ВРАЩАЮЩАЯСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА, ОСНАЩЕННАЯ МЕХАНИЗМОМ РЕГУЛИРОВАНИЯ МАГНИТНОГО ПОТОКА Российский патент 2019 года по МПК H02K21/14 

Область техники

Данное изобретение относится к вращающейся электрической машине, оснащенной механизмом регулирования магнитного потока.

Уровень техники

В качестве вращающейся электрической машины, используемой для транспортного средства с электроприводом, используется тип вращающейся электрической машины с внутренними постоянными магнитами (IPM), сконфигурированная так, что множество постоянных магнитов встраиваются в круговом направлении сердечника ротора, так, чтобы формировать магнитные полюсы, чтобы добиваться уменьшения в размере и весе и улучшать КПД. В типе вращающейся электрической машины с внутренними постоянными магнитами магнитный поток, формируемый от постоянных магнитов ротора, является, в целом, равномерным. Соответственно, когда скорость вращения ротора увеличивается, индуцированное напряжение, формируемое в обмотке статора, увеличивается, и когда индуцированное напряжение превышает напряжение возбуждения, вращающаяся электрическая машина может становиться неуправляемой. В качестве способа для устранения этой ситуации используется управление с ослабленным полем типа контура, или используется механизм регулирования магнитного потока, выполненный с возможностью изменять магнитный поток, направленный от постоянных магнитов ротора к статору и взаимосвязанный с обмоткой статора согласно скорости вращения ротора.

Японская нерассмотренная публикация патентной заявки № 11-275789 (JP 11-275789 A) описывает ротор, имеющий постоянные магниты, встроенные в четыре отверстия для вставки магнитов, предусмотренные так, чтобы окружать вал вращения, ротор конфигурируется так, что железная часть магнитной перемычки, подвижная в радиальном направлении посредством центробежной силы, предусматривается в щелевом участке, проходящем от конца отверстия для вставки магнита до окружающего пространства внешней периферийной торцевой поверхности ротора.

При этом, отверстие для вставки магнита соединяется с щелевым участком через полый участок в качестве немагнитного материала, и железная часть магнитной перемычки смещается посредством пружины к немагнитной части на внутренней периферийной стороне щелевого участка. Часть, окруженная отверстием для вставки магнита, щелевым участком и внешней периферийной торцевой поверхностью ротора, называется участком полюсного наконечника. Когда ротор вращается с низкой скоростью вращения, железная часть магнитной перемычки остается в немагнитной части на внутренней периферийной стороне внутри щелевого участка. Поток рассеяния через железную часть магнитной перемычки не формируется между соседними участками полюсных наконечников. Когда ротор вращается с высокой скоростью вращения, железная часть магнитной перемычки перемещается посредством центробежной силы по направлению к внешней периферийной стороне от немагнитной части против смещающего усилия пружины, так что поток рассеяния формируется между соседними участками полюсных наконечников, и эффективный магнитный поток, испускаемый из ротора, уменьшается. Таким образом, магнитный поток изменяется.

Японская нерассмотренная публикация патентной заявки № 2001-275326 (JP 2001-275326 A) отмечает, что, в конфигурации в JP 11-275789 A, позиционное управление железной частью магнитной перемычки зависит от динамического баланса между центробежной силой ротора и упругой силой пружины, так что магнитные полюсы имеют различные действия регулирования магнитного потока, и, следовательно, устойчивое действие регулирования магнитного потока не может ожидаться. Дополнительно, JP 2001-275326 A отмечает, что предоставляется механизм, выполненный с возможностью управлять железной частью магнитной перемычки, в сердечнике ротора, в качестве механизма регулирования магнитного потока, так что сердечник ротора имеет усложненную структуру, тем самым, вызывая проблему долговечности изделия. Принимая это во внимание, раскрывается следующий механизм регулирования магнитного потока. Т.е., механизм регулирования магнитного потока конфигурируется так, что элемент шунтирования магнитного потока, выполненный с возможностью приближать или отдалять себя от постоянного магнита ротора, предусматривается не на стороне ротора, а на стороне статора, и элемент шунтирования магнитного потока приводится в действие посредством актуатора, который задействуется посредством мотора, гидравлического давления, воздушного давления или т.п.

Сущность изобретения

Конфигурация для изменения расстояния между ротором и элементом шунтирования магнитного потока посредством актуатора, в качестве механизма регулирования магнитного потока для вращающейся электрической машины, требует мотор, гидравлическое приспособление, пневматическое устройство и т.п., а также требует устройство управления для них. Соответственно, затраты являются высокими, и вся вращающаяся электрическая машина увеличивается в размере. Если расстояние между ротором и элементом шунтирования магнитного потока регулируется посредством центробежной силы, специальный актуатор не требуется. Однако, когда механизм регулирования магнитного потока, использующий центробежную силу, предусматривается в сердечнике ротора, его конструкция является сложной вместе с изменением магнитной цепи для ротора, и сердечник ротора увеличивается в размере.

С учетом обстоятельств, требуется вращающаяся электрическая машина, оснащенная механизмом регулирования магнитного потока и сконфигурированная, чтобы изменять магнитный поток, направленный от постоянного магнита к обмотке статора, без использования специального актуатора и без возникновения какого-либо влияния, такого как изменение магнитной цепи сердечника ротора.

Вследствие этого, один аспект настоящего изобретения предоставляет вращающуюся электрическую машину, оснащенную механизмом регулирования магнитного потока, и вращающаяся электрическая машина включает в себя статор и ротор. Статор конфигурируется так, что обмотка статора наматывается вокруг него. Ротор включает в себя сердечник ротора, в который постоянный магнит встраивается и размещается на внутренней периферийной стороне от статора через заданный зазор. Механизм регулирования магнитного потока конфигурируется, чтобы изменять магнитный поток, направленный к обмотке статора от постоянного магнита сердечника ротора, согласно скорости вращения ротора. Механизм регулирования магнитного потока включает в себя основную часть корпуса, подвижный механизм, элемент шунтирования магнитного потока, кулачковый элемент и смещающие пружины. Основная часть корпуса прикрепляется к осевой торцевой поверхности сердечника ротора в позиции, обращенной к постоянному магниту. Подвижный механизм предусматривается в основной части корпуса, и подвижный механизм конфигурируется, чтобы быть ограниченным от перемещения в осевом направлении и перемещаться в радиальном направлении при получении центробежной силы, соответствующей скорости вращения ротора. Элемент шунтирования магнитного потока предусматривается в основной части корпуса, и элемент шунтирования магнитного потока конфигурируется, чтобы ограничиваться от перемещения в радиальном направлении и перемещаться в осевом направлении. Кулачковый элемент прикрепляется к элементу шунтирования магнитного потока, и кулачковый элемент включает в себя кулачковую поверхность под заданным углом наклона в направлении, отдаляющемся от осевой торцевой поверхности сердечника ротора, когда кулачковая поверхность идет по направлению к внешней периферийной стороне в радиальном направлении. Кулачковая поверхность обращена к подвижному механизму и соприкасается с подвижным механизмом. Кулачковая поверхность конфигурируется, чтобы преобразовывать радиальное перемещение подвижного механизма в осевое перемещение элемента шунтирования магнитного потока. Смещающие пружины конфигурируются, чтобы придавать смещающее усилие элементу шунтирования магнитного потока в направлении, отдаляющемся от осевой торцевой поверхности сердечника ротора, и смещающие пружины конфигурируются, чтобы определять позицию элемента шунтирования магнитного потока в осевом направлении в состоянии, когда смещающее усилие уравновешивается центробежной силой, прикладываемой к подвижному механизму через кулачковый элемент.

