JP4361805B2 - 速度許容度を増加させるために、可変の軸方向のロータ／ステータアライメントを備えるブラシレス永久磁石モータ又はオルタネータ - Google Patents

Description

本発明は、半径方向エアギャップタイプの永久磁石電気機械に関する。より具体的には、本発明は、ロータ及びステータの軸方向のアライメントが、速度と適用トルクをコントロールするために変化され得る、半径方向エアギャップタイプの永久磁石電気機械に関する。

永久磁石電気機械は、回転出力の効率的なプロデューサ／ユーザであると知られている。ブラシレス永久磁石機械は、より従来からの電気機械におけるコンダクタへの電流をスイッチする電気コントローラと共に共通に用いられるブラシとコミュテータを排除する。永久磁石電気機械において用いられるブラシレス電気コントローラは、永久磁石を含むロータの動きに合わせて反応する、静的なモータステータに、コンダクタコイルが配置されることを許容する。

ブラシレス永久磁石機械は、その耐久性、制御性、そして、電気スパークが出ないことで知られている。これらのファクターは、コミュテータ装着電気機械における問題を引き起こす。ブラシレスモータが、車における回生ブレーキや風力発電機のような、電源によって駆動されるとき、モータは永久磁石オルタネータになる。

多くの他のタイプの電気機械とは違って、永久磁石電気機械は、起電力（ボルト）×電流（アンペア）の積と出力トルクとの間にリニアな関係を有している。この特徴は、リニアなトルク／速度関係が制御を単純化する、電気自動車や他の適用におけるトラクションロードに対して理想的である。

従来の永久磁石機械は、ベース速度と呼ばれるｒｐｍ限界まで高い出力トルクを利用できる。ベース速度ｒｐｍは、回転速度が増加するに従って、永久磁石機械が累加する「逆起電力」電位という現象によって支配される。この逆起電力は、磁気ギャップ磁束密度、巻線回数、及び回転速度によって支配される。永久磁石機械の回転速度が増加すると、逆起電力が供給される電圧と等しくなるまで累加される。逆起電力が供給電圧と等しくなると、永久磁石機械は、それ以上には早く作動しない。この逆起電力ｒｐｍ限界特性は、車両適用において使用される直巻電気機械に関して共通する過度な速度による損傷から永久磁石機械を守る。永久磁石機械を守る逆起電力ベース速度特性もまた、ダイナミックｒｐｍレンジを制限する傾向がある。

静止又は低速から加速するために、多くの電気車両は、高トルクにセットされている固定減速駆動比を持っている。そのような構成が慣性に打ち勝つために必要な高いトルクを供給すると、それは低いベース速度及び制限されたトップ速度という結果となる。低速度、一定トルク作動に加えて、多くのモータ車両はまた一定動力の上限を有することが好ましい。ここで、速度は減少するトルク要求と共に増加し得る。

ベース速度を超えて、ブラシレス永久磁石モータ又は他のモータタイプを作動するための方法がある。これらの方法は、電気的手段を用いる方法又は機械的手段を用いる方法のいずれかに概して分類できる。

速度を電気的に増加させる方法又は磁束を変化させる方法は、追加の相コイルの高電流スイッチング又は相コイルの接続され方をスイッチングすることを含む。そのような接触器及びその接触磨耗の費用は、高耐久性ブラシレスモータの有利な点を打ち消す。コイルを弱くする補足磁束はまた、ステータ磁束を減少させ、速度を増加させるために用いられてきた。この後者のアプローチは、典型的に、ステータにおける加熱効果を増加させ、接触器を要求する。他の方法は、適用される駆動電流又は電圧のパルス角及び波形状を変化させることにより、より高速作動を達成することができる。

他の既知の方法は、より高いモータ速度を達成するために、供給電圧を引き上げるDC／DC増幅器回路の使用を含む。この方法は、システムコストを増加させ、信頼性と効率を低下させる。モータのベース速度を増加させるという電気的なそのようなアプローチは、キャンビエらに特許された米国特許番号５，６７７，６０５、デングらに特許された米国特許番号５，７３９，６６４、及びパターソンらに特許された米国特許番号４，５４６，２９３において例示されている。

