專利名稱：旋轉電機和具有此旋轉電機的電動車的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及旋轉電機和具有此旋轉電機的電動車。
背景技術：
傳統(tǒng)上，旋轉電機是已知的，該電機具有轉子、附裝到轉子的旋轉軸、和定子，并且響應于轉子的轉速而控制在轉子和定子之間建立的磁場的強度。在此類旋轉電機中，通過控制磁場強度，可以調節(jié)旋轉電機的特性(例如，旋轉軸的轉速和輸出轉矩之間的關系)。
作為此旋轉電機中的一種，例如已知JP-A-Hei 11-122886(以下稱為“專利文獻1”)中公開的旋轉電機。此旋轉電機包括殼體，其是固定側構件并且形成旋轉電機的外殼；旋轉軸，軸頸支撐在殼體上以繞其軸線旋轉但不在其軸向上移動；轉子，與旋轉軸耦合以與旋轉軸一起繞軸線旋轉；定子，由殼體支撐以面對轉子；和連接到旋轉軸末端的離心式調速器。形成該定子的磁軛具有多個接納孔，接納孔平行于旋轉軸的軸向延伸(以下簡稱為“在軸向上延伸”)。在旋轉軸的軸向上延伸的每個輔助磁軛被插入相應的接納孔中。每個輔助磁軛連接到離心式調速器。離心式調速器在軸向上移動相關聯(lián)的輔助磁軛。就是說，每個輔助磁軛的插入長度可以根據(jù)旋轉軸的轉速而變化。因此，磁軛的磁阻響應于旋轉軸的轉速而變化，并且可以調節(jié)轉子和定子之間建立的磁場的強度。
當旋轉電機作為電動機操作時，電流被供應到定子使得轉子旋轉。利用轉子的旋轉，旋轉軸產(chǎn)生輸出轉矩。在上述旋轉電機中，如果旋轉軸進行高速旋轉，則由于離心式調速器的作用減弱磁場。結果，單位電流的輸出轉矩(即，流過定子的每單位電流產(chǎn)生的旋轉軸的輸出轉矩)變小。如上所述，通過減弱磁場，旋轉軸可以在低轉矩條件下以高速旋轉。
相反，當旋轉軸在低速下旋轉時，磁場可以通過與旋轉軸相關聯(lián)的離心式調速器的作用而被加強。結果，每單位的輸出轉矩變大。因此，通過加強磁場，旋轉軸可以在高轉矩條件下以低速旋轉。
就是說，根據(jù)上述旋轉電機，當其作為電動機操作時，可以獲得這樣的轉矩特性，其中在旋轉軸的輸出轉矩較小的同時轉速變高，以及在轉速較低的同時轉矩變大。
JP-A-Hei03-215154(以下稱為“專利文獻2”)公開了一種旋轉電機，其中通過使得轉子接近或者離開定子來調節(jié)轉子和定子之間的磁場強度。此旋轉電機包括固定側構件；旋轉軸，軸頸支撐在固定側構件上以繞其軸線旋轉；轉子，與旋轉軸耦合以繞軸線旋轉；定子，由固定側構件支撐以面對轉子；彈簧，在使轉子從定子離開的方向上對旋轉軸加力；和串聯(lián)地電連接到定子的電磁體。旋轉軸由磁性材料形成。在此旋轉電機中，當電流供應到電磁體時，電磁體在軸向上吸引旋轉軸。如果電磁體的吸引力大于彈簧的作用力，轉子接近定子。相反，如果電磁體的吸引力小于彈簧的作用力，轉子離開定子。如上所述，電磁體和彈簧一起形成在軸向上移動旋轉軸的致動器。
當上述旋轉電機作為電動機操作時，電流被供應到定子和電磁體以旋轉轉子。如果施加到旋轉軸的負載較小，則供應到定子的電流較小。因此，供應到電磁體的電流也較小，并且電磁體的電磁力較小。所以，電磁體吸引旋轉軸的力小于彈簧的作用力，并且轉子保持與定子分離。結果，轉子和定子之間的間隙尺寸較大以保持磁場較弱。
另一方面，當施加到旋轉軸的負載變大時，供應到定子的電流變大。因此，供應到電磁體的電流也變大，并且電磁體的吸引力變得大于彈簧的作用力。因為電磁體的吸引力，旋轉軸在使轉子接近定子的方向上移動。結果，轉子和定子之間的間隙尺寸變得更小以加強磁場。
因此，同樣根據(jù)專利文獻2中的旋轉電機，可以獲得與專利文獻1中公開的旋轉電機的轉矩特性相同的轉矩特性。就是說，同樣根據(jù)專利文獻2中公開的旋轉電機，當其作為電動機操作時，可以獲得這樣的轉矩特性，其中在旋轉軸的輸出轉矩較小的同時轉速較高，以及在轉速較低的同時轉矩較大。
專利文獻1中公開的旋轉電機需要附裝到旋轉軸的離心式調速器來獲得上述轉矩特性。但是，因為離心式調速器使用重物來產(chǎn)生離心力，所以調速器需要某些在轉子的徑向上移動該重物的結構。為了確保重物移動的空間，旋轉電機需要在徑向上具有一定的容積。所以產(chǎn)生這樣的問題，即具有離心式調速器的旋轉電機的外部尺寸不可避免地較大。此外，因為除了離心式調速器外還需要上述接納孔、輔助磁軛等，出現(xiàn)另一個問題，即旋轉電機的結構很復雜。
專利文獻2中公開的旋轉電機需要具有在軸向上設置在旋轉軸外側的上述致動器。與致動器的長度相對應地，旋轉電機在軸向的長度可能更長。因此，旋轉電機的尺寸不可避免地較大。因此需要大的空間來安放此旋轉電機。
專利文獻1JP-A-Hei 11-122886專利文獻2JP-A-Hei 03-215154發(fā)明內容本發(fā)明是在上述情形下做出的，并且其一個目的是減小旋轉電機的外部尺寸，以及簡化電機的結構，其中轉子在其軸向上移動以使得轉子接近或離開定子，由此在轉子和定子之間建立的磁場強度可控制。
此外，本發(fā)明的另一個目的是在該旋轉電機中使得轉子可在軸向上移動，而不會引起外部尺寸增大或者使得結構復雜。
根據(jù)本發(fā)明的一種旋轉電機包括基體構件；固定到所述基體構件的定子；由所述基體構件支撐以進行旋轉的旋轉軸；轉子，與所述旋轉軸耦合并且面對所述定子以與所述旋轉軸在兩者間相互傳遞轉矩；和轉子位置改變機構，用于響應于所述旋轉軸和所述轉子之間的傳遞轉矩的大小，來沿著所述旋轉軸的軸向使所述轉子接近所述定子或者使所述轉子離開所述定子。
當上述旋轉電機作為電動機操作時，轉矩從轉子傳遞到旋轉軸以驅動旋轉軸。另一方面，當旋轉電機作為發(fā)電機操作時，轉矩從旋轉軸傳遞到轉子以驅動轉子。因此，在旋轉電機的可操作條件下，轉矩在旋轉軸和轉子之間傳遞。此外，旋轉電機不限于這種或者作為電動機或者作為發(fā)電機操作的電機。其可以是僅作為電動機或發(fā)電機操作的電機。
因為旋轉電機具有轉子位置改變機構，所以轉子響應于旋轉軸和轉子之間的傳遞轉矩的大小而接近或離開定子。在這點上，當轉子接近定子時在轉子和定子之間建立的磁場變強，并且反之，當轉子離開定子時在轉子和定子之間建立的磁場變弱。所以，旋轉電機的磁場強度響應于旋轉軸和轉子之間的傳遞轉矩的大小而被控制。根據(jù)以此方式被控制的磁場，旋轉軸的轉速和轉矩之間的關系即轉矩特性改變。結果，通過適當?shù)乜刂拼艌?，旋轉電機的轉矩特性可以被符合期望地改變。例如，可以實現(xiàn)這樣的轉矩特性，其中當旋轉電機作為電動機操作時，當轉速處于低速范圍中時輸出轉矩很大，并且當轉速處于高速范圍中時輸出轉矩很小。因此，例如旋轉電機可以在寬的可操作范圍中操作。
與專利文獻1的旋轉電機不同，根據(jù)此旋轉電機，不需要外部尺寸很大并且結構復雜的離心式調速器。所以，此旋轉電機的外部尺寸可以被減小。而且，旋轉電機的結構可以被簡化。通過將此旋轉電機應用到電動車，對此電動車可以實現(xiàn)尺寸減小和結構簡化。
