JP2018014771A - 電流供給システム及び電力供給システム - Google Patents

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Abstract

【課題】小型化でき、且つ回転速度の範囲が広い駆動源及び回転速度の範囲が狭い駆動源の双方に適用可能であり、電流の供給を好適に行うことができる電流供給システム等を提供する。【解決手段】駆動源から回転駆動力を受けるとともに、電流の要求が変化する電気負荷装置に電流を供給する電流供給システムであって、前記電流供給システムは、永久磁石を有し前記駆動源に接続されたロータと、巻線及び前記巻線が巻かれたステータコアを有し前記ロータと対向して配置されたステータと、前記電流供給システムに要求される電流要求に応じて前記巻線から見た前記ステータコアの磁気抵抗を変えることによって前記巻線のインダクタンスを変え、前記電気負荷装置に供給する電流を調整する供給電流調整部とを備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、電気負荷装置に電流を供給する電流供給システム及び電気負荷装置に電力を供給する電力供給システムに関する。
従来、次のような電力供給システムが知られている。この電力供給システムでは、駆動源からの機械的なパワーを電力に変換して、その電力を、前記システムに接続された装置に供給する。変換された電力は、例えば、前記装置において、熱に変換され、あるいは、再び機械的なパワーに変換され、利用される。
例えば、特許文献１には車両が示されている。特許文献１に示す車両は、ハイブリッド車両であり、エンジン、アクセルペダル、第１回転電機、第２回転電機、及び駆動輪を備えている。第１回転電機は、エンジンの出力軸に連結されており、主に発電機として機能する。第２回転電機は、第１回転電機と電気的に接続されており、主にモータとして機能する。第２回転電機は、車両の駆動輪に連結されている。
特許文献１に示すような車両において、運転者によるアクセルペダルの踏込みは、車両の加速要求を表す。特許文献１に示すような車両が電子制御スロットル装置を備える場合、エンジンの吸入空気量が任意に調整可能であるので、例えば、以下のように車両の制御が行われる。運転者によるアクセルペダルの踏込み量と車速とに基づいて第２回転電機（モータ）の目標出力が決定される。第２回転電機の目標出力に応じて第１回転電機（発電機）の目標発電電力が決定される。この目標発電電力に応じてエンジンの目標出力が決定される。この目標出力が得られるようにエンジンの吸入空気量及び燃料噴射量が制御される。この制御において、第１回転電機では発電電力が制御され、第２回転電機では出力が制御される。また、特許文献１に示すような車両において、アクセルペダルとエンジンのスロットルとが機械的に連結されている場合には、エンジンの実出力に合わせて第１回転電機の発電電力と第２回転電機の出力とが制御される。このように、特許文献１では、回転電機の電力（出力）が制御されており、様々な特性を有する複数の車種への適用が図られている。
特開２００２−３４５１０９号公報
しかしながら、特許文献１に示すような車両では、高速走行時に更なる加速が必要となる場合に、充分な加速を行うことが困難であるという問題があった。走行時に更なる加速が必要となる場合としては、例えば、走行時に登坂を開始する場合、走行時に他の車両を追い抜く場合がある。
特許文献１に示すような車両は、高速走行時に更なる加速を行う場合、モータの回転速度が比較的高く且つ発電機の出力電圧が比較的高い状況下で、更にエンジンの回転速度を増大させる。この結果、発電機の出力電圧が更に増大することとなる。出力電圧の更なる増大に対応するには、電気部品の高耐圧化が必要となり、電気部品の高耐圧化に伴う効率の低下、及びシステムの大型化を招来する場合があった。
また、発電機の出力電圧の増大を抑制するために、巻線の太さ又は磁石の量を変えることにより発電機の出力特性を変更することが可能である。しかし、発電機の出力電流増大を図るために巻線の太径化又は磁石量の増大をすると、発電機が大型化するため、システムが大型化するという問題があった。
このように、特許文献１に示すような車両が、高速走行時に更なる加速が必要となる場合に、充分な加速を行うためには、システムの大型化を避け難いという問題があった。なお、この問題は、エンジンの回転速度の範囲の広狭に関わらず生じ得る問題であった。さらに、この問題は、車両においてのみ生じる問題ではなく、後述するように、駆動源から回転駆動力を受けるとともに、電流の要求が変化する電気負荷装置に電流を供給する電流供給システムにおいても生じる問題であった。
本発明の目的は、小型化でき、且つ回転速度の範囲が広い駆動源及び回転速度の範囲が狭い駆動源の双方に適用可能であり、電流の供給を好適に行うことができる電流供給システムを提供することである。また、本発明の別の目的は、小型化でき、且つ回転速度の範囲が広い駆動源及び回転速度の範囲が狭い駆動源の双方に適用可能であり、電力の供給を好適に行うことができる電力供給システムを提供することである。
本発明は、上述した課題を解決するために、以下の構成を採用する。
（１） 駆動源から回転駆動力を受けるとともに、電流の要求が変化する電気負荷装置に電流を供給する電流供給システムであって、
前記電流供給システムは、
永久磁石を有し前記駆動源に接続されたロータと、
巻線及び前記巻線が巻かれたステータコアを有し前記ロータと対向して配置されたステータと、
前記電流供給システムに要求される電流要求に応じて前記巻線から見た前記ステータコアの磁気抵抗を変えることによって前記巻線のインダクタンスを変え、前記電気負荷装置に供給する電流を調整する供給電流調整部と
を備える。
（１）の電流供給システムでは、駆動源に接続されたロータが回転駆動力を受け回転すると、ロータに備えられた永久磁石の磁束が巻線に作用することによって、誘導起電圧が生じる。誘導起電圧に起因して、電気負荷装置に電流が供給される。（１）の電流供給システムでは、供給電流調整部が、電流供給システムに要求される電流要求に応じて巻線から見たステータコアの磁気抵抗を変えることによって巻線のインダクタンスを変え、電気負荷装置に供給する電流を調整する。巻線から見たステータコアの磁気抵抗を変える場合の電圧変化に対する電流変化の度合いは、例えば駆動源の回転速度を変える場合と異なる。従って、（１）の電流供給システムは、例えば駆動源の回転速度を変えるのみの場合と比べて、電圧変化と電流変化との連動性を抑えつつ、電気負荷装置に供給する電流を調整することができる。
またさらに、（１）の電流供給システムは、巻線から見た前記ステータコアの磁気抵抗を変えることによって巻線のインダクタンスを変え、電気負荷装置に供給する電流を調整する。このため、（１）の電流供給システムは、巻線の太径化又は磁石量の増大を抑えつつ、電気負荷装置に供給する電流を調整することができるので、電流供給システム自体が小型化できる。
従って、（１）の電流供給システムは、小型化でき、且つ回転速度の範囲が広い駆動源及び回転速度の範囲が狭い駆動源の双方に適用可能であり、電流の供給を好適に行うことができる。
（２） （１）の電流供給システムであって、
前記供給電流調整部が、
前記電流供給システムに要求される電流要求に応じて前記巻線から見た前記ステータコアの磁気抵抗を変えることによって、前記巻線と鎖交する磁束の変化率が前記巻線のインダクタンスの変化率よりも小さくなるように前記巻線のインダクタンスを変え、供給する電流を調整する。
（２）の構成によれば、供給電流調整部は、巻線と鎖交する磁束の変化率が巻線のインダクタンスの変化率よりも小さくなるように巻線のインダクタンスを変える。巻線と鎖交する磁束は、電圧及び電流に影響を与え、巻線のインダクタンスは主として電流に影響を与える。従って、供給電流調整部は、電流供給システムに要求される電流要求に応じて、電圧の変化率を電流の変化率よりも小さく抑えつつ、供給する電流を調整することができる。このため、供給電流調整部は、電圧による制約の影響を抑えつつ電流を調整することができる。従って、（２）の構成によれば、小型化でき、且つ回転速度の範囲が広い駆動源及び回転速度の範囲が狭い駆動源の双方に適用可能であり、電流の供給をより好適に行うことができる。
（３） （１）又は（２）の電流供給システムであって、
前記供給電流調整部が、
前記電流供給システムに要求される電流要求に応じて前記巻線に対する前記ステータコアの相対位置を移動させて、前記巻線から見た前記ステータコアの磁気抵抗を変えることによって前記巻線のインダクタンスを変え、前記電気負荷装置に供給する電流を調整する。