モータのベース速度を増加することへの機械的なアプローチは、テーパ形状又は円錐形状ロータ及びステータ間の半径方向エアギャップを変化させる構成を含む。リンカーンに特許された米国特許番号８２９，９７５及び１，１９４，６４５は、ウォームギアによってエアギャップ及び速度を調整するために軸方向に動かされる円錐形状のロータ及びシャフトを開示している。ヴィオンに特許された米国特許番号３，６４８，０９０、及びホールデンらに特許された米国特許番号４，９２０，
２９５はそれぞれエアギャップを軸方向に変化させて調整されるオルタネータにおける円錐状のロータ及びオルタネータ出力を開示する。ミラーに特許された米国特許番号５，６２７，４１９は、モータに動力が加えられないとき、フライホイールエネルギ蓄積システムの磁気抗力を減少させ、エアギャップを増加させるように軸方向に動かされる円錐状のロータを開示する。これらの特許全てにおいて、ロータとステータは関与し合った状態を維持しつつ、磁気エアギャップにおける変化は小さな軸方向の移動によって達成できる。

マックエンタイヤに特許された米国特許番号３，２５０，９７６は、速度を変化するためにデュアルロータの短縮された及び短縮されていない部分間で軸方向に移動されるAC誘導モータのモータステータコイルを開示する。マックエンタイヤは、ステータ移動を生じる複雑な複数の親ねじ又はボールねじと２倍長さのロータとを要求する。

マスザワらに特許された米国特許番号５，８２１，７１０は、２つの部分に分かれる磁石モータを開示する。通常の低速作動に対して、両ロータ部分の磁北極及び磁南極が整列されている。モータ速度が増加すると、遠心重量は、１つのロータ部分を回転させて、磁極が速度と共にミスアライメントの増加を有するようになる。磁極ミスアライメントは、通常のベース速度より速くモータが回転できることを許す逆起電力及び磁束における減少を引起す。このシステムは、内蔵型であるが、１つのロータセグメントを動かしてミスアライメントさせる遠心装置及び分割ロータを要求する。同磁極の強い反発力は、ロータセグメントを分離するように押すスラストを生じさせる。磁極がミスアラインされると、磁極と違う引力は、遠心位置決め力を増加し、アライメント位置を回復させるように用いられるスプリングを圧倒する。これらのファクタは、複雑な設計を増加し、耐久性をもたらし、コスト増をもたらす。

ラオに特許された米国特許番号６，１９４，８０２は、固定軸方向エアギャップを使用するパンケーキタイプのモータを開示する。このタイプのモータにおいて、軸方向ギャップは、半径方向エアギャップを持つ内部円筒形ロータモータ設計と機能的に等価である。ロータにおける個々の磁気セクタは、バネ押し半径方向トラックにマウントされる。ロータｒｐｍが増加すると、遠心力は、ステータコイルに関して整列された磁石の活動エリアを減少させて、逆起電力を減少させて、磁気セクタが、半径方向に広がるようにする。このことは、ベース速度よりも速くモータが動くことを生じさせる。ラオは、活性化の遠心方法において上述するマスザワら及びホールデンらに類似する。ラオの設計は、コストを上昇させ、複雑さを増す半径方向磁力トラックの広範囲な機械加工を要求する。加えて、この磁石ロータのバランスの十分なレベルを維持することは、幾つかのファクタによって複雑化されている。ロータが内部の位置で磁石とバランスを取った後においてですら、速度が増加すると、個々の磁石の位置が、トラックに沿った磁石のすべり摩擦、バネ定数／率、磁石の質量における違いによって影響される。個々の磁石位置における合力において小さな変化は、高いロータ速度でのバランスに壊滅的な影響を持つであろう。これらのファクタは、モータの逆起電力を減少させ、ベース速度よりも高速で作動する能力に、必然的に不利な影響を与えるであろう。

