KR20190062204A

KR20190062204A - 자속 가변 기구가 부착된 회전 전기

Info

Publication number: KR20190062204A
Application number: KR1020180142712A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 핫토리; 다츠히코 미즈타니
Original assignee: 도요타 지도샤（주）
Priority date: 2017-11-27
Filing date: 2018-11-19
Publication date: 2019-06-05
Also published as: EP3490120A1; CN109842255B; CN109842255A; BR102018073728A2; US11056957B2; EP3490120B1; JP6965705B2; US20190165659A1; RU2694065C1; JP2019097359A

Abstract

케이스체 (32) 와, 원심력을 받아 이동하는 이동자 (40) 와, 자속 단락 부재 (42) 와, 캠 부재 (44) 와, 탄성 지지 스프링 (46) 을 갖는 자속 가변 기구 (30) 를 구비한 회전 전기가 제공된다. 캠 부재 (44) 는, 이동자 (40) 와 서로 마주하여 이동자 (40) 와 접촉하는 캠면 (50) 을 갖고, 캠면 (50) 에서 받아들인 이동자 (40) 의 직경 방향 이동을 자속 단락 부재 (42) 의 축 방향의 이동으로 변환시킨다. 탄성 지지 스프링 (46) 은, 자속 단락 부재 (42) 에 대해서 로터 코어 (22) 의 축 방향 단면 (28) 으로부터 이간시키는 방향으로 탄성 지지력을 부여하고, 캠 부재 (44) 를 개재하여 이동자 (40) 에 작용하는 원심력과 균형이 잡힌 상태에서 자속 단락 부재 (42) 의 축 방향을 따른 위치를 결정한다.

Description

자속 가변 기구가 부착된 회전 전기{ROTARY ELECTRIC MACHINE EQUIPPED WITH MAGNETIC FLUX VARIABLE MECHANISM}

본 개시는 자속 가변 기구가 부착된 회전 전기 (電機) 에 관한 것이다.

전동 차량에 사용되는 회전 전기로서, 소형 경량과 출력 효율의 향상을 도모하기 위해서, 로터 코어의 둘레 방향을 따라서 복수의 영구 자석을 매립하여 자극을 형성하는 매립 자석형 (Interior Permanent Magnet : IPM) 의 회전 전기가 사용된다. 매립 자석형의 회전 전기에서는, 로터의 영구 자석으로부터 발생되는 자속은 통상적으로는 일정하기 때문에, 로터의 회전 속도가 상승함에 따라서, 스테이터 코일에 발생되는 유기 전압이 높아지고, 유기 전압이 구동 전압을 초과하면 제어 불능이 되는 경우가 있다. 이것을 회피하기 위한 방법으로서, 회로적인 약계자 제어를 이용하는 것 외에, 로터의 영구 자석으로부터 스테이터를 향하여 스테이터 코일에 쇄교 (鎖交) 하는 (interlink) 자속 (magnetic flux, or flux) 을 로터의 회전 속도에 따라서 변화시키는 자속 가변 기구가 사용된다.

일본 공개특허공보 평11-275789에는, 회전축을 둘러싸고 형성된 4 개의 자석 삽입공에 매립한 영구 자석을 갖는 회전자에 있어서, 자석 삽입공의 단부 (端部) 로부터 회전자의 외주 단면 (端面) 부근까지 연장되는 슬릿부 중에 원심력으로 직경 방향으로 이동 가능한 자기 단락 철편을 형성하는 구성이 개시되어 있다.

여기에서는, 자석 삽입공과 슬릿부는 비자성체의 중공부에서 접속되고, 자기 단락 철편은 슬릿부 내에 있어서 스프링에 의해서 내주측의 비자성체의 부분에 탄성 지지된다. 자석 삽입공과 슬릿부와 회전자의 외주 단면으로 둘러싸인 부분을 폴 피스부라고 부르면, 회전자가 저회전 속도로 회전하는 경우, 자기 단락 철편은 슬릿부의 내주측의 비자성체의 부분에 머무른다. 그리고, 인접하는 폴 피스부 사이에 자기 단락 철편을 개재한 누설 자속은 발생되지 않는다. 회전자가 고회전 속도로 회전하면, 자기 단락 철편은, 원심력에 의해서 스프링의 탄성 지지력에 저항하여 비자성체의 부분보다 외주측으로 이동하고, 인접하는 폴 피스부 사이에 누설 자속을 일으키게 하여, 회전자로부터 나오는 유효한 자속을 감소시킴으로써, 자속 가변을 행하고 있다.

일본 공개특허공보 2001-275326 은, 일본 공개특허공보 평11-275789 의 구성에서는, 자기 단락 철편의 위치 제어를 로터의 원심력과 스프링의 탄성 지지력의 역학적 균형에 맡기고 있기 때문에, 각 자극에 있어서의 자속 가변 효과가 상이하여, 안정적인 자속 가변 효과를 기대할 수 없다고 지적한다. 또한, 자속 가변 기구로서, 로터 코어 내에 자기 단락 철편을 작동시키는 기구를 형성하기 때문에, 로터 코어의 구조가 복잡해지고, 제품의 내구성이 문제가 된다고 지적한다. 그래서, 로터의 영구 자석에 근접 또는 이간되는 자속 단락 부재를 로터측이 아니고 스테이터측에 형성하고, 이것을, 모터, 유압, 공기 압력 등으로 작동하는 액추에이터로 구동시키는 자속 가변 기구를 개시한다.

회전 전기의 자속 가변 기구로서, 로터와 자속 단락 부재의 간격을 액추에이터로 가변하는 구성은, 모터, 혹은 유압 장치, 혹은 공압 장치 등을 필요로 하고, 이것들의 제어 장치도 필요로 하기 때문에, 비용이 높고, 회전 전기 전체가 대형화한다. 로터와 자속 단락 부재의 간격을 원심력으로 가변하는 구성이면 특별한 액추에이터가 불필요하지만, 로터 코어 내에 원심력에 의한 자속 가변 기구를 설치하면, 로터의 자기 회로의 변경을 수반하여 설계가 복잡해지고, 또, 로터 코어가 대형화한다.

상기한 사정을 감안하면, 로터 코어의 자기 회로를 변경시키는 등과 같은 영향을 수반하지 않아, 특별한 액추에이터를 사용하지 않고, 영구 자석으로부터 스테이터 코일을 향하는 자속을 가변할 수 있는 자속 가변 기구가 부착된 회전 전기가 요망된다.