（３）の構成によれば、供給電流調整部が、巻線に対するステータコアの相対位置を移動させて、巻線から見た前記ステータコアの磁気抵抗を変えるので、巻線のインダクタンスがより確実に変わる。このため、電流供給システムに要求される電流要求に応じて、電気負荷装置に供給する電流をより確実に調整することができる。（３）の構成によれば、回転速度の範囲が広い駆動源及び回転速度の範囲が狭い駆動源の双方へ確実に適用することができる。
（４） （３）の電流供給システムであって、
前記供給電流調整部が、
前記電流供給システムに要求される電流要求に応じて前記ロータに対する前記ステータコアの相対位置を維持するように前記巻線に対する前記ステータコアの相対位置を移動させて、前記巻線から見た前記ステータコアの磁気抵抗を変えることによって前記巻線のインダクタンスを変え、前記電気負荷装置に供給する電流を調整する。
（４）の構成によれば、ロータに対するステータコアの相対位置を維持するように巻線に対するステータコアの相対位置が移動するので、ロータの永久磁石からステータコアに流れる磁束の変化が抑えられる。つまり、永久磁石で生じ巻線と鎖交する磁束の変化が抑えられる。このため、巻線に対するステータコアの相対位置が移動するときの、電圧の変化が抑えられる。従って、（４）の構成によれば、回転速度の範囲が広い駆動源及び回転速度の範囲が狭い駆動源の双方に適用可能であり、電流の供給をより好適に行うことができる。
（５） （１）又は（２）の電流供給システムであって、
前記供給電流調整部が、
前記電流供給システムに要求される電流要求に応じて、前記巻線を移動させて前記巻線から見た前記ステータコアの磁気抵抗を変えることによって前記巻線のインダクタンスを変え、前記電気負荷装置に供給する電流を調整する。
（５）の構成によれば、ロータに対するステータコアの相対位置を維持するようにステータコアに対する巻線の相対位置が移動するので、ロータの永久磁石からステータコアに流れる磁束の変化が抑えられる。つまり、永久磁石で生じて巻線と鎖交する磁束の変化が抑えられる。このため、巻線に対するステータコアの相対位置が移動するときの、電圧の変化が抑えられる。従って、（５）の構成によれば、回転速度の範囲が広い駆動源及び回転速度の範囲が狭い駆動源の双方に適用可能であり、電流の供給をより好適に行うことができる。
（６） （１）の電流供給システムであって、
前記ロータの永久磁石から出て前記巻線と鎖交する鎖交磁束を変えることによって前記巻線の誘導起電圧を変え、前記電気負荷装置に供給する電圧を調整する供給電圧調整部を備える。
（６）の構成によれば、電気負荷装置に供給する電流の調整と電圧の調整の独立性を高めることができるので、電流要求と電圧要求のそれぞれにより適した調整を行うことができる。従って、（６）の構成によれば、回転速度の範囲が広い駆動源及び回転速度の範囲が狭い駆動源の双方への適用性が高い。
（７） （６）の電流供給システムであって、
供給電圧調整部が、
前記巻線に対する前記永久磁石の相対位置を移動させて前記ロータの永久磁石から生じて前記巻線と鎖交する鎖交磁束を変えることによって前記巻線の誘導起電圧を変え、前記電気負荷装置に供給する電圧を調整する。
（７）の構成によれば、電気負荷装置に供給する電圧を確実に調整することができる。（７）の構成によれば、回転速度の範囲が広い駆動源及び回転速度の範囲が狭い駆動源の双方へ確実に適用することができる。
（８） （１）又は（２）の電流供給システムであって、
前記ステータは、前記ロータにエアギャップを介して対面する対面部を有する複数の第一ステータ部と、前記対面部を含まない第二ステータ部とを備え、
前記供給電流調整部が、
前記電流供給システムに要求される電流要求に応じて、前記複数の第一ステータ部及び前記第二ステータ部の一方を他方に対して移動させることによって、前記巻線から見た前記ステータコアの磁気抵抗を変える。
（８）の構成によれば、供給電流調整部は、ステータコアが備える複数の第一ステータ部と、第二ステータ部の一方を他方に対して移動する。この場合、例えばステータコア及びステータコア以外の部材の一方を他方に対して移動する場合と比べて、巻線から見たステータコアの磁気抵抗が大きく変わる。このため、電流供給システムに要求される電流要求に応じて、電気負荷装置に供給する電流を調整できる範囲が広くなる。従って、（８）の構成によれば、回転速度の範囲が広い駆動源及び回転速度の範囲が狭い駆動源の双方への適用性が高い。
（９） （８）の電流供給システムであって、
前記供給電流調整部が、
前記複数の第一ステータ部のそれぞれと前記第二ステータ部との間のエアギャップ長が、前記複数の第一ステータ部のうち隣り合う第一ステータ部の間のエアギャップ長よりも短い第一状態から、
前記複数の第一ステータ部のそれぞれと前記第二ステータ部との間のエアギャップ長が、前記複数の第一ステータ部のうち隣り合う第一ステータ部の間のエアギャップ長よりも長い第二状態まで、
前記複数の第一ステータ部及び前記第二ステータ部の一方を他方に対して移動させることによって、前記巻線から見た前記ステータコアの磁気抵抗を変える。
（９）の構成によれば、第一状態では、複数の第一ステータ部のそれぞれと第二ステータ部との間のエアギャップ長が、複数の第一ステータ部のうち隣り合う第一ステータ部の間のエアギャップ長よりも短い。第二状態では、複数の第一ステータ部のそれぞれと第二ステータ部との間のエアギャップ長が、複数の第一ステータ部のうち隣り合う第一ステータ部の間のエアギャップ長よりも長い。
このため、第一状態では、巻線の電流に起因する磁束のうち、隣り合う第一ステータ部の間のエアギャップを通る磁束が、主に、第一ステータ部と第二ステータ部との間のエアギャップを通る。従って、巻線の電流に起因する磁束が、主に、第一ステータ部と第二ステータ部の双方を通る。これに対し、第二状態では、巻線の電流に起因する磁束が、第一ステータ部と第二ステータ部との間のエアギャップを通り難い。従って、巻線から見たステータコアの磁気抵抗がより大きく変わる。従って、（９）の構成によれば、回転速度の範囲が広い駆動源及び回転速度の範囲が狭い駆動源の双方への適用性が高い。
（１０） （１）から（９）のいずれか１に記載の電流供給システムと、
前記駆動源と、
前記駆動源の回転速度を変えることによって前記ロータの回転速度を変え、前記電気負荷装置に供給する電圧を調整する駆動源回転速度調整部とを備えた
電力供給システム。
（１０）の電力供給システムによれば、駆動源回転速度調整部は、駆動源の回転速度を変えることによってロータの回転速度を変え、電気負荷装置に供給する電圧を調整する。また、電流供給システムが備える供給電流調整部は、巻線から見たステータコアの磁気抵抗を変えることによって巻線のインダクタンスを変え、電気負荷装置に供給する電流を調整する。駆動源回転速度調整部と供給電流調整部の双方によって電力が制御される。（１０）の電力供給システムによれば、電気負荷装置に供給する電流の調整と電圧の調整の独立性を高めることができるので、電流要求と電圧要求のそれぞれにより適した調整を行うことができる。従って、（１０）の電力供給システムによれば、小型化でき、且つ回転速度の範囲が広い駆動源及び回転速度の範囲が狭い駆動源の双方への適用性が高い。
本発明によれば、小型化でき、且つ回転速度の範囲が広い駆動源及び回転速度の範囲が狭い駆動源の双方に適用可能であり、電流の供給を好適に行うことができる電流供給システムを提供することができる。また、本発明によれば、小型化でき、且つ回転速度の範囲が広い駆動源及び回転速度の範囲が狭い駆動源の双方に適用可能であり、電力の供給を好適に行うことができる電力供給システムを提供することができる。
本発明の第一実施形態に係る電流供給システムが搭載された装置の概略構成を示すブロック図である。 図１に示す電流供給システムにおける供給電流調整部の調整を説明するための模式図である。 図２に示す供給電流調整部の巻線の等価回路を概略的に示す回路図である。 第二実施形態の電流供給システムにおける供給電流調整部の調整を説明するための模式図である。 第三実施形態の電流供給システムを示す模式図である。 （ａ）は、図５に示すステータの第一状態を示す模式図である。（ｂ）は、図５に示すステータの第二状態を示す模式図である。 図５に示す電流供給システムにおけるロータの回転速度に対する出力電流特性を示すグラフである。
駆動源から回転駆動力を受けるとともに、電流の要求が変化する電気負荷装置に電流を供給する電流供給システムについて、本発明者が行った検討について説明する。