В конфигурации вращающейся электрической машины механизм регулирования магнитного потока включает в себя подвижный механизм, перемещаемый посредством центробежной силы, элемент шунтирования магнитного потока, кулачковый элемент и смещающие пружины внутри основной части корпуса, прикрепленной к осевой торцевой поверхности сердечника ротора. Кулачковый элемент включает в себя кулачковую поверхность, наклоненную под заданным углом наклона, так, чтобы быть обращенной к подвижному механизму и выполнять соприкосновение с подвижным механизмом. Кулачковый элемент конфигурируется, чтобы преобразовывать радиальное перемещение подвижного механизма, принимаемое кулачковой поверхностью, в осевое перемещение элемента шунтирования магнитного потока. Смещающие пружины придают смещающее усилие элементу шунтирования магнитного потока в направлении, отдаляющемся от осевой торцевой поверхности сердечника ротора, так, чтобы определять позицию элемента шунтирования магнитного потока в осевом направлении в состоянии, когда смещающее усилие уравновешивается центробежной силой, прикладываемой к подвижному механизму через кулачковый элемент. По существу, механизм регулирования магнитного потока размещается так, чтобы быть прикрепленным к осевой торцевой поверхности на внешней стороне сердечника ротора, и перемещает элемент шунтирования магнитного потока с помощью центробежной силы, прикладываемой к подвижному механизму. Соответственно, вращающаяся электрическая машина конфигурируется так, что может изменять магнитный поток, направленный от постоянного магнита к обмотке статора, без использования специального актуатора и без возникновения какого-либо влияния, такого как изменение магнитной цепи сердечника ротора.

В вращающейся электрической машине зазор между осевой торцевой поверхностью сердечника ротора и элементом шунтирования магнитного потока может быть больше магнитного зазора, который является зазором между внутренней периферийной поверхностью статора, вокруг которой намотана обмотка статора, и внешней периферийной поверхностью сердечника ротора. В конфигурации вращающейся электрической машины большая часть магнитного потока, формируемого постоянным магнитом, может быть направлена на обмотку статора в качестве магнитного потока взаимосвязи в обмотке статора.

Дополнительно, в вращающейся электрической машине, механизм регулирования магнитного потока может быть объединен в торцевую пластину, помещенную на осевой торцевой поверхности сердечника ротора. В конфигурации вращающейся электрической машины механизм регулирования магнитного потока объединяется в торцевую пластину, так что механизм регулирования магнитного потока может также иметь функцию торцевой пластины.

Дополнительно, в вращающейся электрической машине, механизм регулирования магнитного потока может быть объединен в одну из двух торцевых пластин, помещенных на противоположных осевых торцевых поверхностях сердечника ротора. В конфигурации вращающейся электрической машины механизм регулирования магнитного потока объединяется в какую-нибудь одну из двух торцевых пластин ротора, так что уменьшение в величине всего ротора, включающего в себя торцевую пластину, может быть достигнуто в сравнении со случаем, когда механизмы регулирования магнитного потока объединяются в две торцевые пластины.

Дополнительно, в вращающейся электрической машине, механизм регулирования магнитного потока может включать в себя тонкую пластину, прикрепленную к осевой торцевой поверхности сердечника ротора внутри основной части корпуса. Дополнительно, тонкая пластина может быть немагнитным материалом. Кроме того, толщина пластины для тонкой пластины может быть короче магнитного зазора, который является зазором между внутренней периферийной поверхностью статора и внешней периферийной поверхностью сердечника ротора. С конфигурацией вращающейся электрической машины, когда толщина пластины для тонкой пластины задается короче магнитного зазора, который является зазором между внутренней периферийной поверхностью статора и внешней периферийной поверхностью сердечника ротора, и когда зазор между торцевой поверхностью сердечника ротора и элементом шунтирования магнитного потока задается больше магнитного зазора соответствующим образом, большая часть магнитного потока, формируемого постоянным магнитом, может быть направлена на обмотку статора в качестве магнитного потока взаимосвязи в обмотке статора.

Дополнительно, в вращающейся электрической машине, подвижный механизм может включать в себя наклонную поверхность, имеющую тот же угол наклона, что и заданный угол наклона кулачкового элемента. С конфигурацией вращающейся электрической машины, радиальное перемещение подвижного механизма может быть преобразовано в осевое перемещение элемента шунтирования магнитного потока с помощью простой конфигурации, использующей наклонные поверхности.

Кроме того, в вращающейся электрической машине, подвижный механизм может быть катающимся шаром, и сферическая поверхность катящегося шара конфигурируется, чтобы выполнять соприкосновение с кулачковой поверхностью. В конфигурации вращающейся электрической машины преобразование между радиальным перемещением подвижного механизма и осевым перемещением элемента шунтирования магнитного потока выполняется посредством катящегося контакта, так что контактное сопротивление становится меньше сопротивления в случае, когда направление перемещения преобразуется посредством скользящего контакта между наклонными поверхностями. Таким образом, подвижный механизм может перемещаться плавно.

Как описано выше, с помощью вращающейся электрической машины, оснащенной механизмом регулирования магнитного потока, возможно изменять магнитный поток, направленный от постоянного магнита к обмотке статора, без использования специального актуатора и без возникновения какого-либо влияния, такого как изменение магнитной цепи сердечника ротора, и т.п.

Краткое описание чертежей

[0017] Признаки, преимущества и техническое и промышленное значение примерных вариантов осуществления изобретения будут описаны ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых аналогичные номера обозначают аналогичные элементы, и на которых:

Фиг. 1 является видом в разрезе вращающейся электрической машины, оснащенной механизмом регулирования магнитного потока согласно варианту осуществления изобретения;

Фиг. 2 является видом в разрезе механизма регулирования магнитного потока на фиг. 1;

Фиг. 3 является видом, иллюстрирующим преобразование направления перемещения между подвижным механизмом и кулачковым элементом и соотношение сил между кулачковой поверхностью кулачкового элемента и наклонной поверхностью подвижного механизма на фиг. 2;

Фиг. 4 является видом, иллюстрирующим преобразование направления перемещения между подвижным механизмом и кулачковым элементом и соотношение сил между наклонной поверхностью подвижного механизма и кулачковой поверхностью кулачкового элемента в случае, когда ротор вращается с высокой скоростью вращения;

Фиг. 5 является видом в разрезе, иллюстрирующим случай, когда ротор вращается с высокой скоростью вращения на фиг. 2;

Фиг. 6 является видом в разрезе вращающейся электрической машины, оснащенной механизмом регулирования магнитного потока в качестве первой модификации варианта осуществления, вращающаяся электрическая машина включает в себя торцевую пластину, в которую объединен механизм регулирования магнитного потока;

Фиг. 7 является видом в разрезе механизма регулирования магнитного потока на фиг. 6;

Фиг. 8 является видом в разрезе, иллюстрирующим случай, когда ротор вращается с высокой скоростью вращения на фиг. 6;

Фиг. 9 является видом, иллюстрирующим механизм регулирования магнитного потока вращающейся электрической машины, оснащенной механизмом регулирования магнитного потока в качестве второй модификации варианта осуществления; и

Фиг. 10 является видом в разрезе, иллюстрирующим случай, когда ротор вращается с высокой скоростью вращения на фиг. 9.