説明がされるにしたがって明らかになるであろう本発明の種々の特徴、性質、実施形態によると、本発明は、複数のステータ磁極及びそのステータ磁極における回転場を発生するための巻線を持つステータと、ここで、該ステータは中心軸及び実質的に均一な内径を有しているが、その周表面において複数の永久磁石を備えた、ステータの中心軸と一致する中心軸を持つロータと、ここで、該ロータは更に実質的に均一な外径を有するが、該ロータが結合される回転可能なシャフトと、ここで、回転可能なシャフトはステータの中心軸と一致する中心軸を有しているが、該回転可能なシャフトに沿ってステータについてロータを動かす手段と、を含むブラシレス永久電気機械を提供する。

本発明は、更に、その通常のベース速度を超えてブラシレス永久磁石電気機械を作動する方法を提供するが、その方法は、ステータ、ロータ、及びそのロータが結合される回転可能なシャフトを有するブラシレス永久磁石電気機械を提供し、その回転可能なシャフトに沿ってステータについてロータを動かすことを含むものである。

本発明はまた、ブラシレス永久電気機械が車両を駆動するためのモータを含む、車両と組み合わせたブラシレス永久電気機械を提供し、かつまた、車両のブレーキシステムのための発電機を含むことができる。

本発明は更に、ブラシレス永久電気機械が発電機を含み、その動力発生システムが風力発電機を含むことができる、動力発生システムと組み合わせてブラシレス永久電気機械を提供する。

多くの適用において、ブラシレス永久磁石モータのメリットが望まれているが、ベース速度をはるかに超える作動も望まれている。電気自動車への適用では、低速作動はしばしば、重い負荷を動かすために、又は、でこぼこ地形若しくは丘のような傾斜を乗り越えて行くために、ベース速度以下において一定トルクが要求される。多くの場合、高速作動は、水平な道路又は発達した産業地域をクルーズするために、ベース速度の２倍又は３倍の速度が要求される。この高速モードにおいて、トルク要求は低く、一定動力作動が望まれる。一定動力作動において、利用できるトルクは、速度に逆比例する。逆起電力を制御するメカニズムを備えるモータにおける一定動力モードは、トランスミッションでギア比をシフトすること、即ち、より高速であることに似ている作動を提供する。本発明によるベース速度を超えて速度が増加する一定動力モードへ一定トルクモードからシフトすることができるモータは、磁変トランスミッションとして活用され得る。

逆に、風力発電ユニットは、弱風に対する最少トルクでスタートするオルタネータを必要とする。この最少トルクは、逆起電力が最少点のときに存在する。風速及び風力が増すと、最大逆起電力はより多くの動力を発生するであろう。本発明の連続可変磁界トランスミッションを用いることにより、風力発電コントローラは、得られる風から捕捉され得るエネルギの量を最大化することができる。

ブラシレス永久磁石モータは、ステータ相コイルに電流をスイッチする電気コントローラを要求するので、モータ遠心力の直接コントロールに対して、モータコントローラによって独立した逆起電力コントロールを有することによる本発明に基づき、追加の利点となり得る。これらの同じ電気自動車への適用において、高速作動は、そのモータによる回生ブレーキを要求する減速がその次に生じる。回生ブレーキは、そのモータが発電機として作動するコントロールフェーズであり、車を減速し、エネルギをバッテリに返却する。遠心力ではなくコントローラ（独立したアクチュエータを用いるが）によって逆起電力を調整させることにより、最適な回生ブレーキに対する一定トルクモードへとモータが移行されることを許可する。

本発明は、逆起電力を減少させ、速度を通常のベース速度以上に上昇させるように半径方向ギャップ永久磁石モータのロータを軸方向に移動させる方法を含む。発明は、ロータをモータシャフトに連結させる統合一定速度リニア・ベアリングを持つ永久磁石ロータを活用する。統合一定速度リニア・ベアリングは、ロータ磁極とシャフト位置エンコーダ間のアライメントを維持しつつ、可動ロータ及び固定位置モータシャフトを連結するために用いられる。ロータがステータに関してより大きくズレてオフセットされると、ステータ磁場コイル上の磁束が減少し、速度を制限する逆起電力を減少させる。ロータがズレると、モータは一定動力モードで作動するが、ここで、得られるトルクは速度に逆比例する。ロータは、油圧の、電気機械的な、手動の、又は他のアクチュエータ手段によって、軸方向に移動され得る。