例えば特許文献１に示すような車両では、運転者によるアクセルペダルの踏込量に基づいてエンジンの出力が制御される時、エンジンの出力トルクと回転速度との両方が変化する。エンジンの回転速度の変化率は、エンジンの出力トルクの変化率より大きい。また、エンジンの回転速度の変化は、発電機（第１回転電機）の発電電圧の変化に直接影響する。発電電圧の変化に起因して、発電機の発電電流が変化する。そのため、エンジンの出力の増加に応じて発電機の発電電力が増加するとき、その発電電力の増加は、主に発電電圧の増加に起因して生じる。従って、特許文献１に示すような車両では、発電機の発電電力を増加させようとすると、発電電圧が大きく増加してしまう。
例えば、高速走行時に更なる加速を行う場合、モータ（第２回転電機）の回転速度が比較的高く且つ発電機の出力電圧が比較的高い状況下で、更にエンジンの出力を増大させることになる。この結果、発電機の出力電圧が更に増大してしまうため、電気部品の高耐圧化が必要となる。本発明者は、以上のような理由により、特許文献１に示す車両では、発電機の発電電圧即ち出力電圧が高くなり易く、電気部品の高耐圧化が必要になることを見出した。なお、発電機の出力電流は、例えば、発電機とモータの間に配置されるスイッチング素子のオン・オフ動作によって詳細に制御される。高耐圧化されたスイッチング素子は、オン時の抵抗が高いので、スイッチング素子の熱損失により効率が低下する。また、スイッチング素子に限らず、電気部品は、一般的に高耐圧化することによって大型化する。その結果、高耐圧化に伴う効率の低下、及び大型化が生じるという問題があった。
また、特許文献１に示すような車両では、上述したように、発電機の発電電力の変化が、主に発電電圧の変化に起因して生じる。従って、発電電流を増減させようとすると、発電電圧が大きく増減する。そのため、エンジンの回転速度についての制約の範囲又は電圧についての制約の範囲を超えて電流を制御することが困難である。
例えば、エンジンにおいては、低燃費化及び小型化を図るため、回転速度の範囲を狭めることが考えられている。しかし、特許文献１に示すような車両では、発電機の出力電圧の範囲が、エンジンの回転速度の範囲に支配されている。このため、回転速度の範囲が狭められたエンジンを採用すると、エンジンの回転速度の範囲に応じて発電機の出力電圧の範囲が狭まる。つまり、エンジンの回転速度の範囲を狭めることは、そのまま、モータの出力の範囲を狭めることにつながる。本発明者は、以上のような理由により、特許文献１に示す発電機には、回転速度の範囲が広い駆動源及び回転速度の範囲が狭い駆動源の双方を適用することが困難であることを見出した。
さらに、特許文献１に示すような車両では、上述したように、発電機からモータに供給される電力の増加が、主に電圧の増加に起因する。そのため、電圧の増加に伴うモータの回転速度の増加が生じ易い一方、電流の増加に伴うモータの出力トルクの増加が生じ難い。従って、モータの出力トルクを増加させるために発電機からモータに供給される電流を増加させようとすると、電圧も増加してしまうため、モータの出力トルクの増加とともにモータの回転速度も増加してしまう。本発明者は、以上のような理由により、特許文献１に示す発電機ではモータへの電流の供給を好適に行うことが困難であることを見出した。
そして、本発明者は、上述した課題について更に検討を行った。その結果、本発明者は、特許文献１に示すような車両では、電流及び電圧（回転速度及びトルク）の区別が考慮されずに出力が制御されており、電流及び電圧（回転速度及びトルク）の連動性が高いため、上述した課題が生じることを見出した。
さらに、本発明者は、上述した課題を解決するために鋭意検討を行った。その結果、本発明者は、駆動源から回転駆動力を受けるとともに、電流の要求が変化する電気負荷装置に電流を供給する電流供給システムにおいて、電流供給システムに要求される電流要求に応じて巻線から見たステータコアの磁気抵抗を変えることによって巻線のインダクタンスを変え、電気負荷装置に供給する電流を調整すれば、電流及び電圧の連動性を抑えることができる、という知見を得た。
本発明の電流供給システムは、上述した知見に基づいて完成した発明である。即ち、本発明の電流供給システムでは、供給電流調整部が、電流供給システムに要求される電流要求に応じて巻線から見たステータコアの磁気抵抗を変えることによって巻線のインダクタンスを変え、電気負荷装置に供給する電流を調整する。巻線から見たステータコアの磁気抵抗を変える場合の電圧変化に対する電流変化の度合いは、例えば駆動源の回転速度を変える場合より大きい。従って、本実施形態の電流供給システムは、例えば駆動源の回転速度を変えるのみの場合と比べて、電圧変化と電流変化との連動性を抑えつつ、電気負荷装置に供給する電流を調整することができる。その結果、本発明の電流供給システムによれば、上述した課題を解決することができる。即ち、本発明によれば、小型化でき、且つ回転速度の範囲が広い駆動源及び回転速度の範囲が狭い駆動源の双方に適用可能であり、電流の供給を好適に行うことができる電流供給システムを提供することができる。
以下、本発明を、好ましい実施形態に基づいて図面を参照しつつ説明する。
［第一実施形態］
図１は、本発明の第一実施形態に係る電流供給システムが搭載された装置の概略構成を示すブロック図である。
図１には、電流供給システムが搭載された装置の例として車両Ｖが示されている。車両Ｖは、電力供給システムＰを備えている。電力供給システムＰは、電流供給システム１、エンジンＥＧ、駆動源回転速度調整部ＥＣ、及び、モータＭを備えている。つまり、車両Ｖは、電流供給システム１、エンジンＥＧ、駆動源回転速度調整部ＥＣ、及び、モータＭを備えている。また、車両Ｖは、車輪Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃ，Ｗｄ、アクセル操作子Ａ、コンバータＤ、及び、インバータＪを備えている。
モータＭは、車輪Ｗａ〜Ｗｄのうち、駆動輪Ｗｃ，Ｗｄに接続されている。モータＭは、駆動輪Ｗｃ，Ｗｄを回転駆動することによって車両Ｖを走行させる。エンジンＥＧは、車両Ｖの駆動源である。ただし、本実施形態では、エンジンＥＧは、駆動輪Ｗｃ，Ｗｄに直接機械的な力を供給しない。エンジンＥＧが出力する機械的なパワーは、電流供給システム１で電力に変換される。変換された電力は、モータＭで機械的なパワーに再び変換される。
エンジンＥＧは、出力軸Ｃを有している。出力軸Ｃは、例えばクランク軸である。エンジンＥＧは、燃料を燃焼させることによって、出力軸Ｃを回転させる。エンジンＥＧは、機械的なパワーを出力軸Ｃの回転として出力する。
電力供給システムＰは、エンジンＥＧと電流供給システム１とを備えている。電力供給システムＰは、モータＭに電力を供給する。電力供給システムＰは、電源の機能を有する。電力供給システムＰの電流供給システム１は、エンジンＥＧと機械的に接続されている。電流供給システム１は、エンジンＥＧから回転駆動力を受けるとともに、モータＭに電流を供給する。電流供給システム１は、発電機の機能を有する。
アクセル操作子Ａは、電流供給システム１に要求される電流要求を表すための操作子である。アクセル操作子Ａは、車両Ｖの運転者によって操作されることによって、車両Ｖの加速要求を出力する。車両Ｖの加速要求は、車両Ｖの出力についての出力要求でもある。
車両Ｖは、モータＭによって駆動されており、車両Ｖの出力は、モータＭの出力に対応する。モータＭの出力は、モータＭに供給される電力に基づいている。電力供給システムＰに要求される電力要求は、電力供給システムＰがモータＭに供給する電力についての要求である。アクセル操作子Ａは、車両Ｖの出力要求として、モータＭに供給することが要求される電力についての電力要求、すなわち電力供給システムＰに要求される電力要求を出力する。電力要求は、電圧要求と電流要求とを含んでいる。特に、車両Ｖの加速は、モータＭの出力トルクに対応する。モータＭの出力トルクは、モータＭに供給される電流に基づいている。電流供給システム１に要求される電流要求は、電流供給システム１がモータＭに供給する電流についての要求である。アクセル操作子Ａは、車両Ｖの加速要求として、モータＭに供給することが要求される電流についての電流要求、すなわち電流供給システム１に要求される電流要求を出力する。
電流供給システム１は、エンジンＥＧから回転駆動力を受けるとともに、モータＭに電流を供給する。電流供給システム１は、電流供給システム１に要求される電流要求に応じてモータＭに供給する電流を調整する。言い換えると、電流供給システム１は、電流供給システム１に要求される電流要求に応じて、モータＭに供給される電力における電流を調整する。
