KR100800532B1 - 회전전기 및 그것을 탑재한 차량 - Google Patents

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가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명의 목적은 극성이 다른 계자용 자석이 회전방향으로 교대로 배치된 회전자를 축방향으로 2분할하여 2분할된 회전자의 한쪽을 회전자의 토오크방향을 따라 2분할된 회전자의 다른쪽과의 상대적인 축방향위치를 변화시키는, 또는 회전자의 토오크방향에 따라 계자용 자석의 합성한 자극의 위상을 2분할된 회전자의 다른쪽의 자극에 대하여 변화시키는 회전전기 및 그것을 탑재한 차량을 제공하는 것이다.

Description

회전전기 및 그것을 탑재한 차량{ROTATIONAL ELECTRIC MACHINE AND A VEHICLE LOADED THEREWITH}
도 1은 제 1 실시예의 영구자석형 동기회전전기의 구성을 나타내는 단면도,
도 2는 도 1의 영구자석형 동기회전전기의 회전자의 동작을 설명하기 위한 도면으로, 회전자의 자극중심이 일치된 상태를 나타내는 도,
도 3은 도 1의 영구자석형 동기회전전기의 회전자의 동작을 설명하기 위한 도면으로, 회전자의 자극중심이 어긋난 상태를 나타내는 도,
도 4는 제 1 실시예의 하이브리드차의 구동장치의 배치구성을 나타내는 평면도로서, 엔진과 영구자석형 동기회전전기가 직결된 형의 것을 나타내는 도,
도 5a 및 도 5b는 도 1의 영구자석형 동기회전전기의 회전각 속도(ω)에 대한 유도기전력(E)과 자속(Φ)의 관계를 나타내는 특성도,
도 6은 도 1의 영구자석형 동기회전전기의 전원계통의 구성을 나타내는 계통도,
도 7은 도 1의 영구자석형 동기회전전기의 제어장치의 구성을 나타내는 블록도,
도 8은 제 2 실시예의 영구자석형 동기회전전기의 구성을 나타내는 단면도로서, 전자클러치의 코일이 여자되어 있지 않은 상태를 나타내는 도,
도 9는 제 2 실시예의 영구자석형 동기회전전기의 구성을 나타내는 단면도로서, 전자클러치의 코일이 여자된 상태를 나타내는 도,
도 10은 제 2 실시예의 영구자석형 동기회전전기의 회전자의 구성을 상세하게 나타내는 상세도,
도 11은 제 3 실시예의 영구자석형 동기회전전기의 회전자의 구성을 상세하게 나타내는 상세도,
도 12는 제 4 실시예의 영구자석형 동기회전전기의 구성을 나타내는 단면도,
도 13은 제 5 실시예의 영구자석형 동기회전전기의 구성을 나타내는 단면도,
도 14는 제 6 실시예의 영구자석형 동기회전전기의 회전자의 구성을 상세하게 나타내는 상세도,
도 15는 제 7 실시예의 영구자석형 동기회전전기의 구성을 나타내는 단면도,
도 16은 제 8 실시예의 영구자석형 동기회전전기의 구성을 나타내는 단면도,
도 17은 제 9 실시예의 영구자석형 동기회전전기의 구성을 나타내는 단면도,
도 18은 영구자석형 동기회전전기의 회전자의 구성을 설명하기 위한 도,
도 19는 제 10 실시예의 자동차의 구동장치의 배치구성을 나타내는 평면도,
도 20a와 도 20b는 제 11 실시예의 4륜 구동차의 구동장치의 배치구성을 나타내는 평면도,
도 21a와 도 21b는 제 12 실시예의 전기자동차의 구동장치의 배치구성을 나타내는 평면도이다.
본 발명은 회전수에 따라 유효자속량을 가변할 수 있는 회전전기(回轉電機) 및 그것을 탑재한 차량에 관한 것이다.
회전전기, 특히 하이브리드자동차나 전기자동차 등의 차량에 탑재된 영구자석계자형 회전전기는 회전자에 배치되어 있는 영구자석이 발생하는 일정자속과 회전전기의 회전각속도에 따라 유도기전력이 결정된다. 즉 회전전기의 회전각속도가 상승하면 회전전기의 유도기전력은 비례하여 상승한다. 따라서 영구자석계자형 회전전기에서는 높은 토오크가 얻어지나, 회전수의 가변범위가 좁기 때문에 높은 회전영역의 운전은 곤란하였다. 따라서 종래는 약한 계자제어에 의해 높은 회전영역을 넓히고 있었다.
또 종래의 회전전기는 회전영역에 맞추어 설계되어 있었기 때문에 저회전영역 및 고회전영역의 양쪽이 필요한 경우는 예를 들면 일본국 특개평9-132042호 공보에 개시되어 있는 바와 같이 각각의 영역을 만족하는 회전전기를 각각 준비하여 사용하고 있었다. 또 일본국 특개평7-298696호 공보에 기재되어 있는 바와 같이 하나의 회전전기로 구동·발전모드를 전환할 수 있는 것도 있다.
종래의 약한 계자제어는 고정자 권선에 약한 계자제어용 전류를 흘려 약한 계자제어를 행하고 있었다. 그러나 약한 계자제어용 전류는 회전각속도에 비례하여 상승하는 유도기전력에 따라 상승시킬 필요가 있으므로 고정자 권선에 발생하는 열이 상승한다. 이 때문에 종래의 회전전기에서는 고회전영역에 있어서 회전전기의 효율의 저하, 냉각성능을 초과한 발열에 의한 영구자석의 감자 등이 일어날 수 있는 가능성이 있다. 또 각각의 영역을 만족하는 복수의 회전전기를 각각 준비하는 경우는 각각을 구동하기 위한 전력변환장치나 제어장치가 필요하게 되어 시스템구성의 복잡화 및 비용상승의 요인이 된다.
본 발명의 대표적인 목적은 저회전영역에 있어서 높은 토오크특성, 고회전영역에 있어서 고출력 발전특성을 얻을 수 있는 회전전기 및 그것을 탑재한 차량을 제공하는 데에 있다. 또 본 발명의 다른 대표적인 목적은 저회전영역에서 높은 토오크특성, 고회전영역에 있어서 고출력 발전특성을 얻을 수 있음과 동시에 기계적인 신뢰성을 향상시킬 수 있는 회전전기 및 그것을 탑재한 차량을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 기본적인 특징은 기계적인 제어, 즉 회전자 2분할에 의한 유효자속의 제어에 의해 저회전영역에 있어서 높은 토오크특성, 고회전영역에 있어서 고출력 발전특성을 얻도록 한 데에 있다. 구체적으로는 극성이 다른 계자용 자석이 회전방향으로 교대로 배치된 회전자를 축방향으로 2분할하고, 2분할된 회전자의 한쪽을 회전자의 토오크방향에 따라 2분할된 회전자의 다른쪽과의 상대적인 축방향 위치를 변화시키는 또는 회전자의 토오크방향에 따라 계자용 자석의 합성한 자극의 위상을 2분할된 회전자의 다른쪽의 자극에 대하여 변화시킨다. 이에 의하여 본 발명은 고정자 권선에 약한 계자제어용 전류를 흘리지 않아도 약한 계자 제어를 행할 수 있도록 한 것이다. 또 본 발명은 2분할된 회전자의 한쪽을 그 축방향 양측으로부터 지지기구에 의해 지지함으로써 2분할된 회전자의 한쪽의 축방향의 이동력을 완화하고 있다.
여기에 본 발명의 대표적인 실시형태를 열거하면 다음과 같이 된다.
권선을 가지는 고정자와, 그 고정자의 안 둘레측에 공극을 거쳐 회전 가능하게 배치됨과 동시에, 축방향으로 2분할되고, 또한 각각에 극성이 다른 계자용 자석이 회전방향으로 교대로 배치된 회전자를 가지고, 상기 2분할된 회전자의 한쪽은 회전자의 토오크방향을 따라 상기 2분할된 회전자의 다른쪽과의 상대적인 축방향위치를 변화시키는 가변기구를 구비함과 동시에 그 축방향 양쪽으로부터 지지기구에 의해 지지되어 있는 회전전기.
권선을 가지는 고정자와, 그 고정자의 안 둘레측에 공극을 거쳐 회전 가능하게 배치됨과 동시에, 축방향으로 2분할되고, 또한 각각에 극성이 다른 계자용 자석이 회전방향으로 교대로 배치된 회전자를 가지고, 상기 2분할된 회전자의 한쪽은 회전자의 토오크방향을 따라 상기 계자용 자석의 합성한 자극의 위상을 상기 2분할된 회전자의 다른쪽의 자극에 대하여 변화시키는 가변기구를 구비함과 동시에 그 축방향 양쪽으로부터 지지기구에 의해 지지되어 있는 회전전기.
권선을 가지는 고정자와, 그 고정자의 안 둘레측에 공극을 거쳐 회전 가능하게 배치됨과 동시에 축방향으로 2분할되고, 또한 각각에 극성이 다른 계자용 자석이회전방향으로 교대로 배치된 회전자를 가지고, 상기 2분할된 회전자의 한쪽은 회전자의 토오크방향을 따라 상기 2분할된 회전자의 다른쪽과의 상대적인 축방향위치 를 상기 2분할된 회전자의 한쪽에 배치된 계자용 자석의 자극중심과 상기 2분할된 회전자의 다른쪽에 배치된 계자용 자석의 자극중심을 어긋나게 하면서 변화시키는 가변기구를 구비함과 동시에, 그 축방향 양쪽으로부터 지지기구에 의해 지지되어 있는 회전전기.