ロータとステータは、一定の円筒形状をしており、低コストの同一の重ねられた薄板を用いて作ることによく適している。磁石は、接着剤又は他の高速バランス及び耐久性を容易に維持できるような手段によってステータにしっかりと固定される。低摩擦リニア・ベアリングは、ロータとステータの磁気的引力が一定トルク作動に十分な復元力を与えることを許す。リニア・ベアリングはまた、モータ相コイルのスイッチングと同期したシャフト位置エンコーダ及びロータ磁極の間のアライメントを維持する。

本発明は、ここで、限定しない例としてのみ示される添付図面を参照しつつ、説明されるであろう。種々の図面を通して、共通の番号は共通の要素を特定するために用いられる。

図１は、本発明の典型的なエアギャップモータに対する速度及びトルク間の関係を図示するグラフである。図１において、所定のモータに対して最少トルクから最大トルクまで増加するモータトルクは、モータ速度に対してプロットされている。最少トルクは、逆起電力が理論的にゼロにまで減少するときに、モータを駆動するのに必要なトルクである。上記で論じたように逆起電力が供給電圧と同じになる速度である、モータのベース速度は、図１におけるグラフの横軸上に示されている。モータベース速度以下では、一定トルクモードが示されている。ベース速度以上で、モータ最大速度までは、一定動力モードが示されている。この後者の場合は、トルクが低下すると、電流が増加し速度が上昇する。一定動力モードは、本発明で取上げられるモータ速度である。

図２は、本発明の１つの実施例による永久磁石電気機械の断面図であるが、ここで、ロータはステータに完全に連結している。図２に描かれている永久電気機械は、コム・エンド・モータ・ハウジング部分２によって形成されるハウジングと、ドライブ・エンド・モータ・ハウジング部分４とを含む。図２に描かれる２つのハウジング部分２、４は、ハウジング・エンド・プレート１０、１２に結合される複数のタイ・ロッド８によって、その位置に固定され、ステータ６のいずれかの側端に配置される。見られるように、本発明のステータ６は静的に保持されるため、それは、モータ・ハウジング構造に組み込まれることができる。択一的に、モータ・ハウジングは、その外径に沿って延びることによりステータ６を囲むことができ得る。本質的に、固定位置にステータ６を保持するように設置されるならば、いかなる適するハウジング構造も、本発明において用いることができ得る。ステータ巻線１４は、図２に描かれ、以下により詳しく議論される。

エンド・プレート１０、１２に中央に備えられるベアリング・アセンブリ１８は、そこを通るモータ・シャフト２０を受ける。ベアリング・アセンブリ１８は、ラジアル玉軸受け２２を含み、いかなる既存技術の設計ともなり得る。モータ・シャフト２０は、ベアリング・アセンブリ１８において回転できるようになっているが、軸方向に移動することは制限される。

外側表面に磁石１６を有するロータ２４は、モータ・シャフト２０と共に回転するように構成され、ここで記述されるようにモータ・シャフト２０に沿って軸方向に動く。モータ・シャフト２０は、その中央部だけを延ばす外側の表面に形成された複数の平行溝２６を含む。溝２６は、半円形の断面形状を持ち、そこに入る複数の玉軸受け２８を受けるように構成されている。ロータ２４は、ロータ・スリーブ３２を受ける中央穴３０を含む。ロータ・スリーブ３２は、以下に述べるようにロータ２４に結合され、その内側表面に形成される複数の平行溝３４を含む。溝３４は、半円形の断面形状を持ち、それに入る複数の玉軸受け２８を受けるように構成される。ロータ・スリーブ３２がモータ・シャフト２０上に配置され、モータ・シャフト２０にある溝２６がロータ・スリーブ３２にある溝３４と整列されるときに、それらは、玉軸受け２８が保持されるような溝（チャンネル）を形成する。玉軸受け２８は、ロータ・スリーブ３２一方の端にある環状のキャップ３６及びロータ・スリーブ３２他方の端につけられたリテーニング・リングによって、溝２６及び溝２６毎に形成されるチャンネル内に包含される。また別の構成は、ロータ・スリーブ３２の両端にリテーニング・リングを用いることができるであろう。