エンジンＥＧには、エンジンＥＧの動作を制御する駆動源回転速度調整部ＥＣが設けられている。駆動源回転速度調整部ＥＣは、アクセル操作子Ａの出力要求（電力要求）に応じて、エンジンＥＧの出力軸Ｃの回転速度を調整する。
車両Ｖは、コンバータＤ及びインバータＪを備えている。電流供給システム１は、コンバータＤ及びインバータＪを経由して、モータＭに電流を供給する。
コンバータＤは、整流を行う。コンバータＤは、電流供給システム１から出力された三相交流を直流に変換する。コンバータＤは、例えば、インバータを有する。コンバータＤは、例えば、三相の各相に対応するトランジスタで構成された三相ブリッジインバータを有する。ただし、コンバータＤは、ダイオードで構成されたブリッジ回路で構成することもできる。すなわち、コンバータＤは、レクチファイアで構成することもできる。コンバータＤは、電流供給システム１に含めることも可能である。
インバータＪは、モータＭを駆動するための電流をモータＭに供給する。モータＭは、例えば、三相ブラシレスモータである。インバータＪは、コンバータＤから出力された直流を、三相ブラシレスモータの三相に対応した、位相が互いに１２０度ずれた三相の電流に変換する。なお、インバータＪは、モータＭに含めることも可能である。
モータＭは、コンバータＤ及びインバータＪを介して電流供給システム１から供給された電力によって動作する。モータＭは、駆動輪Ｗｃ，Ｗｄを回転させることによって、車両Ｖを走行させる。
なお、モータＭとして、三相ブラシレスモータでなく、例えばブラシを備えた直流モータを採用することも可能である。モータＭが直流モータである場合、インバータＪは省略される。
エンジンＥＧは、本発明にいう駆動源の一例に相当する。モータＭは、本発明にいう電気負荷装置の一例に相当する。
車両Ｖにおいて、電力供給システムＰは、電力を発生する電源として機能する。また、車両Ｖにおいて、電流供給システム１及びモータＭの組合せは、エンジンＥＧの出力を、トルク及び回転速度を変えて駆動輪Ｗｃ，Ｗｄに伝達するトランスミッションとして機能する。
［電流供給システム］
電流供給システム１は、ロータ１１、ステータ１２、及び供給電流調整部１３を備えている。ロータ１１及びステータ１２は、三相ブラシレス型発電機を構成する。
ロータ１１は、永久磁石を有する。より詳細には、ロータ１１は、複数の磁極部１１１とバックヨーク部１１２とを有する。磁極部１１１は永久磁石で構成されている。バックヨーク部１１２は、例えば強磁性材料からなる。磁極部１１１はバックヨーク部１１２とステータ１２との間に配置されている。磁極部１１１はバックヨーク部１１２に取付けられている。複数の磁極部１１１は、ロータ１１の回転軸線を中心とした周方向Ｚすなわちロータ１１の回転方向に一列に並んで配置されている。複数の磁極部１１１は、Ｎ極及びＳ極が周方向Ｚで交互になるように配置されている。
ステータ１２は、ロータ１１と対向して配置されている。ステータ１２は、複数の巻線１２１及びステータコア１２２を有する。ステータコア１２２は、例えば強磁性材料からなる。複数の巻線１２１はステータコア１２２に巻かれている。ステータコア１２２は、コア本体１２２ａ（図２参照）と複数の歯部１２２ｂを有する。複数の歯部１２２ｂは、コア本体１２２ａから、ロータ１１に向かって延びている。ロータ１１に向かって延びた歯部１２２ｂの先端面と、ロータ１１の磁極部１１１とはエアギャップを介して互いに対向している。複数の歯部１２２ｂは、周方向Ｚに間隔を空けて周方向Ｚに一列に並んでいる。複数の巻線１２１は、複数の歯部１２２ｂにそれぞれ巻かれている。複数の巻線１２１は、三相を構成するＵ相、Ｖ相、及びＷ相のいずれかの相に対応している。Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相のそれぞれに対応する巻線１２１は、周方向Ｚに順に配置されている。
ロータ１１が出力軸Ｃの回転と連動して回転する。ロータ１１は、磁極部１１１を、ステータコア１２２の歯部１２２ｂと対向させた姿勢で回転する。ロータ１１が回転すると、巻線１２１と鎖交する磁束が変化することによって、巻線１２１に誘導起電圧が生じる。このようにして、電流供給システム１では、発電が行われる。電流供給システム１は、モータＭに発電された電流を供給する。
本実施形態において、ロータ１１及びステータ１２は、アキシャルギャップ型構造を有する。ロータ１１とステータ１２とは、ロータ１１の回転軸線方向（軸方向）Ｘで互いに対向している。ステータ１２が有する複数の歯部１２２ｂは、コア本体１２２ａから軸方向Ｘに突出している。本実施形態における軸方向Ｘは、ロータ１１とステータ１２とが対向する対向方向である。
供給電流調整部１３は、モータＭに供給する電流を調整する。供給電流調整部１３は、
電流供給システム１に要求される電流要求に応じて巻線１２１から見たステータコア１２２の磁気抵抗を変えることによって巻線１２１のインダクタンスを変える。これによって、供給電流調整部１３は、モータＭに供給する電流を調整する。
供給電流調整部１３は、電流調整機構１３１、及び電流調整制御部１３２を有する。
電流調整機構１３１は、巻線１２１から見たステータコア１２２の磁気抵抗を変える機構である。
電流調整制御部１３２は、電流供給システム１に要求される電流要求に応じて電流調整機構１３１を制御する。本実施形態において、電流供給システム１に要求される電流要求は、アクセル操作子Ａから出力される。電流調整制御部１３２は、アクセル操作子Ａが表す電流要求に応じて、電流調整機構１３１を制御する。
電流調整制御部１３２は、例えばマイクロコントローラで構成されている。ただし、電流調整制御部１３２は、ワイヤードロジックで構成することも可能である。電流調整制御部１３２は、電流調整機構１３１に取付けられているが、電流調整制御部１３２は、電流調整機構１３１とは離れた場所に配置することも可能である。また、電流調整制御部１３２は、エンジンＥＧの燃焼動作を制御する駆動源回転速度調整部ＥＣと兼用されることも可能である。
駆動源回転速度調整部ＥＣは、エンジンＥＧの回転速度を変えることによってロータ１１の回転速度を変え、モータＭに供給される電圧を調整する。ロータ１１の回転速度が変わると、モータＭに供給される電圧も変わる。しかし、ロータ１１の回転速度の変化と、供給電流調整部１３による調整とでは、モータＭに供給する電圧と電流との各々への影響の大きさが異なる。モータＭに供給する電圧は、ロータ１１の回転速度を変えることによって調整し易い。
図２は、図１に示す電流供給システム１における供給電流調整部１３の調整を説明するための模式図である。
図２には、電流供給システム１に備えられたロータ１１及びステータ１２の一部が示されている。ロータ１１とステータ１２とは、互いに対向している。より詳細には、ロータ１１の磁極部１１１と、ステータ１２のステータコア１２２の歯部１２２ｂとがエアギャップを挟んで互いに対向している。磁極部１１１は、ステータ１２に向かって露出している。
供給電流調整部１３は、巻線１２１から見たステータコア１２２の磁気抵抗を変えることによって巻線１２１のインダクタンスを変え、モータＭに供給する電流を調整する。具体的には、供給電流調整部１３は、巻線１２１に対するステータコア１２２の相対位置を移動することによって、巻線１２１から見たステータコア１２２の磁気抵抗を変える。
巻線１２１は、発電機の図示しない筐体に固定されており、ステータコア１２２は、巻線１２１に対し軸方向Ｘで移動自在なように筐体に支持されている。巻線１２１は、歯部１２２ｂに固定されていない。筒状の巻線１２１と歯部１２２ｂとの間には、歯部１２２ｂが巻線１２１に対して移動自在となる程度の隙間が設けられている。
供給電流調整部１３の電流調整機構１３１は、筒状に巻かれた巻線１２１の中に出入りする方向に歯部１２２ｂが移動するよう、ステータコア１２２を移動させる。本実施形態では、電流調整機構１３１は、軸方向Ｘにステータコア１２２を移動させる。電流調整制御部１３２は、電流要求に応じて電流調整機構１３１を動作させる。
なお、図２には、ステータコア１２２の移動を分りやすく説明するため、電流調整機構１３１がピニオンラック機構及びモータによって模式的に示されている。ただし、ステータコア１２２を移動させる電流調整機構１３１には、図に示す以外の機構を採用可能である。例えば、ステータコアと同心に配置され、ステータコアとネジ係合する円筒部材を有する機構が採用可能である。このような機構では、例えば、円筒部材をステータコアに対し回転させることによって、ステータコアを軸方向に移動させる。
