TWI595742B - 電流供給系統、電力供給系統、及控制裝置 - Google Patents

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TWI595742B
TWI595742B TW104139292A TW104139292A TWI595742B TW I595742 B TWI595742 B TW I595742B TW 104139292 A TW104139292 A TW 104139292A TW 104139292 A TW104139292 A TW 104139292A TW I595742 B TWI595742 B TW I595742B
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Haruyoshi Hino
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    • B60K6/22—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
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Description

電流供給系統、電力供給系統、及控制裝置
本發明係關於一種電流供給系統、電力供給系統、及控制裝置。
先前，已知如下之電力供給系統。於該電力供給系統中，來自驅動源之機械功率被轉換成電力。轉換所得之電力供給至與上述系統連接之裝置。轉換所得之電力例如於上述裝置中，被轉換成熱，或再次被轉換成機械功率而利用。
例如，於專利文獻1中表示有車輛。專利文獻1所示之車輛為混合動力車輛。上述車輛具備引擎、加速踏板、第1旋轉電機、第2旋轉電機、及驅動輪。第1旋轉電機連結於引擎之輸出軸。第1旋轉電機主要作為發電機而發揮功能。第2旋轉電機與第1旋轉電機電性連接。第2旋轉電機主要作為馬達而發揮功能。第2旋轉電機連結於車輛之驅動輪。
於如專利文獻1所示之車輛中，駕駛人對加速踏板之踩踏表示要求車輛之加速。於如專利文獻1所示之車輛具備電子控制節流閥裝置之情形時，引擎之吸入空氣量可任意調整。從而，例如能以如下方式進行車輛之控制。基於駕駛人對加速踏板之踩踏量及車速而決定第2旋轉電機(馬達)之目標輸出。根據第2旋轉電機之目標輸出而決定第1旋轉電機(發電機)之目標發電電力。根據該目標發電電力而決定引擎之目標輸出。以可獲得該目標輸出之方式控制引擎之吸入空氣量及燃 料噴射量。於該控制中，於第1旋轉電機控制發電電力，且於第2旋轉電機控制輸出。又，於如專利文獻1所示之車輛中，於加速踏板與引擎之節流閥機械地連結之情形時，根據引擎之實際輸出而控制第1旋轉電機之發電電力及第2旋轉電機之輸出。從而，於專利文獻1中，控制旋轉電機之電力(輸出)，以圖應用於具有各種特性之複數種車型。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2002-345109號公報
然而，於如專利文獻1所示之車輛中，存在如下問題，即，於在高速行駛時需要進而加速之情形時，難以進行充分之加速。作為於行駛時需要進而加速之情形，例如有於行駛時開始爬坡之情形、及於行駛時趕超其他車輛之情形。
如專利文獻1所示之車輛於在高速行駛時進行進而加速之情形時，於馬達之旋轉速度相對較高且發電機之輸出電壓相對較高之狀況下，進而使引擎之旋轉速度增大。其結果，發電機之輸出電壓進而增大。存在如下情形，即，為對應輸出電壓之進而之增大，需要使電氣零件高耐電壓化，從而導致伴隨電氣零件之高耐電壓化而產生之效率之降低、及系統之大型化。
又，為抑制發電機之輸出電壓之增大，可藉由改變繞組之粗細或磁鐵之量而變更發電機之輸出特性。然而，存在如下問題，即，若為實現發電機之輸出電流增大而進行繞組之粗徑化或磁鐵量之增大，則發電機大型化，因此系統大型化。
從而，如專利文獻1所示之車輛存在如下問題，即，為於在高速行駛時需要進而加速之情形時，進行充分之加速，難以避免系統之大 型化。再者，該問題係可與引擎之旋轉速度之範圍之大小無關而產生之問題。進而，該問題並非僅於車輛中產生之問題，而係亦於電流供給系統中產生之問題，上述電流供給系統如下所述，自驅動源接受旋轉驅動力，並且對電流之要求會變化之電負載裝置供給電流。
本發明之目的在於提供一種可小型化且可應用於旋轉速度之範圍較廣之驅動源及旋轉速度之範圍較窄之驅動源之兩者，可較佳地進行電流之供給之電流供給系統。又，本發明之另一目的在於提供一種可小型化且可應用於旋轉速度之範圍較廣之驅動源及旋轉速度之範圍較窄之驅動源之兩者，可較佳地進行電力之供給之電力供給系統。
本發明為解決上述課題而採用以下構成。
(1)一種電流供給系統，其係自驅動源接受旋轉驅動力並且對電流之要求會變化之電負載裝置供給電流者，且上述電流供給系統具備：轉子，其具有永久磁鐵，且連接於上述驅動源；定子，其具有繞組及纏繞有上述繞組之定子芯，且與上述轉子對向而配置；及供給電流調整部，其根據對上述電流供給系統要求之電流要求而改變自上述繞組觀察之通過上述定子芯之磁迴路之磁阻，藉此改變上述繞組之電感，從而調整供給至上述電負載裝置之電流。
於(1)之電流供給系統中，若連接於驅動源之轉子受到旋轉驅動力而旋轉，則轉子中所具備之永久磁鐵之磁通作用於繞組，藉此產生感應電動勢。由於感應電動勢，電流供給至電負載裝置。於(1)之電流供給系統中，供給電流調整部根據對電流供給系統要求之電流要求，而改變自繞組觀察之通過定子芯之磁迴路之磁阻，藉此改變繞組之電感，從而調整供給至電負載裝置之電流。改變自繞組觀察之通過 定子芯之磁迴路之磁阻之情形時的相對於電壓變化之電流變化之程度，與改變例如驅動源之旋轉速度之情形時不同。從而，(1)之電流供給系統例如與僅改變驅動源之旋轉速度之情形時相比，可一面抑制電壓變化與電流變化之連動性，一面調整供給至電負載裝置之電流。
又，進而，(1)之電流供給系統藉由改變自繞組觀察之通過上述定子芯之磁迴路之磁阻而改變繞組之電感，從而調整供給至電負載裝置之電流。因此，(1)之電流供給系統可一面抑制繞組之粗徑化或磁鐵量之增大，一面調整供給至電負載裝置之電流，故而電流供給系統自身可小型化。
從而，(1)之電流供給系統可小型化且可應用於旋轉速度之範圍較廣之驅動源及旋轉速度之範圍較窄之驅動源之兩者，可較佳地進行電流之供給。
(2)如(1)之電流供給系統，其中自上述繞組觀察之通過上述定子芯之磁迴路包含至少1個非磁性體間隙，且上述供給電流調整部藉由改變上述至少1個非磁性體間隙中位於上述繞組與上述轉子之間之非磁性體間隙之磁阻而改變上述繞組之電感，從而調整供給至上述電負載裝置之電流。
根據(2)之構成，供給電流調整部藉由改變位於繞組與轉子之間之非磁性體間隙之磁阻而改變繞組之電感。於繞組與轉子之間，藉由伴隨轉子之旋轉而移動之永久磁鐵，產生交替磁場。例如，若使位於繞組與轉子之間之非磁性體間隙之磁阻減少，則交替磁場之損耗減少。因此，可相對於供給至轉子之旋轉功率而增大電流。從而，可增大供給至電負載裝置之電流之調整量。
(3)如(1)或(2)之電流供給系統，其中自上述繞組觀察之通過上述定子芯之磁迴路包含至少1個非磁性 體間隙，且上述供給電流調整部藉由改變上述至少1個非磁性體間隙中將上述繞組之電感於可設定之值之範圍內設定為最大值時之磁阻最大的非磁性體間隙之磁阻而改變上述繞組之電感，從而調整供給至上述電負載裝置之電流。
根據(3)之構成，改變將繞組之電感於可設定之值之範圍內設定為最大值時的磁阻最大之非磁性體間隙之磁阻。因此，易於使繞組之電感之變化量增大。從而可進而增大電流之調整量。
(4)如(1)至(3)中任一項之電流供給系統，其中上述供給電流調整部根據對上述電流供給系統要求之電流要求，改變自上述繞組觀察之通過上述定子芯之磁迴路之磁阻，藉此以使與上述繞組交鏈之磁通之變化率小於上述繞組之電感之變化率之方式改變上述繞組之電感，從而調整所供給之電流。
根據(4)之構成，供給電流調整部以使與繞組交鏈之磁通之變化率小於繞組之電感之變化率之方式改變繞組之電感。與繞組交鏈之磁通對電壓及電流具有影響，繞組之電感主要對電流具有影響。從而，供給電流調整部可根據對電流供給系統要求之電流要求，一面將電壓之變化率抑制為小於電流之變化率，一面調整所供給之電流。因此，供給電流調整部可一面抑制電壓之制約之影響，一面調整電流。從而，根據(4)之構成，可小型化且可應用於旋轉速度之範圍較廣之驅動源及旋轉速度之範圍較窄之驅動源之兩者，可更佳地進行電流之供給。
(5)如(1)至(4)中任一項之電流供給系統，其中上述供給電流調整部根據對上述電流供給系統要求之電流要求，使上述定子芯之至少一部分相對於上述繞組之相對位置移動而改變自上述繞組觀察之通過上述定子芯之磁迴路之磁阻，藉此改變上述 繞組之電感，從而調整供給至上述電負載裝置之電流。
根據(5)之構成，供給電流調整部使定子芯之至少一部分相對於繞組之相對位置移動而改變自繞組觀察之通過上述定子芯之磁迴路之磁阻，故而繞組之電感更確實地改變。因此，可根據對電流供給系統要求之電流要求，更確實地調整供給至電負載裝置之電流。根據(5)之構成，可確實地應用於旋轉速度之範圍較廣之驅動源及旋轉速度之範圍較窄之驅動源之兩者。
(6)如(5)之電流供給系統，其中上述供給電流調整部根據對上述電流供給系統要求之電流要求，以維持上述定子芯相對於上述轉子之相對位置之方式使上述定子芯相對於上述繞組之相對位置移動，而改變自上述繞組觀察之通過上述定子芯之磁迴路之磁阻，藉此改變上述繞組之電感，從而調整供給至上述電負載裝置之電流。
根據(6)之構成，以維持定子芯相對於轉子之相對位置之方式定子芯相對於繞組之相對位置移動，故而抑制自轉子之永久磁鐵向定子芯流動之磁通之變化。即，抑制利用永久磁鐵而產生並與繞組交鏈之磁通之變化。因此，抑制定子芯相對於繞組之相對位置移動時之電壓之變化。從而，根據(6)之構成，可應用於旋轉速度之範圍較廣之驅動源及旋轉速度之範圍較窄之驅動源之兩者，可更佳地進行電流之供給。
(7)如(1)至(5)中任一項之電流供給系統，其中上述供給電流調整部根據對上述電流供給系統要求之電流要求，使上述繞組移動而改變自上述繞組觀察之通過上述定子芯之磁迴路之磁阻，藉此改變上述繞組之電感，從而調整供給至上述電負載裝置之電流。
根據(7)之構成，以維持定子芯相對於轉子之相對位置之方式， 繞組相對於定子芯之相對位置移動，故而抑制自轉子之永久磁鐵向定子芯流動之磁通之變化。即，抑制利用永久磁鐵而產生並與繞組交鏈之磁通之變化。因此，抑制定子芯相對於繞組之相對位置移動時之電壓之變化。從而，根據(7)之構成，可應用於旋轉速度之範圍較廣之驅動源及旋轉速度之範圍較窄之驅動源之兩者，可更佳地進行電流之供給。
(8)如(1)至(3)中任一項之電流供給系統，其具備供給電壓調整部，該供給電壓調整部藉由改變自上述轉子之永久磁鐵產生並與上述繞組交鏈之交鏈磁通而改變上述繞組之感應電動勢，從而調整供給至上述電負載裝置之電壓。
