專利名稱：旋轉電機和電動車輛的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及能夠改變其輸出特性的旋轉電機，以及使用了該旋轉電機的電動車輛。
背景技術：
在日本專利No.2,749,560中公開了與電動機相關的技術，其中，對定子齒與轉子磁鐵之間的間距進行調節(jié)。
如圖6所示，當通過操作頭162而松開連接調節(jié)件160時，襯套146和鼓形旋轉件125由于彈性件161的恢復力而彼此遠離地移動，結果是，轉子磁鐵141與發(fā)動機定子130之間的間距G變大。當使連接調節(jié)件160變緊時，襯套146和鼓形旋轉件125彼此靠近，因此間距G變小。
上述構造被設計用來處理產(chǎn)品規(guī)格的改變。換句話說，公開了用于調節(jié)與軸向間距發(fā)動機相關的轉子與定子之間間距的裝置，作為只能夠在該裝置被安裝到產(chǎn)品上之前調節(jié)間距的實施例，而不是作為為了產(chǎn)品以最佳條件運轉而在運轉中進行間隙調節(jié)的實施例。雖然說明書的一部分描述了電磁操作和手動操作，但是沒有公開具體的實施例。這是由于沒有必要像電動車輛的驅動源那樣地研究下面的裝置，該裝置解決在產(chǎn)品運轉中有效改變電動機特性的問題，例如隨意進行間隙調節(jié)改變車輛。
在日本專利文獻特開平3-212154號公報中公開了另一種與用于旋轉驅動磁帶錄音機的磁帶盤的磁帶盤發(fā)動機相關的技術。該發(fā)明涉及軸向間距發(fā)動機，其公開了通過與發(fā)動機內流動的電流成正比地改變電磁鐵內流動的電流，并利用電磁鐵的磁力和安裝在軸上的彈簧來控制軸向位移，從而來調節(jié)轉子和定子之間間距的方式。但是，通過彈簧和與流經(jīng)發(fā)動機的電流成比例的電磁鐵的組合，不能進行考慮了發(fā)動機轉數(shù)的間距調節(jié)。當像電動車輛那樣，必須調節(jié)間距以處理例如上坡路的傾斜和車速變化等不斷變化的道路狀況的時，通過所有這些條件都用流經(jīng)發(fā)動機的電流表示進行間距控制的裝置是不可能做到的。因此，需要更有效和智能的間距調節(jié)裝置。
還有另一個公開，日本專利文獻特開平9-37598號公報，涉及在車輛中使用的發(fā)電機的控制設備。根據(jù)該發(fā)明，通過調節(jié)軸向間距發(fā)動機的間距來改變發(fā)電特性。但是，因為轉子隨著螺線管而偏移，所以不能進行精密地控制，并且難以將該設備用于需要根據(jù)驅動力和車速進行精密控制的電動車輛的發(fā)動機中，尤其無法在間距稍有變化特性就大幅改變的軸向間距類型中實現(xiàn)。雖然在所示出的實例中定子隨著發(fā)動機和螺釘移動，但是不可能在轉子正旋轉時通過這種構造來移動轉子。
發(fā)明內容
鑒于上述內容，對于能夠隨意改變輸出特性的旋轉電機，需要一種通過改變轉子和定子在軸向上的相對距離來改變磁鐵磁通量的裝置。尤其是應用于電動車輛的驅動發(fā)動機時，需要有效和精密的控制。也就是說，由于在啟動時需要很大的轉矩，所以需要大量的磁通量，而在高速運轉時由于需要高的轉數(shù)，所以需要少量的磁通量。對于電動車輛，還需要高效率的旋轉電機來延長最大行程。為了選擇最高效率的發(fā)動機電流來獲得期望的轉矩和轉數(shù)，并通過改變轉子和定子的相對位置來選擇磁通量，需要精確的控制。還存在電動二輪車所特有的另一個問題，即，當騎車的人推車走時，需要額外的努力，因為由于定子和轉子之間的吸引力而產(chǎn)生了阻力。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種能夠隨意改變其輸出特性的旋轉電機，以及使用該旋轉電機的電動車輛。
為了解決與現(xiàn)有技術關聯(lián)的上述問題，權利要求1的本發(fā)明涉及一種旋轉電機，其特征在于包括旋轉軸；連接到所述旋轉軸上的轉子；與所述轉子相對配置的定子；調節(jié)發(fā)動機，用于調節(jié)所述轉子和所述定子在所述旋轉軸方向上的相對位置；和可移動件，其與所述轉子配合連接，并將所述調節(jié)發(fā)動機的旋轉轉換成在所述旋轉軸上的軸向位移，從而在所述軸向上移動。
在權利要求1的旋轉電機中，隨著調節(jié)發(fā)動機的旋轉而在軸向上移動的可移動件與轉子配合連接，因此，可以調節(jié)軸間距型旋轉電機的轉子和定子之間的間距距離，徑向間距型旋轉電機的轉子和定子之間的相對面積，以及具有圓錐形間距的旋轉電機的轉子和定子之間的間距和相對面積，隨之可以有效地調節(jié)磁通量，因此，可以提供如下的旋轉電機，其在需要較大轉矩時可以增加磁通量，在需要高速旋轉時可以減小磁通量，從而可以隨意改變輸出特性，而且，當作為電動二輪車的驅動電動機來使用時，可以通過在推車走時減小磁通量，來減小由于電動機的磁性引力而產(chǎn)生的阻力。