권선을 가지는 고정자와, 그 고정자의 안 둘레측에 공극을 거쳐 회전 가능하게 배치됨과 동시에 축방향으로 2분할되고, 또한 각각에 극성이 다른 계자용 자석이 회전방향으로 교대로 배치된 회전자를 가지고, 상기 2분할된 회전자의 한쪽은 회전자의 토오크방향을 따라 상기 계자용 자석의 합성한 자극의 위상을 상기 2분할된 회전자의 다른쪽의 자극에 대하여 상기 2분할된 회전자의 한쪽에 배치된 계자용 자석의 자극중심과 상기 2분할된 회전자의 다른쪽에 배치된 계자용 자석의 자극중심을 어긋나게 하면서 변화시키는 가변기구를 구비함과 동시에 그 축방향 양쪽으로부터 지지기구에 의해 지지되어 있는 회전전기.
권선을 가지는 고정자와, 그 고정자의 안 둘레측에 공극을 거쳐 회전 가능하게 배치됨과 동시에 축방향으로 2분할되고, 또한 각각에 극성이 다른 계자용 자석이 회전방향으로 교대로 배치된 회전자를 가지고, 상기 2분할된 회전자의 한쪽은 회전자의 토오크방향을 따라 상기 2분할된 회전자의 다른쪽과의 상대적인 축방향위치를 상기 2분할된 회전자의 한쪽에 배치된 계자용 자석의 자극중심과 상기 2분할된 회전자의 다른쪽에 배치된 계자용 자석의 자극중심을 일치시킨 상태로 변화시키는 가변기구를 구비함과 동시에 그 축방향 양쪽으로부터 지지기구에 의해서 지지되어 있는 회전전기.
권선을 가지는 고정자와, 그 고정자의 안 둘레측에 공극을 거쳐 회전 가능하게 배치됨과 동시에, 축방향으로 2분할되고, 또한 각각에 극성이 다른 계자용 자석이 회전방향으로 교대로 배치된 회전자를 가지고, 상기 2분할된 회전자의 한쪽은 회전자의 토오크방향을 따라 상기 계자용 자석의 합성한 자극의 위상을 상기 2분할된 회전자의 다른쪽의 자극에 대하여 상기 2분할된 회전자의 한쪽에 배치된 계자용 자석의 자극중심과 상기 2분할된 회전자의 다른쪽에 배치된 계자용 자석의 자극중심을 일치시킨 상태로 변화시키는 가변기구를 구비함과 동시에 그 축방향 양쪽으로부터 지지기구에 의해 지지되어 있는 회전전기.
권선을 가지는 고정자와 계자용 자석을 가지는 회전자로 이루어지고, 상기 계자용 자석은 회전방향으로 순차적으로 다른 극성의 자극이 늘어서 있는 제 1 계자용 자석과, 그 제 1 계자용 자석에 대하여 상대회전이 가능하고 회전방향으로 순차적으로 다른 극성의 자극이 늘어서 있는 제 2 계자용 자석으로 이루어지고, 상기 제 1 및 제 2 계자용 자석은 상기 고정자의 자극에 대향하고 있음과 동시에 상기 제 1 및 제 2 계자용 자석의 합성한 자극의 위상을 상기 제 1 계자용 자석의 자극에 대하여 회전자의 토오크방향을 따라 변화시키는 기구를 가지고, 그 토오크방향을 따라 변화시키는 기구는 회전자에 발생하는 토오크방향과 상기 제 1 및 제 2 계자용 자석 사이의 자기작용력과의 균형에 의해 상기 제 1 및 제 2 계자용 자석의 상기 자극중심을 일치시키는 수단과, 회전자에 발생하는 토오크방향이 반대가 됨에 따라 상기 제 1 및 제 2 계자용 자석의 자극중심을 어긋나게 하는 수단을 가지고, 상기 제 2 계자용 자석은 그 축방향 양쪽으로부터 지지기구에 의해 지지되어 있는 회전전기.
차륜을 구동하는 내연기관과, 전력의 충방전을 행하는 배터리와, 상기 내연기관의 크랭크축과 기계적으로 연결됨과 동시에, 상기 배터리로부터 공급되는 전력에 의해 구동되어 상기 내연기관을 구동하고, 또한 상기 내연기관으로부터의 동력에 의해 구동되어 발전하여 상기 배터리에 전력을 공급하는 회전전기와, 그 회전 전기를 제어하는 전력변환기와, 그 전력변환기를 제어하는 제어장치를 구비하고, 상기 회전전기는 상기 어느 하나에 기재된 회전전기를 탑재한 차량.
전력의 충방전을 행하는 배터리와, 그 배터리로부터 공급되는 전력에 의해 차륜을 구동하는 회전전기와, 그 회전전기를 제어하는 전력변환기와, 그 전력변환기를 제어하는 제어장치를 구비하고, 상기 회전전기는 상기 어느 하나에 기재된 회전전기를 탑재한 차량.
전륜 또는 후륜을 구동하는 내연기관과, 전력의 충방전을 행하는 배터리와, 상기 배터리로부터 공급되는 전력에 의해 구동됨과 동시에 전륜 또는 후륜을 구동하는 회전전기와, 그 회전전기를 제어하는 전력변환기와, 그 전력변환기를 제어하는 제어장치를 구비하고, 상기 회전전기는 상기 어느 하나에 기재된 회전전기를 탑재한 차량.
차륜을 구동하는 내연기관과, 전력의 충방전을 행하는 배터리와, 상기 내연기관의 크랭크축과 기계적으로 연결됨과 동시에, 상기 배터리로부터 공급되는 전력에 의해 구동되어 상기 내연기관을 구동하는 회전전기와, 그 회전전기를 제어하는 전력변환기와, 그 전력변환기를 제어하는 제어장치를 구비하고, 상기 회전전기는 상기 어느 하나에 기재된 회전전기를 탑재한 차량.
차륜을 구동하는 내연기관과, 전력의 충방전을 행하는 배터리와, 상기 내연기관의 크랭크축과 기계적으로 연결됨과 동시에, 상기 내연기관으로부터의 동력에 의해 구동되어 발전하여 상기 배터리에 전력을 공급하는 회전전기와, 그 회전전기를 제어하는 전력변환기와, 그 전력변환기를 제어하는 제어장치를 구비하고, 상기회전전기는 상기 어느 하나에 기재된 회전전기를 탑재한 차량.
(실시예 1)
본 발명의 제 1 실시예를 도 1 내지 도 8에 의거하여 설명한다. 도 4는 본 실시예의 하이브리드차의 구동장치의 배치구성을 나타낸다. 본 실시예의 구동장치는 차량의 구동력을 발생하는 내연기관인 엔진(1)과, 트랜스미션(3)과의 사이에 영구자석형 동기 회전전기(2)가 기계적으로 연결된 것이다. 엔진(1)과 영구자석형 동기 회전전기(2)의 연결에는 엔진(1)의 출력축(도시생략)(크랭크축이라고도 함)과 영구자석형 동기 회전전기(2)의 회전축을 직결하는 방법, 또는 유성기어감속기구 등으로 구성된 변속기를 거쳐 연결하는 방법이 채용되고 있다.
한편, 트랜스미션(3)과 영구자석형 동기 회전전기(2)의 연결에는 도시 생략한 트랜스미션(3)의 입력축과 영구자석형 동기 회전전기(2)의 회전축을 동력결합 차단수단인 클러치를 거쳐, 또는 유체를 이용한 유체연결 또는 토오크컨버터를 거쳐 연결하는 방법이 채용된다. 이와 같이 트랜스미션(3)과 영구자석형 동기 회전전기(2)의 연결에 클러치 또는 유체연결 또는 토오크컨버터를 이용함으로써 영구자석형 동기 회전전기(2)에 의해 엔진(1)을 시동할 수 있음과 동시에, 엔진(1)의 시 동 후, 엔진(1)의 구동력 또는 엔진(1)의 구동력과 영구자석형 동기 회전전기(2)의 구동력을 트랜스미션(3)의 입력축에 전달할 수 있다.
영구자석형 동기 회전전기(2)는, 전동기 또는 발전기로서 동작하는 것이 가능한 것이다. 영구자석형 동기 회전전기(2)에는 전력변환기(4)를 거쳐 축전수단인 배터리(5)가 전기적으로 접속되어 있다.
영구자석형 동기 회전전기(2)를 전동기로서 사용하는 경우는, 배터리(5)로부터 출력된 직류전력을 전력변환기(4)(인버터)에서 교류전력으로 변환하여 영구자석형 동기 회전전기(2)에 공급한다. 이에 의하여 영구자석형 동기 회전전기(2)는 구동된다. 영구자석형 동기 회전전기(2)의 구동력은 엔진(1)의 시동용 또는 어시스트용으로서 이용된다. 한편 영구자석형 동기 회전전기(2)를 발전기로서 사용하는 경우는 영구자석형 동기 회전전기(2)에 의해 발전된 교류전력을 전력변환기(4)(컨버터)에서 직류전력으로 변환하여 배터리(5)에 공급하여 축전한다.
도 1 내지 도 3은 영구자석형 동기 회전전기(2)의 구성을 나타낸다. 도 1에 있어서 13은 하우징(고정자프레임이라고도 함)이다. 하우징(13)의 내부에는 축방향으로 연속됨과 동시에 냉각수를 흘리는 냉각수 유로(12)가 둘레방향에 복수개 형성되어 있다. 하우징(13)의 안 둘레측에는 고정자 철심(10)이 수축 끼워맞춤 또는 프레스 끼워맞춤(壓入) 등에 의해 체결되어 있다. 고정자 철심(10)의 안 둘레부에는 축방향으로 연속함과 동시에 고정자 철심(10)의 안 둘레 표면에 개구한 슬롯(홈이라고도 함)이 둘레방향에 복수개 형성되어 있다. 고정자 철심(10)의 슬롯에는 전기자 권선(11)(고정자 권선 또는 1차 권선이라고도 함)이 장착되어 있다.