根據(8)之構成，可提高供給至電負載裝置之電流之調整與電壓之調整之獨立性，故而可進行更適於電流要求與電壓要求之各者之調整。從而，根據(8)之構成，相對於旋轉速度之範圍較廣之驅動源及旋轉速度之範圍較窄之驅動源之兩者之應用性較高。
(9)如(8)之電流供給系統，其中上述供給電壓調整部使上述永久磁鐵相對於上述繞組之相對位置移動而改變自上述轉子之永久磁鐵產生並與上述繞組交鏈之交鏈磁通，藉此改變上述繞組之感應電動勢，從而調整供給至上述電負載裝置之電壓。
根據(9)之構成，可確實地調整供給至電負載裝置之電壓。根據(9)之構成，可確實地應用於旋轉速度之範圍較廣之驅動源及旋轉速度之範圍較窄之驅動源之兩者。
(10)如(1)至(5)中任一項之電流供給系統，其中上述定子芯具備：複數個第一定子芯部，其等具有隔著非磁性體間隙與上述轉子相向之相向部；及第二定子芯部，其不包含上述相向部；且 上述供給電流調整部根據對上述電流供給系統要求之電流要求，而使上述複數個第一定子芯部及上述第二定子芯部中之一者相對於另一者移動，藉此改變自上述繞組觀察之通過上述定子芯之磁迴路之磁阻。
根據(10)之構成，供給電流調整部使定子芯所具備之複數個第一定子芯部及第二定子芯部中之一者相對於另一者移動。於該情形時，例如與定子芯及定子芯以外之構件中之一者相對於另一者移動之情形時相比，自繞組觀察之通過定子芯之磁迴路之磁阻較大地改變。因此，可根據對電流供給系統要求之電流要求而對供給至電負載裝置之電流加以調整之範圍變大。從而，根據(10)之構成，相對於旋轉速度之範圍較廣之驅動源及旋轉速度之範圍較窄之驅動源之兩者之應用性較高。
(11)如(10)之電流供給系統，其中上述供給電流調整部藉由使上述複數個第一定子芯部及上述第二定子芯部中之一者相對於另一者自第一狀態移動至第二狀態而改變自上述繞組觀察之通過上述定子芯之磁迴路之磁阻，該第一狀態係上述複數個第一定子芯部之各者與上述第二定子芯部之間之非磁性體間隙長度短於上述複數個第一定子芯部中相鄰之第一定子芯部之間之非磁性體間隙長度，該第二狀態係上述複數個第一定子芯部之各者與上述第二定子芯部之間之非磁性體間隙長度長於上述複數個第一定子芯部中相鄰之第一定子芯部之間之非磁性體間隙長度。
根據(11)之構成，於第一狀態下，複數個第一定子芯部之各者與第二定子芯部之間之非磁性體間隙長度短於複數個第一定子芯部中相鄰之第一定子芯部之間之非磁性體間隙長度。於第二狀態下，複數個第一定子芯部之各者與第二定子芯部之間之非磁性體間隙長度長於複 數個第一定子芯部中相鄰之第一定子芯部之間之非磁性體間隙長度。
因此，於第一狀態下，繞組之電流所引起之磁通中通過相鄰之第一定子芯部之間之非磁性體間隙之磁通主要通過第一定子芯部與第二定子芯部之間之非磁性體間隙。從而，繞組之電流所引起之磁通主要通過第一定子芯部與第二定子芯部之兩者。於第二狀態下，通過第一定子芯部之磁迴路之磁阻較大。自繞組觀察之通過定子芯之磁迴路之磁阻更大地改變。從而，根據(11)之構成，相對於旋轉速度之範圍較廣之驅動源及旋轉速度之範圍較窄之驅動源之兩者之應用性較高。
(12)一種電力供給系統，其具備如(1)至(10)中任一項之電流供給系統；上述驅動源；及驅動源旋轉速度調整部，其藉由改變上述驅動源之旋轉速度而改變上述轉子之旋轉速度，從而調整供給至上述電負載裝置之電壓。
根據(12)之電力供給系統，驅動源旋轉速度調整部藉由改變驅動源之旋轉速度而改變轉子之旋轉速度，從而調整供給至電負載裝置之電壓。又，電流供給系統所具備之供給電流調整部藉由改變自繞組觀察之通過定子芯之磁迴路之磁阻而改變繞組之電感，從而調整供給至電負載裝置之電流。藉由驅動源旋轉速度調整部與供給電流調整部之兩者而控制電力。根據(12)之電力供給系統，可提高供給至電負載裝置之電流之調整與電壓之調整之獨立性，故而可進行更適於電流要求與電壓要求之各者之調整。從而，根據(12)之電力供給系統，可小型化且相對於旋轉速度之範圍較廣之驅動源及旋轉速度之範圍較窄之驅動源之兩者之應用性較高。
(13)一種控制裝置，其係用於自驅動源接受旋轉驅動力並且對電流之要求會變化之電負載裝置供給電流之電流供給系統，上述電流供給系統具備： 轉子，其具有永久磁鐵，且連接於上述驅動源；定子，其具有繞組及纏繞有上述繞組之定子芯，且與上述轉子對向而配置；及電流調整機構，其藉由改變自上述繞組觀察之通過上述定子芯之磁迴路之磁阻而改變上述繞組之電感，從而調整供給至上述電負載裝置之電流；且上述控制裝置根據對上述電流供給系統要求之電流要求，而使上述電流調整機構藉由改變通過上述定子芯之磁迴路之磁阻而改變上述繞組之電感。
(13)之控制裝置例如與僅改變驅動源之旋轉速度之情形時相比，可一面抑制電壓變化與電流變化之連動性，一面調整供給至電負載裝置之電流。從而，根據(13)之控制裝置，可使電流供給系統小型化且可使電流供給系統應用於旋轉速度之範圍較廣之驅動源及旋轉速度之範圍較窄之驅動源之兩者。又，根據(13)之控制裝置，可較佳地利用電流供給系統進行電流之供給。
根據本發明，可提供一種可小型化且可應用於旋轉速度之範圍較廣之驅動源及旋轉速度之範圍較窄之驅動源之兩者，可較佳地進行電流之供給之電流供給系統及控制裝置。又，根據本發明，可提供一種可小型化且可應用於旋轉速度之範圍較廣之驅動源及旋轉速度之範圍較窄之驅動源之兩者，可較佳地進行電力之供給之電力供給系統。
1‧‧‧電流供給系統
2‧‧‧電流供給系統
3‧‧‧電流供給系統
10‧‧‧發電機
11‧‧‧轉子
12‧‧‧定子
13‧‧‧供給電流調整部
18‧‧‧馬達
21‧‧‧轉子
22‧‧‧定子
23‧‧‧供給電流調整部
31‧‧‧轉子
32‧‧‧定子
33‧‧‧供給電流調整部
34‧‧‧供給電壓調整部
111‧‧‧磁極部
112‧‧‧背軛部
113‧‧‧軸承部
121‧‧‧繞組
121A‧‧‧交流電壓源
121B‧‧‧電感器
121C‧‧‧電阻
122‧‧‧定子芯
122a‧‧‧芯本體
122b‧‧‧齒部
131‧‧‧電流調整機構
132‧‧‧電流調整控制部
211‧‧‧磁極部
212‧‧‧背軛部
221‧‧‧繞組
222‧‧‧定子芯
222b‧‧‧齒部
231‧‧‧電流調整機構
232‧‧‧電流調整控制部
311‧‧‧磁極部
312‧‧‧背軛部
313‧‧‧軸承部
321‧‧‧繞組
322‧‧‧定子芯
323‧‧‧第一定子芯部
323a‧‧‧相向部
324‧‧‧第二定子芯部
324a‧‧‧定子磁軛部
324b‧‧‧第二齒部
331‧‧‧電流調整機構
332‧‧‧電流調整控制部
342‧‧‧電壓供給控制部
344‧‧‧電壓供給調整機構
A‧‧‧要求指示部
C‧‧‧輸出軸
D‧‧‧轉換器
E‧‧‧感應電動勢
EC‧‧‧驅動源旋轉速度調整部
EG‧‧‧引擎
F1‧‧‧磁通(磁迴路)
F2‧‧‧磁通(磁迴路)
F2a‧‧‧氣隙
F2b‧‧‧除氣隙以外之剩餘部分
F21‧‧‧磁迴路
F22‧‧‧磁通(磁迴路)
F22a‧‧‧氣隙
F22b‧‧‧氣隙以外之剩餘部分
F31‧‧‧磁迴路
F32‧‧‧磁迴路
F32a‧‧‧氣隙
F32b‧‧‧氣隙以外之剩餘部分
F32c‧‧‧氣隙以外之剩餘部分
F32d‧‧‧氣隙以外之剩餘部分
H1‧‧‧虛線
H2‧‧‧實線
I‧‧‧電流
I1‧‧‧電流
I2‧‧‧電流
J‧‧‧反相器
L‧‧‧電感
L1‧‧‧氣隙長度(自齒部至磁極部之距離)
L11‧‧‧氣隙長度(自齒部至背軛部之距離)
L31‧‧‧氣隙長度
L32‧‧‧氣隙長度
L33‧‧‧氣隙長度
L34‧‧‧氣隙長度
L311‧‧‧氣隙長度
M‧‧‧旋轉速度(虛線與實線之交點)
M+‧‧‧旋轉速度
M-‧‧‧旋轉速度
N1‧‧‧旋轉速度
N2‧‧‧旋轉速度
P‧‧‧電力供給系統
Q‧‧‧虛線
R‧‧‧電阻值
V‧‧‧車輛
Wa‧‧‧車輪
Wb‧‧‧車輪
Wc‧‧‧車輪
Wd‧‧‧車輪
X‧‧‧軸向
X1‧‧‧箭頭
X2‧‧‧箭頭
Z‧‧‧圓周方向
ω‧‧‧旋轉速度
Φ‧‧‧磁通
圖1係表示搭載有本發明之第一實施形態之電流供給系統之裝置之概略構成之方塊圖。
圖2(A)係用以說明圖1所示之電流供給系統中之供給電流調整部之調整之模式圖。(B)係表示繞組之電感設定為較(A)小之值時之狀態 之模式圖。
圖3係概略性地表示圖2所示之供給電流調整部之繞組之等效電路之電路圖。
圖4(A)係用以說明第二實施形態之電流供給系統中之供給電流調整部之調整之模式圖。(B)表示繞組之電感設定為較(A)小之值時之狀態之模式圖。
圖5係表示第三實施形態之電流供給系統之模式圖。
圖6(A)係表示圖5所示之定子之第一狀態之模式圖。(B)係表示圖5所示之定子之第二狀態之模式圖。
圖7係表示圖5所示之電流供給系統中之相對於轉子之旋轉速度的輸出電流特性之曲線圖。
對本發明者關於自驅動源接受旋轉驅動力並且對電流之要求會變化之電負載裝置供給電流之電流供給系統所進行之研究加以說明。
例如於如專利文獻1所示之車輛中，當基於駕駛人對加速踏板之踩踏量而控制引擎之輸出時，引擎之輸出轉矩與旋轉速度之兩者變化。引擎之旋轉速度之變化率大於引擎之輸出轉矩之變化率。又，引擎之旋轉速度之變化直接影響發電機(第1旋轉電機)之發電電壓之變化。由於發電電壓之變化，而導致發電機之發電電流變化。因此，於隨引擎之輸出之增大，發電機之發電電力增大時，該發電電力之增大主要是由於發電電壓之增大而產生。從而，於如專利文獻1所示之車輛中，若欲使發電機之發電電力增大，則發電電壓較大地增大。
例如，於在高速行駛時進行進一步之加速之情形時，於馬達(第2旋轉電機)之旋轉速度相對較高且發電機之輸出電壓相對較高之狀況下，會進而使引擎之輸出增大。其結果，發電機之輸出電壓進而增大。因此，需要使電氣零件高耐電壓化。本發明者基於如上理由，發 現：於專利文獻1所示之車輛中，發電機之發電電壓即輸出電壓易於變高，從而需要使電氣零件高耐電壓化。再者，發電機之輸出電流例如係藉由配置於發電機與馬達之間之開關元件之接通、斷開動作而被仔細地控制。已高耐電壓化之開關元件之接通時之電阻較高，故而因開關元件之熱損耗而導致效率降低。又，並不限於開關元件，電氣零件一般都會因高耐電壓化而大型化。其結果，存在伴隨高耐電壓化而產生效率之降低、及大型化之問題。
又，於如專利文獻1所示之車輛中，如上所述，發電機之發電電力之變化主要是由於發電電壓之變化而產生。從而，若欲使發電電流增減，則發電電壓較大地增減。因此，難以超出對引擎之旋轉速度之制約範圍或對電壓之制約範圍而控制電流。
例如，於引擎中，為實現低燃費化及小型化，一直考慮縮小旋轉速度之範圍。然而，於如專利文獻1所示之車輛中，發電機之輸出電壓之範圍受引擎之旋轉速度之範圍所支配。因此，若採用縮小了旋轉速度之範圍之引擎，則與引擎之旋轉速度之範圍相應地，發電機之輸出電壓之範圍縮小。即，縮小引擎之旋轉速度之範圍直接與縮小馬達之輸出之範圍相關。本發明者基於如上理由，發現：於專利文獻1所示之發電機中，難以應用旋轉速度之範圍較廣之驅動源及旋轉速度之範圍較窄之驅動源之兩者。