그래서, 본 발명의 1 관점에 의하면, 자속 가변 기구가 부착된 회전 전기가 제공되고, 이 회전 전기는 스테이터와 로터를 구비하고 있다. 상기 스테이터는 스테이터 코일이 감겨져 있다. 상기 로터는, 영구 자석이 매립된 로터 코어를 갖고 스테이터의 내주측에 소정의 간극을 두고 배치되어 있다. 상기 자속 가변 기구는, 로터 코어의 영구 자석으로부터 스테이터 코일을 향하는 자속을 로터의 회전 속도에 따라서 변화시키도록 구성되어 있다. 이 자속 가변 기구는, 케이스체와 자속 단락 부재와 캠 부재와 탄성 지지 스프링을 갖는다. 상기 케이스체는, 영구 자석과 서로 마주하는 위치에서 로터 코어의 축 방향 단면에 고정되어 있다. 상기 이동자는, 케이스체 내에 설치되어 있고, 그리고 상기 이동자는 축 방향의 이동이 규제됨과 함께 로터의 회전 속도에 따른 원심력을 받아 직경 방향으로 이동하도록 구성되어 있다. 상기 자속 단락 부재는, 케이스체 내에 설치되어 있고, 그리고 상기 자속 단락 부재는 직경 방향의 이동이 규제됨과 함께 축 방향을 따라서 이동하도록 구성되어 있다. 상기 캠 부재는, 상기 자속 단락 부재에 고정되어 있고, 상기 캠 부재는 직경 방향을 따라서 외주측으로 갈수록 로터 코어의 축 방향 단면으로부터 이간되는 방향으로 소정의 경사 각도로 경사져 있어 이동자와 서로 마주하고 이동자와 접촉하는 캠면을 갖고, 그리고 상기 캠 부재는 상기 캠면에서 받아들인 이동자의 직경 방향의 이동을 자속 단락 부재의 축 방향의 이동으로 변환시키도록 구성되어 있다. 상기 탄성 지지 스프링은, 자속 단락 부재에 대해서 로터 코어의 축 방향 단면으로부터 이간시키는 방향으로 탄성 지지력을 부여하여, 캠 부재를 개재하여 이동자에 작용하는 원심력과 균형이 잡힌 상태에서 자속 단락 부재의 축 방향을 따른 위치를 정하도록 구성되어 있다.

상기와 같은 회전 전기의 구성에 의하면, 자속 가변 기구는, 로터 코어의 축 방향 단면에 고정되는 케이스체의 내부에, 원심력으로 이동하는 이동자와, 자속 단락 부재와, 캠 부재와, 탄성 지지 스프링을 갖는다. 캠 부재는, 소정의 경사 각도로 경사져 이동자와 서로 마주하고 이동자와 접촉하는 캠면을 갖고, 캠면에서 받아들인 이동자의 직경 방향의 이동을 자속 단락 부재의 축 방향의 이동으로 변환시킨다. 탄성 지지 스프링은, 자속 단락 부재에 대해서 로터 코어의 축 방향 단면으로부터 이간시키는 방향으로 탄성 지지력을 부여하여, 캠 부재를 개재하여 이동자에 작용하는 원심력과 균형이 잡힌 상태에서 자속 단락 부재의 축 방향을 따른 위치를 결정한다. 이와 같이, 자속 가변 기구는, 로터 코어의 외측인 축 방향 단면에 고정시켜 배치되고, 이동자에 작용하는 원심력을 이용하여 자속 단락 부재를 이동시킨다. 따라서, 상기 구성의 자속 가변 기구가 부착된 회전 전기는, 로터 코어의 자기 회로를 변경시키는 등과 같은 영향을 수반하지 않아, 특별한 액추에이터를 사용하지 않고, 영구 자석으로부터 스테이터 코일을 향하는 자속을 가변할 수 있다.

상기 회전 전기에 있어서, 상기 로터 코어의 상기 축 방향 단면과 상기 자속 단락 부재 사이의 이간 거리는, 상기 스테이터 코일을 감고 있는 상기 스테이터의 내주면과, 상기 로터 코어의 외주면의 간극인 자기 갭보다 길어도 된다. 상기와 같은 회전 전기의 구성에 의하면, 상기 영구 자석이 발생시키는 자속의 거의 전부를 상기 스테이터 코일을 향하는 이 스테이터 코일에 있어서의 쇄교 자속으로 할 수 있다.

또, 상기 회전 전기에 있어서, 자속 가변 기구는, 로터 코어의 축 방향 단면에 배치된 엔드 플레이트에 장착된 상태여도 된다. 상기와 같은 회전 전기의 구성에 의하면, 자속 가변 기구는, 엔드 플레이트에 장착되기 때문에, 엔드 플레이트의 기능을 겸비할 수 있다.

또, 상기 회전 전기에 있어서, 자속 가변 기구는, 로터 코어의 축 방향의 양 단면에 배치된 2 개의 엔드 플레이트 중 1 개에 장착된 상태여도 된다. 상기와 같은 회전 전기의 구성에 의하면, 로터의 2 개의 엔드 플레이트 중 1 개에 자속 가변 기구를 장착하면 되기 때문에, 2 개의 엔드 플레이트에 각각 자속 가변 기구를 장착하는 경우에 비해서, 엔드 플레이트를 포함하는 로터의 전체 크기의 소형화를 도모할 수 있다.

또, 상기 회전 전기에 있어서, 상기 자속 가변 기구는, 상기 케이스체의 내부에 있어서 상기 로터 코어의 상기 축 방향 단면에 고정된 박판을 갖고 있어도 된다. 또, 상기 박판은 비자성체여도 된다. 그리고 또한, 상기 박판의 판 두께는, 상기 스테이터의 내주면과 상기 로터 코어의 외주면의 간극인 자기 갭보다 짧아도 된다. 상기와 같은 회전 전기의 구성에 의하면, 상기 박판의 판 두께를 상기 스테이터의 내주면과 상기 로터 코어의 외주면의 간극인 상기 자기 갭보다 짧게 설정함으로써, 상기 로터 코어의 상기 축 방향 단면과 상기 자속 단락 부재 사이의 이간 거리를, 상기 자기 갭보다 크며 또한 적절히 설정함으로써, 상기 영구 자석이 발생시키는 자속의 거의 전부를 상기 스테이터 코일을 향하는 이 스테이터 코일에 있어서의 쇄교 자속으로 할 수 있다.

또, 상기 회전 전기에 있어서, 이동자는, 캠 부재의 소정의 경사 각도와 동일한 경사 각도의 경사면을 갖고 있어도 된다. 상기와 같은 회전 전기의 구성에 의하면, 사면을 이용하는 간단한 구성으로, 이동자의 직경 방향의 이동을 자속 단락 부재의 축 방향의 이동으로 변환시킬 수 있다.

그리고 또한, 상기 회전 전기에 있어서, 상기 이동자는, 전동구 (轉動球) 여도 되고, 상기 전동구의 구형면은 상기 캠면에 접촉하도록 구성되어 있어도 된다. 상기와 같은 회전 전기의 구성에 의하면, 이동자의 직경 방향의 이동과 자속 단락 부재의 축 방향의 이동 사이의 변환이 전동 접촉에 의해서 행해지기 때문에, 사면의 슬라이딩 접촉에 의해서 이동의 방향을 변환시키는 것에 비교하여, 적은 접촉 저항이 된다. 이로써, 이동자가 매끄럽게 이동할 수 있다.