고정자 철심(10)의 안 둘레측에는 공극을 거쳐 회전자(20)가 회전 가능하게 설치되어 있다. 회전자(20)는 축방향으로 2분할되어 구성되어 있고, 샤프트(22)(회전축이라고도 함)에 고정된 제 1 회전자(20A)와, 샤프트(22)에 대하여 분리 가능하게 구성되어 있음과 동시에, 소정 방향의 토오크를 받아 샤프트(22) 위를 회전하면서 축방향으로 이동 가능한 제 2 회전자(20B)를 구비하고 있다. 제 1 회전자(20A)에는 자석의 극성이 회전방향으로 순차적으로 다르도록 영구자석(21A)이 복수개 매립되어 있다. 제 2 회전자(20B)에는 자석의 극성이 회전방향으로 순차적으로 다르도록 영구자석(21B)이 복수개 매립되어 있다.
제 1 회전자(20A), 제 2 회전자(20B) 및 샤프트(22)는 볼트·너트의 관계에 있다. 즉 제 1 회전자(20A)는 볼트의 머리부(61)에 상당하고, 샤프트(22)는 볼트의 나사부(60)에 상당한다. 제 2 회전자(20B)는 너트(62)에 상당한다. 이 때문에 제 1 회전자(20A)는 샤프트(22)에 고정되어 있다. 샤프트(22)의 바깥 둘레면에는 수나사가 형성되어 있다. 제 2 회전자(20B)의 안 둘레면에는 샤프트(22)에 형성된 수나사와 나사 결합하는 암나사가 형성되어 있다. 따라서 소정의 회전방향에서는 제 2회전자(20B)는 샤프트(22) 위를 회전하면서 축방향 한쪽측으로 이동하여 제 1 회전자(20A)로부터 떨어진다. 회전방향이 반대가 되면 제 2 회전자(20B)는 샤프트(22)위를 회전하면서 축방향 다른쪽측으로 이동하여 제 1 회전자(20A)와 일체가 된다.
샤프트(22)의 한쪽측[제 2 회전자(20B)의 제 1 회전자(20A) 측과는 반대측)에는 제 2 회전자(20B)가 고정자 철심(10)의 축방향 끝부로부터 소정의 변위 이상 밀려 나오지 않도록 하기 위하여 이동방지부재인 고리형상의 스토퍼(24)가 설치되어 있다. 스토퍼(24)의 측부에는 스토퍼(24)의 구동기구임과 동시에 서보기구인 엑츄에이터(25)가 설치되어 있다. 엑츄에이터(25)의 구동에 의해 스토퍼(24)는 샤프트(22) 위를 축방향 양 방향으로 이동할 수 있다. 본 실시예에 의하면 스토퍼(24) 및 엑츄에이터(25)로 이루어지는 회전자 위치 가변수단에 의해 제 2 회전자(20B)의 제 1 회전자(20A)에 대한 축방향 위치를 임의의 위치로 가변할 수 있어 영구자석(21A)과 영구자석(21B)으로 결정되는 유효 자속량을 토오크의 방향에 따라 임의의 양으로 제어할 수 있다.
다음으로 본 실시예의 영구자석형 동기 회전전기(2)의 동작에 대하여 설명한다. 계자용으로서 영구자석을 회전자에 구비한 회전전기에서는 전동기로서 동작하는 경우와 발전기로서 동작하는 경우의 회전자의 회전방향이 동일하면 회전자가 받는 토오크의 방향은 전동기로서 동작하는 경우와 발전기로서 동작하는 경우에 반대가 된다. 또 회전자의 회전방향이 반대가 되면 토오크방향도 반대가 된다. 본 실시예에서는 기본적으로 상기 원리를 이용한 것으로서, 엔진(1)의 시동시 등, 회전 전기의 저회전영역에서는 전동기로서, 회전전기의 고회전영역에서는 발전기로서 각각 다음과 같이 동작시킨다.
엔진(1)의 시동시 등, 회전전기의 저회전영역에서는 도 2에 나타내는 바와 같이 제 1 회전자(20A)와 제 2 회전자(20B)를 회전자(20)에 발생하는 토오크방향과 영구자석(21A, 21B) 사이의 자기작용력의 균형에 의해 접근시켜 하나의 회전자로 하고, 영구자석(21A, 21B)의 같은 극성의 것 끼리를 축방향으로 나열하면 영구자석(21A, 21B)의 자극의 중심을 일치시키게 된다. 즉 너트(62)를 조여 볼트의 머리부(61)와 너트(62)를 접근시킨다. 이에 의하여 영구자석에 의한 유효 자속량이 최대가 된다. 그 결과, 높은 토오크특성을 얻을 수 있다.
회전전기의 고회전영역에서는 상기한 전동기의 경우와 마찬가지로 회전방향은 같아지나, 회전자가 받는 토오크방향은 상기한 전동기와는 반대가 된다. 이 때문에 도 3에 나타내는 바와 같이 회전자(20)에 발생함과 동시에 전동기로서 동작시켰을 때와는 반대의 토오크방향에 의해 제 2 회전자(20B)를 샤프트(22) 위를 회전시키면서 축방향 한쪽측[제 1 회전자(20A)측과는 반대측]으로 이동시켜 제 1 회전자(20A)로부터 떼어놓고, 영구자석(21A, 21B)의 자극의 중심을 어긋나게 한다. 즉 너트(62)를 느슨하게 하여 볼트의 머리부(61)로부터 너트(62)를 풀어둔다. 이에 의하여 영구자석에 의한 유효 자속량이 감소한다. 환언하면 약한 계자효과가 있다. 그 결과, 고출력 발전특성을 얻을 수 있다.
다음에 회전영역에 따라 회전전기를 상기한 바와 같이 동작시키는 것에 대하여 도 5a, 도 5b에 의거하여 설명한다. 도 5a, 도 5b는 영구자석형 동기 회전전기(2)의 회전각속도(ω)에 대한 유효자속(Φ), 유도기전력(E)의 특성을 나타낸다. 영구자석형 동기 회전전기(2)의 유도기전력(E)은 회전자(20)에 배치되어 있는 영구자석(21A, 21B)이 발생하는 유효자속(Φ)과 회전각속도(ω)에 의해 결정된다. 이 때문에 예를 들면 도 5a에 나타내는 바와 같이 회전자(20)에 배치되어 있는 영구자석(21A, 21B)이 발생하는 유효자속(Φ1)을 일정하게 하여 회전각속도(ω) (회전수)를 상승시키면 유도기전력(E1)은 회전각속도(ω)에 비례하여 상승한다.
그러나 영구자석형 동기 회전전기(2)의 회전영역의 전역에 있어서 동일한 유효자속으로 전동기 또는 발전기로서 동작시킨 경우, 예를 들면 엔진(1)의 고회전영역에 있어서 유효자속(Φ1)으로 발전기로서 동작시킨 경우, 영구자석형 동기 회전전기(2)의 유도기전력(E1)은 배터리(5)의 충전전압 이상으로 상승한다. 이에 의하여 그 전력을 축전하는 배터리(5)는 파손을 방지하기 위하여 영구자석형 동기 회전전기(2)의 유도기전력을 배터리(5)의 충전전압 이하로 억제할 필요가 있다. 이 때문에 영구자석형 동기 회전전기(2)를 발전기로서 사용하는 경우, 소정의 회전수 이상의 영역에서는 영구자석(21A, 21B)이 발생하는 자속을 감소하는 제어, 이른바 약한 계자제어를 행할 필요가 있다.
따라서 본 실시예에서는 도 5a에 나타내는 바와 같이 회전각속도(ω1)를 경계로 하여 그 저회전영역측에서는 영구자석(21A, 21B)이 발생하는 유효자속(Φ1)으로 하여 유도기전력(E1)을 발생시킨다. 회전각속도(ω1)의 고회전영역측에서는 영구자석(21A, 21B)이 발생하는 유효자속(Φ2)으로 전환하여 유도기전력(E1)보다도 낮은 유도기전력(E2)을 발생시킨다. 이에 의하여 영구자석형 동기 회전전기(2)의 유도기전력의 최대치를 제한할 수 있으므로 엔진(1)의 고회전영역에서 영구자석형 동기 회전전기(2)를 발전기로서 사용하여도 배터리(1)의 정격 충전전압 이하의 전압으로 배터리(1)를 충전할 수 있다. 따라서 본 실시예에서는 배터리(1)의 파손을 방지할 수 있다.
또한 종래의 회전전기는 고정자권선에 약한 계자제어용 전류를 흘려 약한 계자제어를 행하고 있었다. 그러나 약한 계자제어용 전류는 회전각속도에 비례하여 상승하는 유도기전력에 따라 상승시킬 필요가 있으므로 고정자권선에 발생하는 열이 상승한다. 이 때문에 종래의 회전전기에서는 고회전영역에 있어서 회전전기의 효율의 저하, 냉각성능을 초과한 발열에 의한 영구자석의 감자 등이 일어날 수 있는 가능성이 있다. 이 점 본 실시예의 영구자석형 동기 회전전기(2)에서는 기계적인 제어, 즉 회전자 2분할에 의한 유효자속의 제어에 의해 약한 계자제어를 행하고 있으므로 상기 문제는 일어날 수 없다. 또 본 실시예에 의하면 기계적인 약한 계자제어에 의해 고회전영역에서의 유도기전력을 억제하여 영구자석형 동기 회전전기(2)의 효율을 저하시키는 일이 없으므로 고회전영역에있어서 영구자석형 동기 회전전기(2)를 효율이 좋은 상태로 어시스트용으로서 이용할 수 있다.
또 본 실시예에서는 도 5b에 나타내는 바와 같이 유효자속(Φ)을 회전각속도 (ω)에 따라 더욱 세밀하게 변화시킴으로써, 즉 엑츄에이터(25)에 의해 스토퍼(24)를 제 2 회전자(20B)측과는 반대측으로 서서히 이동시키고, 제 2 회전자(20B)를 제 1 회전자(20A)로부터 서서히 떼어냄으로써 회전각속도(ω1)의 고회전영역측에 있어서 영구자석형 동기 회전전기(2)가 발생하는 유도기전력(E)을 대략 일정하게 유지할 수 있다.