此外，與專利文獻2的旋轉電機不同，根據(jù)此旋轉電機，不需要額外地提供在軸向上吸引旋轉軸的電磁體。因此，對此旋轉電機可以實現(xiàn)尺寸減小和結構簡化。此外，因為專利文獻2中公開的旋轉電機的定子和電磁體串聯(lián)連接到彼此，供應到定子的電流量和供應到電磁體的電流量彼此成比例。所以，旋轉電機的轉矩特性的可調節(jié)范圍被限制得很窄。相反，根據(jù)上述旋轉電機，轉矩特性可以與供應到定子的電流量無關地調節(jié)。因此可以改進設計自由度。
優(yōu)選地，所述轉子位置改變機構包括分力產(chǎn)生機構，所述分力產(chǎn)生機構從所述旋轉軸和所述轉子之間傳遞的所述傳遞轉矩來產(chǎn)生在所述旋轉軸的軸向上移動所述轉子的分力。
由此，從傳遞轉矩產(chǎn)生分力，并且轉子通過承受此分力而在旋轉軸的軸向上移動。所以，通過傳遞轉矩的分力來控制磁場。因此，與專利文獻2中使用電磁體來移動轉子的旋轉電機不同，可以減小電損耗。此外，在專利文獻2的旋轉電機中，用于移動轉子的外力作用于旋轉軸。就是說，用于移動的外力通過旋轉軸間接地作用于轉子。相反，根據(jù)上述旋轉電機，分力直接作用于轉子。因此，在移動轉子時，禁止機械或電氣地產(chǎn)生大的損耗。
根據(jù)本發(fā)明的另一種旋轉電機包括基體構件；固定到所述基體構件的定子；由所述基體構件支撐以進行旋轉的旋轉軸；轉子，與所述旋轉軸耦合并且面對所述定子以與所述旋轉軸在兩者間相互傳遞轉矩；和轉子位置改變機構，用于使用所述旋轉軸和所述轉子之間傳遞的傳遞轉矩的一部分作為驅動力，來使所述轉子接近所述定子或者使所述轉子離開所述定子。
同樣在此旋轉電機中，轉子由傳遞轉矩的分力移動以接近或離開定子。因此可以獲得上述作用和效果。
當從所述轉子傳遞到所述旋轉軸的所述傳遞轉矩增大時，所述轉子位置改變機構可以使所述轉子接近所述定子。
由此，當旋轉電機作為電動機操作時，如果從轉子傳遞到旋轉軸的轉矩增大，轉子接近定子，并且轉子和定子之間的磁場變強。因此，在施加到旋轉軸的負載很大的情況下，旋轉軸的輸出轉矩可以很大。所以，例如如果旋轉電機被用作電動車行駛的驅動力源，則電動車在起動操作或加速操作時的輸出轉矩可以很大?？梢詫崿F(xiàn)快速起動或加速。
當從所述轉子傳遞到所述旋轉軸的所述傳遞轉矩減小時，所述轉子位置改變機構使所述轉子離開所述定子。
所以，當旋轉電機作為電動機操作時，如果從轉子傳遞到旋轉軸的轉矩減小，轉子離開定子，并且轉子和定子之間的磁場變弱。因此，在施加到旋轉軸的負載很銷的情況下，旋轉軸可以在高速下旋轉。由此，例如如果這樣的旋轉電機應用到電動車，則車輛在輸出轉矩很小的情況下(即在低轉矩情況下)的行駛速度可以很高。
當從所述旋轉軸傳遞到所述轉子的所述傳遞轉矩增大時，所述轉子位置改變機構使所述轉子離開所述定子。
由此，當旋轉電機作為發(fā)電機操作時，如果從旋轉軸傳遞到轉子的轉矩增大，轉子接近定子，并且轉子和定子之間的磁場變弱。因此，可以禁止旋轉電機進行過度充電。此外，當旋轉電機進行能量回收制動時，可以禁止過度制動。
此外，當轉子已經(jīng)移動到期望位置處時，如果轉子位置改變機構強制轉子離開定子的力與在轉子和定子之間產(chǎn)生的吸引磁力彼此平衡，則無論旋轉軸的轉速如何轉子都可以被放置在期望位置處。就是說，由旋轉電機產(chǎn)生的電壓幾乎可以被固定。因此，通過調節(jié)使轉子離開定子的力，可以自由地設定旋轉電機的發(fā)電特性(或者當進行能量回收制動時的制動特性)。如果發(fā)電電壓對可充電蓄電池充電，則諸如升壓電路或降壓電路之類的發(fā)電電路可以被簡化。此外，旋轉電機的特性可以被調節(jié)以適合于充電。
優(yōu)選地，所述轉子位置改變機構具有彈簧，所述彈簧向所述轉子接近所述定子的方向或者向所述轉子離開所述定子的方向對所述轉子加力。
因此，通過調節(jié)彈簧的特性，可以自由地設置轉子和定子之間的接近狀態(tài)或離開狀態(tài)的程度。所以，通過調節(jié)彈簧的特性，可以調節(jié)旋轉電機的轉矩特性。因為，容易調節(jié)彈簧的特性，旋轉電機的轉矩特性可以被容易地調節(jié)。此外，因為彈簧具有簡單的結構，可以通過這樣的簡單結構來實現(xiàn)轉矩特性的調節(jié)。
優(yōu)選地，所述彈簧包括向所述轉子接近所述定子的方向對所述轉子加力的第一彈簧構件，和向所述轉子離開所述定子的方向對所述轉子加力的第二彈簧構件。
由此，即使旋轉軸的轉矩是輸出轉矩或輸入轉矩中的任一個(換言之，即使旋轉電機作為電動機操作或者作為發(fā)電機操作)，可以通過兩個彈簧構件促進各個期望的磁場控制，并且可以擴展旋轉電機的可應用限制。
優(yōu)選地，所述彈簧具有非線性特性。
通過使用具有這樣的非線性特性的彈簧，可以適當?shù)卣{節(jié)轉子的移動特性。因此，可以任意確定轉子相對于定子的接近位置或者離開位置，并且可以獲得期望的轉矩特性。例如，轉子和定子之間可能產(chǎn)生的非線性吸引磁力可以被調節(jié)使得線性力作用于轉子。
優(yōu)選地，所述彈簧包括多個彈簧構件，每個彈簧構件具有彼此不同的特性，并且各個彈簧構件彼此耦合。
例如，通過使用多個彈簧的一部分作為具有線性特性的簡單結構的那些彈簧并且使用多個彈簧的其余部分作為具有其他特性的那些彈簧，可以獲得那些彈簧整體上的期望特性，例如非線性特性。因此，通過使用具有簡單結構的彈簧，旋轉電機的結構可以更簡單。
優(yōu)選地，所述分力產(chǎn)生機構具有螺旋結構，在所述螺旋結構中所述旋轉軸和所述轉子能夠繞所述旋轉軸的軸線相對于彼此螺旋運動。
由此，使用機械上簡單的這種螺旋結構，從轉子和旋轉軸之間的傳遞轉矩產(chǎn)生分力。轉子承受分力并向其接近定子的方向或者向其離開定子的方向移動。所以，旋轉電機的結構可以更簡單，并且不會隨轉子的移動機械地或電氣地產(chǎn)生損耗。
優(yōu)選地，所述分力產(chǎn)生機構具有嚙合結構，所述旋轉軸和所述轉子通過所述嚙合結構彼此嚙合，并且所述嚙合結構的至少一部分繞所述旋轉軸的軸線螺旋延伸。
由此，從轉子和旋轉軸的嚙合部分中的傳遞轉矩產(chǎn)生分力。因為所述嚙合結構的至少一部分繞所述旋轉軸的軸線螺旋延伸，當轉子承受分力時轉子相對于旋轉軸螺旋運動。結果，轉子向其接近定子的方向或者向其離開定子的方向移動。因此，通過簡單的結構即嚙合結構，可以從傳遞轉矩產(chǎn)生分力，并且可以引導轉子的移動。
優(yōu)選地，所述分力產(chǎn)生機構具有位于所述旋轉軸和所述轉子之間的螺旋齒輪單元。
在這點上，因為螺旋齒輪單元是相對緊湊和簡單的單元，所以旋轉電機可以減小尺寸和可以簡化到此程度。
所述分力產(chǎn)生機構可以具有位于所述旋轉軸和所述轉子之間的凸輪單元。
在這點上，因為凸輪單元是相對緊湊和簡單的單元，所以旋轉電機可以減小尺寸和可以簡化到此程度。
優(yōu)選地，將所述轉子和所述定子從彼此分隔開的間隙的尺寸根據(jù)所述轉子相對于所述定子的接近或離開而變化。
轉子和定子之間的磁場強度極大地取決于轉子和定子之間的間隙的尺寸。因此，根據(jù)上述旋轉電機，即使轉子的移動量很小，磁場強度也可以很大程度地改變。反之，用于獲取期望轉矩特性所需的定子的移動量可以足夠小。這可以有利地減小用于轉子移動的空間。所以，旋轉電機可以被減小尺寸。例如，如果旋轉電機應用與電動車，則電動車可以被減小尺寸。