이상으로 설명한 바와 같이, 상기와 같은 회전 전기의 구성의 자속 가변 기구가 부착된 회전 전기에 의하면, 로터 코어의 자기 회로를 변경시키는 등과 같은 영향을 수반하지 않아, 특별한 액추에이터를 사용하지 않고, 영구 자석으로부터 스테이터 코일을 향하는 자속을 가변할 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시형태들의 특징들, 이점들, 및 기술적 및 산업상 중요성이 첨부하는 도면들을 참조하여 이하에 기술될 것이며, 여기서 동일한 번호들은 동일한 엘리먼트들을 표시한다.
도 1 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 자속 가변 기구가 부착된 회전 전기의 단면도이다.
도 2 는, 도 1 에 있어서의 자속 가변 기구의 단면도이다.
도 3 은, 도 2 에 대해서, 이동자와 캠 부재 사이의 이동 방향의 변환과, 캠 부재의 캠면과 이동자의 경사면에 있어서의 힘 관계를 나타내는 도면이다.
도 4 는, 로터가 고회전 속도로 회전하는 경우에 대해서, 이동자와 캠 부재 사이의 이동 방향의 변환과, 이동자의 경사면과 캠 부재의 캠면에 있어서의 힘 관계를 나타내는 도면이다.
도 5 는, 도 2 에 있어서, 로터가 고회전 속도로 회전하는 경우를 나타내는 단면도이다.
도 6 은, 상기 실시형태의 제 1 변형예로서의 자속 가변 기구가 부착된 회전 전기로서, 자속 가변 기구가 장착된 엔드 플레이트를 구비하는 자속 가변 기구가 부착된 회전 전기의 단면도이다.
도 7 은, 도 6 에 있어서의 자속 가변 기구의 단면도이다.
도 8 은, 도 6 에 있어서, 로터가 고회전 속도로 회전했을 경우를 나타내는 단면도이다.
도 9 는, 상기 실시형태의 제 2 변형예로서의 자속 가변 기구가 부착된 회전 전기의 자속 가변 기구를 나타내는 도면이다.
도 10 은, 9 에 있어서, 로터가 고회전 속도로 회전했을 경우를 나타내는 단면도이다.

이하에 도면을 사용하여 본 실시의 형태에 대해서 상세하게 설명한다. 이하에서는, 로터 코어로서 자성체 박판의 적층체를 서술하지만, 이것은 설명을 위한 예시로서, 영구 자석을 매립할 수 있는 자성체이면, 일체형의 로터 코어여도 된다. 이하에 서술하는 형상, 재질 등은 설명을 위한 예시로서, 자속 가변 기구가 부착된 회전 전기의 사양 등에 따라서 적절히 변경이 가능하다. 또, 이하에서는, 모든 도면에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다.

도 1 은, 본 발명의 실시형태로서의, 차량에 탑재되는 자속 가변 기구가 부착된 회전 전기 (10) 의 단면도이다. 이하에서는, 특별히 언급하지 않는 한, 자속 가변 기구가 부착된 회전 전기 (10) 를, 회전 전기 (10) 라고 부른다. 회전 전기 (10) 는, 차량이 역행할 때에는 전동기로서 기능하고, 차량이 제동시에 있을 때에는 발전기로서 기능하는 모터·제너레이터로서, 삼상 동기형 회전 전기이다. 회전 전기 (10) 는, 스테이터 (12) 와, 로터 (20) 와, 자속 가변 기구 (30) 를 포함한다.

스테이터 (12) 는, 회전 전기 (10) 의 고정자로서, 스테이터 코어 (14) 와, 스테이터 코어 (14) 에 감겨진 스테이터 코일 (16) 을 포함한다. 스테이터 코어 (14) 는, 로터 (20) 가 배치되는 중심공을 갖는 자성체 부품으로서, 도시를 생략하지만, 원환상의 백 요크, 백 요크로부터 내주측으로 돌출하는 복수의 티스, 및, 인접하는 티스 간의 공간인 복수의 슬롯을 포함한다.

스테이터 코일 (16) 은, 삼상의 분포권 권선으로서, 각 상의 권선은, 절연 피막이 부착된 도체선이, 스테이터 코어 (14) 에 있어서, 소정의 슬롯에 삽입 통과되고, 소정의 복수의 티스에 걸쳐 감겨진다. 각 상의 권선이 스테이터 코어 (14) 에 감겨지고, 스테이터 코어 (14) 의 축 방향의 양 단면으로부터 돌출된 부분은 코일 엔드 (18, 19) 로 불린다. 코일 엔드 (18, 19) 중에서, 스테이터 코일 (16) 로부터의 동력선은 코일 엔드 (18) 로부터 빼내어진다.

절연 피막이 부착된 도체선의 소선으로는, 구리선, 구리주석 합금선, 은 도금 구리주석 합금선 등이 사용된다. 절연 피막으로는, 폴리아미드이미드의 에나멜 피막이 사용된다. 삼상의 분포권 권선은, 스테이터 코일 (16) 의 설명을 위한 예시로서, 회전 전기 (10) 의 사양에 따라서는, 집중권 권선의 스테이터 코일 (16) 이어도 된다.

로터 (20) 는, 회전 전기 (10) 의 회전자로서, 원환상의 로터 코어 (22) 와, 로터 코어 (22) 의 중심공에 고정되는 로터축 (24) 을 포함한다. 로터축 (24) 은, 회전 전기 (10) 의 출력축이다.

로터 코어 (22) 는, 소정 장 수의 자성체 박판 (23) 을 축 방향으로 적층한 적층체이다. 로터 코어 (22) 를 자성체 박판 (23) 의 적층체로 하는 것은, 로터 코어 (22) 에 발생될 수 있는 와전류를 억제하기 위해서이고, 소정의 형상으로 성형되기 전의 자성체 박판 (23) 의 양면에는, 절연 코트 등의 절연 처리가 실시된다. 이로써, 적층된 각 자성체 박판 (23) 사이가 전기적으로 절연되고, 외부 변동 자계에 의해서 발생될 수 있는 와전류가 작은 루프로 분할되어, 와전류 손실이 억제된다.

로터 코어 (22) 에는, 복수의 자석 삽입공 (도시 생략) 이 형성되고, 각각의 자석 삽입공에 영구 자석이 배치된다. 각 영구 자석은, 로터 (20) 의 자극을 구성하고, 스테이터 코일 (16) 을 향하여 자속을 발생시킨다. 자극수, 1 개의 자극당 영구 자석의 수는, 회전 전기 (10) 의 사양에 따라서 정해진다. 도 1 에서는, 복수의 영구 자석 중에서, 단면도에 표시되는 2 개의 영구 자석 (26, 27) 을 나타낸다. 영구 자석 (26, 27) 은, 축 방향과 수직인 단면 (斷面) 형상이 사각형이고, 축 방향의 길이는 로터 코어 (22) 의 축 방향의 길이보다 약간 짧은 직방형의 막대 자석이다.

영구 자석 (26, 27) 의 착자 방향이 사각형 단면의 단변 방향을 따르도록 외주측과 내주측 사이에서, 영구 자석 (26, 27) 을 자화한다. 예를 들어, 영구 자석 (26, 27) 에 있어서, 외주측의 극성이 N 이면, 내주측의 극성이 S 극이 되도록 착자된다 (도 2, 도 3 참조). 또한, 둘레 방향을 따라서 인접하는 자극 사이에서는, 착자 방향이 서로 역이다. 즉, 각 자극을 구성하는 복수의 영구 자석은, 스테이터 (12) 측을 향하는 외주측의 극성이, N, S, N, S, N, S, N, S 로 둘레 방향을 따라서 교대로 상이한 극성으로 배치된다. 이러한 영구 자석 (26, 27) 의 재질로는, 네오디뮴과 철과 붕소를 주성분으로 하는 네오디뮴 자석, 사마륨과 코발트를 주성분으로 하는 사마륨코발트 자석 등의 희토류 자석이 사용된다. 이외에 페라이트 자석, 알루미늄니켈코발트 자석 등을 사용해도 된다.