도 6은 영구자석형 동기 회전전기(2)의 전원계통도를 나타낸다. 엔진(1)과 기계적으로 연결된 영구자석형 동기 회전전기(2)의 3상 교류단자는 전력변환기(4) (인버터 및 컨버터)와 전기적으로 접속되어 있다. 전력변환기(4)의 직류측 단자는 배터리(5)(고전압용) 및 고전압계통과 전기적으로 접속되어 있다. 고전압계통에는 DC-DC 컨버터(30)를 거쳐 헤드램프, 오디오장치 등을 부하기기로 하는 저전압계통 및 배터리(9)(저전압용)가 전기적으로 접속되어 있다. 이에 의하여 저전압계통 및 배터리(9)에는 고전압계통으로부터 DC-DC 컨버터(30)에 의해 강압된 전력이 공급된다.
차량에는 영구자석형 동기 회전전기(2)의 구동을 제어하는 제어장치(31)와, 엔진(1)의 스로틀 개방도, 연료분사량 등을 제어하는 엔진제어장치(32)가 설치되어 있다. 제어장치(31)와 엔진제어장치(32) 사이에는 통신선 또는 통신망[예를 들면 차내 LAN(Local Area Network)] 또는 무선 등의 통신수단에 의해 정보전송 또는 다이렉트메모리엑세스 등을 할 수 있도록 구성되어 있다. 이와 같이 제어장치(31)와 엔진제어장치(32) 사이에서 정보통신을 행함으로써 영구자석형 동기 회전전기(2)와 엔진(1)을 협조제어할 수 있다.
도 7은 제어장치(31)의 구성을 나타낸다. 제어장치(31)는 영구자석형 동기 회전전기(2)의 운전모드전환, 즉 구동모드(전동기)와, 발전모드(발전기)의 전환과, 영구자석형 동기 회전전기(2)의 구동을 제어하도록 지령치의 생성을 차량의 운전상태에 따라 행한다. 영구자석형 동기 회전전기(2)의 구동제어는 제어장치(31)로부터 출력된 지령치에 의거하여 전력변환기(4)[인버터(104)]를 제어함으로써 행하여진다. 영구자석형 동기 회전전기(2)의 운전모드의 전환은 차량의 운전상태에 따라 스토퍼(24)를 구동하는 엑츄에이터(25)를 제어함으로써 행하여진다.
제어장치(31)에는 엔진제어장치(32) 및 차량탑재 기기에 설치된 각종 센서로부터의 정보로서, 예를 들면 배터리잔량, 차량의 운전모드, 스로틀개방도 등의 상태신호가 입력된다. 또 제어장치(31)에는 영구자석형 동기 회전전기(2)의 회전수 와 자극위치 및 영구자석형 동기 회전전기(2)에 공급되는 3상 교류전류 중의 2상분이 피드백된다.
운전판단부(101)에는 엔진제어장치(32) 및 차량탑재 기기에 설치된 각종 센서로부터 출력된 신호와, 속도변환부(108)로부터 출력된 각속도(ω)가 입력된다. 운전판단부(101)는 그들 신호에 의거하여 영구자석형 동기 회전전기(2)의 운전동작을 판단하여 회전좌표계(d-q축)의 전류지령치(iD *, iQ *)를 출력한다. 여기서 회전 좌표계란, 회전전기의 자극위치(자속)의 방향을 d축, d축에 전기적으로 직교하는 방향을 q축으로 하여 구성한 좌표를 의미한다. 따라서 iD *는 d축 전류지령치이고, iQ *는 q축 전류지령치이다. 또한 속도변환부(108)는 검출기(106)에 의해 검출된 영구자석형 동기 회전전기(2)의 회전수에 의거하여 각속도치(ω)를 출력한다. 또 영구자석형 동기 회전전기(2)의 회전수 대신으로서 엔진회전수, 변속기가 있는 경우에는 엔진회전수의 체배한 값 등을 이용하여도 좋다.
전류제어부(102)에는 속도변환부(108)로부터 출력된 각속도(ω)와, 운전판단부(101)로부터 출력된 전류지령치(iD *, iQ *)와, 좌표변환부(105)로부터 출력된 전류치(iD, iQ)가 입력된다. 전류제어부(102)는 각속도(ω) 및 전류지령치(iD *, iQ *)와 전류치(iD, iQ)의 차분(差分)에 의거하여 전압지령치(vD *, v Q *)를 출력한다. 또한 좌 표변환부(105)는 인버터(104)로부터 출력된 3상 교류전류 중 u상 전류(iu *), w상 전류 (iw *)와, 자극위치변환부(107)로부터 출력된 자극위치에 의거하여 전류치(iD , iQ)를 출력한다. 또 자극위치변환부(107)는 검출기(106)에 의해 검출된 영구자석형 동기 회전전기(2)의 자극위치에 의거하여 자극위치를 출력한다.
3상 변환부(103)에는 자극위치변환부(107)로부터 출력된 자극위치, 전류제어부(102)로부터 출력된 전압지령치(vD *, vQ *)가 입력된다. 3상 변환부(103)는 그들 신호에 의거하여 u상 전압지령치(vu), v상 전압지령치(vv), w상 전압지령치(vw)를 출력한다. u상 전압지령치(vu), v상 전압지령치(vv), w상 전압지령치(vw)는 인버터(104)에 입력되어 인버터(104)로부터 영구자석형 동기 회전전기(2)에 공급되는 전류를 제어한다. 이에 의하여 영구자석형 동기 회전전기(2)는 구동제어된다.
(실시예 2)
본 발명의 제 2 실시예를 도 8 내지 도 10에 의거하여 설명한다. 도 8 내지 도 10은 본 실시예의 영구자석형 동기 회전전기의 구성을 나타낸다. 본 실시예는 상기한 제 1 실시예의 개량예이다. 제 1 실시예와 마찬가지로 축방향으로 연속함과 동시에 냉각수를 흘리는 냉각수 유로(12)가 둘레방향에 복수개 형성되어 하우징(13)의 안 둘레측에는 전기자 권선(11)을 슬롯에 장착하여 이루어지는 고정자 철심(10)이 체결되어 있다. 하우징(13)의 양쪽 끝부에는 프레임부재인 고리형상의 엔드브래킷(49)이 설치되어 있다. 엔드브래킷(49)의 안 둘레측에는 샤프트(22)를 회전 가능하게 지지하는 베어링장치(50)가 설치되어 있다.
고정자 철심(10)의 안 둘레측에 회전 가능하게 배치된 회전자(20)는 제 1 실시예와 마찬가지로 축방향으로 2분할되어 구성되어 있고, 샤프트(22)에 고정된 제 1 회전자(20A)와, 샤프트(22)에 대하여 분리 가능하게 구성되어 있음과 동시에, 소정의 방향의 토오크를 받아 샤프트(22) 위를 회전하면서 축방향으로 이동 가능한 제 2 회전자(20B)를 구비하고 있다. 제 1 회전자(20A)에는 자석의 극성이 회전방향으로 순차적으로 다르게 도 1과 마찬가지로 영구자석(21A)이 복수개 매립되어 있다. 제 2 회전자(20B)에는 자석의 극성이 회전방향으로 순차적으로 다르도록 영구자석(21B)이 복수개 매립되어 있다. 또한 제 2 회전자(20B)의 내경은 샤프트(22)의 외경보다도 크게 형성되어 있다.
제 2 회전자(20B)의 안 둘레면에는 축방향으로 연속한 요철이 둘레방향에 복수개 형성되어 있다. 제 2 회전자(20B)의 안 둘레측에는 그 안 둘레면의 형상(요철)에 합치하는 형상, 즉 축방향으로 연속한 요철이 바깥 둘레면의 둘레방향으로 복수개 형성된 슬리브(41)가 끼워 넣어져 있다. 슬리브(41)의 안 둘레측에는 안 둘레면에 암나사가 형성된 너트부재(23B)가 고정되어 있다. 너트부재(23B)는 샤프트(22)의 바깥 둘레면에 형성된 나사부(23A)(수나사)와 나사결합하는, 즉 볼트·너트의 관계에 있다. 슬리브(41)의 안 둘레측 또한 너트부재(23B)의 양측에는 고리형상의 지지부재(40A, 40B)가 소정의 간격을 가지고 고정되어 있다. 지지부재 (40A, 40B), 제 2 회전자(20B)의 회전운동과 축방향의 왕복운동을 안내하는 것이 다. 지지부재(40A)와 제 1 회전자(20A) 사이에는 탄성체인 스프링(48)이 설치되어 있다. 스프링(48)은 제 2 회전자(20B)를 제 1 회전자(20A)측과는 반대측으로 푸시력을 발생한다.
여기서 제 2 회전자(20B)의 안 둘레측에 슬리브(41)를 설치하는 것은 샤프트(22)나 너트부재(23B) 등에 생기는 전식(電食;electric corrosion) 등을 방지하기 위함이다. 즉 제 2 회전자(20B)의 안 둘레측과 샤프트(22) 사이에 약간의 유격이 있으면 회전과 동시에 제 2 회전자(20B)의 안 둘레측과 샤프트(22) 사이에 쇄교자속변화가 생겨 전식 등의 장해가 생긴다. 이 때문에 본 실시예에서는 제 2 회전자(20B)의 안 둘레측에 슬리브(41)를 설치하고, 제 2 회전자(20B)의 안 둘레측과 샤프트(22) 사이를 자기적으로 차폐하고 있다. 따라서 슬리브(11)는 철보다 전기저항율이 높은 비자성체에 의해 형성되어 있다. 또 슬리브(11)에는 전기적인 절연효과도 있다.
제 2 회전자(20B)의 옆쪽[제 1 회전자(20A)측과는 반대측]에는 축방향으로 이동 가능한 스토퍼(24)가 설치되어 있다. 스토퍼(24)의 옆쪽[제 2 회전자(20B) 측과는 반대측]에는 스토퍼(24)를 구동하는 서보기구인 전자클러치(44)가 설치되어 있다.