ロータ２４は、ロータ２４及びモータ・シャフト２０の間の摩擦を減少させる玉軸受け２８を備えるモータ・シャフト２０に沿って軸方向にスライドすることができる。

図２は、モータ・シャフト２０に沿って軸方向にロータ２４を移動し位置を決めるための１つの手段を描いている。図２において、ロータ２４の一方の端は、モータ・シャフト２０に沿って軸方向に動き得るスラスト軸受けアセンブリ４０に連結される。スラスト軸受けアセンブリ４０は、ピボット・ブラケット４４（その１つが図２に示される）の回りに旋回することができるヨーク・アセンブリ４２に連結される。ヨーク・アセンブリ４２は、以下に図５を参照しつつより詳しく論じられるように、ヨーク・アセンブリ４２のピボット軸の回りにピボット腕４６を旋回させることにより、作動（旋回）される。

図２は、その作動のためにピボット腕４６に連結される油圧式又は空気圧式アクチュエータ４８を描いている。図２はまた、例えばスプリング５０のようなバイアス手段を描いており、そのバイアス手段は、モータ・シャフト２０と同軸であり、スラスト軸受けアセンブリ４０からロータ２４の逆の側に設けられており、そのバイアス手段が、スラスト軸受けアセンブリ４０によって押される前に、初期位置にロータ２４を戻すのを手助けするのである。

図２の永久磁石電気機械は、共に回転するためのファン・ハブによって、モータ・シャフト２０に連結されるファン５２を含む。ファン５２は、永久磁石電気機械を冷やすために備えられる。この点において、モータ・ハウジング部分４のドライブ・エンドは、ファン５２によって周囲の空気が引き込まれ、永久磁石電気機械を通して強制されるようなベント５６を備えている。

図３は、本発明の１つの実施の形態における、ステータ、ロータ、及び一定速度ベアリングの断面端図である。図３は、ロータ・スリーブ３２をロータ２４に固定するために用いられ得るキー要素６０の使用を示している。その他の実施例において、構造要素を係合すること又はインターロックすることは、ロータ・スリーブ３２の外側表面及び／又はロータ２４に備えられる穴３０の内側表面の両方／いずれかの上に形成され得る。

図３は、ロータ・スリーブ３２における溝３４及びモータ・シャフト２０において形成される溝２６の間に、これらの溝がそれぞれ整列された時に、形成される溝（チャンネル）６２を描いている。図３はまた、いかに玉軸受け２８がモータ・シャフト２０及びロータ２４（ロータ・スリーブ３２を経由して）を結合させて両者で一定速度リニア・ベアリングを提供するかを示している。

図３に示すように、ロータ２４は、その回りに巻かれるワイヤ・コイル１４を持つ複数の内側従属歯６４を含む。歯６４は、ロータ２４の外側表面に固定される磁石の補完的ラジアル表面に対向する広がった内側に面するラジアル表面６８を持っている。磁石１６は、適した接着剤でロータ２４の平らな外側表面部分７２に付けられている。ワイヤ・コイル１４及び磁石１６はまた、図２、６−８において示されている。ロータ２４の外側表面に磁石１６が結合されることに加え、結果として得られるアセンブリは、ロータ２４が高速で回転した際に遠心力に対して磁石が耐えられるであろうことを確実にするため、炭素繊維のような非磁性材料で同芯状に更に巻かれることができる。ステータ６及びロータ２４は、公知の方法で共に固定され積み重ねられる複数の薄片から作られ得る。

図３はまた、ロータ２４の外側表面に備えられるノッチ７２を通して延びるタイ・ロッド８及びドライブ・エンド・モータ・ハウジング部分４を示している。

図４は、図２のロータ、スラスト軸受け、及び一定速度リニア・ベアリングの拡大部分破壊断面図である。図４は、モータ・シャフト２０及びスラスト軸受けハウジング７６の間に位置する一体軸受け７４を描いている。軸受け７４は、真鍮、青銅等の適する柔らかい金属又はプラスチック軸受け材料からでき得る。