供給電流調整部１３は、ロータ１１に対するステータコア１２２の相対位置を維持するように、巻線１２１に対するステータコア１２２の相対位置を移動する。図２の破線Ｑは、ロータ１１が、軸方向Ｘにおいて、ステータコア１２２と連動して移動することを表している。ロータ１１とステータコア１２２の相対位置を維持する構造は、例えば、ステータコア１２２に固定された軸受けによってロータ１１を回転可能に支持することによって形成される。
図２には、磁極部１１１によって生じる主な磁束Ｆ１が示されている。磁束Ｆ１の線は、磁極部１１１で生じる磁束Ｆ１が通る主な磁気回路を表している。そこで、磁束Ｆ１が通る磁気回路を、磁気回路Ｆ１と称する。
磁極部１１１によって生じる主な磁束Ｆ１は、磁極部１１１、磁極部１１１と歯部１２２ｂとの間のエアギャップ、歯部１２２ｂ、コア本体１２２ａ、及びバックヨーク部１１２を通って流れる。つまり、磁極部１１１、磁極部１１１と歯部１２２ｂとの間のエアギャップ、歯部１２２ｂ、コア本体１２２ａ、及びバックヨーク部１１２によって、磁気回路Ｆ１が構成されている。
ロータ１１が回転すると、磁極部１１１によって生じ、巻線１２１と鎖交する磁束の量が変化する。巻線１２１と鎖交する磁束の量が変化することによって、巻線１２１に誘導起電圧が生じる。すなわち、発電が行われる。
巻線１２１に生じる誘導起電圧は、巻線１２１と鎖交する磁束の量に依存している。巻線１２１と鎖交する磁束の量は、磁気回路Ｆ１の磁気抵抗が大きいほど、少ない。磁気回路Ｆ１の磁気抵抗は、主に、歯部１２２ｂと磁極部１１１との間のエアギャップの磁気抵抗に依存している。歯部１２２ｂと磁極部１１１との間のエアギャップの磁気抵抗は、歯部１２２ｂと磁極部１１１との間のエアギャップ長Ｌ１に依存している。
従って、巻線１２１に生じる誘導起電圧は、歯部１２２ｂと磁極部１１１との間のエアギャップ長Ｌ１に依存している。
図２には、巻線１２１に流れる電流によって生じる主な磁束Ｆ２が示されている。発電が行われるとき、巻線１２１には、誘導起電圧に起因した電流が流れる。磁束Ｆ２は、発電が行われるとき、巻線１２１に流れる電流によって生じる。磁束Ｆ２の線は、巻線１２１の電流によって生じる磁束Ｆ２が通る主な磁気回路を表している。そこで、磁束Ｆ２が通る磁気回路を、磁気回路Ｆ２と称する。
巻線１２１の電流によって生じる主な磁束Ｆ２は、歯部１２２ｂ、コア本体１２２ａ、及び、隣り合う２つの歯部１２２ｂの間のエアギャップを通る。つまり、歯部１２２ｂ、コア本体１２２ａ、及び、隣り合う２つの歯部１２２ｂの間のエアギャップによって、磁気回路Ｆ２が構成されている。巻線１２１の電流によって生じる磁束Ｆ２の多くは、次の理由で、ロータ１１のバックヨーク部１１２を通らず、隣り合う２つの歯部１２２ｂの間のエアギャップを通る。
電流によって巻線１２１に生じる磁束Ｆ２に関して、磁極部１１１は、単に磁束の経路と見なされる。本実施形態において、磁極部１１１は、透磁率が空気と同程度に低い永久磁石で構成されているため、磁気回路Ｆ２において空気と同等と見なせる。磁極部１１１が空気と同等であるため、ステータ１２とロータ１１との間の実質的なエアギャップ長は、歯部１２２ｂからバックヨーク部１１２までの距離Ｌ１１になる。歯部１２２ｂからバックヨーク部１１２までの距離Ｌ１１は、軸方向Ｘにおける磁極部１１１の厚みを含むため、歯部１２２ｂから磁極部１１１までの距離Ｌ１よりも長い。
しかも、本実施形態では、巻線１２１の電流によって生じる磁束Ｆ２の量は、磁極部１１１の永久磁石によって生じる磁束の量よりも少ない。巻線１２１の電流によって生じる磁束Ｆ２の多くは、エアギャップ長Ｌ１１を隔てたバックヨーク部１１２に到達し難い。従って、巻線１２１の電流によって生じる磁束Ｆ２のうち、バックヨーク部１１２を通る磁束は少ない。
従って、巻線１２１の電流によって生じる磁束Ｆ２の多くは、ロータ１１のバックヨーク部１１２よりも、歯部１２２ｂと歯部１２２ｂとの間のエアギャップを通る。
巻線１２１のインダクタンスは、巻線１２１から見た磁気抵抗に依存する。巻線１２１のインダクタンスは、巻線１２１から見た磁気抵抗に反比例する。
ここで、巻線１２１から見た磁気抵抗とは、巻線１２１の電流によって生じる磁束Ｆ２が流れる磁気回路Ｆ２の磁気抵抗である。巻線１２１から見たステータ１２の磁気抵抗には、隣り合う２つの歯部１２２ｂの間のエアギャップの磁気抵抗が含まれる。巻線１２１に電流によって生じる磁束Ｆ２は、厳密には、ステータ１２及びロータ１１の双方を通る。しかし、上述したように、巻線１２１に電流によって生じる磁束の多くは、ロータ１１のバックヨーク部１１２を介さず、隣り合う２つの歯部１２２ｂの間のエアギャップを通る。従って、巻線１２１から見た磁気抵抗は、ロータ１１の磁気抵抗よりも、ステータ１２の磁気抵抗に強く依存する。つまり、巻線１２１のインダクタンスは、巻線１２１から見たロータ１１の磁気抵抗よりも、巻線１２１から見たステータ１２の磁気抵抗に、より多く依存する。従って、巻線１２１のインダクタンスは、実質的に、巻線１２１から見たステータ１２の磁気抵抗に依存する。
供給電流調整部１３は、電流要求に応じて巻線１２１に対するステータコア１２２の相対位置を移動させて、巻線１２１から見たステータコア１２２の磁気抵抗を変えることによって巻線１２１のインダクタンスを変える。例えば、供給電流調整部１３が、ステータコア１２２を矢印Ｘ１の向きに移動させると、ステータコア１２２の歯部１２２ｂが、筒状に巻かれた巻線１２１の中から抜ける向きに移動する。従って、巻線１２１の中に存在するステータコア１２２の量が減少する。この結果、巻線１２１から見たステータコア１２２の磁気抵抗が増大するので、巻線１２１のインダクタンスが減少する。
さらに、供給電流調整部１３は、巻線１２１のインダクタンスの変化率が巻線１２１と鎖交する磁束の変化率よりも小さくなるように巻線１２１のインダクタンスを変え、電流を調整する。本実施形態の電流供給システム１の供給電流調整部１３は、ロータ１１に対するステータコア１２２の相対位置を維持するように、巻線１２１に対するステータコア１２２の相対位置を移動する。
供給電流調整部１３が、ステータコア１２２を矢印Ｘ１の向きに移動させると、ロータ１１も連動して矢印Ｘ１の向きに移動する。このため、ロータ１１に対するステータコア１２２の相対位置が維持される。
ロータ１１に対するステータコア１２２の相対位置が維持されることによって、ステータコア１２２が移動する場合に、歯部１２２ｂと磁極部１１１との間のエアギャップ長Ｌ１の変化が抑えられる。従って、磁極部１１１からステータコア１２２に流れる磁束Ｆ１の変化が抑えられる。つまり、巻線１２１と鎖交する磁束Ｆ１の変化が抑えられる。
図３は、図２に示す供給電流調整部１３の巻線１２１の等価回路を概略的に示す回路図である。
図３に示すように、巻線１２１（図２参照）は、電気的に、交流電圧源１２１Ａ、インダクタ１２１Ｂ、及び抵抗１２１Ｃを含んでいる。
交流電圧源１２１Ａが出力する誘導起電圧Ｅは、主に巻線１２１と鎖交する磁束Φつまり磁束Ｆ１とロータ１１の回転速度ωの積に依存する。インダクタ１２１ＢのインダクタンスＬは、主に巻線１２１から見たステータ１２の磁気抵抗に依存する。抵抗１２１Ｃの抵抗値Ｒは、巻線抵抗である。巻線１２１のインピーダンスは、（（ωＬ）２＋Ｒ２）１／２で表される。
供給電流調整部１３は、電流要求に応じて巻線１２１に対するステータコア１２２の相対位置を移動させて、巻線１２１から見たステータコア１２２の磁気抵抗を変えることによって巻線１２１のインダクタンスＬを変える。インダクタンスＬを変えることによってインピーダンスが変わり、電流供給システム１から供給される電流が調整される。
また、供給電流調整部１３は、巻線１２１と鎖交する磁束Φの変化率が、巻線１２１のインダクタンスＬの変化率よりも小さくなるように巻線１２１のインダクタンスを変え、電流を調整する。従って、誘導起電圧Ｅの変化が抑えられるように電流が調整される。
車両Ｖにおいて、電流供給システム１から供給される電流を調整する方法として、供給電流調整部１３による調整の他に、エンジンＥＧの出力（パワー）を変える方法が考えられる。つまり、駆動源回転速度調整部ＥＣが、エンジンＥＧの回転速度を変えることによってロータ１１の回転速度ωを変え、モータＭに供給する電圧を調整する。
エンジンＥＧの出力（パワー）は、主に出力軸Ｃの回転速度、すなわち、ロータ１１の回転速度ωを変えることによって調整される。ロータ１１の回転速度ωは、巻線１２１の誘導起電圧Ｅ、及びインピーダンス（（ωＬ）２＋Ｒ２）１／２の双方に影響する。このため、エンジンＥＧの出力軸Ｃの回転速度を変える方法のみによると、供給電圧と供給電流の連動性が高い。