스토퍼(24)는 전자클러치(44)를 구성하는 고리형상의 가동철심(24a)과, 가동철심(24a)의 안 둘레측과 샤프트(22)의 바깥 둘레측 사이에 설치된 지지부재(47)와, 가동철심(24a)의 측면[제 2 회전자(20B)측)과 제 2 회전자(20B)의 측면[가동철심(24a)측) 사이에 설치된 지지부재(42)로 구성되어 있다. 지지부재(47)는 회전하 는 샤프트(22) 위에 가동철심(24a)을 지지할 수 있는 레이디얼베어링임과 동시에 가동철심(24a)을 축방향으로 이동시킬 수 있는 것이다. 지지부재(42)는 회전하는 제 2 회전자(20B)의 측면에 가동철심(24a)을 지지할 수 있는 스러스트베어링이고, 제 2 회전자(20B)와 가동철심(24a)을 기계적으로 접속하는 것이기도 하다.
전자클러치(44)는 스토퍼(24)의 부재를 겸용하는 가동철심(24a)과, 제 2 회전자(20B)측, 엔드브래킷(49)의 측면에 설치된 고리형상의 요크(44)와, 요크(44)의 고리형상의 홈에 장착된 코일(46)과, 제 2 회전자(20B)측, 엔드브래킷(49)의 측면과 가동철심(24a) 사이, 또한 요크(44)의 안쪽에 설치된 스프링(45)으로 구성되어 있다. 요크(44)와 코일(46)은 전자력 발생부이고, 코일(46)에 전류가 흘러 코일(46)이 여자되면 흡인하는 전자력을 발생한다. 이 흡인하는 전자력에 의하여 가동철심(24a)은 제 2 회전자(20B)측과는 반대측으로 이동할 수 있다. 탄성체인 스프링(45)은 가동철심(24a)을 제 2 회전자(20B)측에 푸시력을 발생시키는 것이다. 이에 의하여 가동철심(24a)은 제 2 회전자(20B)측으로 이동할 수 있다. 이 때 코일(46)의 여자는 차단되어 있다. 또한 본 실시예에서는 전자클러치(44)를 엔드브래킷(49)에 설치한 경우에 대하여 설명하였으나, 영구자석형 동기 회전전기가 탑재되는 예를 들면 차량의 차체의 일부에 그것을 설치하고 엔드브래킷(49)을 생략하여도 상관없다.
이상과 같이 구성된 본 실시예의 영구자석형 동기 회전전기에 있어서도 제 1실시예와 마찬가지로 회전전기의 저회전영역에서는 전동기로서, 회전전기의 고회전영역에서는 발전기로서 동작시킨다.
회전전기의 저회전영역에서는 제 1 회전자(20A)와 제 2 회전자(20B)를 회전자(20)에 발생하는 토오크방향과 영구자석(21A, 21B) 사이의 자기작용력의 균형에 의해 접근시켜 하나의 회전자로 하고, 영구자석(21A, 21B)의 같은 극성의 것 끼리를 축방향으로 나열시켜 영구자석(21A, 21B)의 자극의 중심을 일치시킨다. 이에 의하여 영구자석에 의한 유효자속량이 최대가 된다. 그 결과, 높은 토오크특성을 얻을 수 있다. 도 8은 이 상태를 나타낸다.
이 때 코일(46)은 무여자상태이기 때문에 가동철심(24a)은 제 2 회전자(20B)에 의해 끌어당겨짐과 동시에 스프링(45)의 작용에 의해 제 2 회전자(20B)측으로 눌리어 제 2 회전자(20B)와 함께 이동하므로 제 1 회전자(20A)에 대한 제 2 회전자(20B)의 축방향의 위치를 유지할 수 있다. 또 스프링(48)의 작용에 의해 제 2 회전자(20B)를 가동철심(24a)측에 일정한 힘으로 누르고 있으므로 제 2 회전자(20B)의 제 1 회전자(20A)측으로 이동하는 세력을 억제할 수 있어 제 2 회전자(20B)의 제 1 회전자(20A)에의 충돌 등에 의한 기기의 파손 등을 방지할 수 있다. 또 스프링(48)의 작용에 의해 제 2 회전자(20B)를 가동철심(24a)측으로 일정한 힘으로 누르고 있기 때문에 지지부재(42)의 스러스트베어링으로서의 기능을 향상시킬 수 있다. 또한 코일(46)의 여자를 제어함으로써 제 2 회전자(20B)의 제 1 회전자(20A)측으로의 이동하는 세력을 억제하여도 좋다. 또 코일(46)의 여자를 제어하여 제 2 회전자(20B)의 축방향의 이동하는 힘을 균형이 잡히게 함으로써 회전자(20A)에 대한 제 2 회전자(20B)의 축방향 위치를 임의로 바꿀 수 있다.
회전전기의 고회전영역에서는 상기한 전동기의 경우와 마찬가지로 회전방향 은 동일하게 되나, 회전자가 받는 토오크방향은 상기한 전동기와는 반대가 된다. 이 때문에 회전자(20)에 발생함과 동시에 전동기로서 동작시켰을 때와는 반대의 토오크방향에 의해 제 2 회전자(20B)를 샤프트(22) 위를 회전시키면서 축방향을 제 1회전자(20A)측과는 반대측으로 이동시켜 제 1 회전자(20A)로부터 분리하고, 영구자석(21A, 21B)의 자극의 중심을 어긋나게 한다. 이에 의하여 영구자석에 의한 유효자속량이 감소한다. 환언하면 약한 계자효과가 있다. 그 결과, 고출력 발전특성을 얻을 수 있다.
이 때 코일(46)은 여자상태이기 때문에 가동철심(24a)은 전자력발생부에서 발생된 전자력에 의해 제 2 회전자(20B)측과는 반대측으로 흡인됨과 동시에, 제 2 회전자(20B)에 의해 눌러져 제 2 회전자(20B)와 함께 이동하므로 제 1 회전자(20A)에 대한 제 2 회전자(20B)의 축방향의 위치를 유지할 수 있다. 또 스프링(45)의 작용 및 코일(46)의 여자의 제어에 의해 제 2 회전자(20B)를 제 1 회전자(20A)측으로 일정한 힘으로 누르고 있기 때문에 제 2 회전자(20B)의 제 1 회전자(20A)측과는 반대측으로 이동하는 세력을 억제할 수 있고, 제 2 회전자(20B)의 제 1 회전자(20A)측과는 반대측으로의 지나친 이동에 의한 너트부재(23B)의 나사 및 샤프트(22)의 나사부(23A)의 파손 등을 방지할 수 있다. 또 스프링(48)의 작용에 의해 제 2 회전자(20B)를 가동철심(24a)측으로 일정한 힘으로 누르고 있기 때문에 지지부재(42)의 스러스트베어링으로서의 기능을 향상시킬 수 있다. 또한 코일(46)의 여자를 제어하여 제 2 회전자(20B)의 축방향의 이동하는 힘을 균형이 잡히게 함으로써 회전자(20A)에 대한 제 2 회전자(20B)의 축방향위치를 임의로 바꿀 수 있다.
또한 제 2 실시예에서는 스토퍼(24)를 구동하는 것으로 하여 전자클러치(44)를 이용하였으나, 유압엑츄에이터, 회전기와 볼나사 등의 조합에 의한 직선구동장치, 리니어모터 등을 이용함으로써 스토퍼(24)의 축방향의 위치를 더욱 세밀하게 제어할 수 있다.
(실시예 3)
본 발명의 제 3 실시예를 도 11에 의거하여 설명한다. 도 11은 본 실시예의 영구자석형 동기 회전전기의 회전자의 구성을 나타낸다. 본 실시예는 상기한 제 2실시예의 개량예이다. 이하 상기 예와 다른 부분만 설명한다.
본 실시예에서는 제 1 회전자(20A)의 측면[제 2 회전자(20B)측의 측면]의 안 둘레부에 샤프트(22)의 외경보다도 큰 내경을 가지는 오목부(53)가 설치되어 있다. 제 1 회전자(20A)의 오목부(53)와 대향하는 제 2 회전자(20B)의 측면에는 오목부(53)의 내경보다도 작음과 동시에, 샤프트(22)의 외경보다도 크고 또한 제 2 회전자(20B)의 내경과 동일한 크기의 내경을 가지는 돌기부(54)(볼록부)가 설치되어 있다. 이와 같은 구성은 제 2 회전자(20B)의 축방향의 두께가 얇은 경우에 유효한 것이다.
제 2 회전자(20B)의 안 둘레측 및 돌기부(54)의 안 둘레측에는 슬리브(41)가 끼워 넣어져 있다. 슬리브(41)는 상기 예와 동일한 것이다. 또한 슬리브(41)는 돌기부(54)와 일체의 것이어도 좋고, 제 2 회전자(20B)와 일체의 것이어도 좋다. 슬리브(41)의 안 둘레측에는 상기 예와 마찬가지로 너트부재(23B) 및 지지부재(40A, 40B)가 고정되어 있다.
제 1 회전자(20A)와 지지부재(40A) 사이에는 탄성체인 스프링(48)이 설치되어 있다. 스프링(48)은 제 2 회전자(20B)를 제 1 회전자(20A)측과는 반대측으로 푸시력을 발생하는 것이다. 지지부재(40B)와 스토퍼(24) 사이에는 탄성체인 스프링(51)이 설치되어 있다. 스프링(51)은 제 2 회전자(20B)를 제 1 회전자(20A)측에 푸시력을 발생하는 것이다. 본 실시예에 의하면 스프링(48, 51)의 작용에 의해 제 2 회전자(20B)가 이동하는 힘을 억제할 수 있음과 동시에 제 2 회전자(20B)의 축방향의 이동을 보조할 수 있고, 또한 제 1 회전자(20A)에 대한 제 2 회전자(20B)의 축방향의 위치를 유지할 수 있다.
(실시예 4)
본 발명의 제 4 실시예를 도 12에 의거하여 설명한다. 도 12는 본 실시예의 영구자석형 동기 회전전기의 구성을 나타낸다. 본 실시예는 상기한 제 2 실시예의 변형예이고, 전자클러치(44)와 스토퍼(24)로 이루어지는 회전자 위치 가변수단의 구성이 상기한 제 2 실시예와 다르다. 또한 본 도면에서는 코일(46)이 여자되어 있는 상태를 나타낸다.