Подробное описание вариантов осуществления изобретения

Ниже описывается вариант осуществления подробно со ссылкой на чертежи. Последующее описание ссылается на многослойное тело из магнитных тонких пластин в качестве сердечника ротора. Однако, это является примером для описаний, и сердечник ротора может быть объединенным сердечником ротора, предусматривающим, что сердечник ротора является магнитным телом, в которое может быть встроен постоянный магнит. Форма, материал и т.п., которые должны быть описаны ниже, являются примерами для описаний и могут быть изменены соответствующим образом согласно спецификации и т.п. вращающейся электрической машины, оснащенной механизмом регулирования магнитного потока. Дополнительно, в последующем описании, аналогичные элементы на всех чертежах имеют одинаковый ссылочный знак, и их излишние описания пропускаются.

Фиг. 1 является видом в разрезе вращающейся электрической машины 10, оснащенной механизмом регулирования магнитного потока и предусмотренной в транспортном средстве, согласно варианту осуществления изобретения. В последующем описании, вращающаяся электрическая машина 10, оснащенная механизмом регулирования магнитного потока, будет называться вращающейся электрической машиной 10, пока не указывается иное. Вращающаяся электрическая машина 10 является мотор-генератором, который функционирует как мотор, когда транспортное средство выполняет движение с использованием мощности, а также функционирует как генератор во время торможения транспортного средства. Вращающаяся электрическая машина 10 является трехфазной синхронной вращающейся электрической машиной. Вращающаяся электрическая машина 10 включает в себя статор 12, ротор 20 и механизм 30 регулирования магнитного потока.

Статор 12 является статором вращающейся электрической машины 10 и включает в себя сердечник 14 статора и обмотку 16 статора, намотанную вокруг сердечника 14 статора. Сердечник 14 статора является магнитным компонентом, имеющим центральное отверстие, где размещается ротор 20. Хотя не иллюстрировано в данном документе, сердечник 14 статора включает в себя кольцеобразное заднее ярмо, множество зубцов, выступающих по направлению к внутренней периферийной стороне из заднего ярма, и множество щелей в качестве промежутков между соседними зубцами.

Обмотка 16 статора состоит из распределенных проводов обмотки трех фаз, и провод обмотки каждой фазы конфигурируется так, что токопроводящий провод с изолирующим покрытием проходит через заданные щели в сердечнике 14 статора так, чтобы наматываться вокруг множества заданных зубцов. Провод обмотки каждой фазы наматывается вокруг сердечника 14 статора, и его части, выступающие из противоположных торцевых поверхностей сердечника 14 статора в его осевом направлении, называются торцами 18, 19 обмотки. Силовая линия от обмотки 16 статора проходит от торца 18 обмотки из торцов 18, 19 обмотки.

В качестве материала провода для токопроводящего провода с изолирующим покрытием используются медный провод, провод из медно-оловянного сплава, провод из посеребренного медно-оловянного сплава и т.п. В качестве изолирующего покрытия используется эмалированная покрывающая пленка из полиамидимида. Распределенные провода обмотки трех фаз являются примером для описаний обмотки 16 статора, и в зависимости от спецификации вращающейся электрической машины 10 обмотка 16 статора может состоять из сконцентрированных обмоточных проводов.

Ротор 20 является ротором вращающейся электрической машины 10 и включает в себя кольцеобразный сердечник 22 ротора и вал 24 ротора, прикрепленный к центральному отверстию сердечника 22 ротора. Вал 24 ротора является выходным валом вращающейся электрической машины 10.

Сердечник 22 ротора является многослойным телом, в котором заданное число магнитных тонких пластин 23 наслаиваются в осевом направлении. Причина того, почему сердечник 22 ротора состоит из многослойного тела из магнитных тонких пластин 23, заключается в ограничении вихревого тока, который должен возникать в сердечнике 22 ротора. Изолирующая обработка, такая как изолирующее покрытие, выполняется на обеих поверхностях магнитных тонких пластин 23, прежде чем они отливаются в заданную форму. Таким образом, наслоенные магнитные тонкие пластины 23 электрически изолируются друг от друга, так что вихревой ток, который должен вызываться вследствие внешнего переменного магнитного тока, делится на небольшие витки, и потери на вихревые токи ограничиваются.

Сердечник 22 ротора снабжается множеством отверстий для вставки магнитов (не показаны), и постоянный магнит помещается в каждое из отверстий для вставки магнитов. Постоянный магнит составляет магнитный полюс ротора 20 и формирует магнитный поток по направлению к обмотке 16 статора. Число магнитных полюсов и число постоянных магнитов для каждого полюса определяются спецификацией вращающейся электрической машины 10. На фиг. 1 иллюстрируются два постоянных магнита 26, 27, которые видны в виде в разрезе среди множества постоянных магнитов. Постоянные магниты 26, 27 являются магнитами в форме прямоугольных параллелепипедов, имеющими прямоугольную форму поперечного сечения, перпендикулярного осевому направлению, и имеющими осевую длину немного короче осевой длины сердечника 22 ротора.

Постоянные магниты 26, 27 намагничиваются между внешней периферийной стороной и внутренней периферийной стороной, так что направление намагничивания является направлением вдоль короткой стороны прямоугольной формы сечения. Например, постоянные магниты 26, 27 намагничиваются так, что, когда полярностью на внешней периферийной стороне является N, полярностью на внутренней периферийной стороне является S (см. фиг. 2, 3). Отметим, что магнитные полюсы, соседние в круговом направлении, имеют направления намагничивания, обратные друг другу. Т.е., постоянные магниты, составляющие магнитные полюсы, размещаются так, что их полярности на внешней периферийной стороне, обращенной к стороне статора 12, изменяются поочередно, как, например, N, S, N, S, N, S, N, S в круговом направлении. В качестве материала постоянных магнитов 26, 27 используется редкоземельный магнит, такой как неодимовый магнит, главным образом, состоящий из неодима, железа и бора, и самариево-кобальтовый магнит, главным образом, состоящий из самария и кобальта. Альтернативно, могут быть использованы ферритовый магнит, алнико магнит и т.п.

Осевое направление, круговое направление и радиальное направление иллюстрируются на фиг. 1. Осевое направление является направлением, параллельным осевому направлению вала 24 ротора. В случае, когда противоположные направления в осевом направлении отличаются друг от друга, направление торца 18 обмотки, где проходит силовая линия, называется первой стороной, а направление торца 19 обмотки, где силовая линия не проходит, называется второй стороной. В случае, когда противоположные осевые торцевые поверхности сердечника 22 ротора отличаются друг от друга, осевая торцевая поверхность на первой стороне называется торцевой поверхностью 28, а осевая торцевая поверхность на второй стороне называется торцевой поверхностью 29, как иллюстрировано на фиг. 1. Круговое направление является направлением вокруг осевого направления. Радиальное направление является направлением, перпендикулярным осевому направлению и проходящим через вал 24 ротора. В случае, когда противоположные направления в радиальном направлении различаются друг от друга, направление, направленное к валу 24 ротора, называется внутренней периферийной стороной, а его противоположная сторона называется внешней периферийной стороной.