図４は、ロータ・スリーブ３２における溝３４がロータ・スリーブ３２の長さと同じ長さを有する必要がないことを示す。示されるように、個々にある溝３４のグループは、ロータ・スリーブ３２の両端に備えられる。

図５は、本発明の１つの実施例によるロータの軸方向位置を調節するために用いられるレバー及びスラスト・ハウジングの１つの実施例の端面図である。示されるように、図にを参照して上で論じられたヨーク・アセンブリ４２は、トルク・チューブ８２から平行に延び、それに固定される一対のスラスト・ハウジング・レバー・アーム８０を含む。スラスト・レバー・アーム８０は、トルク・チューブ８２に溶接されている。ねじり力に対してヨーク・アセンブリ４２を強化し、アセンブルすることを支援するために、トルク・チューブ８２は、キー溝８８及びキー８８’を備えることができ、スラスト・ハウジング・レバー・アーム８０（及びピボット腕４６）の端は、スラスト・ハウジング・レバー・アーム８０（及びピボット腕４６）の端がトルク・チューブ８２上をスライドし、キー８８’に係合することを許すように構成された切り欠き部を含むことができる。他の係合／インターロック構造要素はまた、この目的のために用いられ得る。

トルク・チューブ８２は、ピボット・ブラケット４４に対して反対の端に支持され、連結されるピボット・シャフト８４の上にマウントされる。軸受け８６は、トルク・チューブ８２及びピボット・シャフト８４の間で、トルク・チューブ８２の反対側の端に備えられる。軸受け８６は、真鍮、青銅等の適する柔らかい金属又はプラスチック軸受け材料からでき得る。描かれるように、ピボット・ブラケット４４は、溶接のような如何なる適当な手段によって、コム・エンド・モータ・ハウジング部分２に固定される。選択的に、ピボット・ブラケット４４は、図２に示されるようにエンド・プレート１０に固定され得る。

一対の段付きボルト又はねじ９０は、スラスト軸受けハウジング７６に備えられる整列された内部にねじ切りされた穴に受けられる。段付きボルト又はねじ９０は、図５及び４に示されるように、スラスト・ハウジング・レバー・アーム８０の自由端に備えられた細長いスロット９２を通過し、その上に軸受け９４を持つことができる。上述のように、軸受け７４は、モータ・シャフト２０及びスラスト軸受けハウジング７６の間に示されている。

図５に示されるように、ピボット腕４６は、トルク・チューブ８２に堅く連結され、図２に描かれるようにコム・エンド・モータ・ハウジング部分２におけるスロット又は道を通して延びる２つの平行腕を含む。ピボット腕４６の自由端は、その間に受けられるアクチュエータ４８の可動端に回転自在に連結される。クレビス・ピン９６（図２参照）又はピボット軸を提供する他の要素は、ピボット腕４６をアクチュエータ４８の可動端に回転自在に連結させるために用いられる。

その他の実施例において、１つのピボット軸４６が用いられ得、アクチュエータ４８の自由端又は可動端のいずれかが、その２つが適切な連結ピンと共に回転自在に連結され得るようなヨーク構造を持ち得る。

図２は、ドライブ・エンド・モータ・ハウジング部分４に連結される状態で、アクチュエータ４８の反対の端を描いている。アクチュエータ４８の反対の端は、永久磁石電気機械に相対的に固定される如何なる構造にも連結され得ることが留意される。

図６は、本発明の１つの実施例による永久磁石電気機械の断面図であり、ロータがステータから約２５％解放されている。図７は、本発明の１つの実施例による永久磁石電気機械の断面図であり、ロータがステータから約５０％解放されている。

図２、６、７は、ロータ２４の軸方向への前進動きを示すものとして見られることができ、図２ではロータがステータ６との係合又は完全整列状態であり、図６及び７ではステータ６に対するロータ２４の解放又はミスアライメントの増大が示されている。

図２に描かれるステータ６とロータ２４との完全整列又は係合は、図１に示されるようなベース速度までの一定トルクを生じさせる。

図６に描かれるステータ６に対するロータ２４の解放量又はミスアライメント量は、約２５％である。この解放量又はミスアライメント量は、ベース速度の約１５０％の速度において、増加を生じさせる。