본 실시예에서는 스토퍼(24)의 부재를 겸용하는 가동철심(24a)의 단면형상이 L자 형상으로 되어 있다. 가동철심(24a)의 제 2 회전자(20B)측에는 전자클러치(44)의 요크(44a)가 배치되어 있다. 요크(44a)는 그 바깥 둘레측에 설치된 아암(52)을 거쳐 엔드브래킷(49)에 지지되어 있다. 스러스트베어링을 구성하는 지지부재(42)와 가동철심(24a) 사이에는 스프링(45)이 설치되어 있다. 스프링(45)은 가동철심(24a)을 제 2 회전자(20B)측과는 반대측에 푸시력을 발생하는 것이다. 또한 본 실시예에서는 전자클러치(44)를 엔드브래킷(49)에 설치한 경우에 대하여 설명하였으나, 영구자석형 동기 회전전기가 탑재되는 예를 들면 차량의 차체의 일부에 그것을 설치하고 엔드브래킷(49)를 생략하여도 상관없다.
본 실시예에 의하면 영구자석형 동기 회전전기를 회전전기의 저회전영역에서전동기로서 동작시키는 경우에는 코일(46)을 여자하여 흡인력을 발생시키고, 이 흡인력 및 제 2 회전자(20B)로부터의 인장력에 의해 가동철심(24a)을 제 2 회전자(20B)측으로 이동시킨다. 영구자석형 동기 회전전기를 회전전기의 고회전영역에서 발전기로서 동작시키는 경우에는 코일(46)의 여자를 중단하고, 스프링(45)의 작용 및 제 2 회전자(20B)로부터의 푸시력에 의해 가동철심(24a)을 제 2 회전자(20B)측과는 반대측으로 이동시킨다. 즉 본 실시예의 회전자 위치 가변수단은, 제 2 실시예의 것과 작용이 반대이나, 달성할 수 있는 효과는 제 2 실시예의 효과와 동일하다.
또한 본 실시예에서는 스토퍼(24)를 구동하는 것으로서 전자클러치(44)를 이용하였으나, 유압엑츄에이터, 회전기와 볼나사 등의 조합에 의한 직선구동장치, 리니어모터 등을 이용함으로써 스토퍼(24)의 축방향의 위치를 더욱 세밀하게 제어할 수 있다.
(실시예 5)
본 발명의 제 5 실시예를 도 13에 의거하여 설명한다. 도 13은 본 실시예의 영구자석형 동기 회전전기의 구성을 나타낸다. 본 실시예는 상기한 제 3 실시예의 변형예이고, 제 1 회전자(20A)에 설치한 오목부, 제 2 회전자(20B)에 설치한 돌기 부가 없는 경우의 예이다. 본 실시예에 있어서도 스프링(48, 51)의 작용에 의해 제 2 회전자(20B)가 이동하는 힘을 억제할 수 있음과 동시에 제 2 회전자(20B)의 축방향의 이동을 보조할 수 있고, 또한 제 1 회전자(20A)에 대한 제 2 회전자(20B)의 축방향의 위치를 유지할 수 있다.
(실시예 6)
본 발명의 제 6 실시예를 도 14에 의거하여 설명한다. 도 14는 본 실시예의 영구자석형 동기 회전전기의 회전자의 구성을 나타낸다. 본 실시예는 상기한 제 1실시예의 변형예이고, 제 2 회전자(20B)에 형성된 나사부(23B)와 샤프트(22)에 형성된 나사부(23A)로 이루어지는 기구 대신에 회전각(θ)만큼 가변할 수 있는 기구를 제 2 회전자(20B)에 설치한 것이다.
이 때문에 제 2 회전자(20B)의 안 둘레측의 대향하는 2개소에는 축방향으로 연속한 볼록부가 형성되어 있다. 샤프트(22)의 바깥 둘레측의 제 2 회전자(20B)의 볼록부와 대향하는 부분에는 축방향으로 연속하는 오목부가 형성되어 있다. 샤프트(22)의 오목부의 둘레방향 폭은 제 2 회전자(20B)의 볼록부의 둘레방향 폭보다도 크게 형성되어 있다. 이에 의하여 제 1 회전자(20A)에 대하여 제 2 회전자(20B)를 소정의 회전각(θ)만큼 회전시킬 수 있음과 동시에, 샤프트(22) 위를 축방향으로 이동시킬 수 있다. 제 2 회전자(20B)의 볼록부의 둘레방향 양쪽과 샤프트(22)의 오목부 사이에는 스프링(26)과 댐퍼(27)가 설치되어 있다. 이 스프링(26)과 댐퍼(27)를 설치함으로써 제 2 회전자(20B)의 볼록부와 샤프트(22)의 오목부의 갑작스런 충돌을 완화할 할 수 있다.
(실시예 7)
본 발명의 제 7 실시예를 도 15에 의거하여 설명한다. 도 15는 본 실시예의 영구자석형 동기 회전전기의 구성을 나타낸다. 본 실시예는 상기한 제 5 실시예의 변형예이고, 고정자 철심(10)과 제 1 회전자(20A) 사이의 공극치수(Gap1)와, 고정자 철심(10)과 제 2 회전자(20B) 사이의 공극치수(Gap2)를 다르게 한 것이다.
제 1 회전자(20A)는 샤프트(22)에 고정되어 있는 데 대하여, 제 2 회전자(20B)는 샤프트(22)에 대하여 분리 가능하게 구성되어 있다. 따라서 제 2 회전자(20B)와 샤프트(22) 사이에는 약간의 기계적인 치수의 유격이 있어, 제 2 회전자(20B)에 큰 토오크나 원심력 등이 가해지면 제 2 회전자(20B)가 편심할 가능성이 있을 수 있다. 이 때문에 본 실시예에서는 Gap2를 Gap1보다도 크게 설정하여 제 2회전자(20B)와 고정자 철심(10)의 접촉에 의한 기계적인 파손을 방지하고 있다.
(실시예 8)
본 발명의 제 8 실시예를 도 16에 의거하여 설명한다. 도 16은 본 실시예의 영구자석형 동기 회전전기의 구성을 나타낸다. 본 실시예는 상기한 제 5 실시예의 변형예이고, 제 1 회전자(20A)에 대한 제 2 회전자(20B)의 축방향의 변위(L1, L2)를 변위측정기(64)로 검출하고, 이 검출된 변위(L1, L2)를 영구자석형 동기 회전전기의 구동을 제어하는 제어장치에 피드백하는 것이다. 즉 제 2 회전자(20B)가 제 1 회전자(20A)에 대하여 회전각(θ)으로 어긋나는 경우, 그 어긋남에 의거하여 영구자석형 동기 회전전기에 공급되는 전류의 진각을 보정할 필요가 있다. 또 제 2 회전자(20B)의 회전각(θ)과 축방향의 변위량(ΔL)은 비례관계에 있다.
따라서 본 실시예에서는 제 1 회전자(20A)에 대한 제 2 회전자(20B)의 축방향의 변위(L1, L2)를 제어장치로 피드백하여 변위차(ΔL)를 구하고, 이 구해진 변위차(ΔL)에 의거하여 전력변환기로부터 영구자석형 동기 회전전기에 공급되는 전류의 진각을 보정하고 있다. 본 실시예에 의하면 이 전류의 진각을 보정에 의해 영구자석형 동기 회전전기를 적합하게 제어할 수 있다.
(실시예 9)
본 발명의 제 9 실시예를 도 17에 의거하여 설명한다. 도 17은 본 실시예의 영구자석형 동기 회전전기의 구성을 나타낸다. 본 실시예는 지금까지의 실시예와는 달리 제 1 회전자(20A)에 대하여 제 2 회전자(20B)를 상대적으로 축방향만 이동시키도록 구성한 것이다.
이 때문에 제 2 회전자(20B)의 안 둘레측에 대향하는 2개소에는 축방향으로 연속하는 볼록부(63B)가 형성되어 있다. 샤프트(22)의 바깥 둘레측의 제 2 회전자(20B)의 볼록부(63B)와 대향하는 부분에는 축방향으로 연속함과 동시에 제 2 회전자(20B)의 볼록부가 끼워지는 오목형상의 홈(63A)이 형성되어 있다. 이에 의하여 샤프트(22)의 홈(63A)이 제 2 회전자(20B)의 볼록부(63B)의 안내가 되어 제 2 회전자(20B)는 샤프트(22) 위를 축방향으로 이동한다. 제 1 회전자(20A)와 제 2 회전자(20B) 사이에는 탄성체인 스프링(48)이 설치되어 있다. 스프링(48)은 제 2 회전자(20B)를 제 1 회전자(20A)측과는 반대측에 푸시력을 발생시킨다. 제 2 회전자(20B)의 제 1 회전자(20A)측과는 반대측에는 스토퍼(24)와 서보기구이고, 스토퍼(24)의 구동기구인 엑츄에이터(25)로 이루어지는 회전자 위치 가변수단이 설치되어 있다.
이와 같이 구성된 본 실시예에서는 영구자석형 동기 회전전기의 회전수(각속도)에 따라 엑츄에이터(25)를 구동하여 스토퍼(24)의 축방향의 위치를 바꿈으로써 제 2 회전자(20B)를 축방향으로 이동시켜 영구자석형 동기 회전전기를 전동기 또는 발전기로서 동작시킬 수 있다. 즉 회전전기의 저회전영역에서는 스토퍼(24)를 제 2 회전자(20B)측으로 이동시킴으로써 제 2 회전자(20B)를 스프링(48)의 힘에 거역시켜 제 1 회전자(20A)측으로 이동시킬 수 있다. 이에 의하여 제 1 회전자(20A)와 제 2 회전자(20B)를 근접시킬 수 있어 영구자석형 동기 회전전기를 전동기로서 동작시킬 수 있다. 또 회전전기의 고회전영역에서는 스토퍼(24)를 제 2 회전자(20B)측과는 반대측으로 이동시킴으로써 제 2 회전자(20B)를 스프링(48)의 힘에 의해 제 1 회전자(20A)측과는 반대측으로 이동시킬 수 있다. 이에 의하여 제 1회전자(20A)로부터 제 2 회전자(20B)를 떼어놓을 수 있어 영구자석형 동기 회전전기를 발전기로서 동작시킬 수 있다.