Механизм 30 регулирования магнитного потока является механизмом, сконфигурированным, чтобы изменять магнитный поток, направленный к обмотке 16 статора для статора 12 от постоянного магнита 26, 27 сердечника 22 ротора, согласно скорости вращения ротора 20. Когда ротор 20 вращается с низкой скоростью вращения, механизм 30 регулирования магнитного потока вынуждает большую часть магнитного потока, формируемого в постоянном магните 26, 27, направляться к обмотке 16 статора. Когда ротор 20 вращается с высокой скоростью вращения, механизм 30 регулирования магнитного потока замыкает накоротко магнитный поток, формируемый в постоянном магните 26, 27, с тем, чтобы уменьшать магнитный поток, направленный к обмотке 16 статора. Это предотвращает избыточное противоэлектродвижущее напряжение, вызванное магнитным потоком, взаимосвязанным с обмоткой 16 статора, когда ротор 20 вращается с высокой скоростью вращения.

Фиг. 1 иллюстрирует четыре механизма 30 регулирования магнитного потока, в совокупности предусмотренных на торцевых поверхностях 28, 29 сердечника 22 ротора в осевом направлении, так, чтобы соответствовать соответствующим торцам двух постоянных магнитов 26, 27. В случае, когда сердечник 22 ротора снабжается N частями постоянных магнитов, предусматривается 2N частей механизмов 30 регулирования постоянных магнитов. Это является примером для описаний, и механизмы 30 регулирования постоянных магнитов могут быть предусмотрены только на одной осевой торцевой поверхности сердечника 22 ротора, так, чтобы соответствовать соответствующим постоянным магнитам. Один пример будет описан на основе фиг. 1. В этом примере один механизм 30 регулирования магнитного потока может быть предусмотрен для каждого из двух постоянных магнитов 26, 27, только на торцевой поверхности 28, на первой стороне, сердечника 22 ротора. Т.е., могут быть предусмотрены два механизма 30 регулирования магнитного потока в совокупности. Альтернативно, один механизм 30 регулирования магнитного потока может быть предусмотрен для каждого из двух постоянных магнитов 26, 27, только на торцевой поверхности 29, на второй стороне, сердечника 22 ротора. Т.е., два механизма 30 регулирования магнитного потока в совокупности могут быть предусмотрены. В случае, когда сердечник 22 ротора снабжается N частями постоянных магнитов, предусматривается точно N частей механизмов 30 регулирования постоянных магнитов. Дополнительно, если плавная работа вращающейся электрической машины 10 может быть обеспечена, механизмы 30 регулирования магнитного потока могут быть предусмотрены не для всех постоянных магнитов, а для половины постоянных магнитов, например, механизмы 30 регулирования магнитного потока могут быть предусмотрены для каждого второго из постоянных магнитов в круговом направлении. В некоторых случаях, механизмы 30 регулирования магнитного потока могут быть предусмотрены для дополнительно меньшего числа постоянных магнитов, чем половина постоянных магнитов, так, чтобы пропускать n частей (более одной) постоянных магнитов.

Фиг. 2 является видом в разрезе, иллюстрирующим конфигурацию механизма 30 регулирования магнитного потока, предусмотренного для постоянного магнита 26, на торцевой поверхности 28 сердечника 22 ротора на первой стороне. Фиг. 2 иллюстрирует случай, когда ротор 20 останавливается или вращается с низкой скоростью вращения, и большая часть магнитного потока φA, сформированного постоянным магнитом 26, направляется к обмотке 16 статора для статора 12, так, чтобы формировать магнитный поток взаимосвязи в обмотке 16 статора. Отметим, что фиг. 2 и последующие чертежи имеют дело со случаем, когда полярность постоянного магнита 26 на внешней периферийной стороне является N, а его полярность на внутренней периферийной стороне является S.

Механизм 30 регулирования магнитного потока включает в себя основную часть 32 корпуса, подвижный механизм 40, элемент 42 шунтирования магнитного потока, кулачковый элемент 44 и смещающие пружины 46, 47.

Основная часть 32 корпуса является кожухом, прикрепленным к торцевой поверхности 28, на первой стороне, сердечника 22 ротора, и состоит из элементов 33, 34, 35, 36 стенок. Элементы 33, 34 стенок являются элементами стенок, параллельными радиальному направлению. Элемент 33 стенки помещается на первой стороне в осевом направлении, а элемент 34 стенки помещается на второй стороне в осевом направлении. Осевое перемещение элемента внутри основной части 32 корпуса ограничивается элементами 33, 34 стенок. Отметим, что часть элемента 34 стенки, которая обращена к торцевой поверхности первой стороны постоянного магнита 26, снабжается подходящим отверстием, так что элемент 42 шунтирования магнитного потока может перемещаться в осевом направлении. Элементы 35, 36 стенок являются элементами стенок, параллельными осевому направлению. Элемент 35 стенки помещается на внешней периферийной стороне в радиальном направлении, а элемент 36 стенки помещается на внутренней периферийной стороне в радиальном направлении. Радиальное перемещение элемента внутри основной части 32 корпуса ограничивается элементами 35, 36 стенок. Основная часть 32 корпуса выполняется из немагнитного материала.

В качестве средства для крепления основной части 32 корпуса к торцевой поверхности 28 сердечника 22 ротора используется связывающее устройство, сконфигурированное, чтобы присоединять элемент 34 стенки к торцевой поверхности 28, на первой стороне, сердечника 22 ротора. Вместо связывающего устройства может быть использовано уплотняющее устройство, так что соединительный элемент (не показан) проходит от основной части 32 корпуса к стороне вала 24 ротора, и соединительный элемент присоединяется и прикрепляется к валу 24 ротора посредством уплотнительного устройства. Вместо уплотнительного устройства может быть использовано винтовое крепежное устройство. В некоторых случаях сварка может быть использована, чтобы прикреплять основную часть 32 корпуса к внешней периферийной поверхности сердечника 22 ротора.

Подвижный механизм 40 является клинообразным элементом, включающим в себя плоскую поверхность на первой стороне, осевое перемещение которого ограничивается элементом 33 стенки основной части 32 корпуса, и наклоненную поверхность 52 в качестве наклоненной поверхности второй стороны, наклоненная поверхность 52 обращена к кулачковой поверхности 50 кулачкового элемента 44 так, чтобы выполнять соприкосновение с ней. Подвижный механизм 40 является подвижным в радиальном направлении, так что наклоненная поверхность 52 скользит по кулачковой поверхности 50. Подвижный механизм 40 выполняется из немагнитного материала.

Элемент 42 шунтирования магнитного потока является элементом магнитной пластины, размещенным так, чтобы быть обращенным к торцевой поверхности первой стороны постоянного магнита 26 через отверстие, предусмотренное в элементе 34 стенки основной части 32 корпуса, и проходить на заданную длину в радиальном направлении. Заданная длина задается больше длины постоянного магнита 26 в радиальном направлении.