優(yōu)選地，所述轉子和所述定子在平行于所述旋轉軸的軸向的方向上面對彼此。
此外，上述術語“旋轉軸的軸向”不僅指與所述旋轉軸的軸線一致的方向，而且指平行于所述旋轉軸的軸線的方向。
所以，當轉子在旋轉軸的軸向上移動時，轉子和定子之間的間隙的尺寸改變。所以，如上所述，旋轉電機可以被減小尺寸。
根據(jù)本發(fā)明的另一種旋轉電機包括基體構件；固定到所述基體構件的定子；由所述基體構件支撐以進行旋轉的旋轉軸；轉子，與所述旋轉軸耦合并且面對所述定子以與所述旋轉軸在兩者間相互傳遞轉矩；和移動構件，用于使所述旋轉軸和所述轉子繞所述旋轉軸的軸線相對于彼此旋轉，并且用于通過所述旋轉軸和所述轉子對彼此的相對旋轉來使所述轉子在所述旋轉軸的軸向上相對于所述旋轉軸移動。
在此旋轉電機中，移動構件通過旋轉軸和轉子相對于彼此的簡單旋轉來使轉子在旋轉軸的軸向上相對于旋轉軸移動。因此，例如通過改變轉子和定子之間的間隙尺寸，通過改變轉子和定子各自的面對面積，或者通過其他類似措施，可以自由地改變旋轉電機的特性。就是說，旋轉電機的特性的改變可以通過緊湊并且簡單的結構來實現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的另一種旋轉電機包括基體構件；固定到所述基體構件的定子；由所述基體構件支撐以進行旋轉的旋轉軸；轉子，與所述旋轉軸耦合并且面對所述定子以與所述旋轉軸在兩者間相互傳遞轉矩；和移動構件，用于使用所述旋轉軸和所述轉子之間傳遞的傳遞轉矩的一部分作為驅動力，來使所述轉子相對于所述定子移動。
在此旋轉電機中，移動構件使用所述旋轉軸和所述轉子之間傳遞的傳遞轉矩的一部分作為驅動力來使所述轉子相對于所述旋轉軸移動。所以，因為緊湊并且簡單的結構，可以改變旋轉電機的特性。此外，與使用電磁體來移動轉子的現(xiàn)有技術不同，可以禁止隨轉子移動而引起的電損耗。此外，在現(xiàn)有技術中，用于移動轉子的外力通過旋轉軸間接作用于轉子。相反，根據(jù)上述旋轉電機，產(chǎn)生來移動轉子的力直接作用于轉子。因此，在移動轉子時，禁止機械地或者電氣地產(chǎn)生大的損耗。
優(yōu)選地，所述移動構件具有用于使所述旋轉軸和所述轉子彼此嚙合的嚙合結構，并且所述嚙合結構的至少一部分繞所述旋轉軸的軸線螺旋延伸。
由此，在轉子和旋轉軸的嚙合部分中，可以從傳遞轉矩產(chǎn)生分力。轉子承受此分力以在旋轉軸的軸向上移動。所以，通過相對簡單的結構即嚙合結構，可以從傳遞轉矩產(chǎn)生用于移動轉子的驅動力。
優(yōu)選地，所述移動構件具有在所述旋轉軸和所述轉子中任一個處形成的凸部，和在所述旋轉軸和所述轉子中另一個處形成的凹部。
因此，根據(jù)此移動構件，通過在凸部和凹部彼此嚙合的情況下使旋轉軸和轉子相對于彼此旋轉，可以改變轉子和定子之間的間隙尺寸，或者通過改變旋轉軸和轉子各自的面積，可以自由地改變旋轉電機的特性。因為凸部和凹部兩者都是簡單的結構，所以可以通過簡單的結構實現(xiàn)旋轉電機的特性的改變。此外，因為由彼此嚙合的凸部和凹部形成此移動構件，可以傳遞大轉矩。
優(yōu)選地，至少所述凸部和所述凹部中的任一個繞所述旋轉軸的軸線螺旋延伸。
因此，當旋轉軸和轉子繞軸線相對于彼此旋轉時，轉子相對于旋轉軸螺旋移動。結果，轉子可以相對于旋轉軸平穩(wěn)移動。
本發(fā)明的一種電動車，包括上述旋轉電機作為進行行駛的驅動力源。
這提供了適合的電動車。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，緊湊并且簡單的結構可以使轉子接近或離開定子。因此，可以控制轉子和定子之間的磁場強度。此外，轉子可以在旋轉軸的軸向上移動而不會引起外部尺寸變大或者使得結構復雜。


圖1是根據(jù)第一實施例的旋轉電機的剖視俯視圖。
圖2是曲線圖，對比示出了第一實施例的轉矩特性和傳統(tǒng)的轉矩特性。
圖3是根據(jù)第三實施例的旋轉電機的剖視俯視圖。
圖4是根據(jù)第四實施例的旋轉電機的剖視俯視圖。
圖5是剖視俯視圖，示出了根據(jù)第五實施例的移動構件的第一具體示例。
圖6是剖視俯視圖，示出了根據(jù)第五實施例的移動構件的第二具體示例。
圖7是沿著圖6的線VII一VII所取的剖視圖。
標號說明1電動車3軸線7旋轉電機11殼體(基體構件)12旋轉軸13轉子14定子15轉子位置改變機構26彈簧27分力產(chǎn)生機構34螺旋齒輪單元36凸輪單元41移動構件42突出
43凹入具體實施方式
下面將參照

本發(fā)明的實施例。以下各個實施例是其中根據(jù)本發(fā)明的旋轉電機應用到電動車的那些實施例。但是，旋轉電機的應用不限于電動車。
第一實施例將參照附圖1和2說明第一實施例。
在圖1中，標號1表示電動車。此實施例的電動車1是作為一種跨乘式車輛的摩托車。但是，根據(jù)本發(fā)明的電動車不限于跨乘式車輛。箭頭Fr表示電動車1的前進方向，即向前方向。
電動機1包括未示出的車身和后臂2，后臂2由車身支撐以相對于車身進行上下擺動運動。后臂2在后臂2的后部中的擺動末端處具有軸4，軸4在車身寬度方向(即圖1的從上至下方向)上延伸并且被支撐以繞軸線3旋轉。作為后輪用于行駛的驅動輪5與軸4耦合。電動機1另外還具有旋轉電機7，其作為用于行駛的驅動力源并且至少作為電動機操作。旋轉電機7通過軸4和行星齒輪式減速機構6與驅動輪5耦合。旋轉電機7布置在軸線3上。但是，旋轉電機7可以與軸線3隔開，只要其與驅動輪5耦合。
旋轉電機7具有作為基體構件的殼體11、布置在殼體11內部的旋轉軸12、轉子13和定子14。在此電動車1中，后部2的后端部分形成殼體11。此外，因為殼體11可以被視為相對于旋轉軸12的旋轉靜止，所以殼體11可以被稱為“固定側構件”。旋轉軸12軸頸支撐在殼體11上，以繞其軸線3旋轉并且不在其軸向上移動。轉子13共軸地與旋轉軸12耦合以與旋轉軸12的旋轉一起繞軸線3旋轉。定子14固定到殼體11以面對轉子13。轉子13和定子14在旋轉軸12的軸向(即圖1的從上至下方向)上彼此面對。
轉子位置改變機構15也布置在殼體11的內部。轉子位置改變機構15使用在旋轉軸12和轉子13之間傳遞的部分轉矩(傳遞轉矩)T作為改變轉子13相對于定子14的位置的驅動力，來在旋轉軸12的方向上移動轉子13。此外，在以下說明中，轉子13離開定子14的方向被稱為“離開方向A”，而轉子13接近定子14的另一個方向被稱為“返回方向B”。雖然下面將說明細節(jié)，此轉子位置改變機構15不僅使得轉子13接近定子14或者從定子14離開，而且響應于傳遞轉矩T的大小來改變轉子13相對于定子14的位置。
轉子13的整體構造大致為盤形。特別地，轉子13具有旋轉軸12裝配到其中的磁軛17，并且永磁體18固定到磁軛17。磁軛17包括具有孔(旋轉軸12延伸穿過該孔)的圓筒形凸臺19和由凸臺19支撐的大體盤形的磁軛體20。磁軛體20由磁性材料制成。每個永磁體18由磁軛體20的一個表面(即圖1中的下表面)的外周支撐。
定子14包括利用緊固件固定到殼體的齒23和纏繞在各個齒23上的線圈24。齒23在旋轉軸12的軸向上面對轉子13的永磁體18。