図６に描かれるステータ６に対するロータ２４の解放量又はミスアライメント量は、約５０％である。この解放量又はミスアライメント量は、ベース速度の約２００％の速度において、増加を生じさせる。

図２、６、７は、ロータ２４がアクチュエータ４８により動かされ得る幾つかの位置を説明している。ロータ２４がアクチュエータ４８による無限の数の位置に配置されることができ、そして、速度／トルクの調整及び制御を無限に提供し得ることが理解される。

図８は、本発明のもう１つの実施例による永久磁石電気機械の断面図である。図８にある発明の実施例は、ピボット結合部がないリニアに配列されたアクチュエータを使用している。図８において、スラスト・スリーブ１００は、ロータ・スリーブ３２に連結され、モータ・シャフト２０は、押し棒１０４を受ける中空端部１０２を有している。押し棒１０４は、押し棒１０４がモータ・シャフト２０と共に回転することを許し、アクチュエータ４８が回転することなく軸方向に動くことを許す、スラスト軸受け１０６を介して、油圧式又は空気圧式アクチュエータ４８に連結されている。モータ・シャフト２０は、クロス・ピン１１０が押し棒１０４をスラスト・スリーブ３２に連結するように挿入され得るような、１つの側にあるスロット１０８を含む。

図２−８に描かれる本発明の実施例において、アクチュエータ４８が作動する時、ロータ２４は、モータ・シャフト２０に沿って動く際にステータ６との整列状態から押し出される。

他の構成では、アクチュエータ４８は、ステータ６との整列から外れてロータ２４を引くように用いられることができる。例えば、図２において、アクチュエータ４８は、アクチュエータ４８が作動された時に、ロータ２４がファン５２から遠ざかるように、向きを変えられ得る。コム・エンド・モータ・ハウジング部分２は、そのような構成を収納するように溝２６及び３４とモータ・シャフト２０のドライブ・エンドと共に長くされ得る。図８の実施例は、ステータ６との配列から外れるようにロータ２４をアクチュエータ４８が引っ張るように同様に最構成され得る。

油圧式又は空気圧式アクチュエータが図面に描かれているが、ねじ切りされた駆動シャフト、ピニオンとギアのアセンブリ、ケーブル・システム、スライディング・アクチュエータ等の如何なる等価な手段も用い得ることは理解されるべきである。

本発明は、特定の手段、材料、及び実施例を参照しつつ、記述されてきたが、これまでの記述から、当業者は本発明の本質的な特徴を容易に解明することができ、種々の変化及び変更は、上述の本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、種々の使用及び特徴を適合させて、なされることができる。

本発明は、非限定的な例としてのみ与えられる添付する図面を参照しつつ記述され、図１は、本発明の典型的なエア・ギャップ・モータに対する速度及びトルク間の関係を描くグラフである。 図２は、本発明の１つの実施例による永久磁石電気機械の断面図であるが、ここで、ロータはステータに完全に係合している。 図３は、本発明の１つの実施例によるステータ、ロータ、及び一定速度ベアリングの断面端図である。 図４は、図１のロータ、スラスト軸受け、及び一定速度リニア・ベアリングの拡大部分破壊断面図である。 図５は、本発明の１つの実施例によるロータの軸方向位置を調節するために用いられるレバー及びスラスト・ハウジングの１つの実施例の端面図である。 図６は、本発明の１つの実施例による永久磁石電気機械の断面図であり、ロータがステータから約２５％解放されている。 図７は、本発明の１つの実施例による永久磁石電気機械の断面図であり、ロータがステータから約５０％解放されている。 図８は、本発明のもう１つの実施例による永久磁石電気機械の断面図である。

Claims (21)