進而，於如專利文獻1所示之車輛中，如上所述，自發電機向馬達供給之電力之增大主要是由於電壓之增大所引起。因此，易於伴隨電壓之增大而產生馬達之旋轉速度之增大，另一方面，難以伴隨電流之增大而產生馬達之輸出轉矩之增大。從而，若為使馬達之輸出轉矩增大而欲使自發電機向馬達供給之電流增大，則電壓亦增大。因此，與馬達之輸出轉矩之增大一併地，馬達之旋轉速度亦增大。本發明者基於如上理由，發現：於專利文獻1所示之發電機中，難以較佳地對 馬達供給電流。
而且，本發明者針對上述課題進而進行了研究。其結果，本發明者發現：於如專利文獻1所示之車輛中，未考慮電流及電壓(旋轉速度及轉矩)之區別而對輸出進行控制，由於電流及電壓(旋轉速度及轉矩)之連動性較高，所以產生上述課題。
進而，本發明者為解決上述課題而進行了銳意研究。
並不限於如專利文獻1所示之車輛，可認為自發電機輸出之電流之增大主要係由電壓之增大所致。電壓藉由例如旋轉速度之增大、磁力之增大、或繞組之圈數之增大而增大。然而，由於電樞反應，電流相對於旋轉速度之增大而飽和。又，磁力之增大或繞組之圈數之增大導致大型化。
為使自發電機輸出之電流增大，可考慮降低因電感所致之電樞反應。然而，認為若減少繞組之電感，則交鏈磁通減少，結果難以增大電流。
本發明者著眼於磁迴路。影響電感之磁迴路係自繞組觀察之磁迴路。於自繞組觀察之磁迴路與自轉子之磁鐵產生並通過繞組之磁迴路之間存在不同。本發明者對自繞組觀察之磁迴路、及自轉子之磁鐵產生並通過繞組之磁迴路明確地加以區別而進行了研究。其結果，本發明者們發現藉由改變自繞組觀察之磁迴路之磁阻，可較大地改變電感。
其結果，本發明者對於自驅動源接受旋轉驅動力並且對電流之要求會變化之電負載裝置供給電流之電流供給系統，獲得了如下知識見解。若根據對電流供給系統要求之電流要求，而改變自繞組觀察之通過定子芯之磁迴路之磁阻，藉此改變繞組之電感，從而調整供給至電負載裝置之電流，則可抑制電流及電壓之連動性。
本發明之電流供給系統係基於上述知識見解而完成之發明。 即，於本發明之電流供給系統中，供給電流調整部根據對電流供給系統要求之電流要求，改變自繞組觀察之通過定子芯之磁迴路之磁阻。藉此，供給電流調整部改變繞組之電感，從而調整供給至電負載裝置之電流。改變自繞組觀察之通過定子芯之磁迴路之磁阻之情形時的相對於電壓變化之電流變化之程度，較改變例如驅動源之旋轉速度之情形時大。從而，本實施形態之電流供給系統例如與僅改變驅動源之旋轉速度之情形時相比，可一面抑制電壓變化與電流變化之連動性，一面調整供給至電負載裝置之電流。其結果，根據本發明之電流供給系統，可解決上述課題。即，根據本發明，可提供一種可小型化且可應用於旋轉速度之範圍較廣之驅動源及旋轉速度之範圍較窄之驅動源之兩者，可較佳地進行電流之供給之電流供給系統。
以下，基於較佳之實施形態，一面參照圖式一面對本發明進行說明。
[第一實施形態]
圖1係表示搭載有本發明之第一實施形態之電流供給系統之裝置之概略構成之方塊圖。
於圖1中，作為搭載有電流供給系統之裝置之例而表示有車輛V。車輛V具備電力供給系統P。電力供給系統P具備電流供給系統1、引擎EG、驅動源旋轉速度調整部EC、及馬達18。即，車輛V具備電流供給系統1、引擎EG、驅動源旋轉速度調整部EC、及馬達18。又，車輛V具備車輪Wa、Wb、Wc、Wd、要求指示部A、轉換器D、及反相器J。
馬達18連接於車輪Wa~Wd中之驅動輪Wc、Wd。馬達18藉由旋轉驅動驅動輪Wc、Wd而使車輛V行駛。引擎EG為車輛V之驅動源。但於本實施形態中，引擎EG不向驅動輪Wc、Wd直接供給機械之力。引擎EG所輸出之機械功率藉由電流供給系統1而轉換成電力。轉換所 得之電力藉由馬達18再次轉換成機械功率。
引擎EG具有輸出軸C。輸出軸C例如為曲柄軸。引擎EG藉由使燃料燃燒，而使輸出軸C旋轉。引擎EG輸出機械功率作為輸出軸C之旋轉。
電力供給系統P具備引擎EG及電流供給系統1。電力供給系統P向馬達18供給電力。電力供給系統P具有電源之功能。電力供給系統P之電流供給系統1與引擎EG機械連接。電流供給系統1自引擎EG接受旋轉驅動力，並且對馬達18供給電流。電流供給系統1具有發電機之功能。
要求指示部A輸出電流要求。要求指示部A具有加速操作器。
詳細而言，要求指示部A由車輛V之駕駛人操作。藉此，要求指示部A輸出車輛V之加速要求。車輛V之加速要求與驅動驅動輪Wc、Wd之轉矩對應。車輛V之加速要求亦為有關於車輛V之輸出之輸出要求。車輛V之輸出與馬達18之輸出對應。車輛V之加速要求與馬達18之輸出轉矩之要求對應。馬達18之輸出轉矩與供給至馬達18之電流對應。
自要求指示部A輸出至電力供給系統P之電流要求與有關於供給至馬達18之電流之要求對應。即，自要求指示部A輸出至電力供給系統P之電流要求係有關於電力供給系統P向馬達18所輸出之電流之要求。要求指示部A向電力供給系統P輸出電流要求。具體而言，要求指示部A輸出表示要求之信號。
車輛V藉由馬達18而被驅動。車輛V之輸出與馬達18之輸出對應。馬達18之輸出係基於供給至馬達18之電力。對電力供給系統P要求之電力要求係有關於電力供給系統P向馬達18供給之電力之要求。要求指示部A輸入如下電力要求作為車輛V之輸出要求，上述電力要求係有關於要求向馬達18供給之電力之電力要求，即對電力供給系統 P要求之電力要求。電力要求包括電壓要求及電流要求。特別地，車輛V之加速與馬達18之輸出轉矩對應。馬達18之輸出轉矩係基於供給至馬達18之電流。對電流供給系統要求之電流要求係有關於電流供給系統1向馬達18供給之電流之要求。要求指示部A輸出如下電流要求作為車輛V之加速要求，上述電力要求係有關於要求向馬達18供給之電流之電流要求，即對電流供給系統要求之電流要求。要求指示部A輸出表示電流要求之信號。
電流供給系統1自引擎EG接受旋轉驅動力，並且對馬達18供給電流。電流供給系統1根據對電流供給系統要求之電流要求而調整供給至馬達18之電流。換而言之，電流供給系統1根據對電流供給系統要求之電流要求而調整供給至馬達18之電流。
於引擎EG，設置有驅動源旋轉速度調整部EC。驅動源旋轉速度調整部EC對引擎EG之動作進行控制。驅動源旋轉速度調整部EC根據要求指示部A之輸出要求(電力要求)，調整引擎EG之輸出軸C之旋轉速度。
車輛V具備轉換器D及反相器J。電流供給系統1經由轉換器D及反相器J，將電流供給至馬達18。
轉換器D進行整流。轉換器D將自電流供給系統1輸出之三相交流轉換成直流。轉換器D例如具有反相器電路。轉換器D例如具有三相橋接反相器電路，該三相橋接反相器電路包含與三相之各相對應之電晶體。但轉換器D亦可包含橋接電路，該橋接電路包含二極體。即，轉換器D亦可包含整流器。轉換器D亦可包含於電流供給系統1中。
反相器J將用以驅動馬達18之電流供給至馬達18。馬達18例如為三相無刷馬達。反相器J將自轉換器D輸出之直流轉換成與三相無刷馬達之三相對應且相位相互錯開120度之三相之電流。再者，反相器J亦可包含於馬達18中。
馬達18係藉由經由轉換器D及反相器J自電流供給系統1供給之電力而動作。馬達18藉由使驅動輪Wc、Wd旋轉而使車輛V行駛。
再者，作為馬達18，亦可採用例如具備電刷之直流馬達，而非三相無刷馬達。於馬達18為直流馬達之情形時，省略反相器J。
引擎EG相當於本發明中所謂之驅動源之一例。馬達18相當於本發明中所謂之電負載裝置之一例。
於車輛V中，電力供給系統P作為產生電力之電源而發揮功能。又，於車輛V中，電流供給系統1及馬達18之組合作為變速箱而發揮功能，該變速箱改變轉矩及旋轉速度而將引擎EG之輸出傳遞至驅動輪Wc、Wd。
[電流供給系統]
電流供給系統1具備轉子11、定子12、及供給電流調整部13。轉子11及定子12構成三相無刷型發電機。即，電流供給系統1作為發電機而發揮功能。
轉子11具有永久磁鐵。更詳細而言，轉子11具有複數個磁極部111及背軛部112。磁極部111包含永久磁鐵。背軛部112包含例如強磁性材料。磁極部111配置於背軛部112與定子12之間。磁極部111安裝於背軛部112。複數個磁極部111係於以轉子11之旋轉軸線為中心之圓周方向Z即轉子11之旋轉方向上排成一行而配置。複數個磁極部111係以N極及S極於圓周方向Z上交替之方式配置。發電機10為永久磁鐵式三相無刷型發電機。於轉子11未設置供給電流之繞組。
定子12與轉子11對向而配置。定子12具有複數個繞組121及定子芯122。定子芯122包含例如強磁性材料。定子芯122構成定子12之磁迴路。複數個繞組121纏繞於定子芯122。定子芯122具有芯本體122a(參照圖2(A))及複數個齒部122b。芯本體122a作為磁軛而發揮功能。複數個齒部122b自芯本體122a朝向轉子11延伸。複數個齒部122b 自芯本體122a朝向轉子11突出。朝向轉子11延伸之齒部122b之前端面與轉子11之磁極部111隔著氣隙而相互對向。複數個齒部122b於圓周方向Z上隔開間隔並沿著圓周方向Z排列成一行。複數個繞組121分別纏繞於複數個齒部122b。複數個繞組121與構成三相之U相、V相、及W相中之任一相對應。與U相、V相、及W相分別對應之繞組121於圓周方向Z上依序配置。
轉子11連接於引擎EG之輸出軸C。轉子11與輸出軸C之旋轉連動而旋轉。轉子11使磁極部111以與定子芯122之齒部122b對向之姿勢旋轉。若轉子11旋轉，則與繞組121交鏈之磁通變化。藉此，於繞組121產生感應電動勢。以此方式，於電流供給系統1中進行發電。電流供給系統1將發電之電流供給至馬達18。電流供給系統1所輸出之電流被供給至馬達18。詳細而言，電流供給系統1所輸出之電流經由轉換器D及反相器J而供給至馬達18。若電流供給系統1所輸出之電流增大，則自轉換器D供給至反相器J之電流增大，從而供給至馬達18之電流增大。電流供給系統1所輸出之電壓經由轉換器D及反相器J而供給至馬達18。
於本實施形態中，轉子11及定子12具有軸向間隙型構造。轉子11與定子12於轉子11之旋轉軸線方向(軸向)X上相互對向。定子12所具有之複數個齒部122b自芯本體122a向軸向X突出。本實施形態中之軸向X係轉子11與定子12對向之方向。
供給電流調整部13對供給至馬達18之電流進行調整。供給電流調整部13根據對電流供給系統要求之電流要求，改變自繞組121觀察之磁迴路之磁阻。自繞組121觀察之磁迴路為通過定子芯122之磁迴路。藉此，供給電流調整部13改變繞組121之電感。藉此，供給電流調整部13調整供給至馬達18之電流。再者，自繞組121觀察之磁迴路例如為閉環迴路。自繞組121觀察之磁迴路為如下迴路，即，通過繞 組121之內部路徑自繞組121之內部路徑之一端部(靠近轉子之端部)到達相鄰之繞組121之內部路徑之一端部(靠近轉子之端部)，且通過上述相鄰之繞組121之內部路徑自相鄰之繞組121之內部路徑之另一端部(遠離轉子之端部)到達上述繞組121之內部路徑之另一端部(遠離轉子之端部)。繞組121之內部路徑為沿著轉子11與定子12之對向方向通過繞組121之內側之路徑。自繞組121觀察之磁迴路之一部分為氣隙等非磁性體間隙。自繞組觀察之磁迴路例如包含定子芯122及非磁性體間隙。