當電流流過定子14的線圈24時，在永磁體18和定子14之間產(chǎn)生吸引磁力F使得兩者彼此吸引。結果，轉子13被提供外力，該外力在使轉子13接近定子14的方向上作用于轉子13。就是說，該外力處于返回方向B。此外，當轉子13在離開方向A或返回方向B上移動時，轉子13的自重實際上在一定程度上影響轉子13的移動。但是，在下面的說明中不考慮轉子13自重的影響。
轉子位置改變機構15包括彈簧26，其在使轉子13離開定子14的方向上對轉子13加力；和分力產(chǎn)生機構27，其從轉子13和旋轉軸12之間的傳遞轉矩產(chǎn)生在轉子13的軸向上移動轉子13的分力。彈簧26的一端附裝到殼體11，而彈簧26的另一端連接到塊體50。塊體50通過軸承51等與轉子13的凸臺19耦合。所以，塊體50軸頸支撐轉子13來繞軸線3旋轉，并且在旋轉軸12的軸向上與轉子13一起移動。彈簧26的作用力通過塊體50影響轉子13。第一止動器28和第二止動器29布置在轉子13的凸臺19在軸向上的各個末端處，第一止動器28防止轉子13從定子14離開超過預設距離，而第二止動器29防止轉子13接近定子超過另一個預設距離。
彈簧26設置為使得彈簧26的作用力大于轉子13和定子14之間的吸引磁力F。所以，當傳遞轉矩T不大于預設值時(包括T＝0)，彈簧26的作用力大于吸引磁力F，并且轉子13被放置在與定子14分隔開的位置處(參見圖1的點劃線，下面被稱為“初始位置”)。彈簧26具有這樣的特性，即利用該特性在轉子13的可移動范圍內負載和位移量彼此不成比例，即具有非線性特性。在此實施例中，彈簧26包括自由長度彼此不同的多個彈簧構件32。但是，彈簧26的類型、形狀、結構、材料、特性等不限于特定示例。例如，彈簧26可以由特性彼此不同的多個彈簧構件形成。
如上所述，分力產(chǎn)生機構27是從轉子13和旋轉軸12之間的傳遞轉矩T產(chǎn)生使轉子13在軸向上移動的分力的機構。此外，分力產(chǎn)生機構27具有所謂的螺旋結構，此螺旋結構使用傳遞轉矩T的分力使得旋轉軸12和轉子13繞軸線3相對于彼此螺旋移動。就是說，分力產(chǎn)生機構27具有機械螺旋結構，其可以使得旋轉軸12和轉子13繞軸線3相對于彼此螺旋移動。
在此實施例中，分力產(chǎn)生機構27由中心為軸線3的螺旋齒輪單元34構成。螺旋齒輪單元34定位在磁軛17的凸臺19和裝配到凸臺19中的旋轉軸12之間。特別地，螺旋齒輪單元34的外面部分形成在旋轉軸12的外表面上，而螺旋齒輪單元34的里面部分形成在凸臺19的內表面上，并且外面部分和里面部分彼此嚙合。通過如上所述旋轉軸12和凸臺19彼此的嚙合，從旋轉軸12和凸臺19之間的傳遞轉矩T產(chǎn)生分力。分力使旋轉軸12和凸臺19相對于彼此螺旋移動。此外，外面部分和第一止動器28彼此一體地形成。
在此實施例中，當電動車1在前進方向上行駛時，旋轉軸12順時針旋轉(參見圖1中傳遞轉矩T的箭頭)。因此，為了從傳遞轉矩T產(chǎn)生預定方向上的分力，具有右手螺旋配置的螺旋齒輪單元被用作螺旋齒輪單元34。就是說，在此實施例中，當傳遞轉矩T從轉子13傳遞向旋轉軸12時，螺旋齒輪單元34產(chǎn)生朝向轉子13接近定子14方向的分力D(以下稱為“正向分力”)。
當螺旋齒輪單元34在其外面部分和里面部分彼此嚙合的同時旋轉時，轉子13在軸向上移動。轉子13的移動方向(即，離開方向A或返回方向B)根據(jù)在離開方向A上作用的彈簧26的作用力C、在返回方向B上在裝置13和定子14之間作用的吸引磁力F和在返回方向B上作用的正向分力D來確定。
當轉子13隨著外面部分和里面部分的滑動而在離開方向A上移動時，轉子13的各個永磁體18沿著旋轉軸12的軸向從定子14的齒23離開。此外，轉子13的每個永磁體18和定子14的各個齒23從彼此分離的間隙(間距)的間隙尺寸E變大。當轉子13向著離開方向A進一步移動時，轉子13的磁軛17的凸臺19靠在第一止動器28上以阻止轉子13的進一步移動(參見圖1中的點劃線)。
另一方面，當轉子13隨著外面部分和里面部分的滑動而在返回方向B上移動時，轉子13的各個永磁體18沿著旋轉軸12的軸向接近定子14的齒23。此外，上述間隙尺寸E變小。當轉子13向著返回方向B進一步移動時，轉子13的磁軛17的凸臺19靠在第二止動器29上以阻止轉子13的進一步移動(參見圖1中的實線)。在此狀態(tài)下，間隙尺寸E取得預定范圍中的最小值。
下面，將說明旋轉電機7的操作。首先，將說明旋轉電機7作為電動機工作的操作。
當旋轉電機7作為電動機工作時，轉子13旋轉，并且因為轉矩從轉子13傳遞到旋轉軸12而使得旋轉軸12也旋轉。此外，旋轉軸12的轉矩(輸出轉矩)通過減速機構6和軸4傳遞到驅動輪5以驅動該驅動輪5。結果，電動車1行駛。
在此狀態(tài)下，如果旋轉軸12和驅動輪5之間的所需轉矩(即旋轉軸2的負載)較小，則從轉子13傳遞到旋轉軸12的傳遞轉矩T較小。由分力產(chǎn)生機構27產(chǎn)生的正向分力D也較小。因此，彈簧26的作用力C大于由正向分力D和吸引磁力F構成的合力，并且轉子13作為其整體承受朝向離開方向A的外力。結果，轉子13移動向離開方向A以離開定子14。所以，間隙尺寸E變大(參見圖1的點劃線)。在轉子13和定子14之間建立的磁場因此變弱。結果，旋轉軸12可以在輸出轉矩(具體而言，每單位電流流過定子14的輸出轉矩)較低的條件下即在低轉矩條件下以高速旋轉。
另一方面，如果給予旋轉軸12的負載變的更大，則從轉子13傳遞到旋轉軸12的傳遞轉矩T變的更大。由分力產(chǎn)生機構27產(chǎn)生的正向分力D也變的更大。因此，由正向分力D和吸引磁力F構成的合力變的大于彈簧26的作用力C，并且轉子13作為其整體承受朝向返回方向B的外力。結果，轉子13向返回方向B移動以接近定子14。所以，間隙尺寸E變的更小(參見圖1中的實線)。磁場因此變的更強并且旋轉軸12的輸出轉矩變的更強。
因此，根據(jù)旋轉電機7，旋轉軸12的輸出轉矩可以響應于旋轉軸12的負載而被調節(jié)。就是說。當旋轉電機7作為電動機操作時，可以獲得這樣的轉矩特性，其中旋轉軸12可以在旋轉軸12的輸出轉矩處于低轉矩狀況的條件下以高速旋轉，并且在旋轉軸12以低速旋轉的條件下旋轉軸12的輸出轉矩可以為高轉矩。
圖2示出了當具有上述結構的旋轉電機7作為電動機操作時獲得的實驗結果。從實驗結果可以理解到，根據(jù)此旋轉電機7，在每個速度下的輸出轉矩都比其磁場不被改變的傳統(tǒng)旋轉電機大。此外，當轉速在1,800-2,800rpm之間時，旋轉電機7的輸出功率最大。
下面，將說明當旋轉電機7作為發(fā)電機操作時其的操作。
例如，當電動車1在下坡路上向前移動時，傳遞轉矩(輸入轉矩)從軸4輸入到旋轉軸12。旋轉電機7作為發(fā)電機進行能量回收制動功能，以制動電動車1。在此情況下，分力產(chǎn)生機構27從傳遞轉矩T(從旋轉軸12傳遞到轉子13)產(chǎn)生分力(相對于正向分力D朝著反向，下面稱為“反向分力”)。此反向分力是與彈簧26的作用力C相似的、在離開方向A上作用于轉子13的外力。當由反向分力和作用力C構成的合力變得大于吸引磁力F時，轉子13作為其整體承受朝著離開方向A的外力，并且轉子13從定子14離開。磁場因此被減弱，并且旋轉軸12的負載變小。所以，避免了由于旋轉電機7的能量回收制動功能而引起的電動車1的任何快速制動，以保持平穩(wěn)行駛。
