括分力产生机构，所述分力产生机构从所述旋转轴和所述转子之间传递的所述传递转矩来产生在所述旋转轴的轴向上移动所述转子的分力。
4.一种旋转电机，包括：
基体构件；
固定到所述基体构件的定子；
由所述基体构件支撑以进行旋转的旋转轴；
转子，与所述旋转轴耦合并且面对所述定子以与所述旋转轴在两者间相互传递转矩；和
转子位置改变机构，当所述旋转电机作为电动机操作时，如果从所述转子传递到所述旋转轴的传递转矩增大，则所述转子位置改变机构使所述转子沿着所述旋转轴的轴向接近所述定子；并且当所述旋转电机作为发电机操作时，如果从所述旋转轴传递到所述转子的传递转矩增大，则所述转子位置改变机构使所述转子沿着所述旋转轴的轴向离开所述定子；
其中所述转子位置改变机构包括分力产生机构，所述分力产生机构从所述旋转轴和所述转子之间传递的所述传递转矩来产生在所述旋转轴的轴向上移动所述转子的分力。
5.一种旋转电机，包括：
基体构件；
固定到所述基体构件的定子；
由所述基体构件支撑以进行旋转的旋转轴；
转子，与所述旋转轴耦合并且面对所述定子以与所述旋转轴在两者间相互传递转矩；和
转子位置改变机构，当所述旋转电机作为电动机操作时，如果从所述转子传递到所述旋转轴的传递转矩减小，则所述转子位置改变机构使所述转子沿着所述旋转轴的轴向离开所述定子；并且当所述旋转电机作为发电机操作时，如果从所述旋转轴传递到所述转子的传递转矩增大，则所述转子位置改变机构使所述转子沿着所述旋转轴的轴向离开所述定子；
其中所述转子位置改变机构包括分力产生机构，所述分力产生机构从所述旋转轴和所述转子之间传递的所述传递转矩来产生在所述旋转轴的轴向上移动所述转子的分力。
6.如权利要求1至5中任一项所述的旋转电机，其中所述分力产生机构具有螺旋结构，在所述螺旋结构中所述旋转轴和所述转子能够绕所述旋转轴的轴线相对于彼此螺旋运动。
7.如权利要求1至5中任一项所述的旋转电机，其中所述分力产生机构具有啮合结构，所述旋转轴和所述转子通过所述啮合结构彼此啮合，并且所述啮合结构的至少一部分绕所述旋转轴的轴线螺旋延伸。
8.如权利要求1至5中任一项所述的旋转电机，其中所述分力产生机构具有位于所述旋转轴和所述转子之间的螺旋齿轮单元。
9.如权利要求1至5中任一项所述的旋转电机，其中所述分力产生机构具有位于所述旋转轴和所述转子之间的凸轮单元。
10.如权利要求1至5中任一项所述的旋转电机，其中所述转子位置改变机构具有弹簧，所述弹簧向所述转子接近所述定子的方向或者向所述转子离开所述定子的方向对所述转子加力。
11.如权利要求10所述的旋转电机，其中所述弹簧包括向所述转子接近所述定子的方向对所述转子加力的第一弹簧构件，和向所述转子离开所述定子的方向对所述转子加力的第二弹簧构件。
12.如权利要求10所述的旋转电机，其中所述弹簧具有非线性特性。
13.如权利要求10所述的旋转电机，其中所述弹簧包括多个弹簧构件，每个弹簧构件都具有彼此不同的特性，并且各个弹簧构件彼此耦合。
14.如权利要求1至5中任一项所述的旋转电机，其中将所述转子和所述定子从彼此分隔开的间隙的尺寸根据所述转子相对于所述定子的接近或离开而变化。
15.如权利要求1至5中任一项所述的旋转电机，其中所述转子和所述定子在平行于所述旋转轴的轴向的方向上彼此面对。
16.一种电动车，包括如权利要求1至5中任一项所述的旋转电机作为进行行驶的驱动力源。
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