供給電流調整部13具有電流調整機構131、及電流調整控制部132。
電流調整機構131係改變自繞組121觀察之磁迴路之磁阻之機構。
電流調整控制部132根據對電流供給系統要求之電流要求，對電流調整機構131進行控制。於本實施形態中，對電流供給系統要求之電流要求係自要求指示部A輸出。電流調整控制部132根據要求指示部A所表示之電流要求，對電流調整機構131進行控制。電流調整控制部132相當於本發明中所謂之控制裝置之一例。
電流調整控制部132例如包含微控制器。電流調整控制部132具備未圖示之中央處理裝置、及未圖示之記憶裝置。中央處理裝置基於控制程式而進行運算處理。記憶裝置記憶程式及與運算相關之資料。但電流調整控制部132亦可包含佈線邏輯。電流調整控制部132安裝於電流調整機構131。然而，電流調整控制部132亦可配置於遠離電流調整機構131之位置。又，電流調整控制部132亦可兼用作對引擎EG之燃燒動作進行控制之驅動源旋轉速度調整部EC。
驅動源旋轉速度調整部EC藉由改變引擎EG之旋轉速度而改變轉子11之旋轉速度。藉此，驅動源旋轉速度調整部EC調整供給至馬達 18之電壓。若轉子11之旋轉速度改變，則供給至馬達18之電壓亦改變。然而，轉子11之旋轉速度之變化、與利用供給電流調整部13之調整對供給至馬達18之電壓及電流之各者之影響之大小不同。供給至馬達18之電壓藉由改變轉子11之旋轉速度，更易於加以調整。
圖2(A)及圖2(B)係用以說明圖1所示之電流供給系統1中之供給電流調整部13之調整之模式圖。圖2(A)表示將繞組121之電感於可設定之值之範圍內設定為最大值時之狀態。圖2(B)表示繞組121之電感設定為較圖2(A)小之值時之狀態。
於圖2(A)中表示電流供給系統1中所具備之轉子11及定子12之一部分。本實施形態之電流供給系統1包含SPM(Surface Permanent Magnet，表面永磁)發電機。轉子11與定子12相互對向。更詳細而言，轉子11之磁極部111與定子12之定子芯122之齒部122b隔著氣隙而相互對向。磁極部111朝向定子12而露出。
供給電流調整部13改變自繞組121觀察之通過定子芯122之磁迴路F2之磁阻。藉此，供給電流調整部13改變繞組121之電感而調整供給至馬達18之電流。具體而言，供給電流調整部13移動定子芯122相對於繞組121之相對位置。藉此，供給電流調整部13改變自繞組121觀察之通過定子芯122之磁迴路F2之磁阻。
繞組121固定於發電機之未圖示之框體。定子芯122以相對於繞組121於軸向X上自由移動之方式被支持於框體。繞組121未固定於齒部122b。於筒狀之繞組121與齒部122b之間設置有間隙。上述間隙係可使齒部122b相對於繞組121自由移動之程度之間隙。
供給電流調整部13之電流調整機構131以使齒部122b於出入於纏繞成筒狀之繞組121中之方向上移動之方式使定子芯122移動。於本實施形態中，電流調整機構131使定子芯122於軸向X上移動。電流調整控制部132根據電流要求而使電流調整機構131動作。
再者，於圖2中，為易懂地對定子芯122之移動進行說明，而藉由小齒輪與齒條機構及馬達模式性地表示電流調整機構131。但作為使定子芯122移動之電流調整機構131，可採用圖示以外之機構。例如，可採用具有與定子芯同心配置且與定子芯螺合之圓筒構件之機構。於此種機構中，例如，藉由圓筒構件相對於定子芯旋轉而使定子芯於軸向X上移動。
供給電流調整部13以維持定子芯122相對於轉子11之相對位置之方式，使定子芯122相對於繞組121之相對位置移動。圖2之虛線Q表示轉子11於軸向X上與定子芯122連動而移動。維持轉子11與定子芯122之相對位置之構造例如係藉由利用軸承113可旋轉地支持轉子11而形成。軸承部113之位置相對於定子芯122固定。
於圖2(A)及圖2(B)中表示藉由磁極部111而產生之主要之磁通F1。磁通F1之線表示藉由磁極部111而產生之磁通F1所通過之主要之磁迴路。因此，將磁通F1所通過之磁迴路稱為磁迴路F1。
藉由磁極部111而產生之主要之磁通F1通過磁極部111、磁極部111與齒部122b之間之氣隙、齒部122b、芯本體122a、及背軛部112而流動。即，藉由磁極部111、磁極部111與齒部122b之間之氣隙、齒部122b、芯本體122a、及背軛部112而構成磁迴路F1。
再者，於圖2(A)及圖2(B)中表示於圓周方向上排列之複數個齒部122b中之3個齒部122b。為易懂地表示磁迴路F1，於圖中表示磁極部111與3個齒部122b中之中央之齒部122b對向之狀態。
若轉子11旋轉，則藉由磁極部111而產生且與繞組121交鏈之磁通之量變化。藉由與繞組121交鏈之磁通之量之變化而於繞組121產生感應電動勢。即，進行發電。
於繞組121產生之感應電動勢依存於與繞組121交鏈之磁通之量。磁迴路F1之磁阻越大，則與繞組121交鏈之磁通之量越少。磁迴 路F1之磁阻主要依存於齒部122b與磁極部111之間之氣隙之磁阻。齒部122b與磁極部111之間之氣隙之磁阻依存於齒部122b與磁極部111之間之氣隙長度L1。
從而，於繞組121產生之感應電動勢依存於齒部122b與磁極部111之間之氣隙長度L1。
於圖2(A)及圖2(B)中表示藉由於繞組121中流通之電流而產生之主要之磁通F2。當進行發電時，於繞組121中流通有由感應電動勢所引起之電流。磁通F2係於進行發電時，藉由於繞組121中流通之電流而產生。磁通F2之線表示藉由繞組121之電流而產生之磁通F2所通過之主要之磁迴路。因此，將磁通F2所通過之磁迴路稱為磁迴路F2。磁迴路F2為自繞組121觀察之磁迴路。自繞組121觀察之磁迴路F2包含通過繞組121之內部且使磁迴路F2整體之磁阻成為最小之路徑。
磁迴路F2通過定子芯122。磁迴路F2通過相鄰之齒部122b。於圖中表示於圓周方向上排列之複數個齒部122b中之3個齒部122b。作為代表而表示有自纏繞於3個齒部122b中之中央之齒部122b之繞組121觀察的磁迴路F2。自某繞組121觀察之磁迴路F2通過纏繞有該繞組121之齒部122b、及與該齒部122b相鄰之2個齒部122b。
藉由繞組121之電流而產生之主要之磁通F2通過齒部122b、芯本體122a、及相鄰之2個齒部122b之間之氣隙。即，藉由齒部122b、芯本體122a、及相鄰之2個齒部122b之間之氣隙而構成磁迴路F2。通過定子芯122之磁迴路F2包含1個氣隙。磁迴路F2中藉由氣隙而構成之部分係使用粗線表示。將磁迴路F2中藉由氣隙而構成之粗線部分簡稱為氣隙F2a。氣隙F2a位於繞組121與轉子11之間。構成磁迴路F2之氣隙F2a位於繞組121與轉子11之間且相鄰之齒部122b之間。氣隙F2a為非磁性體間隙。氣隙F2a中之磁迴路F2係以將相鄰之2個齒部122b之各者之與轉子11對向之部分彼此相連之方式設置。
自繞組121觀察之磁迴路F2包含相鄰之2個齒部122b之間之氣隙F2a。磁迴路F2實質上不包含轉子11之背軛部112。藉由繞組121之電流而產生之磁通F2之大部分基於如下理由，不通過轉子11之背軛部112，而通過相鄰之2個齒部122b之間之氣隙。
對於藉由電流而於繞組121產生之磁通F2而言，磁極部111僅被視為磁通之路徑。於本實施形態中，磁極部111包含磁導率與空氣同程度低之永久磁鐵。因此，磁極部111於磁迴路F2中被視為與空氣同等。由於磁極部111與空氣同等，因此定子12與轉子11之間之實質氣隙長度成為自齒部122b至背軛部112之距離L11。自齒部122b至背軛部112之距離L11包括軸向X上之磁極部111之厚度。因此，距離L11長於自齒部122b至磁極部111之距離L1。
而且，於本實施形態中，藉由繞組121之電流而產生之磁通F2之量少於藉由磁極部111之永久磁鐵而產生之磁通之量。藉由繞組121之電流而產生之磁通F2之大部分難以到達相隔著氣隙長度L11之背軛部112。從而，藉由繞組121之電流而產生之磁通F2中通過背軛部112之磁通較少。
從而，較之轉子11之背軛部112，藉由繞組121之電流而產生之磁通F2之大部分通過齒部122b與齒部122b之間之氣隙F2a。於圖2(A)所示之狀態下，將繞組121之電感於可設定之值之範圍內設定為最大值。於圖2(A)所示之狀態下，構成磁迴路F2之氣隙F2a於構成磁迴路F2之要素中磁阻最大。氣隙F2a具有較磁迴路F2中除氣隙F2a以外之剩餘部分F2b大之磁阻。
繞組121之電感依存於自繞組121觀察之磁迴路F2之磁阻。繞組121之電感與自繞組121觀察之磁迴路F2之磁阻成反比例。
此處，所謂自繞組121觀察之磁迴路F2之磁阻係指藉由繞組121之電流而產生之磁通F2流通之磁迴路F2之磁阻。於自繞組121觀察之 通過定子芯122之磁迴路F2之磁阻中，包含相鄰之2個齒部122b之間之氣隙F2a之磁阻。於繞組121藉由電流而產生之磁通F2嚴格而言通過定子12及轉子11之兩者。然而，如上所述，於繞組121藉由電流而產生之磁通之大部分不經過轉子11之背軛部112而通過相鄰之2個齒部122b之間之氣隙F2a。從而，自繞組121觀察之磁阻較通過轉子11之磁迴路F1之磁阻，更大地依存於通過定子12之磁迴路F2之磁阻。即，繞組121之電感相較於自繞組121觀察之通過轉子11之磁迴路F1之磁阻更大地依存於自繞組121觀察之通過定子芯122之磁迴路F2之磁阻。從而，實質上，繞組121之電感依存於自繞組121觀察之通過定子芯122之磁迴路F2之磁阻。
供給電流調整部13根據電流要求而使定子芯122相對於繞組121之相對位置移動。藉此，供給電流調整部13改變自繞組121觀察之通過定子芯122之磁迴路F2之磁阻。藉此，供給電流調整部13改變繞組121之電感。例如，若供給電流調整部13使定子芯122朝向箭頭X1之方向移動，則定子芯122之齒部122b朝向自纏繞成筒狀之繞組121中脫離之方向移動。
於圖2(B)中表示具有較圖2(A)之狀態小之電感之狀態。
若定子芯122之齒部122b自繞組121脫離，則繞組121中所存在之定子芯122之量減少。其結果，繞組121中之磁通擴大。於自繞組121觀察之磁迴路F2之觀點中，構成磁迴路F2之氣隙F2a之長度變長。從而，位於繞組121與轉子11之間之氣隙F2a之磁阻增大。即，磁阻最大之氣隙F2a之磁阻增大。其結果，自繞組121觀察之通過定子芯122之磁迴路F2之磁阻增大。藉此，繞組121之電感減少。
供給電流調整部13改變磁阻最大之氣隙F2a之磁阻。藉此，供給電流調整部13改變通過相鄰之齒部122b之磁迴路F2之磁阻。從而，例如與改變除氣隙F2a以外之部分之磁阻之情形時相比，繞組121之電感 之變化量易於較大地變化。