도 1 에, 축 방향, 둘레 방향, 직경 방향을 나타낸다. 축 방향은, 로터축 (24) 의 축 방향과 평행한 방향이다. 축 방향의 양 방향을 구별하는 경우에는, 동력선이 빼내어지는 코일 엔드 (18) 의 방향을 일방측, 동력선이 빼내어지지 않는 코일 엔드 (19) 의 방향을 타방측이라고 부른다. 로터 코어 (22) 의 축 방향 양 단면을 구별하는 경우에는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 일방측의 축 방향 단면을 단면 (28), 타방측의 축 방향 단면을 단면 (29) 로 한다. 둘레 방향은 축 방향 둘레의 방향이다. 직경 방향은, 로터축 (24) 을 지나 축 방향과 직교하는 방향이다. 직경 방향의 양 방향을 구별하는 경우에는, 로터축 (24) 을 향하는 방향을 내주측, 그 반대측을 외주측이라고 부른다.

자속 가변 기구 (30) 는, 로터 코어 (22) 의 영구 자석 (26, 27) 으로부터 스테이터 (12) 의 스테이터 코일 (16) 을 향하는 자속을 로터 (20) 의 회전 속도에 따라서 변화시키는 기구이다. 로터 (20) 가 저회전 속도로 회전하는 경우에는, 자속 가변 기구 (30) 는, 영구 자석 (26, 27) 이 발생시키는 자속의 거의 모두를 스테이터 코일 (16) 로 향하게 한다. 로터 (20) 가 고회전 속도로 회전하는 경우에는, 자속 가변 기구 (30) 는, 영구 자석 (26, 27) 이 발생시키는 자속을 단락하여, 스테이터 코일 (16) 을 향하는 자속을 감소시킨다. 이로써, 로터 (20) 가 고회전 속도로 회전하는 경우에, 스테이터 코일 (16) 에 쇄교하는 자속에 의해서 발생되는 역기전압이 과대해지는 것을 방지한다.

도 1 에서는, 2 개의 영구 자석 (26, 27) 에 대해서, 로터 코어 (22) 의 축 방향의 양 단면 (28, 29) 에 있어서, 2 개의 영구 자석의 각각의 단부에 대응하도록 설치되는 자속 가변 기구 (30) 를 나타낸다. 로터 코어 (22) 에 N 개의 영구 자석이 설치되는 경우에는, 2 N 개의 자속 가변 기구 (30) 가 설치된다. 이것은 설명을 위한 예시로서, 각 영구 자석에 대해서, 로터 코어 (22) 의 축 방향의 편측의 단면에만 자속 가변 기구 (30) 를 설치해도 된다. 도 1 에 대한 일례를 서술하면, 2 개의 영구 자석 (26, 27) 에 대해서, 로터 코어 (22) 의 일방측의 단면 (28) 에만 1 개씩, 합계로 2 개의 자속 가변 기구 (30) 를 설치해도 된다. 혹은 로터 코어 (22) 의 타방측의 단면 (29) 에만 1 개씩, 합계로 2 개의 자속 가변 기구 (30) 를 설치해도 된다. 로터 코어 (22) 에 N 개의 영구 자석이 설치되는 경우에는, N 개의 자속 가변 기구 (30) 를 설치함으로써 끝난다. 또, 회전 전기 (10) 의 매끄러운 동작을 확보할 수 있으면, 모든 영구 자석이 아니라, 예를 들어, 둘레 방향을 따라서 1 개 건너 뛰어, 반수의 영구 자석에 자속 가변 기구 (30) 를 설치해도 된다. 경우에 따라서는, 1 개 건너 뛰기 이외의 n 개 건너 뛰기로, 반수보다 더욱 적은 영구 자석에 자속 가변 기구 (30) 를 설치해도 된다.

도 2 는, 영구 자석 (26) 에 대해서, 로터 코어 (22) 의 일방측의 단면 (28) 에 설치되는 자속 가변 기구 (30) 의 구성을 나타내는 단면도이다. 도 2 에서는, 로터 (20) 가 정지 상태, 혹은, 저회전 속도로 회전하고 있는 경우로, 영구 자석 (26) 이 발생시키는 자속 φA 의 거의 전부가 스테이터 (12) 의 스테이터 코일 (16) 을 향하고, 스테이터 코일 (16) 에 있어서의 쇄교 자속 (interlinkage magnetic flux) 이 되는 경우를 나타낸다. 또한, 도 2 이하에 있어서는, 영구 자석 (26) 의 극성은, 외주측이 N 이고, 내주측이 S 인 경우를 나타낸다.

자속 가변 기구 (30) 는, 케이스체 (32), 이동자 (40), 자속 단락 부재 (42), 캠 부재 (44) 및 탄성 지지 스프링 (46, 47) 을 포함하여 구성된다.

케이스체 (32) 는, 로터 코어 (22) 의 일방측의 단면 (28) 에 고정되는 박스체로서, 벽 부재 (33, 34, 35, 36) 로 구성된다. 벽 부재 (33, 34) 는, 직경 방향과 평행한 벽 부재로서, 벽 부재 (33) 는, 축 방향에 있어서의 일방측에 배치되고, 벽 부재 (34) 는, 축 방향에 있어서의 타방측에 배치된다. 벽 부재 (33, 34) 에 의해서, 케이스체 (32) 의 내부 요소의 축 방향의 이동이 규제된다. 또한, 영구 자석 (26) 의 일방측 단면과 서로 마주하는 벽 부재 (34) 의 일부는, 자속 단락 부재 (42) 가 축 방향을 따라서 이동 가능하도록 적당한 개구부가 형성된다. 벽 부재 (35, 36) 는, 축 방향과 평행한 벽 부재로서, 벽 부재 (35) 는, 직경 방향을 따라서 외주측에 배치되고, 벽 부재 (36) 는, 직경 방향을 따라서 내주측에 배치된다. 벽 부재 (35, 36) 에 의해서 케이스체 (32) 의 내부 요소의 직경 방향의 이동이 규제된다. 이러한 케이스체 (32) 는 비자성체로 구성된다.

로터 코어 (22) 의 단면 (28) 에 케이스체 (32) 를 고정시키는 수단으로는, 벽 부재 (34) 를 로터 코어 (22) 의 일방측의 단면 (28) 에 접착하는 접착 장치가 사용된다. 접착 장치 대신에, 케이스체 (32) 로부터 도시되지 않은 접속 부재를 로터축 (24) 측으로 연장하고, 접속 부재와 로터축 (24) 을 접속 고정시키는 크림핑 장치를 사용해도 된다. 크림핑 장치 대신에, 나사 체결 장치를 사용해도 된다. 경우에 의해서는, 케이스체 (32) 와 로터 코어 (22) 의 외주면 사이를 고정시키는 용접을 이용해도 된다.

이동자 (40) 는, 케이스체 (32) 의 벽 부재 (33) 에 의해서 축 방향의 이동이 규제되는 일방측의 평탄면과, 캠 부재 (44) 의 캠면 (50) 과 서로 마주하여 접촉하는 타방측의 사면인 경사면 (52) 을 갖는 쐐기형 부재이다. 이동자 (40) 는, 경사면 (52) 이 캠면 (50) 상을 슬라이딩함으로써, 직경 방향으로 이동 가능하다. 이러한 이동자 (40) 는 비자성체로 구성된다.

자속 단락 부재 (42) 는, 케이스체 (32) 의 벽 부재 (34) 에 형성된 개구부를 통과하여, 영구 자석 (26) 의 일방측 단면과 서로 마주하여 배치되고, 직경 방향으로 소정의 길이로 연장되는 자성체의 판 부재이다. 소정의 길이는, 영구 자석 (26) 의 직경 방향을 따른 길이보다 길게 설정된다.