Кулачковый элемент 44 является клинообразным элементом, включающим в себя плоскую поверхность второй стороны, прикрепленную к плоской поверхности первой стороны элемента 42 шунтирования магнитного потока в качестве пластинчатого элемента, и кулачковую поверхность 50 в качестве наклонной поверхности первой стороны, обращенную к наклонной поверхности 52 подвижного механизма 40 так, чтобы выполнять соприкосновение с ней. Кулачковый элемент 44 имеет форму сечения, симметричную форме сечения подвижного механизма 40 в осевом направлении и радиальном направлении. Другими словами, два клинообразных элемента, имеющих одинаковую форму сечения, используются следующим образом: первый из них предусматривается в качестве кулачкового элемента 44, так что плоская поверхность на противоположной стороне от наклонной поверхности прикрепляется к плоской поверхности первой стороны элемента 42 шунтирования магнитного потока; а вторая из них предусматривается в качестве подвижного механизма 40, так что плоская поверхность на противоположной стороне от наклонной поверхности размещается так, чтобы примыкать к элементу 33 стенки основной части 32 корпуса. Кулачковая поверхность 50 является наклонной поверхностью, которая наклоняется под заданным углом θ в направлении, отдаляющемся от торцевой поверхности 28 сердечника 22 ротора, когда она проходит по направлению к внешней периферийной стороне в радиальном направлении. Наклонная поверхность 52 подвижного механизма 40 имеет тот же угол наклона, что и заданный угол θ наклона кулачковой поверхности 50. С этим соотношением подвижный механизм 40 может скользить по кулачковой поверхности 50 в радиальном направлении.

Кулачковая поверхность 50 кулачкового элемента 44 формирует поверхностный контакт с наклонной поверхностью 52 подвижного механизма 40, так что осевое перемещение элемента 42 шунтирования магнитного потока может быть преобразовано в радиальное перемещение подвижного механизма 40 и наоборот. Например, радиальное перемещение вследствие центробежной силы, которую подвижный механизм 40 принимает, преобразуется в осевое перемещение элемента 42 шунтирования магнитного потока между наклонной поверхностью 52 и кулачковой поверхностью 50. По существу, когда кулачковая поверхность 50 кулачкового элемента 44 выполняет соприкосновение с наклонной поверхностью 52, возможно выполнять преобразование между радиальным перемещением и осевым перемещением посредством простой конфигурации, использующей наклонные поверхности. Кулачковый элемент 44 выполняется из немагнитного материала.

Участки 54, 56 ножек являются немагнитными элементами, прикрепленными к противоположным радиальным концам элемента 42 шунтирования магнитного потока объединенным образом, так, чтобы стоять по направлению к первой стороне в осевом направлении. Участки 54, 56 ножек предусматриваются так, чтобы стоять слегка по диагонали от противоположных радиальных концов элемента 42 шунтирования магнитного потока и примыкать к элементу 33 стенки основной части 32 корпуса, и включают в себя перекрывающиеся участки, дополнительно проходящие в радиальном направлении от частей, примыкающих к элементу 33 стенки. Торец перекрывающегося участка в участке 54 ножки обращен к элементу 35 стенки основной части 32 корпуса, так, чтобы ограничивать радиальное перемещение во внешнюю периферийную сторону. Аналогично, торец перекрывающегося участка в участке 56 ножки обращен к элементу 36 стенки основной части 32 корпуса, так, чтобы ограничивать радиальное перемещение во внутреннюю периферийную сторону. Поскольку участки 54, 56 ножек объединяются с элементом 42 шунтирования магнитного потока, элемент 42 шунтирования магнитного потока может перемещаться в осевом направлении, но его перемещение в радиальном направлении ограничивается.

Смещающие пружины 46, 47 являются упругими элементами, предоставляющими смещающее усилие элементу 42 шунтирования магнитного потока в направлении, отдаляющемся от торцевой поверхности 28 сердечника 22 ротора. Первый конец смещающей пружины 46 прикрепляется к элементу 35 стенки основной части 32 корпуса, а второй его конец прикрепляется к перекрывающемуся участку для участка 54 ножки. Аналогично, первый конец смещающей пружины 47 прикрепляется к элементу 36 стенки основной части 32 корпуса, а второй его конец прикрепляется к перекрывающемуся участку для участка 56 ножки.

Фиг. 3 является видом, относящимся к фиг. 2, и иллюстрирует преобразование в направлении перемещения между подвижным механизмом 40 и кулачковым элементом 44 на основе смещающего усилия, которое смещающие пружины 46, 47 предоставляют кулачковому элементу 44 через элемент 42 шунтирования магнитного потока, и соотношение сил между кулачковой поверхностью 50 и наклонной поверхностью 52. На фиг. 2 центробежная сила, прикладываемая к подвижному механизму 40, игнорируется, поскольку ротор 20 останавливается или вращается с низкой скоростью вращения. Кулачковый элемент 44 принимает смещающее усилие f, направленное к передней стороне в осевом направлении от смещающих пружин 46, 47, через элемент 42 шунтирования магнитного потока. Смещающее усилие f делится на кулачковой поверхности 50 на силу f0 лобового сопротивления, перпендикулярную кулачковой поверхности 50, и составляющую силы, параллельную кулачковой поверхности 50. Наклонная поверхность 52, выполняющая соприкосновение с кулачковой поверхностью 50, принимает силу g0 лобового сопротивления, имеющую ту же величину, что и f0. Сила g0 лобового сопротивления преобразуется в силу g, параллельную радиальному направлению. Поскольку направление силы g является направлением, направленным к внутренней периферийной стороне в радиальном направлении, подвижный механизм 40 перемещается посредством силы g к внутренней периферийной поверхности в радиальном направлении, так что его радиальное перемещение останавливается посредством участка 56 ножки. В ответ на перемещение подвижного механизма 40 кулачковый элемент 44 перемещается к первой стороне в осевом направлении, а элемент 42 шунтирования магнитного потока, объединенный с кулачковым элементом 44, отдаляется от торцевой поверхности 28 сердечника 22 ротора.

Со ссылкой на фиг. 2, зазор между торцевой поверхностью 28 сердечника 22 ротора и элементом 42 шунтирования магнитного потока указывается как L0. Зазор L0 устанавливается больше магнитного зазора P, который является зазором между внутренней периферийной поверхностью сердечника 14 статора и внешней периферийной поверхностью сердечника 22 ротора. Соответственно, большая часть магнитного потока φA, сформированного постоянным магнитом 26, направляется к обмотке 16 статора для статора 12, так, чтобы формировать магнитный поток взаимосвязи в обмотке 16 статора.