進而，供給電流調整部13以使繞組121之電感之變化率大於與繞組121交鏈之磁通之變化率之方式改變繞組121之電感。藉此，供給電流調整部13調整電流。本實施形態之電流供給系統1之供給電流調整部13以維持定子芯122相對於轉子11之相對位置之方式移動定子芯122相對於繞組121之相對位置。
若供給電流調整部13使定子芯122朝向箭頭X1之方向移動，則轉子11亦連動地朝向箭頭X1之方向移動。因此，定子芯122相對於轉子11之相對位置得以維持。
藉由維持定子芯122相對於轉子11之相對位置，於定子芯122移動之情形時，抑制齒部122b與磁極部111之間之氣隙長度L1之變化。從而，抑制自磁極部111向定子芯122流動之磁通F1之變化。即，抑制與繞組121交鏈之磁通F1之變化。
圖3係概略性地表示圖2(A)所示之供給電流調整部13之繞組121之等效電路之電路圖。
如圖3所示，繞組121(參照圖2)電性地包含交流電壓源121A、電感器121B、及電阻121C。
交流電壓源121A所輸出之感應電動勢E主要依存於與繞組121交鏈之磁通Φ，即磁通F1與轉子11之旋轉速度ω之積。電感器121B之電感L主要依存於自繞組121觀察之通過定子芯122之磁迴路F2之磁阻。電阻121C之電阻值R為繞組電阻。繞組121之阻抗概略性地由下式表示：((ωL)2+R2)1/2。
供給電流調整部13根據電流要求而使定子芯122相對於繞組121之相對位置移動。藉此，供給電流調整部13改變自繞組121觀察之通過定子芯122之磁迴路F2之磁阻。藉此，供給電流調整部13改變繞組 121之電感L。藉由改變電感L而改變阻抗。藉此，自電流供給系統1供給之電流得以調整。
又，供給電流調整部13以使與繞組121交鏈之磁通Φ之變化率小於繞組121之電感L之變化率之方式改變繞組121之電感，從而調整電流。藉此，供給電流調整部13調整電流I。從而，以抑制感應電動勢E之變化之方式調整電流。
於車輛V中，作為對自電流供給系統1供給之電流進行調整之方法，除藉由供給電流調整部13之調整以外，亦可考慮改變引擎EG之輸出(旋轉功率)之方法。即，驅動源旋轉速度調整部EC藉由改變引擎EG之旋轉速度而改變轉子11之旋轉速度ω，從而調整供給至馬達18之電壓。
引擎EG之輸出(旋轉功率)主要是改變輸出軸C之旋轉速度，即轉子11之旋轉速度ω。轉子11之旋轉速度ω影響繞組121之感應電動勢E、及阻抗((ωL)2+R2)1/2之兩者。因此，若僅藉由改變引擎EG之輸出軸C之旋轉速度之方法，則供給電壓與供給電流之連動性較高。
針對此，於電流供給系統1中，根據電流要求使定子芯122相對於繞組121之相對位置移動而改變自繞組121觀察之通過定子芯122之磁迴路F2之磁阻。藉此，繞組121之電感改變。因此，改變自繞組121觀察之磁迴路F2之磁阻之情形時的相對於電壓變化之電流變化之程度，與改變轉子11之旋轉速度ω之情形時不同。從而，本實施形態之電流供給系統例如與僅藉由驅動源旋轉速度調整部EC改變引擎EG之輸出軸C之旋轉速度之情形時相比，可一面抑制電壓變化與電流變化之連動性，一面調整供給至電負載裝置之電流。
例如，本實施形態之供給電流調整部13以維持定子芯122相對於轉子11之相對位置之方式，移動定子芯122相對於繞組121之相對位置。因此，可一面抑制電壓之制約之影響，一面調整電流。
供給電流調整部13可一面抑制電壓之制約之影響一面調整電流。可應用於旋轉速度之範圍較廣之引擎EG及旋轉速度之範圍較窄之引擎EG之兩者，可更佳地進行電流之供給。
例如，於電流供給系統1中，供給電流調整部13根據增大電流之要求而使自繞組121觀察之磁迴路F2之磁阻增大。藉此，供給電流調整部13使繞組121之電感減少。藉此，可增大供給至作為電負載裝置之馬達18之電流。
供給電流調整部13藉由改變位於繞組121與轉子11之間之氣隙F2a之磁阻而改變繞組121之電感。於繞組121與轉子11之間，藉由伴隨轉子11之旋轉而移動之磁極部111而產生交替磁場。例如，若使位於繞組121與轉子11之間之氣隙F2a之磁阻減少，則交替磁場之損耗減少。詳細而言，通過氣隙F2a之磁迴路F2上之鐵損耗減少。因損耗減少，故可輸出更大之電流。從而，可增大供給至作為電負載裝置之馬達18之電流之調整量。
又，電流供給系統1藉由改變自繞組121觀察之通過定子芯122之磁迴路F2之磁阻而改變繞組121之電感，從而調整供給至馬達18之電流。因此，於電流供給系統1中，可一面抑制繞組121之粗徑化或磁鐵量之增大，一面調整供給至馬達18之電流。因此，可使電流供給系統1自身小型化。
於本實施形態中，定子芯122相對於繞組121之相對位置之移動會改變自繞組121觀察之磁迴路F2之磁阻。藉此，繞組121之電感L改變，從而電流得以調整。於本實施形態中，藉由改變自繞組121觀察之通過定子芯122之磁迴路F2之磁阻而改變電感L，因此可慢慢改變電感L。
作為改變電感之方法，可考慮改變繞組之實質圈數，而非改變自繞組觀察之通過定子芯之磁迴路之磁阻。例如，作為電流輸出端 子，可考慮將設置於繞組之端之端子與設置於繞組之中途之端子調換而使用。又，可考慮使設置於繞組之中途之端子與其他端子短路。藉此，與電流相關之實質圈數改變。其結果，電感改變。
然而，於改變繞組之實質圈數之情形時，實質圈數瞬間較大地改變。因此，於繞組產生過大之電壓。又，易於在短時間內流通過大之電流。於改變實質圈數之情形時，要求設置用以切換電流之開關元件。進而，為對應過大之電壓，而要求開關元件為高耐電壓。為對應過大之電流之變化，而要求繞組使用較粗之線材。從而，於改變繞組之實質圈數之方法中，效率降低。又，系統大型化。
於本實施形態中，藉由改變通過定子芯122之磁迴路F2之磁阻而改變繞組121之電感L。因此，可慢慢改變繞組121之電感L。其結果，於繞組121產生之電壓之急遽之上升得以抑制。從而，可將低耐電壓之零件連接於電流供給系統1。因此，效率較高。又，可不具備用以切換電流之開關元件。又，繞組可使用相對較細之線材。抑制電流供給系統1之大型化。
以此方式，電流供給系統1可小型化且可應用於旋轉速度之範圍較廣之引擎EG及旋轉速度之範圍較窄之引擎EG之兩者，可較佳地進行電流之供給。
又，於包含電流供給系統1之電力供給系統P(參照圖1)中，藉由驅動源旋轉速度調整部EC及供給電流調整部13之兩者而調整電力。藉由驅動源旋轉速度調整部EC之調整而電流與電壓之兩者變化。又，藉由供給電流調整部13之調整而電流與電壓之兩者亦變化。但利用驅動源旋轉速度調整部EC而實現之轉子11之旋轉速度之變化與利用供給電流調整部13之調整相比，對供給至馬達18之電壓與電流之各者之影響之大小不同。轉子11之旋轉速度之變化與利用供給電流調整部13之調整相比，對供給至馬達18之電壓之影響更大。藉由改變轉子 11之旋轉速度，易於調整供給至馬達18之電壓。根據本實施形態之電流供給系統1，可提高供給至電負載裝置之電流之調整與電壓之調整之獨立性，故而可進行更適於電流要求與電壓要求之各者之調整。
[第二實施形態]
繼而，對本發明之第二實施形態進行說明。於以下之第二實施形態之說明中，主要針對與上述第一實施形態之不同點進行說明。
圖4(A)及圖4(B)係用以說明第二實施形態之電流供給系統中的供給電流調整部之調整之模式圖。圖4(A)表示將繞組121之電感於可設定之值之範圍內設定為最大值時之狀態。圖4(B)表示繞組121之電感設定為較圖4(A)小之值時之狀態。
圖4(A)中之繞組221、定子芯222、及轉子21之位置關係與參照圖2(A)所說明之第一實施形態之位置關係相同。
磁迴路F21係藉由磁極部211而產生之磁通所通過之磁迴路。磁迴路F22係自繞組221觀察之磁迴路。自繞組221觀察之磁迴路F22包含通過繞組221之內部且磁迴路F22整體之磁阻最小之路徑。磁迴路F22通過定子芯222。磁迴路F22通過相鄰之2個齒部222b。
通過定子芯222之磁迴路F22包含氣隙F22a。氣隙F22a位於繞組221與轉子21之間。構成磁迴路F22之氣隙F22a位於繞組221與轉子21之間且相鄰之2個齒部222b之間。氣隙F22a為非磁性體間隙。構成磁迴路F2之氣隙F22a係以將相鄰之2個齒部222b各自之與轉子21對向之部分彼此相連之方式設置。
自繞組221觀察之磁迴路F22不通過轉子21之背軛部212。自繞組221觀察之磁迴路F22具有相鄰之2個齒部122b之間之氣隙F22a。
於圖4(A)所示之狀態下，構成磁迴路F22之氣隙F22a之磁阻於構成磁迴路F22之要素之磁阻中最大。氣隙F22a具有較磁迴路F22中除氣隙F22a以外之剩餘部分F22b大之磁阻。
於圖4(A)所示之電流供給系統2中，供給電流調整部23根據根據對電流供給系統2要求之電流要求而使繞組221移動。藉此，供給電流調整部23改變自繞組221觀察之磁迴路F22之磁阻。藉此，供給電流調整部23改變繞組221之電感，從而調整供給至馬達18(參照圖1)之電流。
供給電流調整部23不使定子芯222移動而使繞組221移動。
更詳細而言，定子芯222固定於未圖示之框體。轉子21可旋轉地被支持於框體。轉子21相對於軸向X而固定。繞組221以相對於框體於軸向X上自由移動之方式被支持於框體。
供給電流調整部23之電流調整機構231以使齒部222b於出入於筒狀之繞組221中之方向上移動之方式使繞組221移動。於本實施形態中，電流調整機構231使繞組221於軸向X上移動。電流調整機構231例如使繞組221朝向箭頭X2之方向移動。纏繞於齒部222b之繞組221全部成為一體而移動。電流調整控制部232根據根據電流要求而使電流調整機構231動作。
於圖4(B)中表示具有較圖4(A)之狀態小之電感之狀態。圖4(B)所示之狀態係繞組221已朝向箭頭X2之方向移動之狀態。
於本實施形態中，供給電流調整部23僅使繞組221移動。藉此，供給電流調整部23根據根據電流要求，而使定子芯222相對於繞組221之相對位置移動。藉此，供給電流調整部23改變自繞組221觀察之通過定子芯222之磁迴路F22之磁阻。
例如，若繞組221朝向箭頭X2之方向，即朝向轉子21移動，則定子芯222之齒部222b自繞組221脫離。若齒部222b自繞組221脫離，則繞組221中所存在之定子芯222之量減少。其結果，構成自繞組221觀察之磁迴路F22之氣隙F22a之長度變長。從而，位於繞組221與轉子21之間之氣隙F22a之磁阻增大。即，磁阻最大之氣隙F22a之磁阻增大。 其結果，自繞組221觀察之磁迴路F2之磁阻增大。藉此，繞組221之電感減少。
供給電流調整部23改變磁阻最大之氣隙F22a之磁阻。藉此，供給電流調整部23改變通過相鄰之齒部222b之磁迴路F2之磁阻。從而，例如與改變除氣隙F22a以外之部分F22b之磁阻之情形時相比，繞組221之電感易於較大地變化。
以此方式，供給電流調整部23改變繞組221之電感。因此，電流供給系統2與第一實施形態之情形時同樣地，可小型化且可應用於旋轉速度之範圍較廣之引擎EG及旋轉速度之範圍較窄之引擎EG之兩者，可較佳地進行電流之供給。