これに対し、電流供給システム１では、電流要求に応じて巻線１２１に対するステータコア１２２の相対位置を移動させて、巻線１２１から見たステータコア１２２の磁気抵抗を変えることによって巻線１２１のインダクタンスを変える。このため、巻線１２１から見たステータコア１２２の磁気抵抗を変える場合の電圧変化に対する電流変化の度合いは、ロータ１１の回転速度ωを変える場合と異なる。従って、本実施形態の電流供給システムは、例えば駆動源回転速度調整部ＥＣによってエンジンＥＧの出力軸Ｃの回転速度を変えるのみの場合と比べて、電圧変化と電流変化との連動性を抑えつつ、電気負荷装置に供給する電流を調整することができる。
例えば、本実施形態の供給電流調整部１３は、ロータ１１に対するステータコア１２２の相対位置を維持するように、巻線１２１に対するステータコア１２２の相対位置を移動する。このため、電圧による制約の影響を抑えつつ、電流を調整することができる。
供給電流調整部１３は、電圧による制約の影響を抑えつつ電流を調整することができる。回転速度の範囲が広いエンジンＥＧ及び回転速度の範囲が狭いエンジンＥＧの双方に適用可能であり、電流の供給をより好適に行うことができる。
また、電流供給システム１は、巻線１２１から見たステータコア１２２の磁気抵抗を変えることによって巻線１２１のインダクタンスを変え、モータＭに供給する電流を調整する。このため、電流供給システム１では、巻線１２１の太径化又は磁石量の増大を抑えつつ、モータＭに供給する電流を調整することができる。このため、電流供給システム１自体が小型化できる。
このように、電流供給システム１は、小型化でき、且つ回転速度の範囲が広いエンジンＥＧ及び回転速度の範囲が狭いエンジンＥＧの双方に適用可能であり、電流の供給を好適に行うことができる。
また、電流供給システム１を含む電力供給システムＰ（図１参照）では、駆動源回転速度調整部ＥＣと供給電流調整部１３の双方によって電力が調整される。駆動源回転速度調整部ＥＣによる調整によって、電流と電圧の双方が変化する。また、供給電流調整部１３による調整によっても、電流と電圧の双方が変化する。ただし、駆動源回転速度調整部ＥＣによるロータ１１の回転速度の変化は、供給電流調整部１３による調整と比べて、モータＭに供給する電圧と電流の各々への影響の大きさが異なる。ロータ１１の回転速度の変化は、供給電流調整部１３による調整と比べて、モータＭに供給する電圧への影響が大きい。モータＭに供給する電圧は、ロータ１１の回転速度を変えることによって調整しやすい。本実施形態の電流供給システム１によれば、電気負荷装置に供給する電流の調整と電圧の調整の独立性を高めることができるので、電流要求と電圧要求のそれぞれにより適した調整を行うことができる。
［第二実施形態］
続いて、本発明の第二実施形態について説明する。以下の第二実施形態の説明にあたっては、上述した第一実施形態との相違点を主に説明する。
図４は、第二実施形態の電流供給システムにおける供給電流調整部の調整を説明するための模式図である。
図４に示す電流供給システム２において、供給電流調整部２３は、電流供給システム２に要求される電流要求に応じて、巻線２２１を移動させて巻線２２１から見たステータコア２２２の磁気抵抗を変えることによって巻線２２１のインダクタンスを変え、モータＭ（図１参照）に供給する電流を調整する。
供給電流調整部２３は、ステータコア２２２を移動させず、巻線２２１を移動させる。
より詳細には、ステータコア２２２は、図示しない筐体に固定されており、ロータ２１は、筐体に回転可能に支持されている。ロータ２１は、軸方向Ｘについて固定されている。巻線２２１は、筐体に対し軸方向Ｘに移動自在なように筐体に支持されている。
供給電流調整部２３の電流調整機構２３１は、歯部２２２ｂが筒状の巻線２２１の中に出入りする方向に移動するよう、巻線２２１を移動させる。本実施形態では、電流調整機構２３１は、巻線２２１を軸方向Ｘに移動させる。電流供給システム２に備えられて歯部２２２ｂに巻かれた巻線２２１はすべて一体となって移動する。電流調整制御部２３２は、電流要求に応じて電流調整機構２３１を動作させる。
本実施形態において、供給電流調整部２３は、電流要求に応じて巻線２２１に対するステータコア２２２の相対位置を移動させて、巻線２２１から見たステータコア２２２の磁気抵抗を変えることによって巻線２２１のインダクタンスを変える。このため、電流供給システム２は、第一実施形態の場合と同様、小型化でき、且つ回転速度の範囲が広いエンジンＥＧ及び回転速度の範囲が狭いエンジンＥＧの双方に適用可能であり、電流の供給を好適に行うことができる。
さらに、本実施形態の電流供給システム２では、巻線２２１のみを移動させることによって、ロータ２１に対するステータコア２２２の相対位置を維持するように、巻線２２１に対するステータコア２２２の相対位置を移動することができる。
［第三実施形態］
続いて、本発明の第三実施形態について説明する。以下の第三実施形態の説明にあたっては、上述した第一実施形態との相違点を主に説明する。
図５は、第三実施形態の電流供給システムを示す模式図である。
図５に示す電流供給システム３におけるステータコア３２２は、複数の第一ステータ部３２３と、第二ステータ部３２４とを備えている。
複数の第一ステータ部３２３のそれぞれは、ロータ３１にエアギャップを介して対面する対面部３２３ａを有する。複数の第一ステータ部３２３は、間隔を空けて円環状に配置されている。すなわち、複数の第一ステータ部３２３は、周方向Ｚに一列に並んで配置されている。複数の第一ステータ部３２３は、ステータ３２において主たる歯部として機能するので、第一歯部３２３とも称する。第一ステータ部３２３の対面部３２３ａでの周方向Ｚの長さは、第一ステータ部３２３の、対面部３２３ａ以外の部分における周方向Ｚの長さよりも長い。巻線３２１は、第一ステータ部３２３に巻かれている。
第二ステータ部３２４は、第一ステータ部３２３を挟んで、ロータ３１とは反対の位置に配置されている。第二ステータ部３２４は、ロータ３１と対面する対面部３２３ａを有さない。第二ステータ部３２４は、円環状のステータヨーク部３２４ａ、及び複数の第二歯部３２４ｂを有する。第二歯部３２４ｂは、ステータヨーク部３２４ａよりも第一ステータ部３２３の方に向かって突出している。第二歯部３２４ｂの数は、第一ステータ部３２３の数と同じである。ステータヨーク部３２４ａと第二歯部３２４ｂは、磁気的に結合している。即ち、第二歯部３２４ｂは、ステータヨーク部３２４ａと一体成形されていてもよく、ステータヨーク部３２４ａと別体に形成されてステータヨーク部３２４ａに取り付けられてもよい。第二歯部３２４ｂは、周方向Ｚに一列に並んで配置されている。第二歯部３２４ｂは、第一ステータ部３２３と等しい間隔を空けて円環状に配置されている。
実施形態の電流供給システム３における供給電流調整部３３は、複数の第一ステータ部３２３及び第二ステータ部３２４の一方を他方に対して移動させることによって、巻線３２１から見た磁気抵抗を変える。これによって、供給電流調整部３３は、モータＭに供給する電流を調整する。
より詳細には、第一ステータ部３２３は、図示しない筐体に対して固定されている。第二ステータ部３２４は、周方向Ｚで回転可能に支持されている。供給電流調整部３３の電流調整機構３３１は、第二ステータ部３２４を、ロータ３１の回転軸線を中心とした周方向Ｚに回転させることによって、第二ステータ部３２４を第一状態（図６（ａ）参照）から第二状態（図６（ｂ）参照）まで移動させる。
図６（ａ）は、図５に示すステータ３２の第一状態を示す模式図である。図６（ｂ）は、図５に示すステータ３２の第二状態を示す模式図である。
図６（ａ）に示す第一状態では、周方向Ｚにおいて、複数の第二歯部３２４ｂのそれぞれが、複数の第一ステータ部３２３のそれぞれと向かい合う。第一状態では、複数の第一ステータ部３２３のそれぞれと第二ステータ部３２４との間のエアギャップ長Ｌ３２が、複数の第一ステータ部３２３のうち隣り合う第一ステータ部の間のエアギャップ長Ｌ３３よりも短い。
図６（ｂ）に示す第二状態では、周方向Ｚにおいて、複数の第二歯部３２４ｂのそれぞれが、互いに隣り合う第一ステータ部３２３の間に位置する。第二状態では、複数の第一ステータ部３２３のそれぞれと第二ステータ部３２４との間のエアギャップ長Ｌ３４が、複数の第一ステータ部３２３のうち隣り合う第一ステータ部３２３の間のエアギャップ長Ｌ３３よりも長い。
第三実施形態の電流供給システム３における供給電流調整部３３の調整を説明する。
図６（ａ）には、巻線３２１の電流によって生じる主な磁束Ｆ３が示されている。図６（ａ）及び図６（ｂ）では、巻線３２１の電流による磁束Ｆ３を分りやすく示すため、ロータ３１の図示を省略している。