Фиг. 4 является видом, иллюстрирующим, в случае, когда ротор 20 вращается с высокой скоростью вращения, преобразование в направлении перемещения между радиальным перемещением подвижного механизма 40 и осевым перемещением кулачкового элемента 44 на основе центробежной силы, которую подвижный механизм 40 принимает, и соотношение сил между наклонной поверхностью 52 и кулачковой поверхностью 50. При этом, центробежная сила, которую подвижный механизм 40 принимает, уравновешивается смещающим усилием, которое элемент 42 шунтирования магнитного потока принимает от смещающих пружин 46, 47, через кулачковый элемент 44. Когда ротор 20 вращается с высокой скоростью вращения, подвижный механизм 40 принимает центробежную силу G, направленную к внешней периферийной стороне в радиальном направлении. Таким образом, подвижный механизм 40 перемещается к внешней периферийной стороне в радиальном направлении. Центробежная сила G делится на наклонной поверхности 52 на силу G0 лобового сопротивления, перпендикулярную наклонной поверхности 52, и составляющую силы, параллельную наклонной поверхности 52. Кулачковая поверхность 50, выполняющая соприкосновение с наклонной поверхностью 52, принимает силу F0 лобового сопротивления, имеющую ту же величину, что и G0. Сила F0 лобового сопротивления преобразуется в прижимающую силу F, параллельную осевому направлению. Кулачковый элемент 44 перемещается посредством прижимающей силы F ко второй стороне в осевом направлении, и элемент 42 шунтирования магнитного потока, объединенный с кулачковым элементом 44, становится ближе к торцевой поверхности 28 сердечника 22 ротора. Вместе с перемещением кулачкового элемента 44 в осевом направлении смещающие пружины 46, 47 сжимаются, так что смещающая сила f' увеличивается, чтобы быть больше смещающей силы f в состоянии, когда ротор 20 останавливается, как описано на фиг. 3. В состоянии, когда смещающая сила f', увеличенная таким образом, уравновешивается прижимающей силой F, преобразованной из центробежной силы G, позиция кулачкового элемента 44 в осевом направлении определяется. По существу, смещающие пружины 46, 47 придают смещающее усилие элементу 42 шунтирования магнитного потока в направлении, отдаляющемся от торцевой поверхности 28 сердечника 22 ротора, и определяют позицию элемента 42 шунтирования магнитного потока в осевом направлении в состоянии, когда смещающее усилие уравновешивается прижимающей силой F.

Фиг. 5 является видом в разрезе механизма 30 регулирования магнитного потока в состоянии на фиг. 4. Т.е., фиг. 5 является видом, иллюстрирующим случай, когда ротор 20 вращается с высокой скоростью вращения. Как иллюстрировано на фиг. 4, подвижный механизм 40 принимает центробежную силу, и в сравнении с состоянием на фиг. 2, подвижный механизм 40 перемещается к внешней периферийной стороне в радиальном направлении, в то время как его осевое перемещение ограничивается. Вместе с этим, кулачковый элемент 44 перемещается ко второй стороне в осевом направлении, и элемент 42 шунтирования магнитного потока становится очень близким к торцевой поверхности 28 сердечника 22 ротора. Зазор между торцевой поверхностью 28 сердечника 22 ротора и элементом 42 шунтирования магнитного потока указывается как L1. Зазор L1 устанавливается меньше зазора L0 на фиг. 2, а также меньше магнитного зазора P. Соответственно, часть магнитного потока φA, сформированного постоянным магнитом 26, направляется к элементу 42 шунтирования магнитного потока механизма 30 регулирования магнитного потока, так что магнитный поток, направленный к обмотке 16 статора для статора 12, меньше всего магнитного потока φA. Таким образом, возможно предотвращать избыточное противоэлектродвижущее напряжение, вызванное магнитным потоком, взаимосвязанным с обмоткой 16 статора, когда ротор 20 вращается с высокой скоростью вращения. Зазор L1 устанавливается посредством эксперимента, моделирования и т.п. на основе спецификации, такой как напряжение возбуждения вращающейся электрической машины 10, максимальной скорости вращения и магнитных потоков, сформированных постоянными магнитами 26, 27, с учетом соотношения между скоростью вращения ротора 20 и противоэлектродвижущим напряжением в обмотке 16 статора.

В вышеприведенном описании механизм 30 регулирования магнитного потока прикрепляется и присоединяется к торцевой поверхности 28 сердечника 22 ротора в осевом направлении. Среди элементов стенок, составляющих основную часть 32 корпуса механизма 30 регулирования магнитного потока, элемент 34 стенки, который обращен к постоянному магниту 26, имеет такое отверстие, что элемент 42 шунтирования магнитного потока может перемещаться в осевом направлении. Вместо этого, немагнитная тонкая пластина (см. фиг. 7), имеющая подходящую толщину t0, может быть вставлена в отверстие, предусмотренное в элементе 34 стенки. Таким образом, в случае, когда ротор 20 вращается с высокой скоростью вращения, возможно эффективно предохранять постоянный магнит 26 от выступания из отверстия для вставки магнита.

Дополнительно, в качестве первой модификации варианта осуществления изобретения, механизм регулирования магнитного потока может быть объединен в торцевую пластину. Фиг. 6 иллюстрирует конфигурацию вращающейся электрической машины 11, включающей в себя торцевые пластины 60, 62, в которые механизмы 70 регулирования магнитного потока объединяются в качестве первой модификации. Торцевые пластины 60, 62, в которые объединены механизмы 70 регулирования магнитного потока, имеют функцию предотвращения выступания постоянных магнитов в осевом направлении и предотвращения разламывания многослойной структуры магнитных тонких пластин 23 в сердечнике 22 ротора, аналогично обычной торцевой пластине.

Торцевые пластины 60, 62 являются дискообразными элементами, размещенными на противоположных торцевых поверхностях сердечника 22 ротора в осевом направлении, и механизмы 70 регулирования магнитного потока объединяются в соответствующие внешние периферийные стороны торцевых пластин 60, 62. Торцевые пластины 60, 62 прикрепляются к сердечнику 22 ротора объединенным образом посредством соответствующего соединительного устройства. В качестве соответствующего соединительного устройства используются клеящее вещество, сварка, уплотнение, запирание и крепление посредством участка фиксатора и т.п. Во время объединения центральное отверстие кольцеобразного сердечника 22 ротора совмещается с центральными отверстиями дискообразных торцевых пластин 60, 62, так, чтобы формировать центральное отверстие, проникающее сквозь объединенный ротор 21, и вал 25 ротора в качестве выходного вала вращающейся электрической машины 11 закрепляется в центральном отверстии. Реберный участок 64, который принимает вторую сторону, в осевом направлении, ротора 21, объединенного с торцевыми пластинами 60, 62, предусматривается на второй стороне вала 25 ротора. Крепежное устройство 66 для крепления и фиксации первой стороны, в осевом направлении, объединенного ротора 21 к валу 25 ротора, предусматривается на первой стороне вала 25 ротора. В качестве крепежного устройства 66, наружная резьба предусматривается на вале 25 ротора, и гайка, зацепляющаяся с наружной резьбой, может быть использована.

Торцевые пластины 60, 62 выполняются из немагнитного материала. В качестве материала для немагнитного материала используется немагнитная нержавеющая сталь (SUS). Вместо этого, может быть использован немагнитный металлический материал, такой как алюминий и медь, или полимерный материал, имеющий подходящую прочность. Толщина пластины внешней периферийной стороны торцевых пластин 60, 62 имеет толщину, необходимую, чтобы объединять механизмы 70 регулирования магнитного потока в них, но предпочтительно, чтобы другие части торцевых пластин 60, 62 были выполнены тонкими в диапазоне, который обеспечивает подходящую прочность, с тем, чтобы добиваться уменьшения в весе. На фиг. 6 механизмы 70 регулирования магнитного потока объединяются в обе торцевые пластины 60, 62. В случае, когда толщина, в осевом направлении, механизмов 70 регулирования магнитного потока больше толщины пластины для обычной торцевой пластины, механизмы 70 регулирования магнитного потока могут быть объединены в какую-либо одну из двух торцевых пластин 60, 62, а другая из двух торцевых пластин может быть обычной торцевой пластиной. Таким образом, ротор 21 и вращающаяся электрическая машина 11 уменьшаются в осевом размере, таким образом, добиваясь уменьшения размера.