캠 부재 (44) 는, 판 부재인 자속 단락 부재 (42) 의 일방측의 평탄면에 고정되는 타방측의 평탄면과, 이동자 (40) 의 경사면 (52) 과 서로 마주하여 접촉하는 일방측의 사면인 캠면 (50) 을 갖는 쐐기형 부재이다. 캠 부재 (44) 는, 이동자 (40) 의 단면 형상과 축 방향 및 직경 방향에 대해서 대칭형의 단면 형상을 갖는다. 바꾸어 말하면, 동일한 단면 형상을 갖는 쐐기형 부재를 2 개 사용하여, 하나는, 사면의 반대측의 평탄면을 자속 단락 부재 (42) 의 일방측의 평탄면에 고정시켜 캠 부재 (44) 로 하고, 다른 하나는, 사면의 반대측의 평탄면을 케이스체 (32) 의 벽 부재 (33) 에 맞닿음 배치하여 이동자 (40) 로 한다. 캠면 (50) 은, 직경 방향을 따라서 외주측으로 갈수록 로터 코어 (22) 의 단면 (28) 으로부터 이간되는 방향으로 소정의 경사 각도 θ 로 경사지는 경사면이다. 이동자 (40) 의 경사면 (52) 은, 캠면 (50) 의 소정의 경사 각도 θ 와 동일한 경사 각도를 갖는다. 이 관계에 의해서, 이동자 (40) 는, 캠면 (50) 을 따라서 직경 방향으로 슬라이딩 가능해진다.

캠 부재 (44) 의 캠면 (50) 과, 이동자 (40) 의 경사면 (52) 은, 서로 면 접촉하고 있기 때문에, 자속 단락 부재 (42) 에 있어서의 축 방향의 이동과, 이동자 (40) 에 있어서의 직경 방향의 이동 사이의 변환이 가능하다. 예를 들어, 이동자 (40) 가 받은 원심력에 의한 직경 방향의 이동은, 경사면 (52) 과 캠면 (50) 사이에 있어서, 자속 단락 부재 (42) 의 축 방향의 이동으로 변환된다. 이와 같이, 캠 부재 (44) 의 캠면 (50) 과 경사면 (52) 을 접촉시킴으로써, 사면을 이용한 간단한 구성에 의해서, 직경 방향의 이동과 축 방향의 이동 사이의 변환이 가능하다. 이러한 캠 부재 (44) 는 비자성체로 구성된다.

다리부 (54, 56) 는, 자속 단락 부재 (42) 의 직경 방향 양 단부에 각각 고정되어 일체화되고, 축 방향의 일방측을 향하여 세워져 설치되는 비자성체 부재이다. 다리부 (54, 56) 는, 자속 단락 부재 (42) 의 직경 방향의 단부로부터 약간 경사지게 세워져 형성된 후, 케이스체 (32) 의 벽 부재 (33) 에 맞닿고, 벽 부재 (33) 에 맞닿은 지점으로부터 다시 직경 방향으로 연장되는 연장부를 갖는다. 다리부 (54) 에 있어서의 연장부의 단부는, 케이스체 (32) 의 벽 부재 (35) 와 서로 마주하여, 직경 방향의 외주측의 이동이 규제된다. 마찬가지로, 다리부 (56) 에 있어서의 연장부의 단부는, 케이스체 (32) 의 벽 부재 (36) 와 서로 마주하여, 직경 방향의 내주측의 이동이 규제된다. 다리부 (54, 56) 는, 자속 단락 부재 (42) 와 일체이기 때문에, 자속 단락 부재 (42) 는, 축 방향을 따라서 이동 가능하지만, 직경 방향을 따른 이동이 규제된다.

탄성 지지 스프링 (46, 47) 은, 자속 단락 부재 (42) 에 대해서 로터 코어 (22) 의 단면 (28) 으로부터 이간시키는 방향으로 탄성 지지력을 부여하는 탄성 부재이다. 탄성 지지 스프링 (46) 의 일단은 케이스체 (32) 의 벽 부재 (35) 에 고정되고, 타단은 다리부 (54) 의 연장부에 고정된다. 마찬가지로, 탄성 지지 스프링 (47) 의 일단은 케이스체 (32) 의 벽 부재 (36) 에 고정되고, 타단은 다리부 (56) 의 연장부에 고정된다.

도 3 은, 도 2 에 대해서, 탄성 지지 스프링 (46, 47) 이 자속 단락 부재 (42) 를 개재하여 캠 부재 (44) 에 부여하는 탄성 지지력에 기초하는 이동자 (40) 와 캠 부재 (44) 사이의 이동 방향의 변환과, 캠면 (50) 과 경사면 (52) 사이에 있어서의 힘 관계를 나타내는 도면이다. 도 2 는, 로터 (20) 가 정지 상태, 혹은, 저회전 속도로 회전하고 있는 경우이기 때문에, 이동자 (40) 에 작용하는 원심력을 무시하고 나타낸다. 캠 부재 (44) 는, 자속 단락 부재 (42) 를 개재하여, 탄성 지지 스프링 (46, 47) 으로부터 축 방향의 일방측을 향하는 탄성 지지력 f 를 받는다. 탄성 지지력 f 는, 캠면 (50) 에 있어서, 캠면 (50) 에 수직인 항력 성분 f0 과, 캠면 (50) 과 평행하는 힘 성분으로 나뉜다. 캠면 (50) 에 접촉하는 경사면 (52) 은, f0 과 동일한 크기의 항력 성분 g0 를 받는다. 항력 성분 g0 는, 직경 방향과 평행하는 힘 g 로 변환된다. 힘 g 의 방향은, 직경 방향의 내주측을 향하는 방향이기 때문에, 힘 g 에 의해서, 이동자 (40) 는, 직경 방향의 내주측을 향하여 이동하고, 다리부 (56) 에서 직경 방향의 이동이 정지된다. 이 이동자 (40) 의 이동에 대응하여, 캠 부재 (44) 는, 축 방향의 일방측으로 이동하고, 캠 부재 (44) 와 일체화되어 있는 자속 단락 부재 (42) 는, 로터 코어 (22) 의 단면 (28) 으로부터 이간된다.

도 2 로 돌아와, 로터 코어 (22) 의 단면 (28) 과 자속 단락 부재 (42) 사이의 이간 거리를 L0 으로 나타낸다. 이간 거리 L0 은, 스테이터 코어 (14) 의 내주면과 로터 코어 (22) 의 외주면의 간극인 자기 갭 P 보다 크게 설정된다. 따라서, 영구 자석 (26) 이 발생시키는 자속 φA 의 거의 전부가 스테이터 (12) 의 스테이터 코일 (16) 을 향하고, 스테이터 코일 (16) 에 있어서의 쇄교 자속이 된다.