図６（ａ）に示す第一状態では、複数の第一ステータ部３２３のそれぞれと第二ステータ部３２４との間のエアギャップ長Ｌ３２が、複数の第一ステータ部のうち隣り合う第一ステータ部３２３の間のエアギャップ長Ｌ３３よりも短い。このため、巻線３２１の電流による磁束Ｆ３は、図６（ａ）に示すように、隣り合う第一ステータ部３２３と、第二ステータ部３２４とを通じて流れる。巻線３２１から見たステータコア３２２の磁気抵抗は、磁気回路Ｆ３において最も長いエアギャップである、隣り合う第一ステータ部３２３の間のエアギャップ長Ｌ３３に依存する。
図６（ｂ）に示す第二状態では、複数の第一ステータ部３２３のそれぞれと第二ステータ部３２４との間のエアギャップ長Ｌ３４が、複数の第一ステータ部３２３のうち隣り合う第一ステータ部３２３の間のエアギャップ長Ｌ３３よりも長い。このため、巻線３２１から見たステータコア３２２の磁気抵抗は、第一ステータ部３２３と第二ステータ部３２４との間のエアギャップ長Ｌ３４の影響を強く受ける。この結果、第二状態における巻線３２１から見たステータコア３２２の磁気抵抗は、第一状態における磁気抵抗よりも大きい。
先に説明したように、巻線３２１のインダクタンスは、巻線３２１から見た磁気抵抗に反比例する傾向を有する。従って、第二状態における巻線３２１のインダクタンスは、第一状態における巻線３２１のインダクタンスよりも小さい。
供給電流調整部３３は、第一状態（図６（ａ）参照）から第二状態（図６（ｂ）参照）まで、複数の第一ステータ部３２３及び第二ステータ部３２４の一方を他方に対して移動させることによって、巻線３２１から見た磁気抵抗を変える。これによって、供給電流調整部３３は、巻線３２１のインダクタンスを変え、モータＭ（図１参照）に供給する電流を調整する。
図７は、図５に示す電流供給システム３におけるロータ３１の回転速度に対する出力電流特性を示すグラフである。
図７のグラフにおいて、破線Ｈ１は、図６（ａ）に示す第一状態における出力電流特性を表している。実線Ｈ２は、図６（ｂ）に示す第二状態における出力電流特性を表している。
図７のグラフを参照して、電流供給システム３における調整について説明する。
破線Ｈ１に示す、第一状態における出力電流に着目すると、出力電流は、回転速度の増大に応じて増大する。従って、電流供給システム３の出力電流は、ロータ３１の回転速度、すなわちエンジンＥＧの出力軸Ｃ（図１参照）の回転速度によって調整することも可能である。
しかし、第一状態における出力電流は、ロータ３１の回転速度が比較的小さい領域で、回転速度の増大に応じて急峻に増大し、回転速度が比較的高い領域では、回転速度の増大に応じた出力電流の増大が緩やかである。すなわち、回転速度が比較的高い領域では、回転速度の変化に対する出力電流の変化率が小さい。
例えば、電流供給システム３が第一状態に固定される場合、回転速度の変化に対する出力電流の変化率が小さい領域において、出力電流を増大するためには、ロータ３１の回転速度を大幅に増大することが求められる。
例えば、車両Ｖ（図１参照）が走行時に登坂を開始する場合、又は、走行時に他の車両を追い抜く場合、高速走行時に更なるモータＭのトルクが必要となる。高速走行の状況において、ロータ３１の回転速度は高く、モータＭには高速走行に応じた電圧及び電流が供給されている。この状況で、更なる加速に対応して要求電流が増大すると、ロータ３１の回転速度を更に増大することが求められる。回転速度の変化に対する出力電流の変化率が小さい領域において、出力電流を増大するためには、回転速度を大幅に増大する必要がある。
巻線３２１の誘導起電圧は、ロータ３１の回転速度にほぼ比例するため、回転速度を大幅に増大すると、誘導起電圧が大幅に増大する。電圧の大幅な増大に対応するためには、電気部品の高耐圧化が必要となり、電気部品の高耐圧化に伴う効率の低下、及びシステムの大型化を招来する。
また、エンジンＥＧにおいては、低燃費化及び小型化を図るため、回転速度の範囲を狭めることが考えられている。エンジンＥＧの回転速度の範囲を狭めることは、出力電流の範囲を狭めることにつながる。
本実施形態の電流供給システム３では、供給電流調整部３３が、電流要求に応じて巻線３２１から見たステータコア３２２の磁気抵抗を変えることによって巻線３２１のインダクタンスを変える。これによって、供給電流調整部３３が、モータＭに供給する電流を調整する。具体的には、供給電流調整部３３が、第二ステータ部３２４を第一状態（図６（ａ）参照）から第二状態（図６（ｂ）参照）まで移動させることによって、図７の出力電流特性を破線Ｈ１から実線Ｈ２のように変えることができる。
出力電流特性に関して、例えば、一般的な発電機で、巻線の太径化又は磁石量の増大を行うと、回転速度が低い領域で図７の破線Ｈ１に示すように出力電流を確保し、回転速度が高い領域で実線Ｈ２に示すように回転速度の増大に応じて出力電流を増大させる特性を得ることが可能である。しかし、巻線の太径化又は磁石量の増大を行うと、電流供給システム自体が大型化してしまう。
また、モータＭに供給する電流を調整する方法としては、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータの利用が考えられる。しかし、車両Ｖを駆動するような電力を入出力可能なＤＣ−ＤＣコンバータは、内蔵されるトランス等の部品が電力に対応して大型化してしまう。
本実施形態の電流供給システム３では、供給電流調整部３３が、電流要求に応じて巻線３２１から見たステータコア３２２の磁気抵抗を変えることによって巻線３２１のインダクタンスを変える。このため、巻線の太径化又は磁石量の増大を行わずに、電流要求に応じて電流を調整することができる。
このように、本実施形態の電流供給システム３は、小型化でき、且つ回転速度の範囲が広いエンジンＥＧ及び回転速度の範囲が狭いエンジンＥＧの双方に適用可能であり、電流の供給を好適に行うことができる。
再び図５を参照して電流供給システム３の供給電圧調整部３４について説明する。
電流供給システム３は、供給電流調整部３３とは別に、供給電圧調整部３４を備えている。
供給電圧調整部３４は、ロータ３１の磁極部３１１から出て巻線３２１と鎖交する鎖交磁束を変えることによって巻線３２１の誘導起電圧を変え、モータＭに供給する電圧を調整する。より詳細には、供給電圧調整部３４は、ロータ３１を軸方向Ｘに移動させることによって、ロータ３１と、ステータ３２との間のエアギャップ長Ｌ３１を変える。このようなロータ３１の軸方向Ｘへの移動は、例えばロータ３１を回転可能に支持する軸受部３１３を、軸方向Ｘに移動させる電圧供給調機構３４４によって実現することができる。ロータ３１とステータ３２との間のエアギャップ長Ｌ３１が変わることによって、ロータ３１と、ステータ３２との間の磁気抵抗が変わる。これによって、磁極部３１１で生じて巻線３２１と鎖交する磁束の量が変わる。従って、電流供給システム３が供給する電圧が変わる。
本実施形態の電流供給システム３は、供給電流調整部３３とは別に、供給電圧調整部３４を備えている。従って、モータＭに供給する電流の調整と電圧の調整の独立性を高めることができるので、電流要求と電圧要求のそれぞれにより適した調整を行うことができる。例えば、モータＭに供給する電圧は、主にモータＭの回転速度に対応し、モータＭに供給する電流は、主にモータＭの出力トルクに対応する。本実施形態の電流供給システム３は、モータＭの回転速度及び出力トルクの双方の要求に適した調整を行うことができる。
また、供給電圧調整部３４は、次のようにして、供給電流調整部３３の動作に起因する、巻線３２１と鎖交する鎖交磁束の変動を抑えることができる。
ロータ３１の磁極部３１１から出て巻線３２１と鎖交する鎖交磁束は、ステータコア３２２を通って流れる。つまり、磁極部３１１から出て巻線３２１と鎖交する鎖交磁束は、第一ステータ部３２３及び第二ステータ部３２４を通って流れる。
供給電流調整部３３が、第二ステータ部３２４を第一状態（図６（ａ）参照）から第二状態（図６（ｂ）参照）まで移動させると、第一ステータ部３２３と第二ステータ部３２４との間のエアギャップ長Ｌ３２，Ｌ３４が変わる。このため、ロータ３１の磁極部３１１から出て巻線３２１と鎖交する鎖交磁束の量も変わる。
供給電圧調整部３４は、供給電流調整部３３の動作による巻線３２１と鎖交する鎖交磁束の変動を補償するように、ロータ３１と、ステータ３２との間のエアギャップ長Ｌ３１を変える。この結果、供給電流調整部３３の動作に起因する、巻線３２１と鎖交する鎖交磁束の変動を抑えられる。
このようにして、供給電流調整部３３は、供給電圧調整部３４の補償動作によって、電圧による制約の影響をより抑えつつ、電流を調整することができる。