如上所述，因為旋轉電機7具有使得轉子13接近定子14或從定子14離開的轉子位置改變機構15，通過調節(jié)轉子13和定子14之間的間隙尺寸E可以調節(jié)轉矩特性。因此，根據(jù)此旋轉電機7，就轉速和輸出轉矩之間或者轉速和輸入轉矩之間的關系而言可以獲得期望的特性。
轉子位置改變機構15使用傳遞轉矩T的一部分作為驅動力來移動轉子13。就是說，旋轉電機7基于與旋轉軸12上的輸出轉矩或輸入轉矩直接相關的傳遞轉矩T來控制磁場。所以，旋轉電機7不需要任何離心式調速器，雖然現(xiàn)有技術使用這種外部尺寸很大并且結構復雜的離心式調速器來控制磁場。因此旋轉電機7得外部尺寸可以緊湊，并且其結構可以更簡單。所以，通過將旋轉電機7應用到電動車1等，電動車1等可以減小尺寸或者可以更簡單。
此外，根據(jù)旋轉電機7，因為基于傳遞轉矩T來控制磁場，所以與通過供應電流到額外電磁體來控制磁場的現(xiàn)有技術相比，可以減小電損耗。
此外，在使用額外電磁體的現(xiàn)有技術中，供應到定子的電流量和供應到此電磁體以移動轉子的電流量彼此成比例。所以，旋轉電機特性的可調節(jié)范圍被限制得很窄。但是，根據(jù)旋轉電機7，當其作為電動機工作時，特性可與供應到定子14的電流量無關地調節(jié)。設計自由度可以改進到此程度。
此外，轉子位置改變機構15響應于傳遞轉矩T的大小而改變轉子13和定子14之間的距離。因此，在轉子13和定子14之間建立的磁場響應于傳遞轉矩T的大小而被控制為強或弱。因為此控制，可以獲得以下效果。
就是說，在旋轉電機7中，如上所述，當傳遞轉矩T很小時轉子13可以停留在從定子14分隔開的位置處，并且可以隨傳遞轉矩T的增大接近定子14。因此，當旋轉電機7作為電動機工作時，在從轉子13輸出到旋轉軸12的輸出轉矩很小時轉子13從定子14離開(圖1的點劃線)，并且磁場很弱。所以，在輸出轉矩很低的低轉矩狀況下，旋轉軸12可以在高速下旋轉。例如，通過將旋轉電機7應用到電動車1，車1在輸出轉矩很小的情況下(即在低轉矩情況下)的行駛速度可以增大。
另一方面，當從轉子13傳遞到旋轉軸12的傳遞轉矩T變大時，轉子13接近定子14(圖1的實線)，并且磁場變得更大。因此，旋轉軸12在低速旋轉情況下的輸出轉矩可以是高轉矩。例如，通過將旋轉電機7應用到電動車1，電動機1在起動操作或者在加速操作中的輸出轉矩可以是高轉矩。因此可以快速地進行起動或加速操作。
如上所述，當旋轉電機7作為電動機工作時，可以獲得適當?shù)奶匦裕渲性诘退俨僮髦薪o出高轉矩，而在高速操作中給出低轉矩。所以，旋轉電機7可以在低速高轉矩區(qū)域到高速低轉矩區(qū)域之間的這種寬跨度范圍中工作。
另一方面，當旋轉電機7作為發(fā)電機工作時，旋轉電機7可以進行能量回收制動。在此能量回收制動狀態(tài)中，可以從作為到旋轉軸12的輸入轉矩的傳遞轉矩T產(chǎn)生反向分力，并且轉子13使用此反向分力作為其驅動力而向離開方向A移動。在此情況下，如果反向分力變大，則轉子13從定子14離開并且磁場變弱。因此，可以禁止過度制動或者過度充電。
如上所述，轉子位置改變機構15包括分力產(chǎn)生機構27，其從傳遞轉矩T產(chǎn)生分力來移動轉子13。所以，分力產(chǎn)生機構27響應于傳遞轉矩T的大小直接提供分力到轉子。因此，與移動轉子的外力直接作用于轉子的技術(例如，提供吸引旋轉軸的電磁體的現(xiàn)有技術)不同，禁止在移動轉子13時機械或電氣產(chǎn)生大的損耗。
此外，轉子位置改變機構15具有在轉子13的移動方向上對轉子13加力的彈簧26。因此，通過調節(jié)彈簧26的特性，可以自由地設置轉子13和定子14之間的接近狀態(tài)或離開狀態(tài)的程度。所以，不需要復雜設備來調節(jié)轉子13的接近狀態(tài)或離開狀態(tài)的程度。因為彈簧26是具有簡單結構的構件之一，所以旋轉電機27的結構可以更簡單。
或者，除了圖1中向離開方向A對轉子13加力的彈簧26外，如圖1中的雙點劃線所示，可以設置向返回方向B對轉子13加力的另一個彈簧26′。就是說，可以設置其加力方向彼此相對的兩個彈簧26、26′?？梢郧‘?shù)卦O置彈簧26和彈簧26′的每個作用力。例如，彈簧26的作用力被設置為大于彈簧26′的作用力是適用的。所以，由兩個彈簧26、26′的作用力構成的合力向離開方向A作用于轉子13，并且此合力可以小于吸引磁力F。
如果如上所述地設置兩個彈簧26、26′，則以上說明中的短語“彈簧26的作用力C”可以解釋為“由彈簧26的作用力C和另一個彈簧26′的作用力構成的合力”，并且短語“彈簧26的彈簧常數(shù)”可以解釋為“各個彈簧26、26′的彈簧常數(shù)”。
在此替代實施例中，雖然旋轉軸12的轉矩或者為輸出轉矩或者為輸入轉矩，可以由彈簧26、26′實現(xiàn)各個期望的磁場控制，并且可以擴展旋轉電機7的可應用范圍。
此外，在旋轉電機7中，彈簧26是具有非線性特性的彈簧。因此，通過選擇具有預定非線性特征的彈簧26，可以響應于傳遞轉矩T的大小任意確定轉子13相對于定子14的接近位置或者離開位置。例如，轉子13和定子14之間產(chǎn)生的吸引磁力F相對于轉子13和定子14之間的距離內在地具有非線性特性。但是，彈簧26的作用力C的非線性可以偽形成由合力C和吸引磁力F構成的合力的特性。
此外，在旋轉電機7中，彈簧26具有自由長度彼此不同的多個彈簧構件32。因此，彈簧26可以通過使用具有線性特性的一些彈簧作為多個彈簧構件32的一部分和具有非線性特性的一些其他彈簧作為多個彈簧構件32的其余部分，而在總體上具有任何期望的特性。由此，因為具有線性特性的每個彈簧構件32的結構足夠簡單，旋轉電機7的結構可以被簡化至其使用簡單彈簧構件32的程度。
分力產(chǎn)生機構27具有繞軸線3使旋轉軸12和轉子13相對于彼此螺旋移動的螺旋結構。因此，通過這樣的機械簡單結構(即螺旋結構)，可以從旋轉軸12和轉子13之間的傳遞轉矩T產(chǎn)生分力，并且該分力可以直接給予轉子13。所以，旋轉電機7的機構可以更簡單，并且禁止在移動轉子13時機械或電氣產(chǎn)生大的損耗。
特別地，在此實施例中，分力產(chǎn)生機構27形成有位于旋轉軸12和轉子13之間的螺旋齒輪單元34。螺旋齒輪單元34很緊湊并具有簡單結構。所以，旋轉電機7可以減小尺寸并且其結構可以被簡化。
此實施例中的旋轉電機7是所謂的扁型旋轉電機，其轉子13通常為盤形，并且轉子13和定子14在旋轉軸12的軸向上彼此面對。因此，當轉子13在旋轉軸12的軸向上移動時，將轉子13和定子14彼此分隔開的間隙的間隙尺寸E會改變。