도 4 는, 로터 (20) 가 고회전 속도로 회전하는 경우에 대해서, 이동자 (40) 가 받은 원심력에 기초하여, 이동자 (40) 의 직경 방향의 이동과 캠 부재 (44) 의 축 방향의 이동 사이의 이동 방향의 변환과, 경사면 (52) 과 캠면 (50) 사이에 있어서의 힘 관계를 나타내는 도면이다. 여기서는, 이동자 (40) 가 받는 원심력과, 자속 단락 부재 (42) 가 탄성 지지 스프링 (46, 47) 으로부터 받는 탄성 지지력이, 캠 부재 (44) 를 개재하여 균형을 이루는 관계가 된다. 로터 (20) 가 고회전 속도로 회전하면, 이동자 (40) 는 직경 방향의 외주측을 향하는 원심력 G 를 받는다. 이로써 이동자 (40) 는, 직경 방향의 외주측으로 이동한다. 원심력 G 는, 경사면 (52) 에 있어서, 경사면 (52) 과 수직인 항력 성분 G0 과, 경사면 (52) 과 평행하는 힘 성분으로 나뉜다. 경사면 (52) 에 접촉하는 캠면 (50) 은, G0 과 동일한 크기의 항력 성분 F0 을 받는다. 항력 성분 F0 은, 축 방향과 평행하는 가압력 F 로 변환된다. 가압력 F 에 의해서, 캠 부재 (44) 는, 축 방향의 타방측을 향하여 이동하고, 캠 부재 (44) 와 일체화되어 있는 자속 단락 부재 (42) 는, 로터 코어 (22) 의 단면 (28) 에 근접한다. 캠 부재 (44) 의 축 방향을 따른 이동에 수반하여, 탄성 지지 스프링 (46, 47) 은 압축되고, 탄성 지지력 f' 는, 도 3 에서 서술한 로터 (20) 가 정지 상태 등에 있어서의 탄성 지지력 f 보다 증가한다. 증가된 탄성 지지력 f' 와, 원심력 G 로부터 변환된 가압력 F 가 균형을 이루는 상태에서, 캠 부재 (44) 의 축 방향을 따른 위치가 결정된다. 이와 같이, 탄성 지지 스프링 (46, 47) 은, 자속 단락 부재 (42) 에 대해서 로터 코어 (22) 의 단면 (28) 으로부터 이간시키는 방향으로 탄성 지지력을 부여하여, 가압력 F 와 균형이 잡힌 상태에서 자속 단락 부재 (42) 의 축 방향을 따른 위치를 결정한다.

도 5 는, 도 4 의 상태에 있어서의 자속 가변 기구 (30) 의 단면도이다. 즉, 도 5 는, 로터 (20) 가 고회전 속도로 회전하고 있는 경우를 나타내는 도면이다. 도 4 에서 서술한 바와 같이, 이동자 (40) 는 원심력을 받아, 도 2 의 상태에 비해서, 축 방향의 이동이 규제되면서, 직경 방향의 외주측으로 이동한다. 이것에 수반하여, 캠 부재 (44) 는, 축 방향의 타방측으로 이동하고, 자속 단락 부재 (42) 는, 로터 코어 (22) 의 단면 (28) 에 근접한다. 로터 코어 (22) 의 단면 (28) 과 자속 단락 부재 (42) 사이의 이간 거리를 L1 로 나타낸다. 이간 거리 L1 은, 도 2 의 이간 거리 L0 보다 작고, 자기 갭 P 보다 작게 설정된다. 따라서, 영구 자석 (26) 이 발생시키는 자속 φA 의 일부가 자속 가변 기구 (30) 의 자속 단락 부재 (42) 를 향하여, 스테이터 (12) 의 스테이터 코일 (16) 을 향하는 자속은 φA 의 전부보다 적어진다. 이로써, 로터 (20) 가 고회전 속도로 회전하는 경우에, 스테이터 코일 (16) 에 쇄교하는 자속에 의해서 발생되는 역기전압이 과대해지는 것을 방지한다. 이간 거리 L1 은, 회전 전기 (10) 의 구동 전압, 최대 회전 속도, 영구 자석 (26, 27) 이 발생시키는 자속 등의 사양에 기초하여, 로터 (20) 의 회전 속도와 스테이터 코일 (16) 에 있어서의 역기전압의 관계를 고려하고, 실험적 혹은 시뮬레이션 등에 의해서 설정된다.

상기에서는, 자속 가변 기구 (30) 는, 로터 코어 (22) 의 축 방향의 단면 (28) 에 고정시켜 장착되는 것으로 하였다. 그리고, 자속 가변 기구 (30) 의 케이스체 (32) 를 구성하는 벽 부재 중, 영구 자석 (26) 과 서로 마주하는 벽 부재 (34) 에는, 자속 단락 부재 (42) 가 축 방향으로 이동 가능한 개구부를 형성하였다. 이것 대신에, 벽 부재 (34) 에 형성하는 개구부에, 적당한 두께 t0 의 비자성체의 박판 (도 7 참조) 을 끼워 넣어도 된다. 이로써, 로터 (20) 가 고회전 속도로 회전하는 경우에, 영구 자석 (26) 이 자석 삽입공으로부터 튀어 나오는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 상기 실시형태의 제 1 변형예로서, 자속 가변 기구를 엔드 플레이트에 장착할 수도 있다. 도 6 에, 이 제 1 변형예로서의, 자속 가변 기구 (70) 가 장착된 엔드 플레이트 (60, 62) 를 구비하는 회전 전기 (11) 의 구성을 나타낸다. 자속 가변 기구 (70) 가 장착된 엔드 플레이트 (60, 62) 는, 일반적인 엔드 플레이트와 마찬가지로, 복수의 영구 자석의 축 방향으로 튀어 나오는 것을 방지하여, 로터 코어 (22) 에 있어서의 복수의 자성체 박판 (23) 의 적층 붕괴를 방지하는 등과 같은 기능을 갖는다.

엔드 플레이트 (60, 62) 는, 로터 코어 (22) 의 축 방향의 양 단면에 각각 배치되는 원판상의 부재로서, 그 외주단측에 자속 가변 기구 (70) 가 장착된다. 엔드 플레이트 (60, 62) 는, 적당한 접합 장치에 의해서 로터 코어 (22) 와 일체화 고정된다. 적당한 접합 장치로는, 접착재, 용접, 크림핑, 클로부 등에 의한 걸림 고정 등이 사용된다. 일체화시에, 원환상의 로터 코어 (22) 의 중심공과 원판상의 엔드 플레이트 (60, 62) 의 중심공은 위치 맞춤되어, 일체화된 로터 (21) 를 관통하는 중심공이 되고, 그 중심공에, 회전 전기 (11) 의 출력축인 로터축 (25) 이 고정된다. 로터축 (25) 의 타방측에는, 엔드 플레이트 (60, 62) 와 일체화된 로터 (21) 의 축 방향의 타방측을 받아내는 플랜지부 (64) 를 구비한다. 로터축 (25) 의 일방측에는, 일체화된 로터 (21) 의 축 방향의 일방측을 로터축 (25) 에 체결 고정시키는 체결 장치 (66) 가 설치된다. 체결 장치 (66) 로는, 로터축 (25) 에 수나사를 형성하고, 그 수나사와 서로 맞물리는 너트를 사용할 수 있다.

엔드 플레이트 (60, 62) 는 비자성체로 구성된다. 비자성체의 재료로는, 비자성의 스테인리스 스틸 (SUS) 이 사용된다. 이것 대신에, 알루미늄, 구리 등의 비자성 금속 재료, 혹은, 적당한 강도를 갖는 수지 재료를 사용할 수 있다. 엔드 플레이트 (60, 62) 의 외주단측의 판 두께는, 자속 가변 기구 (70) 를 장착하기 위해서 필요한 두께를 갖지만, 그 이외의 부분은, 적당한 강도를 갖는 범위에서, 경량화를 도모하기 위해서 얇게 하는 것이 바람직하다. 도 6 에서는, 엔드 플레이트 (60, 62) 의 어느 것에도 자속 가변 기구 (70) 를 장착하는 것으로 하였다. 자속 가변 기구 (70) 의 축 방향 두께가 일반적인 엔드 플레이트의 판 두께보다 두꺼운 경우에는, 2 개의 엔드 플레이트 (60, 62) 중, 일방의 엔드 플레이트에만 자속 가변 기구 (70) 를 장착하고, 타방의 엔드 플레이트는 일반적인 엔드 플레이트로 해도 된다. 이로써, 로터 (21), 회전 전기 (11) 를 축 방향의 치수를 억제하여 소형화를 도모할 수 있다.