なお、上述した第三実施形態では、図７の電流特性のグラフを参照して、電圧変化と電流変化との連動性を抑えつつ、電気負荷装置に供給する電流を調整することができることを説明した。しかし、電圧変化と電流変化との連動性を抑えつつ、電気負荷装置に供給する電流の調整ができることは、第一実施形態及び第二実施形態においても同様である。
また、上述した第三実施形態では、電流供給システム３が、供給電流調整部３３及び供給電圧調整部３４の双方を備えることを説明した。ただし、本発明の電流供給システムは、供給電圧調整部を備えていなくともよい。
また、上述した実施形態では、アキシャルギャップ型構造を有するロータ及びステータの例を説明した。ただし、本発明の電流供給システムは、ロータとステータとが、エアギャップを介して径方向で対向するラジアルギャップ構造にも適用できる。本実施形態のアキシャルギャップ型構造における軸方向Ｘ（図２）は、本発明におけるロータとステータとが対向する方向の一例である。ラジアルギャップ構造においては、ロータとステータとが径方向に対向する。
また、上述した実施形態では、ロータ１１がエンジンＥＧに接続される構成の詳細として、ロータ１１は、エンジンＥＧの出力軸Ｃと直接接続されている例を説明した。ただし、エンジンＥＧの出力軸Ｃと電流供給システム１のロータ１１とは、例えばベルト、歯車、又はドライブシャフトに代表される伝達装置を介して接続されていてもよい。ただし、エンジンＥＧの出力軸Ｃと電流供給システム１のロータ１１とは、変速比が可変の変速装置を介すことなく接続されることが好ましい。言い換えると、エンジンＥＧの出力軸Ｃの回転速度に対する電流供給システム１のロータ１１の回転速度の比は一定であることが好ましい。前記比（速度比）は、１を超えてもよく、１であってもよく、１未満であってもよい。出力軸Ｃとロータ１１とが増速装置を介して接続される場合、前記比は１を超える。出力軸Ｃとロータ１１とが等速装置を介して接続される場合、前記比は１である。出力軸Ｃとロータ１１とが減速装置を介して接続される場合、前記比は１未満である。
また、上述した実施形態では、供給電流調整部が、アクセル操作子の出力に応じて調整を行う例を説明した。ただし、本発明の電流供給システムに要求される電流要求は、アクセル操作子の出力に限られない。電流供給システムに要求される電流要求として、例えば次のものが挙げられる。
・車両の自動速度制御装置（クルーズコントロール）から出力される加速要求の信号
・運転者が操作する、アクセル操作子とは別のスイッチ、ボリュームの出力
・電気負荷装置に設けられた操作子の出力
また、上述した実施形態では、マイクロコントローラ又はワイヤードロジック（論理回路）で構成された電流調整制御部を備える例を説明した。また、電流供給システムに要求される電流要求は、電気信号に限られない。本発明の供給電流調整部は、例えば、操作レバーに接続されたワイヤによって動作するものであってもよい。この場合、供給電流調整部は、マイクロコントローラやモータを備えず、ワイヤが伝達する力によってステータコアを移動させてもよい。
また、電流供給システムに要求される電流要求は、人の操作であってもよい。例えば、本発明の供給電流調整部は、例えば、ステータコアと連動するレバーを備えて、このレバーが人によって操作されることで、ステータコアを移動させるものであってもよい。
また、上述した実施形態では、電気負荷装置として、モータＭの例を説明した。ただし、本発明における電気負荷装置はこれに限られず、例えば、電力を熱に変換する電熱装置であってもよい。
また、上述した実施形態では、電流供給システムが適用される装置として、車両の例を説明した。本発明の電流供給システムは小型化できるので、車両に搭載される電流供給システムとして好適に用いられる。ただし、本発明の電流供給システムはこれに限られず、例えば、発電装置に適用できる。
また、上述した実施形態では、駆動源として、エンジンＥＧの例を説明した。ただし、本発明における駆動源は、これに限られず、例えば、タービン又は風車であってもよい。
１、２、３ 電流供給システム
１１、２１、３１ ロータ
１２、２２、３２ ステータ
１３、２３、３３ 供給電流調整部
１１１、３１１、２１１ 磁極部
１２１、２２１、３２１ 巻線

Claims (10)

  1. 駆動源から回転駆動力を受けるとともに、電流の要求が変化する電気負荷装置に電流を供給する電流供給システムであって、
    前記電流供給システムは、
    永久磁石を有し前記駆動源に接続されたロータと、
    巻線及び前記巻線が巻かれたステータコアを有し前記ロータと対向して配置されたステータと、
    前記電流供給システムに要求される電流要求に応じて前記巻線から見た前記ステータコアの磁気抵抗を変えることによって前記巻線のインダクタンスを変え、前記電気負荷装置に供給する電流を調整する供給電流調整部と
    を備える。
  2. 請求項１に記載の電流供給システムであって、
    前記供給電流調整部が、
    前記電流供給システムに要求される電流要求に応じて前記巻線から見た前記ステータコアの磁気抵抗を変えることによって、前記巻線と鎖交する磁束の変化率が前記巻線のインダクタンスの変化率よりも小さくなるように前記巻線のインダクタンスを変え、供給する電流を調整する。
  3. 請求項１又は２に記載の電流供給システムであって、
    前記供給電流調整部が、
    前記電流供給システムに要求される電流要求に応じて前記巻線に対する前記ステータコアの相対位置を移動させて、前記巻線から見た前記ステータコアの磁気抵抗を変えることによって前記巻線のインダクタンスを変え、前記電気負荷装置に供給する電流を調整する。
  4. 請求項３に記載の電流供給システムであって、
    前記供給電流調整部が、
    前記電流供給システムに要求される電流要求に応じて前記ロータに対する前記ステータコアの相対位置を維持するように前記巻線に対する前記ステータコアの相対位置を移動させて、前記巻線から見た前記ステータコアの磁気抵抗を変えることによって前記巻線のインダクタンスを変え、前記電気負荷装置に供給する電流を調整する。
  5. 請求項１又は２に記載の電流供給システムであって、
    前記供給電流調整部が、
    前記電流供給システムに要求される電流要求に応じて、前記巻線を移動させて前記巻線から見た前記ステータコアの磁気抵抗を変えることによって前記巻線のインダクタンスを変え、前記電気負荷装置に供給する電流を調整する。
  6. 請求項１に記載の電流供給システムであって、
    前記ロータの永久磁石から出て前記巻線と鎖交する鎖交磁束を変えることによって前記巻線の誘導起電圧を変え、前記電気負荷装置に供給する電圧を調整する供給電圧調整部を備える。
  7. 請求項６に記載の電流供給システムであって、
    前記供給電圧調整部が、
    前記巻線に対する前記永久磁石の相対位置を移動させて前記ロータの永久磁石から生じて前記巻線と鎖交する前記鎖交磁束を変えることによって前記巻線の誘導起電圧を変え、前記電気負荷装置に供給する電圧を調整する。
  8. 請求項１又は２に記載の電流供給システムであって、
    前記ステータは、前記ロータにエアギャップを介して対面する対面部を有する複数の第一ステータ部と、前記対面部を含まない第二ステータ部とを備え、
    前記供給電流調整部が、
    前記電流供給システムに要求される電流要求に応じて、前記複数の第一ステータ部及び前記第二ステータ部の一方を他方に対して移動させることによって、前記巻線から見た前記ステータコアの磁気抵抗を変える。
  9. 請求項８に記載の電流供給システムであって、
    前記供給電流調整部が、
    前記複数の第一ステータ部のそれぞれと前記第二ステータ部との間のエアギャップ長が、前記複数の第一ステータ部のうち隣り合う第一ステータ部の間のエアギャップ長よりも短い第一状態から、
    前記複数の第一ステータ部のそれぞれと前記第二ステータ部との間のエアギャップ長が、前記複数の第一ステータ部のうち隣り合う第一ステータ部の間のエアギャップ長よりも長い第二状態まで、
    前記複数の第一ステータ部及び前記第二ステータ部の一方を他方に対して移動させることによって、前記巻線から見た前記ステータコアの磁気抵抗を変える。
  10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の電流供給システムと
    前記駆動源と、
    前記駆動源の回転速度を変えることによって前記ロータの回転速度を変え、前記電気負荷装置に供給する電圧を調整する駆動源回転速度調整部とを備えた
    電力供給システム。
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