另一方面，如下述第四實施例(參見圖4)中所示，已知另一種旋轉電機。此電機是其中轉子13和定子14在旋轉軸12的徑向上面對的類型。在此類型的旋轉電機中，當轉子13在其軸向上移動時，轉子13和定子14之間的間隙尺寸不變；但是，轉子13和定子14的面對面積改變。與此面對面積可改變式旋轉電機相比，此實施例的旋轉電機7每單位轉子13的移動距離的轉矩特性變化率更大，因為間隙尺寸E如上所述地改變。因此，轉子13的所需移動距離比面對面積可改變式旋轉電機的所需移動距離更短。所以，旋轉電機7可以緊湊。例如，通過將旋轉電機7應用到電動車1，可以更加促進此電動車1的尺寸減小。
此外，可以提供此實施例1的各種替代(對下述其他實施例同樣如此)。例如，彈簧26的特性可以是線性特性。此彈簧26的各個彈簧構件32可以具有彼此相同的形狀、具有彼此相同的尺寸或者具有彼此相同的特性。此外，分力產(chǎn)生機構27可以具有不同于螺旋齒輪單元34的螺旋結構，例如絲杠、其中使用多個滾珠的滾珠絲杠機構等。此外，齒23和線圈24可以被放置在轉子13側上，而永磁體18可以放置在定子14側上。
接著，將說明第二、第三、第四和第五實施例。在結構、作用和效果方面各個實施例具有大量與第一實施例相同的點。因此，相同的標號將指示圖中相同的部件，并且將不再重復說明，并且將主要說明不同點。此外，那些實施例中的各個部分的結構可以在考慮到本發(fā)明的目的和作用/效果的情況下以各種方式被組合。
第二實施例在第二實施例中，第一實施例的彈簧26的設置被改變成彈簧26的作用力C小于吸引磁力F。
在此實施例中，當旋轉電機7作為電動機工作時，無論傳遞轉矩T的大小如何，吸引磁力F向返回方向移動轉子13直到轉子13靠在第二止動器29上。結果，轉子13可以一直放置在接近定子14的位置處(參見圖1中的實線)。
當旋轉電機7作為發(fā)電機工作時，由從旋轉軸12傳遞到轉子13的傳遞轉矩T產(chǎn)生反向分力，并且反向分力向離開方向A作用于轉子13。在此情況下，如果到旋轉軸12的輸入轉矩很小，則反向分力很小。如果由此反向分力和彈簧16的作用力C構成的合力小于吸引磁力F，則轉子13的位置保持在接近定子14的位置(參見圖1中的實線)。因此，間隙尺寸E被保持為較小，并且磁場很強。
另一方面，如果到旋轉軸12的輸入轉矩很大，則反向分力很大，因為從旋轉軸12傳遞到轉子13的傳遞轉矩很大。如果由此反向分力和彈簧16的作用力C構成的合力足夠大于吸引磁力F，則此合力向離開方向A移動轉子13直到轉子13靠在第一止動器28上，并且轉子13一直放置在從定子14分隔開的位置處(參見圖1的點劃線)。因此，間隙尺寸E很大，并且磁場很弱。
在這點上，如果產(chǎn)生反向分力的分力產(chǎn)生機構27被適當?shù)貥嬙?，反向分力、彈?6的作用力C和吸引磁力F可以彼此平衡。例如，通過將螺旋齒輪單元34的螺旋角和彈簧26的彈簧常數(shù)適當?shù)卦O置為各個期望值，反向分力、彈簧26的作用力C和吸引磁力F可以彼此平衡。通過反向分力、彈簧26的作用力C和吸引磁力F的平衡，轉子13可以被放置在第一止動器28和第二止動器29之間的期望位置處。轉子13由此可以在該期望位置處旋轉。所以，可以自由地設置旋轉電機7的特性。就是說，例如，可以做出其中無論旋轉軸12的轉速如何旋轉電機7的發(fā)電電壓都大致固定的設置，或者其他類似的自由設置。
因此，當旋轉電機7作為發(fā)電機工作時，例如如果發(fā)電電壓對可充電蓄電池充電，則諸如升壓電路或降壓電路之類的發(fā)電電路可以被簡化。此外，旋轉電機7的特性可以被設置為適合于將此電壓對可充電蓄電池充電的期望特性。
第三實施例參照圖3，將說明第三實施例。在此實施例中，在第一實施例的變化(其具有彈簧26、26′)中向離開方向A對轉子13加力的彈簧26被去除，以僅留下向返回方向對轉子13加力的彈簧26′。
根據(jù)此實施例，當旋轉電機7作為電動機工作時，轉子13承受彈簧26′的作用力C′和吸引磁力F。無論傳遞轉矩T的大小如何，轉子13向返回方向B移動直到其靠在第二止動器29上。結果，轉子13一直放置在接近定子14的位置處(參見圖3中的實線)。
另一方面，當旋轉電機7作為發(fā)電機工作時，從由旋轉軸12傳遞到轉子13的傳遞轉矩(此傳遞轉矩等于旋轉軸12的輸入轉矩)T產(chǎn)生反向分力，以向離開方向A作用于轉子13。如果旋轉軸12的輸入轉矩T很小，則反向分力小于由彈簧26′的作用力C′和吸引磁力F構成的合力。在此情況下，轉子13向返回方向B移動以被放置在接近定子14的位置處(參見圖3的實線)。結果，間隙尺寸E很小，并且轉子13和定子14之間的磁場很強。
相反，如果旋轉軸12的輸入轉矩T很大，則反向分力大于彈簧26′的作用力C′和吸引磁力F構成的合力，并且轉子13向離開方向A移動直到轉子13靠在第一止動器28上。結果，轉子13被放置在從定子14分隔開的位置處(參見圖3的點劃線)。結果，間隙尺寸E很大，并且轉子13和定子14之間的磁場很弱。
在這點上，產(chǎn)生反向分力的螺旋齒輪單元34的螺旋角、彈簧26′的彈簧常數(shù)和其他參數(shù)可以被設置為期望值，反向分力、彈簧26′的作用力C′和吸引磁力F可以彼此平衡。通過各個力的平衡，轉子13可以被放置在第一止動器28和第二止動器29之間的期望位置處。就是說，旋轉電機7的特性可以自由地設置。例如，可以做出其中無論旋轉軸12的轉速如何旋轉電機7的發(fā)電電壓都大致固定的設置，或者其他類似的自由設置。因此，當旋轉電機7作為發(fā)電機工作時，例如如果發(fā)電電壓對可充電蓄電池充電，則諸如升壓電路或降壓電路之類的發(fā)電電路可以被簡化，并且作為發(fā)電機的旋轉電機7的特性可以是適合于將此電壓對可充電蓄電池充電的期望特性。
第四實施例參照圖4，將說明第四實施例。第四實施例是具有形狀大致為圓筒形的轉子13的旋轉電機7。
在此實施例中，轉子13的永磁體18和定子14的齒23在旋轉軸12的徑向上(圖4中左右方向上)面對彼此。在此實施例中，當轉子13在其軸向上移動時，轉子13接近或離開定子14，并且轉子13和定子14面對彼此的面對面積改變。因為此面對面積上的改變，磁場強度改變。
從上述說明很明顯，在此說明書中句子“轉子13接近或離開定子14”是指轉子13總體上離開轉子14，并且不應當限于如實施例1-3中那樣轉子移動使得它們之間的間隙尺寸變化的解釋。所以，改變轉子和定子之間的面對面積的移動可以被包括在接近或離開的含義中。
當旋轉電機7作為發(fā)電機工作時，傳遞轉矩T從轉子13傳遞到旋轉軸12。如果施加到旋轉軸12的負載很小，從轉子13傳遞到旋轉軸12的傳遞轉矩T與此負載一致地很小。結果，由分力產(chǎn)生機構27產(chǎn)生的分力D很小。如果分力D很小，則彈簧26的作用力C相對于分力D而言很大，并且轉子13離開定子14(參見圖4的點劃線)以使得面對面積很小。所以，轉子13和定子14之間的磁場很弱。
另一方面，如果施加到旋轉軸12的負載很大，則傳遞轉矩T與負載一樣也很大。結果，分力D很大。如果分力很大，則轉子13克服作用力C接近定子14(參見圖4中的實線)，并且面對面積變大更大。所以，磁場變得更強。
如上地構造，同樣在本實施例中，通過緊湊和簡單的結構可以獲得適合的轉矩特性，即當速度低時產(chǎn)生高轉矩并且當速度高時產(chǎn)生低轉矩。
第五實施例參照圖5-7，將說明第五實施例。除了分力產(chǎn)生機構27被修改之外，第五實施例幾乎等同于第一實施例。