Фиг. 7 соответствует фиг. 2 и является видом в разрезе механизма 70 регулирования магнитного потока, когда ротор 21 останавливается или вращается с низкой скоростью вращения. Механизм 70 регулирования магнитного потока объединяется во внешнюю периферийную сторону, в радиальном направлении, торцевой пластины 60. Различием между механизмом 70 регулирования магнитного потока и механизмом 30 регулирования магнитного потока на фиг. 2 является то, что немагнитная тонкая пластина 72 вставляется в отверстие, сформированное в элементе 34 стенки основной части 32 корпуса, так что элемент 42 шунтирования магнитного потока может перемещаться в осевом направлении. Тонкая пластина 72 прикрепляется к торцевой поверхности 28 сердечника 22 ротора. Толщина t0 пластины для тонкой пластины 72 устанавливается в размер, который не больше L1, описанного на фиг. 5, и имеет подходящую прочность. Соотношение величин между t0, L1 и магнитным зазором P является t0 ≤ L1 < P. Другая конфигурация является аналогичной вышеописанной конфигурации, описанной на фиг. 2. Соответственно, зазор L0 между торцевой поверхностью 28 сердечника 22 ротора и элементом 42 шунтирования магнитного потока больше магнитного зазора P, и, при этом, большая часть магнитного потока φA, сформированного постоянным магнитом 26, направляется к статору 12, с тем, чтобы формировать магнитный поток взаимосвязи в обмотке 16 статора.

Фиг. 8 соответствует фиг. 5 и является видом в разрезе механизма 70 регулирования магнитного потока, когда ротор 21 вращается с высокой скоростью вращения. Различием между механизмом 70 регулирования магнитного потока и механизмом 30 регулирования магнитного потока на фиг. 5 является то, что предусматривается тонкая пластина 72, имеющая толщину t0 пластины, как описано на фиг. 7. Как было описано ранее на фиг. 5, когда ротор 21 вращается с высокой скоростью вращения, подвижный механизм 40 принимает центробежную силу и перемещается по направлению к внешней периферийной стороне в радиальном направлении, так что кулачковый элемент 44 перемещается по направлению ко второй стороне в осевом направлении, и элемент 42 шунтирования магнитного потока становится очень близким к торцевой поверхности 28 сердечника 22 ротора. Зазор L1 между торцевой поверхностью 28 сердечника 22 ротора и элемент 42 шунтирования магнитного потока устанавливается меньше магнитного зазора P. Здесь, тонкая пластина 72 предусматривается между торцевой поверхностью 28 сердечника 22 ротора и элементом 42 шунтирования магнитного потока. Однако, толщина t0 пластины для тонкой пластины 72 устанавливается не более L1, так что расстояние между торцевой поверхностью 28 сердечника 22 ротора и элементом 42 шунтирования магнитного потока не становится больше L1. Соответственно, часть магнитного потока φA, сформированного постоянным магнитом 26, направляется к элементу 42 шунтирования магнитного потока механизма 70 регулирования магнитного потока, так что магнитный поток, направленный к обмотке 16 статора для статора 12, меньше всего магнитного потока φA. Таким образом, возможно предотвращать избыточное противоэлектродвижущее напряжение, вызванное магнитным потоком, взаимосвязанным с обмоткой 16 статора, когда ротор 21 вращается с высокой скоростью вращения.

В механизме 30 регулирования магнитного потока клинообразный элемент, включающий в себя наклонную поверхность 52, имеющую возможность скольжения по кулачковой поверхности 50 кулачкового элемента 44, используется в качестве подвижного механизма 40. Подвижный механизм может иметь форму, отличную от клинообразной формы, предусматривающую, что преобразование между осевым перемещением элемента 42 шунтирования магнитного потока и радиальным перемещением подвижного механизма 40 может быть выполнено с помощью кулачковой поверхности 50 кулачкового элемента 44. Принимая это во внимание, на примере вращающейся электрической машины в качестве второй модификации варианта осуществления изобретения, механизм 80 регулирования магнитного потока, который использует катающийся шар 82 в качестве подвижного механизма, иллюстрируется на фиг. 9. Катающийся шар 82 является подвижным в радиальном направлении, так что его сферическая поверхность выполняет соприкосновение с кулачковой поверхностью 50 кулачкового элемента 44. За исключением того, что подвижный механизм является катающимся шаром 82, конфигурация является такой же, что и механизм 30 регулирования магнитного потока, описанный на фиг. 2.

Аналогично фиг. 2, фиг. 9 является видом, иллюстрирующим случай, когда ротор 20 останавливается или вращается с низкой скоростью вращения. При этом, центробежная сила в радиальном направлении не прикладывается к катающемуся шару 82 в качестве подвижного механизма, и кулачковый элемент 44 перемещается к передней стороне в осевом направлении посредством действия смещающих пружин 46, 47. Зазор между торцевой поверхностью 28 сердечника 22 ротора и элементом 42 шунтирования магнитного потока является зазором L0, описанным на фиг. 2. Зазор L0 устанавливается больше магнитного зазора P между внутренней периферийной поверхностью сердечника 14 статора и внешней периферийной поверхностью сердечника 22 ротора. Соответственно, большая часть магнитного потока φA, сформированного постоянным магнитом 26, направляется к обмотке 16 статора для статора 12, так, чтобы формировать магнитный поток взаимосвязи в обмотке 16 статора.

Фиг. 10 соответствует фиг. 5 и иллюстрирует случай, когда ротор 20 вращается с высокой скоростью вращения. Аналогично тому, что описано на фиг. 5, когда ротор 20 вращается с высокой скоростью вращения, катающийся шар 82 в качестве подвижного механизма принимает центробежную силу и перемещается по направлению к внешней периферийной стороне в радиальном направлении, так что кулачковый элемент 44 перемещается по направлению ко второй стороне в осевом направлении, и элемент 42 шунтирования магнитного потока становится очень близким к торцевой поверхности 28 сердечника 22 ротора. Зазор L1 между торцевой поверхностью 28 сердечника 22 ротора и элемент 42 шунтирования магнитного потока устанавливается меньше магнитного зазора P. Соответственно, часть магнитного потока φA, сформированного постоянным магнитом 26, направляется к элементу 42 шунтирования магнитного потока механизма 70 регулирования магнитного потока, так что магнитный поток, направленный к обмотке 16 статора для статора 12, меньше всего магнитного потока φA. Таким образом, возможно предотвращать избыточное противоэлектродвижущее напряжение, вызванное магнитным потоком, взаимосвязанным с обмоткой 16 статора, когда ротор 20 вращается с высокой скоростью вращения.