例如，於電流供給系統2中，供給電流調整部23根據根據增大電流之要求，而使自繞組221觀察之磁迴路F22之磁阻增大。藉此，供給電流調整部23使繞組221之電感減少。藉此，可增大供給至作為電負載裝置之馬達18(參照圖1)之電流。
供給電流調整部23藉由改變位於繞組221與轉子21之間之氣隙F22a之磁阻而改變繞組221之電感。其結果，交替磁場之損耗減少。從而，可增大供給至作為電負載裝置之馬達18之電流之調整量。
進而，於本實施形態之電流供給系統2中，藉由僅使繞組221移動，能以維持定子芯222相對於轉子21之相對位置之方式，移動定子芯222相對於繞組221之相對位置。
[第三實施形態]
繼而，對本發明之第三實施形態進行說明。於以下之第三實施形態之說明中，主要針對與上述第一實施形態之不同點進行說明。
圖5係表示第三實施形態之電流供給系統之模式圖。
圖5所示之電流供給系統3中之定子芯322具備複數個第一定子芯部323、及第二定子芯部324。
複數個第一定子芯部323之各者具有隔著氣隙與轉子31相向之相向部323a。複數個第一定子芯部323係隔開間隔地呈圓環狀配置。即，複數個第一定子芯部323係於圓周方向Z上排列成一行而配置。複數個第一定子芯部323於定子32中作為主要之齒部而發揮功能。因此，於本說明書中，第一定子芯部323亦被稱為第一齒部323。第一定子芯部323之相向部323a之圓周方向Z上之長度長於第一定子芯部323之除相向部323a以外之部分之圓周方向Z上之長度。繞組321纏繞於第一定子芯部323。
第二定子芯部324隔著第一定子芯部323而配置於與轉子31相反之位置。第一定子芯部323配置於第二定子芯部324與轉子31之間。第二定子芯部324不具有與轉子31相向之相向部323a。第二定子芯部324具有圓環狀之定子磁軛部324a、及複數個第二齒部324b。第二齒部324b較定子磁軛部324a更朝第一定子芯部323突出。第二齒部324b之數量與第一定子芯部323之數量相同。定子磁軛部324a與第二齒部324b磁耦合。即，既可為第二齒部324b與定子磁軛部324a成形為一體。亦可為第二齒部324b與定子磁軛部324a不同體地形成而安裝於定子磁軛部324a。第二齒部324b係於圓周方向Z上排列成一行而配置。第二齒部324b係隔開與第一定子芯部323相等之間隔地呈圓環狀配置。。
本實施形態之電流供給系統3中之供給電流調整部33使定子芯322之一部分相對於繞組321之相對位置移動。供給電流調整部33使複數個第一定子芯部323及第二定子芯部324中之一者相對於另一者而移動。藉此，供給電流調整部33改變自繞組321觀察之磁迴路F32之磁阻。藉此，供給電流調整部33調整供給至馬達18之電流。
電流調整機構331被電流調整控制部332控制。更詳細而言，第一定子芯部323相對於未圖示之框體而固定。第二定子芯部324可於圓 周方向Z上旋轉地被支持。供給電流調整部33之電流調整機構331使第二定子芯部324於以轉子31之旋轉軸線為中心之圓周方向Z上旋轉。藉此，電流調整機構331使第二定子芯部324自第一狀態(參照圖6(A))移動至第二狀態(參照圖6(B))。
圖6(A)係表示圖5所示之定子32之第一狀態之模式圖。圖6(B)係表示圖5所示之定子32之第二狀態之模式圖。
圖6(A)表示將繞組321之電感於可設定之值之範圍內設定為最大值時之狀態。圖6(B)表示繞組321之電感設定為較圖6(A)小之值時之狀態。
於圖6(A)所示之第一狀態下，於圓周方向Z上，複數個第二齒部324b之各者與複數個第一定子芯部323之各者面相向相向。於第一狀態下，複數個第一定子芯部323之各者與第二定子芯部324之間之氣隙長度L32短於複數個第一定子芯部323中相鄰之第一定子芯部之間之氣隙長度L33。詳細而言，氣隙長度L33係於轉子31與定子32對向之方向上，第一定子芯部323之各者之設置於繞組321與轉子31之間之部分彼此間之氣隙長度。
於圖6(B)所示之第二狀態下，於圓周方向Z上，複數個第二齒部324b之各者位於彼此相鄰之第一定子芯部323之間。於第二狀態下，複數個第一定子芯部323之各者與第二定子芯部324之間之氣隙長度L34長於複數個第一定子芯部323中相鄰之第一定子芯部323之間之氣隙長度L33。
對第三實施形態之電流供給系統3中之供給電流調整部33之調整進行說明。
於圖6(A)及圖6(B)中表示藉由磁極部311而產生之磁通所通過之磁迴路F31、及自繞組321觀察之磁迴路F32。自繞組321觀察之磁迴路F32包含通過繞組321之內部且磁迴路F32整體之磁阻最小之路徑。磁 迴路F32通過定子芯322。磁迴路F32通過相鄰之第一定子芯部323(第一齒部323)。
磁迴路F32包含3個氣隙。將磁迴路F32中藉由相鄰之2個第一定子芯部323(第一齒部323)之間之氣隙而構成之部分稱為氣隙F32a。將磁迴路F32中藉由相鄰之2個第一定子芯部323(第一齒部323)之各者與第二定子芯部324之間之氣隙而構成之部分稱為氣隙F32c。相鄰之2個第一定子芯部323(第一齒部323)之間之氣隙F32a位於繞組321與轉子31之間。構成磁迴路F22之氣隙F22a位於繞組221與轉子21之間且相鄰之2個第一定子芯部323(第一齒部323)之間。氣隙F32a係以將相鄰之2個第一定子芯部323(第一齒部323)各自之相互對向之端面彼此相連之方式設置。
於圖6(A)所示之第一狀態下，複數個第一定子芯部323(第一齒部323)之各者與第二定子芯部324之間之氣隙長度L32短於複數個第一定子芯部中相鄰之第一定子芯部323(第一齒部323)之間之氣隙長度L33。氣隙長度L33於磁迴路F32為最長之氣隙。從而，於第一狀態下，自繞組321觀察之磁迴路F32中相鄰之第一定子芯部323之間之氣隙F32a之磁阻於構成磁迴路F32之要素之磁阻中最大。氣隙F32a具有較磁迴路F32中除氣隙F32a以外之剩餘部分F32b、F32c、F32d中任一者之磁阻均大之磁阻。氣隙F32a之磁阻較第一定子芯部323與第二定子芯部324之間之氣隙F32c之磁阻大。
由繞組321之電流所致之磁通F32如圖6(A)所示，通過相鄰之第一定子芯部323、及第二定子芯部324而流動。自繞組321觀察之磁迴路F32之磁阻依存於相鄰之第一定子芯部323之間之氣隙長度L33。
又，藉由磁極部311而產生之磁通F31通過相鄰之2個第一定子芯部323。詳細而言，磁通F31自1個磁極部311，通過磁極部311與第一定子芯部323之間之間隙、第一定子芯部323、第二定子芯部324、相 鄰之第一定子芯部323、磁極部311與第一定子芯部323之間之間隙、相鄰之磁極部311、以及背軛部312而流動。即，於圖6(A)所示之第一狀態下，磁極部311之磁迴路F31通過相鄰之2個第一定子芯部323、及第二定子芯部324。
於圖6(B)所示之第二狀態下，複數個第一定子芯部323之各者與第二定子芯部324之間之氣隙長度L34長於複數個第一定子芯部323中相鄰之第一定子芯部323之間之氣隙長度L33。因此，自繞組321觀察之通過定子芯322之磁迴路F32之磁阻受第一定子芯部323與第二定子芯部324之間之氣隙長度L34之影響。其結果，第二狀態下之自繞組321觀察之通過定子芯322之磁迴路F32之磁阻大於第一狀態下之磁阻。
又，藉由磁極部311而產生之磁通F31自1個磁極部311通過磁極部311與第一定子芯部323之間之間隙而通過第一定子芯部323。磁通F31自第一定子芯部323直接通過相鄰之第一定子芯部323。藉由磁極部311而產生之磁通F31通過相鄰之2個第一定子芯部323之間之間隙。從而，於第二狀態下，切換藉由磁極部311而產生之磁通F31之路徑。又，即便是於第二狀態下磁通F31之路徑不切換之情形時，亦至少有藉由磁極部311而產生之磁通F31中通過相鄰之2個第一定子芯部323之間之間隙之磁通增大。若通過相鄰之2個第一定子芯部323之間之間隙之磁通F31增大，則氣隙F32a之磁阻實質上增大。此於磁性上等效於相鄰之2個第一定子芯部323之間之氣隙長度L33增大。因此，包含氣隙F32a之磁迴路F32之磁阻更大。繞組321之電感之變化率較利用磁極部311而產生且與繞組321交鏈之磁通之變化率大。
如先前所說明般，繞組321之電感具有與自繞組321觀察之磁阻成反比例之傾向。因此，第二狀態下之繞組321之電感小於第一狀態下之繞組321之電感。
供給電流調整部33根據增大電流之要求，使複數個第一定子芯部323及第二定子芯部324中之一者相對於另一者自第一狀態(參照圖6(A))移動至第二狀態(參照圖6(B))。藉此，供給電流調整部33改變自繞組321觀察之磁迴路F32之磁阻。藉此，供給電流調整部33改變繞組321之電感。藉此，供給電流調整部33調整供給至馬達18(參照圖1)之電流。
供給電流調整部33改變氣隙F32a之磁阻。供給電流調整部33不改變作為相鄰之齒部之第一定子芯部323之間之氣隙長度L33而改變氣隙F32a之磁阻。藉此，供給電流調整部33改變通過作為相鄰之齒部之第一定子芯部323之磁迴路F32之磁阻。於第一狀態下，氣隙F32a於構成磁迴路F32之要素中磁阻最大。從而，例如與改變除氣隙F32a以外之部分之磁阻之情形時相比，繞組321之電感易於較大地變化。
供給電流調整部33藉由改變位於繞組321與轉子31之間之氣隙F32a之磁阻而改變繞組321之電感。其結果，交替磁場之損耗減少。從而，可增大供給至作為電負載裝置之馬達18之電流之調整量。
圖7係表示圖5所示之電流供給系統3中之相對於轉子31之旋轉速度的輸出電流特性之曲線圖。
於圖7之曲線圖中，虛線H1表示圖6(A)所示之第一狀態下之輸出電流特性。於電流供給系統3具有虛線H1所示之輸出電流特性之情形時，電流供給系統3以於圖7之曲線圖中輸出電流與旋轉速度之組合位於虛線H1以下之區域之方式動作。實線H2表示圖6(B)所示之第二狀態下之輸出電流特性。於電流供給系統3具有實線H2所示之輸出電流特性之情形時，電流供給系統3以輸出電流與旋轉速度之組合位於實線H2以下之區域之方式動作。再者，於圖7之曲線圖中，為易於知曉電流之控制，而表示不使供給電壓調整部34(參照圖5)動作之情形時之特性。
參照圖7之曲線圖對電流供給系統3中之調整進行說明。
若著眼於虛線H1所示之第一狀態下之輸出電流，則輸出電流隨旋轉速度之增大而增大。因此，電流供給系統3之輸出電流亦可藉由轉子31之旋轉速度而調整。轉子31之旋轉速度相當於引擎EG之輸出軸C(參照圖1)之旋轉速度。
然而，第一狀態下之輸出電流於轉子31之旋轉速度相對較小之區域，隨旋轉速度之增大而急遽地增大。另一方面，第一狀態下之輸出電流於旋轉速度相對較高之區域，隨旋轉速度之增大而產生之輸出電流之增大較慢。即，於旋轉速度相對較高之區域，相對於旋轉速度之變化之輸出電流之變化率較小。