도 7 은, 도 2 에 대응하여, 로터 (21) 가 정지 상태 혹은 저회전 속도로 회전하는 경우의 자속 가변 기구 (70) 의 단면도이다. 자속 가변 기구 (70) 는 엔드 플레이트 (60) 의 직경 방향의 외주단측에 장착된다. 자속 가변 기구 (70) 와 도 2 의 자속 가변 기구 (30) 의 차이점은, 케이스체 (32) 의 벽 부재 (34) 에 자속 단락 부재 (42) 가 축 방향으로 이동 가능하도록 벌어진 개구부에, 비자성체의 박판 (72) 이 끼워 넣어져 있는 것이다. 박판 (72) 은, 로터 코어 (22) 의 단면 (28) 에 고정된다. 박판 (72) 의 판 두께 t0 은, 도 5 에서 서술한 L1 이하로서, 적당한 강도를 갖는 치수로 설정된다. t0 과 L1 과 자기 갭 P 사이의 대소 관계는 t0 ≤ L1 ＜ P 이다. 그 밖의 구성은 도 2 에서 서술한 내용과 동일하다. 따라서, 로터 코어 (22) 의 단면 (28) 과 자속 단락 부재 (42) 사이의 이간 거리 L0 은, 자기 갭 P 보다 크고, 이로써 영구 자석 (26) 이 발생시키는 자속 φA 의 거의 전부가 스테이터 (12) 를 향하여, 스테이터 코일 (16) 의 쇄교 자속이 된다.

도 8 은, 도 5 에 대응하여, 로터 (21) 가 고회전 속도로 회전하는 경우의 자속 가변 기구 (70) 의 단면도이다. 자속 가변 기구 (70) 와 도 5 의 자속 가변 기구 (30) 의 차이점은, 도 7 에서 서술한 판 두께 t0 의 박판 (72) 이 설치되어 있는 것이다. 도 5 에서 서술한 바와 같이, 로터 (21) 가 고회전 속도로 회전함으로써, 이동자 (40) 는 원심력을 받아 직경 방향의 외주측으로 이동하고, 캠 부재 (44) 는 축 방향의 타방측으로 이동하며, 자속 단락 부재 (42) 는, 로터 코어 (22) 의 단면 (28) 에 근접한다. 로터 코어 (22) 의 단면 (28) 과 자속 단락 부재 (42) 사이의 이간 거리 L1 은, 자기 갭 P 보다 작게 설정된다. 여기서, 로터 코어 (22) 의 단면 (28) 과 자속 단락 부재 (42) 사이에는 박판 (72) 이 설치되어 있지만, 박판 (72) 의 판 두께 t0 은, L1 이하로 설정되어 있기 때문에, 로터 코어 (22) 의 단면 (28) 과 자속 단락 부재 (42) 사이의 거리는 L1 보다 커지는 경우는 없다. 따라서, 영구 자석 (26) 이 발생시키는 자속 φA 의 일부가 자속 가변 기구 (70) 의 자속 단락 부재 (42) 를 향하여, 스테이터 (12) 의 스테이터 코일 (16) 을 향하는 자속은 φA 의 전부보다 적어진다. 이로써, 로터 (21) 가 고회전 속도로 회전하는 경우, 스테이터 코일 (16) 에 쇄교하는 자속에 의해서 발생되는 역기전압이 과대해지는 것을 방지한다.

상기한 자속 가변 기구 (30) 에서는, 이동자 (40) 로서, 캠 부재 (44) 의 캠면 (50) 에 슬라이딩 가능한 경사면 (52) 을 갖는 쐐기형 부재를 사용하였다. 이동자는, 캠 부재 (44) 의 캠면 (50) 을 이용하여, 자속 단락 부재 (42) 에 있어서의 축 방향의 이동과 이동자 (40) 의 직경 방향의 이동 사이의 변환을 행할 수 있으면, 쐐기형 이외의 형상이어도 된다. 그래서, 본 발명의 실시형태의 제 2 변형예로서의 회전 전기에 대해서, 전동구 (82) 를 이동자로서 사용하는 자속 가변 기구 (80) 를 도 9 에 나타낸다. 전동구 (82) 는, 캠 부재 (44) 의 캠면 (50) 에 구형면에서 접촉하여 직경 방향으로 이동 가능하다. 이동자를 전동구 (82) 로 하는 것 이외에는, 도 2 에서 서술한 자속 가변 기구 (30) 와 동일한 구성이다.

도 9 는, 도 2 와 마찬가지로, 로터 (20) 가 정지 상태 혹은 저회전 속도로 회전하고 있는 경우를 나타내는 도면으로서, 이동자인 전동구 (82) 에 직경 방향의 원심력이 작용하지 않고, 캠 부재 (44) 는 탄성 지지 스프링 (46, 47) 의 작용으로 축 방향의 일방측으로 이동해 있다. 로터 코어 (22) 의 단면 (28) 과 자속 단락 부재 (42) 사이의 이간 거리는, 도 2 에서 설명한 이간 거리 L0 이 된다. 이간 거리 L0 은, 스테이터 코어 (14) 의 내주면과 로터 코어 (22) 의 외주면 사이의 자기 갭 P 보다 크게 설정된다. 따라서, 영구 자석 (26) 이 발생시키는 자속 φA 의 거의 전부가 스테이터 (12) 의 스테이터 코일 (16) 을 향하고, 스테이터 코일 (16) 에 있어서의 쇄교 자속이 된다.

도 10 은, 도 5 에 대응하는 도면으로서, 로터 (20) 가 고회전 속도로 회전하는 경우를 나타낸다. 도 5 에서 서술한 내용과 마찬가지로, 로터 (20) 가 고회전 속도로 회전함으로써, 이동자인 전동구 (82) 는 원심력을 받아 직경 방향의 외주측으로 이동하고, 캠 부재 (44) 는 축 방향의 타방측으로 이동하며, 자속 단락 부재 (42) 는, 로터 코어 (22) 의 단면 (28) 에 근접한다. 로터 코어 (22) 의 단면 (28) 과 자속 단락 부재 (42) 사이의 이간 거리 L1 은, 자기 갭 P 보다 작게 설정된다. 따라서, 영구 자석 (26) 이 발생시키는 자속 φA 의 일부가 자속 가변 기구 (70) 의 자속 단락 부재 (42) 를 향하여, 스테이터 (12) 의 스테이터 코일 (16) 을 향하는 자속은 φA 의 전부보다 적어진다. 이로써, 로터 (20) 가 고회전 속도로 회전하는 경우에, 스테이터 코일 (16) 에 쇄교하는 자속에 의해서 발생되는 역기전압이 과대해지는 것을 방지한다.

이동자로서 전동구 (82) 를 사용하는 자속 가변 기구 (80) 는, 도 2 의 자속 가변 기구 (30), 혹은 도 7 의 자속 가변 기구 (70) 와 동일한 작용 효과를 일으킨다. 여기서, 이동자로서 전동구 (82) 를 사용함으로써, 직경 방향의 이동과 축 방향의 이동 사이의 변환이 전동 접촉에 의해서 이루어진다. 도 2, 도 7 의 쐐기형 부재의 이동자 (40) 를 사용하는 경우에는, 사면의 슬라이딩 접촉에 의해서 직경 방향의 이동과 축 방향의 이동 사이의 변환이 이루어진다. 따라서, 전동구 (82) 를 사용하는 편이, 쐐기형 부재인 이동자 (40) 를 사용하는 경우에 비해서, 적은 접촉 저항이 되어, 이동자를 매끄럽게 이동시킬 수 있다.