Механизм 80 регулирования магнитного потока, использующий катающийся шар 82 в качестве подвижного механизма, дает тот же результат, что и механизм 30 регулирования магнитного потока на фиг. 2 или механизм 70 регулирования магнитного потока на фиг. 7. Здесь, поскольку катающийся шар 82 используется в качестве подвижного механизма, преобразование между радиальным перемещением и осевым перемещением выполняется посредством катящегося контакта. В случае, когда подвижный механизм 40 в качестве клинообразного элемента, как иллюстрировано на фиг. 2, 7, используется, преобразование между радиальным перемещением и осевым перемещением выполняется посредством скользящего контакта между наклонными поверхностями. Соответственно, сопротивление контакта меньше в случае, когда катающийся шар 82 используется, чем в случае, когда используется подвижный механизм 40 в качестве клинообразного элемента, так что подвижный механизм может перемещаться плавно.

В вращающейся электрической машине 10, 11, оснащенной механизмом регулирования магнитного потока и сконфигурированной, как описано выше, механизм 30, 70, 80 регулирования магнитного потока включает в себя подвижный механизм, перемещаемый посредством центробежной силы, элемент 42 шунтирования магнитного потока, кулачковый элемент 44 и смещающие пружины 46, 47 внутри основной части 32 корпуса, прикрепленной к осевой торцевой поверхности сердечника 22 ротора. Кулачковый элемент 44 включает в себя кулачковую поверхность 50, наклоненную под заданным углом θ наклона, так, чтобы быть обращенной к подвижному механизму и выполнять соприкосновение с подвижным механизмом, и кулачковый элемент 44 конфигурируется, чтобы преобразовывать радиальное перемещение подвижного механизма 40, принимаемое кулачковой поверхностью 50, в осевое перемещение элемента 42 шунтирования магнитного потока. Смещающие пружины 46, 47 придают смещающее усилие элементу 42 шунтирования магнитного потока в направлении, отдаляющемся от торцевой поверхности 28 сердечника 22 ротора в осевом направлении, и определяют позицию элемента 42 шунтирования магнитного потока в осевом направлении в состоянии, когда смещающее усилие уравновешивается центробежной силой, прикладываемой к подвижному механизму 40 через кулачковый элемент 44. По существу, механизм 30, 70, 80 регулирования магнитного потока размещается так, чтобы быть прикрепленным к осевой торцевой поверхности сердечника 22 ротора в качестве его внешней стороны, и перемещает элемент 42 шунтирования магнитного потока с помощью центробежной силы, прикладываемой к подвижному механизму. Соответственно, вращающаяся электрическая машина 10, 11, сконфигурированная таким образом, может изменять магнитный поток, направленный от постоянного магнита к обмотке 16 статора, без использования специального актуатора и без возникновения какого-либо влияния, такого как изменение магнитной цепи сердечника 22 ротора.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к вращающейся электрической машине, оснащенной механизмом регулирования магнитного потока, и предназначено изменять магнитный поток, направленный от постоянного магнита к обмотке статора, без использования специального актуатора. Электрическая машина включает в себя основную часть корпуса, подвижный механизм, перемещающийся при приеме центробежной силы, элемент шунтирования магнитного потока и смещающие пружины. Кулачковый элемент включает в себя кулачковую поверхность так, чтобы быть обращенной к подвижному механизму и выполнять соприкосновение с подвижным механизмом, и кулачковый элемент преобразует радиальное перемещение подвижного механизма, принятое кулачковой поверхностью, в осевое перемещение элемента шунтирования магнитного потока. Смещающие пружины придают смещающее усилие элементу шунтирования магнитного потока в направлении, отдаляющемся от осевой торцевой поверхности сердечника ротора, так, чтобы определять позицию элемента шунтирования магнитного потока в осевом направлении в состоянии, когда смещающее усилие уравновешивается центробежной силой, прикладываемой к подвижному механизму через кулачковый элемент. 8 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Вращающаяся электрическая машина с механизмом регулирования магнитного потока, содержащая:

статор, вокруг которого намотана обмотка статора;

ротор, включающий в себя сердечник ротора, в который встроен постоянный магнит, причем ротор размещен на внутренней периферийной стороне от статора через заданный зазор; и

механизм регулирования магнитного потока, выполненный с возможностью изменения магнитного потока, направленного к обмотке статора от механизма регулирования магнитного потока, включающий в себя:

основную часть корпуса, прикрепленную к осевой торцевой поверхности сердечника ротора в позиции, обращенной к постоянному магниту,

подвижный механизм, предусмотренный в основной части корпуса и выполненный с возможностью ограничения от перемещения в осевом направлении и перемещения в радиальном направлении при получении центробежной силы, соответствующей скорости вращения ротора,

элемент шунтирования магнитного потока, предусмотренный в основной части корпуса и выполненный с возможностью ограничения от перемещения в радиальном направлении и перемещения в осевом направлении,

кулачковый элемент, прикрепленный к элементу шунтирования магнитного потока и включающий в себя кулачковую поверхность, наклоненную под заданным углом наклона в направлении, отдаляющемся от осевой торцевой поверхности сердечника ротора, когда кулачковая поверхность идет по направлению к внешней периферийной стороне в радиальном направлении, при этом кулачковая поверхность обращена к подвижному механизму и выполняет соприкосновение с подвижным механизмом, и кулачковый элемент выполнен с возможностью преобразования радиального перемещения подвижного механизма, принимаемого кулачковой поверхностью, в осевое перемещение элемента шунтирования магнитного потока, и

смещающие пружины, выполненные с возможностью придания смещающего усилия элементу шунтирования магнитного потока в направлении, отдаляющемся от осевой торцевой поверхности сердечника ротора, причем смещающие пружины выполнены с возможностью определения позиции элемента шунтирования магнитного потока в осевом направлении в состоянии, когда смещающее усилие уравновешивается центробежной силой, прикладываемой к подвижному механизму через кулачковый элемент.

2. Вращающаяся электрическая машина по п. 1, в которой зазор между осевой торцевой поверхностью сердечника ротора и элементом шунтирования магнитного потока превышает магнитный зазор, который является зазором между внутренней периферийной поверхностью статора, вокруг которой намотана обмотка статора, и внешней периферийной поверхностью сердечника ротора.

3. Вращающаяся электрическая машина по п. 1 или 2, в которой механизм регулирования магнитного потока объединяется в торцевую пластину, размещенную на осевой торцевой поверхности сердечника ротора.

4. Вращающаяся электрическая машина по п. 3, в которой механизм регулирования магнитного потока объединяется в одну из двух торцевых пластин, размещенных на противоположных осевых торцевых поверхностях сердечника ротора.

5. Вращающаяся электрическая машина по п. 3, в которой механизм регулирования магнитного потока включает в себя тонкую пластину, прикрепленную к осевой торцевой поверхности сердечника ротора внутри основной части корпуса.

6. Вращающаяся электрическая машина по п. 5, в которой тонкая пластина является немагнитным материалом.

7. Вращающаяся электрическая машина по п. 5, в которой толщина пластины для тонкой пластины меньше магнитного зазора, который является зазором между внутренней периферийной поверхностью статора и внешней периферийной поверхностью сердечника ротора.

8. Вращающаяся электрическая машина по п. 1, в которой подвижный механизм включает в себя наклонную поверхность, имеющую тот же угол наклона в качестве заданного угла наклона кулачкового элемента.

9. Вращающаяся электрическая машина по п. 1, в которой подвижный механизм является катающимся шаром, и сферическая поверхность катающегося шара выполнена с возможностью осуществления соприкосновения с кулачковой поверхностью.