例如，於電流供給系統3固定於第一狀態之情形時，為於相對於旋轉速度之變化之輸出電流之變化率較小之區域增大輸出電流，而要求大幅地增大轉子31之旋轉速度。
例如，於車輛V(參照圖1)於行駛時開始爬坡之情形時、或於行駛時趕超其他車輛之情形時，於高速行駛時需要更大之馬達18之轉矩。於該情形時，電流要求增大。
當於供給電流調整部33之狀態固定之狀態下，對應於進一步之加速而電流要求增大之情形時，要求進而增大轉子31之旋轉速度，即引擎EG之旋轉速度。即，為增大輸出電流而需要過度增大引擎EG之旋轉功率。
例如，存在如下情形，即，於旋轉速度為N1，且輸出電流為I1之狀況下，接受電流要求之增大而使電流增大至I2為止。於該情形時，若電流供給系統3固定於與曲線圖之H1對應之第一狀態，則轉子31之旋轉速度會過度增大。換而言之，引擎EG之旋轉速度過度增大。因此，引擎EG自身之燃料效率降低。
繞組321之感應電動勢與轉子31之旋轉速度大致成正比例。因 此，若大幅地增大旋轉速度，則感應電動勢大幅地增大。為對應電壓之大幅之增大而需要使電氣零件高耐電壓化，從而導致伴隨電氣零件之高耐電壓化而產生之效率之降低、及系統之大型化。
又，於引擎EG中，為實現低燃費化及小型化，一直考慮縮小旋轉速度之範圍。縮小引擎EG之旋轉速度之範圍與縮小輸出電流之範圍相關。
於本實施形態之電流供給系統3中，供給電流調整部33根據電流要求而改變自繞組321觀察之通過定子芯322之磁迴路F32之磁阻。藉此，供給電流調整部33改變繞組321之電感。藉此，供給電流調整部33調整供給至馬達18之電流。具體而言，供給電流調整部33使第二定子芯部324自第一狀態(參照圖6(A))移動至第二狀態(參照圖6(B))。藉此，供給電流調整部33可使圖7之輸出電流特性自虛線H1變化為如實線H2所示般。
關於輸出電流特性，例如，於普通發電機中，若進行繞組之粗徑化或磁鐵量之增大，則可於旋轉速度較低之區域，如圖7之虛線H1所示確保輸出電流。又，於普通發電機中，若進行繞組之粗徑化或磁鐵量之增大，則可獲得如下特性，即，於旋轉速度較高之區域，如實線H2所示，與旋轉速度之增大相應地，使輸出電流增大。然而，若進行繞組之粗徑化或磁鐵量之增大，則電流供給系統自身大型化。
又，作為對供給至馬達18之電流進行調整之方法，例如可考慮利用DC-DC(Direct Current-Direct Current，直流-直流)轉換器。然而，能夠輸入輸出如驅動車輛V般之電力之DC-DC轉換器之內置的變壓器等零件對應於電力而大型化。
於本實施形態之電流供給系統3中，供給電流調整部33根據電流要求而改變自繞組321觀察之通過定子芯322之磁迴路F32之磁阻。藉此，供給電流調整部33改變繞組321之電感。因此，可於不進行繞組 之粗徑化或磁鐵量之增大之情況下根據電流要求而調整電流。
以此方式，本實施形態之電流供給系統3可小型化。進而，本實施形態之電流供給系統3可應用於旋轉速度之範圍較廣之引擎EG及旋轉速度之範圍較窄之引擎EG之兩者，可較佳地進行電流之供給。
再次參照圖5對電流供給系統3之供給電壓調整部34進行說明。
電流供給系統3具備與供給電流調整部33不同之供給電壓調整部34。
供給電壓調整部34改變自轉子31之磁極部311產生並與繞組321交鏈之交鏈磁通。藉此，供給電壓調整部34改變繞組321之感應電動勢，從而調整供給至馬達18之電壓。更詳細而言，供給電壓調整部34使轉子31於軸向X上移動。藉此，供給電壓調整部34改變轉子31與定子32之間之氣隙長度L311。該轉子31向軸向X之移動例如可藉由使對轉子31可旋轉地支持之軸承部313於軸向X上移動之電壓供給調整機構344而實現。電壓供給調整機構344被電壓供給控制部342控制。藉由轉子31與定子32之間之氣隙長度L31之改變，而轉子31與定子32之間之磁阻改變。藉此，利用磁極部311而產生並與繞組321交鏈之磁通之量改變。從而，電流供給系統3所供給之電壓改變。
本實施形態之電流供給系統3具備與供給電流調整部33不同之供給電壓調整部34。從而，可進而提高供給至馬達18之電流之調整與電壓之調整之獨立性，故而可進行更適於電流要求與電壓要求之各者之調整。例如，供給至馬達18之電壓主要與馬達18之旋轉速度對應，供給至馬達18之電流主要與馬達18之輸出轉矩對應。本實施形態之電流供給系統3可進行適於馬達18之旋轉速度及輸出轉矩之兩者之要求之調整。
又，供給電壓調整部34能以如下方式進而抑制因供給電流調整部33之動作而引起之與繞組321交鏈之交鏈磁通之變動。
自轉子31之磁極部311產生並與繞組321交鏈之交鏈磁通通過定子芯322而流動。即，自磁極部311產生並與繞組321交鏈之交鏈磁通通過第一定子芯部323及第二定子芯部324而流動。
若供給電流調整部33使第二定子芯部324自第一狀態(參照圖6(A))移動至第二狀態(參照圖6(B))，則第一定子芯部323與第二定子芯部324之間之氣隙長度L32、L34改變。因此，自轉子31之磁極部311產生並與繞組321交鏈之交鏈磁通之量亦改變。
供給電壓調整部34以對因供給電流調整部33之動作而導致之與繞組321交鏈之交鏈磁通之變動進行補償的方式，改變轉子31與定子32之間之氣隙長度L31。其結果，抑制因供給電流調整部33之動作而引起之與繞組321交鏈之交鏈磁通之變動。
以此方式，供給電流調整部33可藉由供給電壓調整部34之補償動作，一面進而抑制電壓之制約之影響，一面調整電流。
再者，於上述第三實施形態中，參照圖7之電流特性之曲線圖，對可一面抑制電壓變化與電流變化之連動性一面調整供給至電負載裝置之電流之情況進行了說明。然而，可一面抑制電壓變化與電流變化之連動性一面調整供給至電負載裝置之電流之情況於第一實施形態及第二實施形態中亦相同。
又，圖7所示之虛線H1表示自繞組觀察之通過定子芯之磁迴路之磁阻較小時之輸出電流特性之一例。圖7所示之實線H2表示自繞組觀察之通過定子芯之磁迴路之磁阻較大時之輸出電流特性之一例。即，圖7所示之電流供給系統(發電機)之輸出電流特性並不表示本實施形態中之自繞組觀察之通過定子芯之磁迴路之磁阻之變更係分為2個階段而進行。電流供給系統之輸出電流特性既可分為複數個階段而變更，亦可不分階段地變更，亦可連續地變更。分為複數個階段、不分階段地、或連續地變化之輸出電流特性中包括圖7所示之虛線H1及實 線H2之輸出電流特性。於本發明中，自繞組觀察之通過定子芯之磁迴路之磁阻之變更亦可分為2個階段而進行。
對供給電流調整部將電流供給系統之狀態自高電阻狀態及低電阻狀態中之任一種狀態變更為另一種狀態之情形進行說明。低電阻狀態下之自繞組觀察之通過定子芯之磁迴路之磁阻，小於高電阻狀態下之自繞組觀察之通過定子芯之磁迴路之磁阻。例如，於以自繞組觀察之通過定子芯之磁迴路之磁阻增大之方式變更了電流供給系統之狀態之情形時，變更前之電流供給系統之狀態為低電阻狀態，變更後之電流供給系統之狀態為高電阻狀態。於以自繞組觀察之通過定子芯之磁迴路之磁阻減少之方式變更了電流供給系統之狀態之情形時，變更前之電流供給系統之狀態為高電阻狀態，變更後之電流供給系統之狀態為低電阻狀態。即，高電阻狀態及低電阻狀態下之自繞組觀察之通過定子芯之磁迴路絕對磁阻並不特別限定。高電阻狀態與低電阻狀態係相對性地規定。高電阻狀態下之繞組之電感小於低電阻狀態下之繞組之電感。
再者，於以下之例中，高電阻狀態下之電流供給系統之輸出電流特性之一例為圖7所示之虛線H1，低電阻狀態下之電流供給系統之輸出電流特性之一例為圖7所示之實線H2。於相當於虛線H1與實線H2之交點M之旋轉速度(M)下，高電阻狀態下之電流供給系統與低電阻狀態下之電流供給系統可於相同之旋轉速度(M)輸出相同大小之電流。於已變更自繞組觀察之通過定子芯之磁迴路之磁阻時，於變更前之電流供給系統與變更後之電流供給系統之間，如此般產生相當於彼此之輸出電流特性曲線(H1、H2)之交點之旋轉速度(M)。再者，輸出電流特性曲線係表示相對於轉子之旋轉速度的電流供給系統之輸出電流之曲線。
如圖7所示，本發明之電流供給系統係以如下方式構成，即，於 已藉由供給電流調整部將電流供給系統之狀態自低電阻狀態變更為高電阻狀態之情形時，高電阻狀態下之電流供給系統(參照H2)於以較旋轉速度(M)大之旋轉速度(M+)旋轉時，可輸出相較於低電阻狀態下之電流供給系統(參照H1)於以旋轉速度(M+)旋轉時所能輸出之最大電流大的電流(I2)。本發明之電流供給系統藉由以使自繞組觀察之通過定子芯之磁迴路之磁阻變高之方式變更電流供給系統之狀態，可於旋轉速度相對較高之狀況下，輸出變更前之電流供給系統所無法輸出之大小之電流。
如圖7所示，本發明之電流供給系統係以如下方式構成，即，於已藉由供給電流調整部將電流供給系統之狀態自高電阻狀態變更為低電阻狀態之情形時，低電阻狀態下之電流供給系統(參照H1)於以較旋轉速度(M)小之旋轉速度(M-)旋轉時，可輸出相較於高電阻狀態下之電流供給系統(H2參照)於以旋轉速度(M-)旋轉時所能輸出之最大電流大的電流。本發明之電流供給系統藉由以使自繞組觀察之通過定子芯之磁迴路之磁阻變低之方式變更電流供給系統之狀態，可於旋轉速度相對較低之狀況下，輸出變更前之電流供給系統所無法輸出之大小之電流。
如此，於本發明之電流供給系統中，以如下方式構成，即，於供給電流調整部已變更自繞組觀察之通過定子芯之磁迴路之磁阻時，變更後之電流供給系統於以較旋轉速度(M)大或小之旋轉速度(M-或M+)旋轉時，可輸出較變更前之電流供給系統於以上述旋轉速度(M-或M+)旋轉時所能輸出之最大電流大的電流。
又，於上述第三實施形態中，對電流供給系統3具備供給電流調整部33及供給電壓調整部34之兩者進行了說明。但本發明之電流供給系統亦可不具備供給電壓調整部。
又，於上述第三實施形態中，作為第一定子芯部，對在與轉子 對向之端部具有於圓周方向Z即第一定子芯部排列之方向突出之突出部的第一定子芯部323之例進行了說明。但本發明中之第一定子芯部亦可不具有突出部。
又，於上述實施形態中，對具有軸向間隙型構造之轉子及定子之例進行了說明。但本發明之電流供給系統亦可應用於轉子與定子隔著氣隙而於徑向上對向之徑向間隙構造。本實施形態之軸向間隙型構造中之軸向X(圖2)係本發明中之轉子與定子對向之方向之一例。於徑向間隙構造中，轉子與定子於徑向上對向。
又，於上述實施形態中，對藉由SPM發電機而構成之電流供給系統之例進行了說明。本發明之電流供給系統亦可藉由IPM(Interior Permanent Magnet，內部永磁)發電機而構成。
又，上述實施形態中之氣隙係非磁性體間隙之一例。非磁性體間隙為包含1種或複數種非磁性體之間隙。非磁性體並不特別限定。作為非磁性體，例如可列舉空氣、鋁、樹脂。非磁性體間隙較佳為至少包含氣隙。