이상의 설명에 있어서는 영구자석형 동기 회전전기를 4극기로 한 경우를 예로 들어 설명하였으나, 이상의 실시예의 구성은 4극기에 한정되는 것이 아니라, 2극기 또는 6극기 또는 도 18에 나타내는 8극기, 나아가서는 그 이상의 극수기에도 적용할 수 있다. 회전자에의 영구자석의 설치방법으로서는 도 18에 나타내는 바와 같이 회전자의 내부에 영구자석을 설치한 이른바 매립 자석형, 또는 회전자의 표면에 영구자석을 설치한 이른바 표면 자석형의 어느 쪽을 이용하여도 상관없다.
(실시예 10)
본 발명의 제 10 실시예를 도 19에 의거하여 설명한다. 도 19는 본 실시예의 자동차의 구동장치의 배치구성을 나타낸다. 본 실시예의 구동장치는 엔진(1)의 크랭크풀리(6)와, 영구자석형 동기 회전전기(2)의 샤프트에 결합된 풀리(8)가 금속벨트(7)로 연결된 것이다. 따라서 엔진(1)과 영구자석형 동기 회전전기(2)는 병렬로 배치되어 있다. 또한 크랭크풀리(6)와 풀리(8)를 연결하는 것으로서 체인 또는 톱니부착 벨트를 이용하여도 좋다. 또 크랭크풀리(6)와 풀리(8) 대신에 기어를 거쳐 연결하여도 상관없다. 영구자석형 동기 회전전기(2)로서는, 상기한 제 1 실시예 내지 제 9 실시예의 어느 하나의 영구자석형 동기 회전전기를 이용하고 있다. 또한 도면에 있어서 부호 3은 엔진(1)에 직결된 트랜스미션, 부호 5는 전력변환기(4)를 거쳐 영구자석형 동기 회전전기(2)와 전기적으로 접속된 배터리이다. 전력변환기(4)는 인버터와 컨버터의 양쪽의 기능을 구비한 것이다. 또 본 실시예의 자동차의 구동장치에 있어서는 영구자석형 동기 회전전기(2)를 전동기 단체(單體) 또는 발전기 단체 또는 모터발전기의 어느 형으로 사용하여도 좋다.
본 실시예에 의하면 크랭크풀리(6), 금속벨트(7), 풀리(8)에 의해 엔진(1)과 영구자석형 동기 회전전기(2) 사이에 있는 속도비를 가진 변속기구를 구성할 수 있다. 예를 들면 크랭크풀리(6)와 풀리(8)의 반경비를 2 : 1로 함으로써, 영구자석형 동기 회전전기(2)를 엔진(1)의 2배의 속도로 회전시킬 수 있어 엔진(1)의 시동시, 영구자석형 동기 회전전기(2)의 토오크를 엔진(1)의 시동에 필요한 토오크의 1/2로 할 수 있다. 따라서 영구자석형 동기 회전전기(2)를 소형화할 수 있다.
(실시예 11)
본 발명의 제 11 실시예를 도 20a, 도 20b에 의거하여 설명한다. 도 20a, 도 20b는 본 실시예의 자동차의 구동장치의 배치구성을 나타낸다. 본 실시예는 상기한 제 10 실시예의 변형예이고, 엔진(1)에 연결된 영구자석형 동기 회전전기(2A) 외에 상기한 제 1 실시예 내지 제 9 실시예의 어느 하나의 영구자석형 동기 회전전기를 도 20a, 도 20b에 나타내는 바와 같이, 엔진(1)에 의해 구동되는 차륜(전륜)과는 다른 차륜(후륜)의 구동용으로서 탑재한 것이다. 즉 4륜 구동차에 적용한 예를 나타낸다.
도 20a에서는 엔진(1)에 의해 구동되는 차륜(전륜)과는 다른 차륜(후륜)의 구동축과 영구자석형 동기 회전전기(2B)를 기어를 거쳐 연결하고 있다. 또한 영구자석형 동기 회전전기(2B)와 디퍼렌셜기어와 조합하여 엔진(1)이나 영구자석형 동기 회전전기(2A)와 연휴하여 구동하고도 좋다. 도 20b에서는 엔진(1)에 의해 구동되는 차륜(전륜)과는 다른 차륜(후륜)의 각각에 영구자석형 동기 회전전기(2C)를 연결, 즉 휠 인 모터타입으로서 연결하고 있다.
(실시예 12)
본 발명의 제 12 실시예를 도 21a 및 도 21b에 의거하여 설명한다. 도 21a 및 도 21b는 본 실시예의 전기자동차의 구동장치의 배치구성을 나타낸다. 전기자동차는 내연기관을 탑재하고 있지 않은 차량이고, 전력변환기(4)를 거쳐 공급된 배터리(5)의 전력에 의해 영구자석형 동기 회전전기(2)를 구동하여 차량을 구동시키도록 한 것이다. 도 21a는 트랜스미션(3)을 거쳐 영구자석형 동기 회전전기(2)와 후륜의 구동축을 연결한 것이다. 도 21b는 영구자석형 동기 회전전기(2)와 전륜의 구동축을 직결한 것이다.
이상 설명한 본 발명에 의하면 저회전영역에 있어서 높은 토오크특성, 고회전영역에 있어서 고출력 발전특성을 얻을 수 있는 회전전기 및 그것을 탑재한 차량을 제공할 수 있다. 또 저회전영역에 있어서 높은 토오크특성, 고회전영역에 있어서 고출력 발전특성을 얻을 수 있음과 동시에, 기계적인 신뢰성을 향상시킬 수 있는 회전전기 및 그것을 탑재한 차량을 제공할 수 있다.

Claims (26)

  1. 회전전기에 있어서,
    권선을 가지는 고정자; 및
    상기 고정자의 안 둘레측에 공극을 거쳐 이격되어 회전 가능하게 배치되는 분할 회전자를 포함하되, 상기 분할 회전자는 2개의 회전자 부분으로 축방향으로 2분할되고, 그 각각은 극성이 다른 계자용 자석이 회전방향으로 교대로 배치되며;
    상기 2분할된 회전자의 한쪽은, 상기 두 회전자 부분들의 계자용 자석들간에 생성되는 자기작용력과 상기 분할 회전자 상에 유도되는 토오크방향을 따라 상기 2분할된 회전자의 다른쪽과의 상대적인 축방향위치를 변화시키는 가변기구를 포함하고;
    상기 2분할된 회전자의 한쪽은 축방향 양쪽으로부터 지지기구에 의해 지지되어 있는 회전전기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 2분할된 회전자의 다른쪽은 회전축에 고정되고, 상기 2분할된 회전자의 한쪽은 상기 회전축으로부터 분리할 수 있도록 구성되며, 상기 2분할된 회전자의 한쪽의 안 둘레측 및 상기 회전축에는 각각 나사부가 설치되어 서로 나사결합되어 있는 회전전기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 2분할된 회전자의 다른쪽은 회전축에 고정되고, 상기 2분할된 회전자의 한쪽은 상기 회전축으로부터 분리할 수 있도록 구성되며, 상기 2분할된 회전자의 한쪽의 안 둘레측에는 비자성 부재를 거쳐 안 둘레측에 나사부를 가지는 고리형상부재가, 상기 회전축에는 나사부가 설치되어 서로 나사결합되어 있는 회전전기.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 비자성 부재는 철보다 전기저항율이 높은 파이프형상 부재인 회전전기.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 고리형상 부재는 너트인 회전전기.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 2분할된 회전자의 다른쪽은 회전축에 고정되고, 상기 2분할된 회전자의 한쪽은 상기 회전축으로부터 분리할 수 있도록 구성되며, 상기 2분할된 회전자의 한쪽의 측면에는 통형상의 돌기부가, 상기 2분할된 회전자의 다른쪽의 측면에는 상기 돌기부를 수납할 수 있는 오목부가 설치되어 있고, 상기 돌기부의 안 둘레측을 포함하는 상기 2분할된 회전자의 한쪽의 안 둘레측에는 비자성 부재를 거쳐 안 둘레측에 제1나사부를 가지고, 상기 회전축에는 제2나사부를 가지는 고리형상 부재가 설치되어 상기 제1 및 제2나사부들이 서로 나사결합되어 있는 회전전기.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 지지기구는 상기 2분할된 회전자 사이에 설치된 탄성체와, 상기 2분할된 회전자의 한쪽의 옆쪽에 설치된 또 다른 탄성체를 가지고 이루어지는 회전전기.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 지지기구는 상기 2분할된 회전자 사이에 설치된 탄성체와, 상기 2분할된 회전자의 한쪽의 옆쪽에 설치됨과 동시에 회전축을 따라 축방향으로 이동 가능한 지지부재와, 그 지지부재를 회전축을 따라 축방향으로 이동시키는 구동장치를 가지고 이루어지는 회전전기.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 구동장치는 서보기구인 회전전기.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 지지기구는 상기 2분할된 회전자의 한쪽의 축방향의 이동력을 완화하는 회전전기.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 2분할된 회전자의 한쪽과 상기 고정자 사이의 공극치수와, 상기 2분할된 회전자의 다른쪽과 상기 고정자 사이의 공극치수를 다르게 한 회전전기.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 2분할된 회전자의 한쪽과 상기 고정자 사이의 공극치수를 상기 2분할된 회전자의 다른쪽과 상기 고정자 사이의 공극치수보다도 크게 한 회전전기.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 2분할된 회전자의 한쪽에 배치된 계자용 자석과, 상기 2분할된 회전자의 다른쪽에 배치된 계자용 자석의 합성자극위치의 어긋남에 따라 상기 권선에 공급되는 전류의 진각을 보정하는 회전전기.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 2분할된 회전자의 한쪽의 상기 2분할된 회전자의 다른쪽에 대한 축방향의 변위량을 검출하고, 이 변위량에 의거하여 상기 권선에 공급되는 전류의 진각을 보정하는 회전전기.