第一實施例中的轉子位置改變機構15使用分力產(chǎn)生機構27從旋轉電機7的內部傳遞的轉矩或動力來產(chǎn)生分力，并且通過該分力來移動轉子13。注意到移動轉子13的功能，轉子位置改變機構15可以被稱為“移動構件”。
就是說，旋轉電機7具有移動構件41，其可以在旋轉軸12和轉子13之間傳遞轉矩或動力，可以使旋轉軸12和轉子13繞軸3相對于彼此旋轉，并且可以通過旋轉軸12和轉子13的相對旋轉來使轉子13在軸向上相對于旋轉軸12移動。在第一實施例中，移動構件41形成由螺旋齒輪單元34。但是，移動構件41不限于諸如螺旋齒輪單元34等的螺旋結構。
根據(jù)如此構造的移動機構41，通過其中旋轉軸12和轉子13簡單地相對于彼此螺旋旋轉的這種簡單運動，可以改變轉子13和定子14之間的間隙尺寸E，或者可以改變轉子13和定子14的面對面積(參見第四實施例)?？梢愿淖冃D電機7的特性。就是說，使用移動構件41，旋轉電機7的特性可以通過簡單的結構被改變。
移動構件41形成有其中旋轉軸12和轉子13彼此嚙合的嚙合結構，并且其嚙合部分繞旋轉軸12的軸線3螺旋延伸。當傳遞轉矩T的分力在旋轉軸12和轉子13之間產(chǎn)生時，該分力通過嚙合部分從旋轉軸12和轉子13中的任一個傳遞到另一個。因為嚙合部分螺旋延伸，承受分力的轉子13沿著嚙合部分的縱向移動。就是說，轉子13相對于旋轉軸12螺旋運動。
作為移動構件41的其他具體示例，下面將說明第一具體示例(參見圖4)和第二具體示例(參見圖5和圖6)。
圖5示出了移動構件41的第一具體示例。
在此具體示例中，移動構件41形成有具有螺旋結構的凸輪單元36。此凸輪單元36位于旋轉軸12和轉子13之間，并且使用傳遞轉矩T的一部分作為驅動力來使旋轉軸12和轉子13繞軸線3相對于彼此移動。凸輪單元36包括形成在旋轉軸12和轉子13中的任一個上的螺旋形狀的凸輪孔37，和形成在另一個上的凸輪突起38。凸輪突起38裝配到凸輪孔37中以與凸輪孔37嚙合。在圖5所示的示例中，凸輪突起38從旋轉軸12延伸出，而凸輪孔37制造在轉子13處。
凸輪單元36是緊湊并簡單的結構。因此，根據(jù)此結構，移動構件41可以用緊湊并簡單的結構實現(xiàn)。所以，旋轉電機7可以是緊湊并簡單的結構。
如上所述，所謂的凹部和凸部嚙合結構可以被適合地用作移動構件41的結構。就是說，移動構件41可以包括形成在旋轉軸12和轉子13中的任一個上并從其螺旋延伸的凹部42，和形成在另一個上并與凹部42嚙合的凸部43。在上述實施例中，螺旋齒輪單元34的螺旋齒底端或凸輪單元36的螺旋形狀的凸輪孔37對應于凹部42，而螺旋齒輪單元34的螺旋齒頂端或凸輪單元36的凸輪突起38對應于凸部43。但是，凹部42和凸部43的具體結構不限于這些實施例中的那些結構。例如，穿入旋轉軸12的螺旋形狀的槽可以是凹部42，而具有由轉子13支撐的末端并裝配到該槽中的銷可以是凸部43。
圖6和7示出了移動構件41的第二具體示例。
在第二具體示例中，旋轉軸12的外周表面具有繞軸線3螺旋延伸的凸部43，而轉子13的內周表面具有與凸部43嚙合的凹部42。移動構件41由這些凹部42和凸部43形成。此外，在第二具體示例中，凹部42不螺旋延伸，并且凹部42和凸部43以這樣的方式嚙合，即凹部42的內表面的兩個點將凸部43在其縱向上的一部分夾在這兩個點之間。當旋轉軸12和轉子13繞軸線3相對于彼此旋轉時，凸部43的外表面與凹部42的內表面的該兩個點中的任一個嚙合，使得轉子13在凸部43的縱向上移動。因為凸部43螺旋延伸，所以轉子13相對于旋轉軸12螺旋移動。
根據(jù)上述第一和第二具體示例，因為凹部42和凸部43彼此的嚙合跟隨旋轉軸12和轉子13的相對運動，轉子13和定子14之間的間隙尺寸E可以改變，或者它們的面對面積可以改變。因此，旋轉電機7的特性可以因為凹部42和凸部43彼此的嚙合而改變。在這點上，由凹部42和凸部43形成的嚙合結構是相對簡單的結構。因此，通過此簡單的結構，旋轉電機7的特性可以被改變。
如上所述，通過將彼此嚙合的凹部42和凸部43中的任一個構造成這樣的螺旋形狀，可以同時實現(xiàn)旋轉軸12和轉子13之間的轉矩傳遞以及旋轉軸12和轉子13的相對螺旋旋轉。轉子13因此可以在軸向上相對于旋轉軸12平穩(wěn)移動。
此外，如果移動構件41的凹部42和凸部43兩者都如同螺旋齒輪單元34一樣是螺旋形狀的，與它們中僅一個為螺旋形狀的結構相比可以傳遞更大的轉矩。所以，轉子13可以在軸向上更平穩(wěn)和可靠地移動。
可能的工業(yè)應用如上所述，本發(fā)明對旋轉電機和具有此旋轉電機的電動車是有用的。
權利要求書(按照條約第19條的修改)1.一種旋轉電機，包括基體構件；固定到所述基體構件的定子；由所述基體構件支撐以進行旋轉的旋轉軸；轉子，與所述旋轉軸耦合并且面對所述定子以與所述旋轉軸在兩者間相互傳遞轉矩；和轉子位置改變機構，當所述旋轉電機作為電動機操作時，如果從所述轉子傳遞到所述旋轉軸的傳遞轉矩增大，則所述轉子位置改變機構使所述轉子沿著所述旋轉軸的軸向接近所述定子。
2.一種旋轉電機，包括基體構件；固定到所述基體構件的定子；由所述基體構件支撐以進行旋轉的旋轉軸；轉子，與所述旋轉軸耦合并且面對所述定子以與所述旋轉軸在兩者間相互傳遞轉矩；和轉子位置改變機構，當所述旋轉電機作為電動機操作時，如果從所述轉子傳遞到所述旋轉軸的傳遞轉矩減小，則所述轉子位置改變機構使所述轉子沿著所述旋轉軸的軸向離開所述定子。
3.一種旋轉電機，包括基體構件；固定到所述基體構件的定子；由所述基體構件支撐以進行旋轉的旋轉軸；轉子，與所述旋轉軸耦合并且面對所述定子以與所述旋轉軸在兩者間相互傳遞轉矩；和轉子位置改變機構，當所述旋轉電機作為發(fā)電機操作時，如果從所述旋轉軸傳遞到所述轉子的傳遞轉矩增大，則所述轉子位置改變機構使所述轉子沿著所述旋轉軸的軸向離開所述定子。
4.一種旋轉電機，包括基體構件；固定到所述基體構件的定子；由所述基體構件支撐以進行旋轉的旋轉軸；轉子，與所述旋轉軸耦合并且面對所述定子以與所述旋轉軸在兩者間相互傳遞轉矩；和轉子位置改變機構，當所述旋轉電機作為電動機操作時，如果從所述轉子傳遞到所述旋轉軸的傳遞轉矩增大，則所述轉子位置改變機構使所述轉子沿著所述旋轉軸的軸向接近所述定子；并且當所述旋轉電機作為發(fā)電機操作時，如果從所述旋轉軸傳遞到所述轉子的傳遞轉矩增大，則所述轉子位置改變機構使所述轉子沿著所述旋轉軸的軸向離開所述定子。
5.一種旋轉電機，包括基體構件；固定到所述基體構件的定子；由所述基體構件支撐以進行旋轉的旋轉軸；轉子，與所述旋轉軸耦合并且面對所述定子以與所述旋轉軸在兩者間相互傳遞轉矩；和轉子位置改變機構，當所述旋轉電機作為電動機操作時，如果從所述轉子傳遞到所述旋轉軸的傳遞轉矩減小，則所述轉子位置改變機構使所述轉子沿著所述旋轉軸的軸向離開所述定子；并且當所述旋轉電機作為發(fā)電機操作時，如果從所述旋轉軸傳遞到所述轉子的傳遞轉矩增大，則所述轉子位置改變機構使所述轉子沿著所述旋轉軸的軸向離開所述定子。