又，於上述實施形態中，作為轉子11連接於引擎EG之構成之詳細內容，對轉子11與引擎EG之輸出軸C直接連接之例進行了說明。但引擎EG之輸出軸C與電流供給系統1之轉子11亦可經由例如皮帶、齒輪、或驅動軸所代表之傳遞裝置而連接。但引擎EG之輸出軸C與電流供給系統1之轉子11較佳為不經由變速比可變之變速裝置而連接。換而言之，電流供給系統1之轉子11之旋轉速度相對於引擎EG之輸出軸C之旋轉速度之比較佳為固定。上述比(速度比)既可超過1，亦可為1，亦可未達1。於輸出軸C與轉子11經由增速裝置而連接之情形時，上述比超過1。於輸出軸C與轉子11經由等速裝置而連接之情形時，上述比為1。於輸出軸C與轉子11經由減速裝置而連接之情形時，上述比未達1。
又，於上述實施形態中，作為要求指示部A而對加速操作器之例進行了說明。但對本發明之電流供給系統要求之電流要求並不限於加速操作器之輸出。作為要求指示部、及自要求指示部輸出之電流要求，例如可列舉如下例。
‧自車輛之自動速度控制裝置(巡航控制)輸出之加速要求之信號
‧由駕駛人操作之與加速操作器不同之開關、音量之輸出
‧設置於電負載裝置之操作器之輸出
又，於上述實施形態中，對如下例進行了說明，即，供給電流調整部13根據增大電流之要求而使自繞組121觀察之磁迴路F2之磁阻減少，藉此使繞組121之電感減少。但本發明之供給電流調整部亦可始終不根據增大電流之要求而使自繞組觀察之磁迴路之磁阻減少。
又，於上述實施形態中，對具備包含微控制器或佈線邏輯(邏輯電路)之電流調整控制部之例進行了說明。又，對電流供給系統要求之電流要求並不限於電信號。本發明之供給電流調整部例如亦可為藉由連接於操作桿之金屬絲而動作者。於該情形時，供給電流調整部亦可不具備微控制器或馬達，而藉由金屬絲所傳遞之力使定子芯移動。
又，對電流供給系統要求之電流要求亦可為人之操作。例如，本發明之供給電流調整部例如亦可為如下者，其具備與定子芯連動之桿，該桿由人操作，藉此使定子芯移動。
又，於上述實施形態中，作為電負載裝置，對馬達18之例進行了說明。但本發明中之電負載裝置並不限於此，例如，亦可為將電轉換成熱之電熱裝置。
又，於上述實施形態中，作為應用電流供給系統之裝置，對車輛之例進行了說明。本發明之電流供給系統可小型化，故而可作為搭載於車輛之電流供給系統而較佳地使用。但本發明之電流供給系統並不限於此，例如，可應用於發電裝置。
又，於上述實施形態中，作為驅動源，對引擎EG之例進行了說明。但本發明中之驅動源並不限於此，例如，亦可為渦輪機或風車。
上述實施形態中所使用之用語及表述係用於進行說明而使用者，並非為用於限定性地進行解釋而使用者。必須認識到：並不排除此處所表示且所敍述之特徵事項之任何均等物，亦容許本發明之請求範圍內之各種變化。本發明可藉由多個不同之形態而具體化。上述揭示應被視為提供本發明原理之實施形態者。於知曉該等實施形態並非意圖將本發明限定於此處所記載且/或所圖示之較佳實施形態之前提下將實施形態記載於此。並不限定於此處所記載之實施形態。本發明亦包括基於該揭示而業者能認識到之包含均等之要素、修正、刪除、組合、改良及/或變更之所有實施形態。請求項之限定事項應基於該請求項中所使用之用語而廣泛地解釋，而不應限定於本說明書或本案之審查中所記載之實施形態。本發明應基於請求項中所使用之用語而廣泛地解釋。
1‧‧‧電流供給系統
10‧‧‧發電機
11‧‧‧轉子
12‧‧‧定子
13‧‧‧供給電流調整部
18‧‧‧馬達
111‧‧‧磁極部
112‧‧‧背軛部
121‧‧‧繞組
122‧‧‧定子芯
122a‧‧‧芯本體
122b‧‧‧齒部
131‧‧‧電流調整機構
132‧‧‧電流調整控制部
A‧‧‧要求指示部
C‧‧‧輸出軸
D‧‧‧轉換器
EC‧‧‧驅動源旋轉速度調整部
EG‧‧‧引擎
J‧‧‧反相器
P‧‧‧電力供給系統
V‧‧‧車輛
Wa‧‧‧車輪
Wb‧‧‧車輪
Wc‧‧‧車輪
Wd‧‧‧車輪
X‧‧‧軸向
Z‧‧‧圓周方向

Claims (19)

  1. 一種電流供給系統，其係自驅動源接受旋轉驅動力並且對電流之要求會變化之電負載裝置供給電流者，且上述電流供給系統具備：轉子，其具有永久磁鐵，且連接於上述驅動源；定子，其具有繞組及纏繞有上述繞組之定子芯，且與上述轉子對向而配置；及供給電流調整部，其根據對上述電流供給系統要求之電流要求而改變自上述繞組觀察之通過上述定子芯之磁迴路之磁阻，藉此改變上述繞組之電感，從而調整供給至上述電負載裝置之電流。
  2. 如請求項1之電流供給系統，其中自上述繞組觀察之通過上述定子芯之磁迴路包含至少1個非磁性體間隙，且上述供給電流調整部藉由改變上述至少1個非磁性體間隙中位於上述繞組與上述轉子之間之非磁性體間隙之磁阻而改變上述繞組之電感，從而調整供給至上述電負載裝置之電流。
  3. 如請求項1之電流供給系統，其中自上述繞組觀察之通過上述定子芯之磁迴路包含至少1個非磁性體間隙，且上述供給電流調整部藉由改變上述至少1個非磁性體間隙中將上述繞組之電感於可設定之值之範圍內設定為最大值時之磁阻最大的非磁性體間隙之磁阻而改變上述繞組之電感，從而調整供給至上述電負載裝置之電流。
  4. 如請求項2之電流供給系統，其中自上述繞組觀察之通過上述定子芯之磁迴路包含至少1個非磁性體間隙，且上述供給電流調整部藉由改變上述至少1個非磁性體間隙中將 上述繞組之電感於可設定之值之範圍內設定為最大值時之磁阻最大的非磁性體間隙之磁阻而改變上述繞組之電感，從而調整供給至上述電負載裝置之電流。
  5. 如請求項1之電流供給系統，其中上述供給電流調整部根據對上述電流供給系統要求之電流要求而改變自上述繞組觀察之通過上述定子芯之磁迴路之磁阻，藉此以使與上述繞組交鏈之磁通之變化率小於上述繞組之電感之變化率之方式改變上述繞組之電感，從而調整所供給之電流。
  6. 如請求項2之電流供給系統，其中上述供給電流調整部根據對上述電流供給系統要求之電流要求而改變自上述繞組觀察之通過上述定子芯之磁迴路之磁阻，藉此以使與上述繞組交鏈之磁通之變化率小於上述繞組之電感之變化率之方式改變上述繞組之電感，從而調整所供給之電流。
  7. 如請求項3之電流供給系統，其中上述供給電流調整部根據對上述電流供給系統要求之電流要求而改變自上述繞組觀察之通過上述定子芯之磁迴路之磁阻，藉此以使與上述繞組交鏈之磁通之變化率小於上述繞組之電感之變化率之方式改變上述繞組之電感，從而調整所供給之電流。
  8. 如請求項4之電流供給系統，其中上述供給電流調整部根據對上述電流供給系統要求之電流要求而改變自上述繞組觀察之通過上述定子芯之磁迴路之磁阻，藉此以使與上述繞組交鏈之磁通之變化率小於上述繞組之電感之變化率之方式改變上述繞組之電感，從而調整所供給之電流。
  9. 如請求項1至8中任一項之電流供給系統，其中上述供給電流調整部根據對上述電流供給系統要求之電流要求，使上述定子芯之至少一部分相對於上述繞組之相對位置移動而改變自上述繞 組觀察之通過上述定子芯之磁迴路之磁阻，藉此改變上述繞組之電感，從而調整供給至上述電負載裝置之電流。
  10. 如請求項9之電流供給系統，其中上述供給電流調整部根據對上述電流供給系統要求之電流要求，以維持上述定子芯相對於上述轉子之相對位置之方式使上述定子芯相對於上述繞組之相對位置移動，而改變自上述繞組觀察之通過上述定子芯之磁迴路之磁阻，藉此改變上述繞組之電感，從而調整供給至上述電負載裝置之電流。
  11. 如請求項1至8中任一項之電流供給系統，其中上述供給電流調整部根據對上述電流供給系統要求之電流要求，使上述繞組移動而改變自上述繞組觀察之通過上述定子芯之磁迴路之磁阻，藉此改變上述繞組之電感，從而調整供給至上述電負載裝置之電流。
  12. 如請求項1至8中任一項之電流供給系統，其具備供給電壓調整部，該供給電壓調整部藉由改變自上述轉子之永久磁鐵產生並與上述繞組交鏈之交鏈磁通而改變上述繞組之感應電動勢，從而調整供給至上述電負載裝置之電壓。
  13. 如請求項12之電流供給系統，其中上述供給電壓調整部使上述永久磁鐵相對於上述繞組之相對位置移動而改變自上述轉子之永久磁鐵產生並與上述繞組交鏈之上述交鏈磁通，藉此改變上述繞組之感應電動勢，從而調整供給至上述電負載裝置之電壓。
  14. 如請求項1至8中任一項之電流供給系統，其中上述定子芯具備：複數個第一定子芯部，其等具有隔著非磁性體間隙與上述轉子相向之相向部；及第二定子芯部，其不包含上述相向部；且 上述供給電流調整部根據對上述電流供給系統要求之電流要求而使上述複數個第一定子芯部及上述第二定子芯部中之一者相對於另一者移動，藉此改變自上述繞組觀察之通過上述定子芯之磁迴路之磁阻。
  15. 如請求項9之電流供給系統，其中上述定子芯具備：複數個第一定子芯部，其等具有隔著非磁性體間隙與上述轉子相向之相向部；及第二定子芯部，其不包含上述相向部；且上述供給電流調整部根據對上述電流供給系統要求之電流要求而使上述複數個第一定子芯部及上述第二定子芯部中之一者相對於另一者移動，藉此改變自上述繞組觀察之通過上述定子芯之磁迴路之磁阻。
  16. 如請求項14之電流供給系統，其中上述供給電流調整部藉由使上述複數個第一定子芯部及上述第二定子芯部中之一者相對於另一者自第一狀態移動至第二狀態而改變自上述繞組觀察之通過上述定子芯之磁迴路之磁阻，該第一狀態係上述複數個第一定子芯部之各者與上述第二定子芯部之間之非磁性體間隙長度，短於上述複數個第一定子芯部中相鄰之第一定子芯部之間之非磁性體間隙長度，該第二狀態係上述複數個第一定子芯部之各者與上述第二定子芯部之間之非磁性體間隙長度，長於上述複數個第一定子芯部中相鄰之第一定子芯部之間之非磁性體間隙長度。
  17. 如請求項15之電流供給系統，其中上述供給電流調整部藉由使上述複數個第一定子芯部及上述第二定子芯部中之一者相對於另一者自第一狀態移動至第二狀態而改變自上述繞組觀察之通過上述定子芯之磁迴路之磁阻，該第一狀態係上述複數個第一定子芯部之各者與上述第二定 子芯部之間之非磁性體間隙長度，短於上述複數個第一定子芯部中相鄰之第一定子芯部之間之非磁性體間隙長度，該第二狀態係上述複數個第一定子芯部之各者與上述第二定子芯部之間之非磁性體間隙長度，長於上述複數個第一定子芯部中相鄰之第一定子芯部之間之非磁性體間隙長度。
  18. 一種電力供給系統，其具備：如請求項1至17中任一項之電流供給系統；上述驅動源；及驅動源旋轉速度調整部，其藉由改變上述驅動源之旋轉速度而改變上述轉子之旋轉速度，從而調整供給至上述電負載裝置之電壓。
  19. 一種控制裝置，其係用於自驅動源接受旋轉驅動力並且對電流之要求會變化之電負載裝置供給電流之電流供給系統者，上述電流供給系統具備：轉子，其具有永久磁鐵，且連接於上述驅動源；定子，其具有繞組及纏繞有上述繞組之定子芯，且與上述轉子對向而配置；及電流調整機構，其藉由改變自上述繞組觀察之通過上述定子芯之磁迴路之磁阻而改變上述繞組之電感，從而調整供給至上述電負載裝置之電流；且上述控制裝置根據對上述電流供給系統要求之電流要求，而使上述電流調整機構藉由改變通過上述定子芯之磁迴路之磁阻而改變上述繞組之電感。
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