  15. 회전전기에 있어서,
    권선을 가지는 고정자; 및
    상기 고정자의 안 둘레측에 공극을 거쳐 회전 가능하게 배치됨과 동시에, 축방향으로 2개의 회전자 부분들로 2분할되는 분할 회전자를 포함하되, 상기 회전자 부분들은 극성이 다른 계자용 자석이 회전방향으로 교대로 배치되며,
    상기 2분할된 회전자의 한쪽은, 상기 두 회전자 부분들의 계자용 자석들간에 생성되는 자기작용력과 상기 분할 회전자 상에 유도되는 토오크방향을 따라 상기 계자용 자석의 합성한 자극의 위상을 상기 2분할된 회전자의 다른쪽의 자극에 대하여 변화시키는 가변기구를 포함하고,
    상기 2분할된 회전자의 한쪽은 축방향 양쪽으로부터 지지기구에 의해 지지되어 있는 회전전기.
  16. 회전전기에 있어서,
    권선을 가지는 고정자; 및
    상기 고정자의 안 둘레측에 공극을 거쳐 회전 가능하게 배치됨과 동시에, 축방향으로 2개의 회전자 부분들로 2분할되는 분할 회전자를 포함하되, 상기 회전자 부분들은 극성이 다른 계자용 자석이 회전방향으로 교대로 배치되며,
    상기 2분할된 회전자의 한쪽은, 상기 두 회전자 부분들의 계자용 자석들간에 생성되는 자기작용력과 상기 분할 회전자 상에 유도되는 토오크방향을 따라 상기 2분할된 회전자의 다른쪽과의 상대적인 축방향위치를 상기 2분할된 회전자의 한쪽에 배치된 계자용 자석의 자극중심과 상기 2분할된 회전자의 다른쪽에 배치된 계자용 자석의 자극중심을 어긋나게 하면서 변화시키는 가변기구를 포함하고,
    상기 2분할된 회전자의 한쪽은 축방향 양쪽으로부터 지지기구에 의해 지지되어 있는 회전전기.
  17. 회전전기에 있어서,
    권선을 가지는 고정자; 및
    상기 고정자의 안 둘레측에 공극을 거쳐 회전 가능하게 배치됨과 동시에, 축방향으로 2개의 회전자 부분들로 2분할되는 분할 회전자를 포함하되, 상기 회전자 부분들은 극성이 다른 계자용 자석이 회전방향으로 교대로 배치되며,
    상기 2분할된 회전자의 한쪽은, 상기 두 회전자 부분들의 계자용 자석들간에 생성되는 자기작용력과 상기 분할 회전자 상에 유도되는 토오크방향을 따라 상기 계자용 자석의 합성한 자극의 위상을 상기 2분할된 회전자의 다른쪽의 자극에 대하여 상기 2분할된 회전자의 한쪽에 배치된 계자용 자석의 자극중심과 상기 2분할된 회전자의 다른쪽에 배치된 계자용 자석의 자극중심을 어긋나게 하면서 변화시키는 가변기구를 포함하고,
    상기 2분할된 회전자의 한쪽은 축방향 양쪽으로부터 지지기구에 의해 지지되어 있는 회전전기.
  18. 회전전기에 있어서,
    권선을 가지는 고정자; 및
    상기 고정자의 안 둘레측에 공극을 거쳐 회전 가능하게 배치됨과 동시에, 축방향으로 2개의 회전자 부분들로 2분할되는 분할 회전자를 포함하되, 상기 회전자 부분들은 극성이 다른 계자용 자석이 회전방향으로 교대로 배치되며,
    상기 2분할된 회전자의 한쪽은, 상기 두 회전자 부분들의 계자용 자석들간에 생성되는 자기작용력과 상기 분할 회전자 상에 유도되는 토오크방향을 따라 상기 2분할된 회전자의 다른쪽과의 상대적인 축방향위치를 상기 2분할된 회전자의 한쪽에 배치된 계자용 자석의 자극중심과 상기 2분할된 회전자의 다른쪽에 배치된 계자용 자석의 자극중심을 일치시킨 상태로 변화시키는 가변기구를 포함하고,
    상기 2분할된 회전자의 한쪽은 축방향 양쪽으로부터 지지기구에 의해 지지되어 있는 회전전기.
  19. 회전전기에 있어서,
    권선을 가지는 고정자; 및
    상기 고정자의 안 둘레측에 공극을 거쳐 회전 가능하게 배치됨과 동시에, 축방향으로 2개의 회전자 부분들로 2분할되는 분할 회전자를 포함하되, 상기 회전자 부분들은 극성이 다른 계자용 자석이 회전방향으로 교대로 배치되며,
    상기 2분할된 회전자의 한쪽은, 상기 두 회전자 부분들의 계자용 자석들간에 생성되는 자기작용력과 상기 분할 회전자 상에 유도되는 토오크방향을 따라 상기 계자용 자석의 합성한 자극의 위상을 상기 2분할된 회전자의 다른쪽의 자극에 대하여 상기 2분할된 회전자의 한쪽에 배치된 계자용 자석의 자극중심과 상기 2분할된 회전자의 다른쪽에 배치된 계자용 자석의 자극중심을 일치시킨 상태로 변화시키는 가변기구를 포함하고,
    상기 2분할된 회전자의 한쪽은 축방향 양쪽으로부터 지지기구에 의해 지지되어 있는 회전전기.
  20. 회전전기에 있어서,
    권선을 가지는 고정자; 및
    계자용 자석을 가지는 회전자로 이루어지고, 상기 계자용 자석은 회전방향으로 순차적으로 다른 극성의 자극이 늘어서 있는 제 1 계자용 자석과, 그 제 1 계자용 자석에 대하여 상대회전이 가능하고 회전방향으로 순차적으로 다른 극성의 자극이 늘어서 있는 제 2 계자용 자석으로 이루어지고,
    상기 제 1 및 제 2 계자용 자석은 상기 고정자의 자극에 대향하고 있음과 동시에 상기 제 1및 제 2 계자용 자석의 합성한 자극의 위상을 상기 제 1 계자용 자석의 자극에 대하여 회전자의 토오크방향을 따라 변화시키는 기구를 가지고, 그 토오크방향을 따라 변화시키는 기구는 회전자에 발생하는 토오크방향과 상기 제 1 및 제 2 계자용 자석 사이의 자기작용력과의 균형에 의해 상기 제 1 및 제 2 계자용 자석의 상기 자극중심을 일치시키는 수단과, 회전자에 발생하는 토오크방향이 반대가 됨에 따라 상기 제 1 및 제 2 계자용 자석의 자극중심을 어긋나게 하는 수단을 가지고, 상기 제 2 계자용 자석은 그 축방향 양쪽으로부터 지지기구에 의해 지지되어 있는 회전전기.
  21. 차량에 있어서,
    차륜을 구동하는 내연기관;
    전력의 충방전을 행하는 배터리;
    상기 내연기관의 크랭크축과 기계적으로 연결됨과 동시에, 상기 배터리로부터 공급되는 전력에 의해 구동되어 상기 내연기관을 구동하고, 또한 상기 내연기관으로부터의 동력에 의해 구동되어 발전하여 상기 배터리에 전력을 공급하는 회전전기;
    상기 회전 전기를 제어하는 전력변환기;
    상기 전력변환기를 제어하는 제어장치를 구비하고,
    상기 회전전기는 제 1항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 따른 회전전기를 탑재한 차량.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 회전전기는, 상기 내연기관의 저속회전시에는 전동기로서 작동되고, 상기 내연기관의 고속회전시에는 발전기로서 작동되는 차량.
  23. 차량에 있어서,
    전력의 충방전을 행하는 배터리;
    상기 배터리로부터 공급되는 전력에 의해 차륜을 구동하는 회전전기;
    상기 회전전기를 제어하는 전력변환기;
    상기 전력변환기를 제어하는 제어장치를 구비하고,
    상기 회전전기는 제 1항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 따른 회전전기를 탑재한 차량.
  24. 차량에 있어서,
    전륜 또는 후륜을 구동하는 내연기관;
    전력의 충방전을 행하는 배터리;
    상기 배터리로부터 공급되는 전력에 의해 구동됨과 동시에 전륜 또는 후륜을 구동하는 회전전기;
    상기 회전전기를 제어하는 전력변환기;
    상기 전력변환기를 제어하는 제어장치를 구비하고,
    상기 회전전기는 제 1항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 따른 회전전기를 탑재한 차량.
  25. 차량에 있어서,
    차륜을 구동하는 내연기관;
    전력의 충방전을 행하는 배터리;
    상기 내연기관의 크랭크축과 기계적으로 연결됨과 동시에, 상기 배터리로부터 공급되는 전력에 의해 구동되어 상기 내연기관을 구동하는 회전전기;
    상기 회전전기를 제어하는 전력변환기;
    상기 전력변환기를 제어하는 제어장치를 구비하고,
    상기 회전전기는 제 1항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 따른 회전전기를 탑재한 차량.
  26. 차량에 있어서,
    차륜을 구동하는 내연기관;
    전력의 충방전을 행하는 배터리;
    상기 내연기관의 크랭크축과 기계적으로 연결됨과 동시에, 상기 내연기관으로부터의 동력에 의해 구동되어 발전하여 상기 배터리에 전력을 공급하는 회전전기;
    상기 회전전기를 제어하는 전력변환기;
    상기 전력변환기를 제어하는 제어장치를 구비하고,
    상기회전전기는 제 1항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 따른 회전전기를 탑재한 차량.
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