상기 구성의 자속 가변 기구가 부착된 회전 전기 (10, 11) 에 의하면, 자속 가변 기구 (30, 70, 80) 는, 로터 코어 (22) 의 축 방향 단면에 고정되는 케이스체 (32) 의 내부에, 원심력으로 이동하는 이동자, 자속 단락 부재 (42), 캠 부재 (44) 및 탄성 지지 스프링 (46, 47) 을 갖는다. 캠 부재 (44) 는, 소정의 경사 각도 θ 로 경사져 이동자와 서로 마주하여 이동자와 접촉하는 캠면 (50) 을 갖고, 캠면 (50) 에서 받아들인 이동자 (40) 의 직경 방향의 이동을 자속 단락 부재 (42) 의 축 방향의 이동으로 변환시킨다. 탄성 지지 스프링 (46, 47) 은, 자속 단락 부재 (42) 에 대해서 로터 코어 (22) 의 축 방향의 단면 (28) 으로부터 이간시키는 방향으로 탄성 지지력을 부여하여, 캠 부재 (44) 를 개재하여 이동자 (40) 에 작용하는 원심력과 균형이 잡힌 상태에서 자속 단락 부재 (42) 의 축 방향을 따른 위치를 결정한다. 이와 같이, 자속 가변 기구 (30, 70, 80) 는, 로터 코어 (22) 의 외측인 축 방향의 단면에 고정시켜 배치되고, 이동자에 작용하는 원심력을 이용하여 자속 단락 부재 (42) 를 이동시킨다. 따라서, 상기 구성의 자속 가변 기구가 부착된 회전 전기 (10, 11) 는, 로터 코어 (22) 의 자기 회로를 변경시키는 등과 같은 영향을 수반하지 않아, 특별한 액추에이터를 사용하지 않고, 영구 자석으로부터 스테이터 코일 (16) 을 향하는 자속을 가변할 수 있다.

Claims

자속 가변 기구 (30 ; 70 ; 80) 가 부착된 회전 전기 (10 ; 11) 로서,
스테이터 코일 (16) 이 감겨진 스테이터 (12) ;
영구 자석 (26, 27) 이 매립된 로터 코어 (22) 를 갖고 상기 스테이터 (12) 의 내주측에 소정의 간극을 두고 배치된 로터 (20 ; 21) ; 그리고,
상기 로터 코어 (22) 의 상기 영구 자석 (26, 27) 으로부터 상기 스테이터 코일 (16) 을 향하는 자속을 상기 로터 (20 ; 21) 의 회전 속도에 따라서 변화시키도록 구성되어 있는 자속 가변 기구 (30 ; 70 ; 80) 를 포함하고,
상기 자속 가변 기구 (30 ; 70 ; 80) 는,
상기 영구 자석 (26, 27) 과 서로 마주하는 위치에서 상기 로터 코어 (22) 의 축 방향 단면 (28) 에 고정되는 케이스체 (32),
상기 케이스체 (32) 내에 설치되어 있는 이동자 (40 ; 82) 로서, 그 이동자 (40 ; 82) 는 축 방향의 이동이 규제됨과 함께 상기 로터 (20 ; 21) 의 회전 속도에 따른 원심력을 받아 직경 방향으로 이동하도록 구성되어 있는, 상기 이동자 (40; 82),
상기 케이스체 (32) 내에 설치되어 있는 자속 단락 부재 (42) 로서, 그 자속 단락 부재 (42) 는 직경 방향의 이동이 규제됨과 함께 축 방향을 따라서 이동하도록 구성되어 있는, 상기 자속 단락 부재 (42),
상기 자속 단락 부재 (42) 에 고정되어 있는 캠 부재 (44) 로서, 그 캠 부재 (44) 는 직경 방향을 따라서 외주측으로 갈수록 상기 로터 코어 (22) 의 상기 축 방향 단면 (28) 으로부터 이간되는 방향으로 소정의 경사 각도로 경사져 있어 상기 이동자 (40 ; 82) 와 서로 마주하고 상기 이동자 (40 ; 82) 와 접촉하는 캠면 (50) 을 갖고, 그리고 상기 캠 부재 (44) 는 상기 캠면 (50) 에서 받아들인 상기 이동자 (40 ; 82) 의 직경 방향의 이동을 상기 자속 단락 부재 (42) 의 축 방향의 이동으로 변환시키도록 구성되어 있는, 상기 캠 부재 (44), 및
상기 자속 단락 부재 (42) 에 대해서 상기 로터 코어 (22) 의 상기 축 방향 단면 (28) 으로부터 이간시키는 방향으로 탄성 지지력을 부여하도록 구성되어 있는 탄성 지지 스프링 (46, 47) 으로서, 그 탄성 지지 스프링 (46, 47) 은 상기 캠 부재 (44) 를 개재하여 상기 이동자 (40 ; 82) 에 작용하는 원심력과 균형이 잡힌 상태에서 상기 자속 단락 부재 (42) 의 축 방향을 따른 위치를 정하도록 구성되어 있는, 상기 탄성 지지 스프링을 포함하는, 회전 전기 (10 ; 11).
제 1 항에 있어서,
상기 로터 코어 (22) 의 상기 축 방향 단면 (28) 과 상기 자속 단락 부재 (42) 사이의 이간 거리 (L0) 는, 상기 스테이터 코일 (16) 을 감고 있는 상기 스테이터 (12) 의 내주면과, 상기 로터 코어 (22) 의 외주면의 간극인 자기 갭 (P) 보다 긴, 회전 전기 (10 ; 11).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 자속 가변 기구 (70) 는, 상기 로터 코어 (22) 의 상기 축 방향 단면 (28) 에 배치된 엔드 플레이트 (60, 62) 에 장착된 상태인, 회전 전기 (11).
제 3 항에 있어서,
상기 자속 가변 기구 (70) 는, 상기 로터 코어 (22) 의 축 방향의 양 단면에 배치된 2 개의 상기 엔드 플레이트 (60, 62) 중 1 개에 장착된 상태인, 회전 전기 (11).
제 3 항에 있어서,
상기 자속 가변 기구 (70) 는, 상기 케이스체 (32) 의 내부에 있어서 상기 로터 코어 (22) 의 상기 축 방향 단면 (28) 에 고정된 박판 (72) 을 갖는, 회전 전기 (11).
제 5 항에 있어서,
상기 박판 (72) 은 비자성체인, 회전 전기 (11).
제 5 항에 있어서,
상기 박판 (72) 의 판 두께 (t0) 는, 상기 스테이터 (12) 의 내주면과 상기 로터 코어 (22) 의 외주면의 간극인 자기 갭 (P) 보다 짧은, 회전 전기 (11).
제 1 항에 있어서,
상기 이동자 (40) 는, 상기 캠 부재 (44) 의 소정의 경사 각도와 동일한 경사 각도의 경사면 (52) 을 갖는, 회전 전기 (10 ; 11).
제 1 항에 있어서,
상기 이동자는 전동구 (82) 이고, 이 전동구 (82) 의 구형면은 상기 캠면 (50) 에 접촉하도록 구성되어 있는, 회전 전기 (10 ; 11).