6.如權利要求1至5中任一項所述的旋轉電機，其中所述轉子位置改變機構包括分力產(chǎn)生機構，所述分力產(chǎn)生機構按照所述旋轉軸和所述轉子之間傳遞的所述傳遞轉矩來產(chǎn)生在所述旋轉軸的軸向上移動所述轉子的分力。
7.如權利要求6所述的旋轉電機，其中所述分力產(chǎn)生機構具有螺旋結構，在所述螺旋結構中所述旋轉軸和所述轉子能夠繞所述旋轉軸的軸線相對于彼此螺旋運動。
8.如權利要求6所述的旋轉電機，其中所述分力產(chǎn)生機構具有嚙合結構，所述旋轉軸和所述轉子通過所述嚙合結構彼此嚙合，并且所述嚙合結構的至少一部分繞所述旋轉軸的軸線螺旋延伸。
9.如權利要求6所述的旋轉電機，其中所述分力產(chǎn)生機構具有位于所述旋轉軸和所述轉子之間的螺旋齒輪單元。
10.如權利要求6所述的旋轉電機，其中所述分力產(chǎn)生機構具有位于所述旋轉軸和所述轉子之間的凸輪單元。
11.如權利要求1至5中任一項所述的旋轉電機，其中所述轉子位置改變機構具有彈簧，所述彈簧向所述轉子接近所述定子的方向或者向所述轉子離開所述定子的方向對所述轉子加力。
12.如權利要求11所述的旋轉電機，其中所述彈簧包括向所述轉子接近所述定子的方向對所述轉子加力的第一彈簧構件，和向所述轉子離開所述定子的方向對所述轉子加力的第二彈簧構件。
13.如權利要求11所述的旋轉電機，其中所述彈簧具有非線性特性。
14.如權利要求11所述的旋轉電機，其中所述彈簧包括多個彈簧構件，每個彈簧構件都具有彼此不同的特性，并且各個彈簧構件彼此耦合。
15.如權利要求1至5中任一項所述的旋轉電機，其中將所述轉子和所述定子從彼此分隔開的間隙的尺寸根據(jù)所述轉子相對于所述定子的接近或離開而變化。
16.如權利要求1至5中任一項所述的旋轉電機，其中所述轉子和所述定子在平行于所述旋轉軸的軸向的方向上彼此面對。
17.一種電動車，包括如權利要求1至5中任一項所述的旋轉電機作為進行行駛的驅動力源。
權利要求
1.一種旋轉電機，包括基體構件；固定到所述基體構件的定子；由所述基體構件支撐以進行旋轉的旋轉軸；轉子，與所述旋轉軸耦合并且面對所述定子以與所述旋轉軸在兩者間相互傳遞轉矩；和轉子位置改變機構，用于響應于所述旋轉軸和所述轉子之間的傳遞轉矩的大小，來沿著所述旋轉軸的軸向使所述轉子接近所述定子或者使所述轉子離開所述定子。
2.如權利要求1所述的旋轉電機，其中所述轉子位置改變機構包括分力產(chǎn)生機構，所述分力產(chǎn)生機構從所述旋轉軸和所述轉子之間傳遞的所述傳遞轉矩來產(chǎn)生在所述旋轉軸的軸向上移動所述轉子的分力。
3.一種旋轉電機，包括基體構件；固定到所述基體構件的定子；由所述基體構件支撐以進行旋轉的旋轉軸；轉子，與所述旋轉軸耦合并且面對所述定子以與所述旋轉軸在兩者間相互傳遞轉矩；和轉子位置改變機構，用于使用所述旋轉軸和所述轉子之間傳遞的傳遞轉矩的一部分作為驅動力，來使所述轉子接近所述定子或者使所述轉子離開所述定子。
4.如權利要求1至3中任一項所述的旋轉電機，其中當從所述轉子傳遞到所述旋轉軸的所述傳遞轉矩增大時，所述轉子位置改變機構使所述轉子接近所述定子。
5.如權利要求1至3中任一項所述的旋轉電機，其中當從所述轉子傳遞到所述旋轉軸的所述傳遞轉矩減小時，所述轉子位置改變機構使所述轉子離開所述定子。
6.如權利要求1至3中任一項所述的旋轉電機，其中當從所述旋轉軸傳遞到所述轉子的所述傳遞轉矩增大時，所述轉子位置改變機構使所述轉子離開所述定子。
7.如權利要求1至3中任一項所述的旋轉電機，其中所述轉子位置改變機構具有彈簧，所述彈簧向所述轉子接近所述定子的方向或者向所述轉子離開所述定子的方向對所述轉子加力。
8.如權利要求7所述的旋轉電機，其中所述彈簧包括向所述轉子接近所述定子的方向對所述轉子加力的第一彈簧構件，和向所述轉子離開所述定子的方向對所述轉子加力的第二彈簧構件。
9.如權利要求7所述的旋轉電機，其中所述彈簧具有非線性特性。
10.如權利要求7所述的旋轉電機，其中所述彈簧包括多個彈簧構件，每個彈簧構件都具有彼此不同的特性，并且各個彈簧構件彼此耦合。
11.如權利要求1至3中任一項所述的旋轉電機，其中所述分力產(chǎn)生機構具有螺旋結構，在所述螺旋結構中所述旋轉軸和所述轉子能夠繞所述旋轉軸的軸線相對于彼此螺旋運動。
12.如權利要求1至3中任一項所述的旋轉電機，其中所述分力產(chǎn)生機構具有嚙合結構，所述旋轉軸和所述轉子通過所述嚙合結構彼此嚙合，并且所述嚙合結構的至少一部分繞所述旋轉軸的軸線螺旋延伸。
13.如權利要求1至3中任一項所述的旋轉電機，其中所述分力產(chǎn)生機構具有位于所述旋轉軸和所述轉子之間的螺旋齒輪單元。
14.如權利要求1至3中任一項所述的旋轉電機，其中所述分力產(chǎn)生機構具有位于所述旋轉軸和所述轉子之間的凸輪單元。
15.如權利要求1至3中任一項所述的旋轉電機，其中將所述轉子和所述定子從彼此分隔開的間隙的尺寸根據(jù)所述轉子相對于所述定子的接近或離開而變化。
16.如權利要求1至3中任一項所述的旋轉電機，其中所述轉子和所述定子在平行于所述旋轉軸的軸向的方向上彼此面對。
17.一種旋轉電機，包括基體構件；固定到所述基體構件的定子；由所述基體構件支撐以進行旋轉的旋轉軸；轉子，與所述旋轉軸耦合并且面對所述定子以與所述旋轉軸在兩者間相互傳遞轉矩；和移動構件，用于使所述旋轉軸和所述轉子繞所述旋轉軸的軸線相對于彼此旋轉，并且用于通過所述旋轉軸和所述轉子彼此之間的相對旋轉來使所述轉子在所述旋轉軸的軸向上相對于所述旋轉軸移動。
18.一種旋轉電機，包括基體構件；固定到所述基體構件的定子；由所述基體構件支撐以進行旋轉的旋轉軸；轉子，與所述旋轉軸耦合并且面對所述定子以與所述旋轉軸在兩者間相互傳遞轉矩；和移動構件，用于使用所述旋轉軸和所述轉子之間傳遞的傳遞轉矩的一部分作為驅動力，來使所述轉子相對于所述旋轉軸移動。
19.如權利要求17或18所述的旋轉電機，其中所述移動構件具有用于使所述旋轉軸和所述轉子彼此嚙合的嚙合結構，并且所述嚙合結構的至少一部分繞所述旋轉軸的軸線螺旋延伸。
20.如權利要求17或18所述的旋轉電機，其中所述移動構件具有在所述旋轉軸和所述轉子中任一個處形成的凸部，和在所述旋轉軸和所述轉子中另一個處形成的凹部。
21.如權利要求20所述的旋轉電機，其中至少所述凸部和所述凹部中的任一個繞所述旋轉軸的軸線螺旋延伸。
22.一種電動車，包括如權利要求1-3、17和18中任一項所述的旋轉電機作為進行行駛的驅動力源。
全文摘要
一種旋轉電機(7)包括由殼體(11)支撐的旋轉軸(12)；與旋轉軸(12)耦合的轉子(13)；固定到殼體(11)以面對轉子(13)的定子(14)；和轉子位置改變機構(15)，用于使用旋轉軸(12)和轉子(13)之間傳遞的傳遞轉矩(T)的一部分作為驅動力，來在旋轉軸(12)的軸向上移動轉子(13)。轉子位置改變機構(15)通過使轉子(13)接近或離開定子(14)來控制轉子(13)和定子(14)之間的磁場強度。
文檔編號H02K21/00GK1816959SQ200480018868
公開日2006年8月9日 申請日期2004年6月2日 優(yōu)先權日2003年7月18日
發(fā)明者內藤真也, 日野陽至, 室田圭子, 石原弘之 申請人:雅馬哈發(fā)動機株式會社