1. 中心軸及び実質的に均一な内径を持ち、ステータ磁極における回転場を発生するための複数のステータ磁極及び巻線を持つステータと、
   更に実質的に均一な外径を有し、その周表面において複数の永久磁石を備えた、ステータの中心軸と一致する中心軸を持つロータと、
   ステータの中心軸と一致する中心軸を有し、ロータが結合される固体状かつ回転可能なシャフトと、
   ロータと結合されてロータと回転可能なシャフトとの間に配置されたロータ・スリーブと、
   ステータ、ロータと回転可能なシャフトを格納するハウジングと、
   回転可能なシャフトに沿ってステータに対してロータを動かす手段と、
   を含み、
   前記ロータを動かす手段はスラスト軸受けと結合されてハウジングの外側に伸びる部材を含む、
   ことを特徴とするブラシレス永久電気機械。
2. 更にハウジング及びハウジングに対して固定された位置に保持されるステータを更に含む、請求項１記載のブラシレス永久電気機械。
3. 回転可能なシャフトと連結される一定速度ベアリングを更に含む、請求項１記載のブラシレス永久電気機械。
4. ブラシレス永久電気機械がオルタネータとして動作する、請求項１記載のブラシレス永久電気機械。
5. ロータを動かす手段が、空気圧式手段、油圧式手段、電気機械式手段、手動手段のうちの少なくとも１つを含む、請求項１記載のブラシレス永久電気機械。
6. 永久磁石がロータの周表面において固定位置に保持されている、請求項１記載のブラシレス永久電気機械。
7. 更に、ロータ及び回転可能なシャフトの間に複数の玉軸受けを含む、請求項１記載のブラシレス永久電気機械。
8. 回転可能なシャフトは、複数の玉軸受けを受けるための複数の軸方向の溝を備えている、請求項７記載のブラシレス永久電気機械。
9. スラスト軸受けは、ロータに回転自在に連結する、請求項１記載のブラシレス永久電気機械。
10. 更に、ロータを動かす手段をスラスト軸受けに連結するピボット結合部を含む、請求項９記載のブラシレス永久電気機械。
11. スラスト軸受けは、それによる軸方向の移動のためにロータと連結される、請求項１記載のブラシレス永久電気機械。
12. ロータを動かす手段をスラスト軸受けに連結する押し棒を含む、請求項１１記載のブラシレス永久電気機械。
13. 実質的に均一な内径を持つステータと、実質的に均一な外径を持つロータと、そのロータが結合される固体状かつ回転可能なシャフトと、ロータと結合されてロータと回転可能なシャフトとの間に配置されたロータ・スリーブと、ステータ、ロータと回転可能なシャフトを格納するハウジングと、回転可能なシャフトに沿ってステータに対してロータを動かす手段とを有し、前記ロータを動かす手段はスラスト軸受けと結合されてハウジングの外側に伸びる部材を備えることを特徴とするブラシレス永久磁石電気機械において、
    通常のベース速度を超えてブラシレス永久磁石電気機械を作動する方法であって、
    ロータの回転速度が増加してベース速度に達する時に前記動かす手段を作動させるステップと、
    その回転可能なシャフトに沿ってステータに対してロータを動かすステップと、を含む方法。
14. 前記ブラシレス永久磁石電気機械においてハウジングに相対して、固定される位置にステータを固定されている、請求項１３記載の通常のベース速度を超えてブラシレス永久磁石電気機械を作動する方法。
15. 前記ブラシレス永久電気機械がオルタネータとして動作する、請求項１３記載の通常のベース速度を超えてブラシレス永久磁石電気機械を作動する方法。
16. 前記ステータに対してロータを動かすステップが、ピボット・メカニズムを操作してステータに対してロータを動かすステップである、請求項１３記載の通常のベース速度を超えてブラシレス永久磁石電気機械を作動する方法。
17. 前記ステータに対してロータを動かすステップが、ロータに連結された押し棒を操作してステータに対してロータを動かすステップである、請求項１３記載の通常のベース速度を超えてブラシレス永久磁石電気機械を作動する方法。
18. ブラシレス永久電気機械は車両と組み合わせられて、車両を駆動するモータとして動作する、請求項１記載のブラシレス永久電気機械。
19. ブラシレス永久電気機械はさらに、車両のブレーキ・システムのための発電機として動作する、請求項１８記載のブラシレス永久電気機械。
20. ブラシレス永久電気機械が動力発生システムと組み合わせられて、動力発生システムの発電機として動作する、請求項１記載のブラシレス永久電気機械。
21. 永久電気機械は風力発電機の発電機として動作する、請求項２０記載のブラシレス永久電気機械。

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