順便提一下，這里使用的術語“配合連接”意味著或者完全固定，或者間隙配合等，或者只是抵接?？梢苿蛹梢酝耆B接到轉子上，也可以不完全連接，只要能防止轉子由于磁鐵的吸引力而向定子側移動即可。例如，可以通過使可移動件與轉子抵接來向與磁性吸引力相反的方向上推動轉子，并且不一定需要通過可移動件在磁性引力方向上拉動轉子，就可以通過移動可移動部件，利用磁性吸引力將轉子移到規(guī)定的位置。當將可移動件放在抵抗磁吸引力來拉動轉子的一側時，也可以類似的方式通過使可移動件與轉子抵接來拉動轉子，從而通過磁性吸引力在磁性吸引力的方向上將轉子移動到規(guī)定的位置。
根據(jù)本發(fā)明，因為移動的是轉子，而不是移動由鐵心和銅線組成的沉重的定子，所以很小的調節(jié)發(fā)動機就可以實現(xiàn)。此外，當旋轉電機被應用于電動車輛等時，會經(jīng)受巨大的振動和沖擊負載。因此，沉重的定子必須承受很大的負載。如果移動定子，那么它不能通過螺栓而被緊固在外殼等上，必須同時滿足既防止旋轉又可在軸向移動的機構和能夠承受很大負載的構造，這將導致其又大又重。但是，根據(jù)本發(fā)明，不需要這些構造。
權利要求2的本發(fā)明涉及權利要求1所述的旋轉電機，其特征在于，所述調節(jié)發(fā)動機的轉子與所述可移動件螺旋狀地配合，以便可相對運動。
在根據(jù)權利要求2的旋轉電機中，因為調節(jié)發(fā)動機的轉子與可移動件在可相對移動的狀態(tài)下螺旋狀地配合，所以，可提供能夠通過調節(jié)發(fā)動機與可移動件的相對旋轉來控制可移動件的運動量的旋轉電機。
關于可螺旋狀相對運動的狀態(tài)的例子，有偏斜鋸齒配合，例如斜齒配合，以及使用螺旋狀槽和銷的配合。
權利要求3的發(fā)明涉及權利要求1或2所述的旋轉電機，其特征在于，所述可移動件與所述轉子旋轉自如地配合連接，并具有用于防止可移動件隨著調節(jié)發(fā)動機的轉子的旋轉而一起旋轉的裝置。
在權利要求3的旋轉電機中，可移動件通過軸承等而與轉子可旋轉地配合，并同時防止可移動件隨著調節(jié)發(fā)動機轉子的旋轉而一起旋轉，所以，可以通過調節(jié)發(fā)動機的旋轉而進行精密的控制，以使得可移動件等在軸向上可靠地移動，并且，因為無論旋轉電機是旋轉狀態(tài)還是停止狀態(tài)，可移動件等都不旋轉，所以不需要下面的復雜控制，即根據(jù)移動的旋轉電機的轉子的旋轉或停止狀態(tài)來控制調節(jié)發(fā)動機的轉數(shù)，或者在旋轉電機的轉子沒有在軸向移動時，以與旋轉電機的轉子相同的速度旋轉調節(jié)發(fā)動機的轉子，此外，因為調節(jié)發(fā)動機只需要進行軸向移動量所需的旋轉，所以，可以提供低功率消耗的旋轉電機。
權利要求4所述的發(fā)明涉及權利要求3所述的旋轉電機，其特征在于，所述可移動件與固定在所述調節(jié)發(fā)動機轉子軸周圍的旋轉擋件配合，使得所述可移動件相對固定在所述調節(jié)發(fā)動機轉子軸的周圍且可在所述調節(jié)發(fā)動機的轉子軸方向上滑動。
在權利要求4所述的旋轉電機中，可移動件等通過固定在調節(jié)發(fā)動機轉子軸周圍的旋轉擋件而被相對固定在調節(jié)發(fā)動機的轉子軸周圍，且可在調節(jié)發(fā)動機的轉子軸方向上滑動，所以，可提供一種能夠可靠防止可移動件等的旋轉的旋轉電機。
權利要求5的發(fā)明涉及權利要求3或4所述的旋轉電機，其特征在于，所述旋轉擋件的旋轉停止部分的橫截面形成為特定的形狀。
在權利要求5的旋轉電機中，因為旋轉擋件等的旋轉停止部分的橫截面為特定的形狀，所以可能提供一種能夠可靠防止可移動件等的旋轉的旋轉電機。此處所說的特定的形狀在這里意味著不是圓形的任何形狀。
權利要求6的發(fā)明涉及權利要求3或4所述的旋轉電機，其特征在于，所述可移動件與裝配在所述調節(jié)發(fā)動機轉子軸周圍的旋轉擋件相對的每一個表面都至少設有一個在所述調節(jié)發(fā)動機轉子軸方向上的凹槽，并且在所述可移動件一側的凹槽與所述旋轉擋件一側的凹槽之間插入球。
在權利要求6的旋轉電機中，可移動件等與緊固在調節(jié)發(fā)動機轉子軸周圍的旋轉擋件相對的每一個表面中，都至少設有一個在調節(jié)發(fā)動機轉子軸方向上的凹槽，并且在可移動件一側的每一個凹槽與在旋轉擋件一側的每一個凹槽之間插入球，因此，通過槽與球能夠可靠防止可移動件旋轉，并且軸向的移動變平滑，從而可以減少摩擦損耗，所以，通過降低調節(jié)發(fā)動機的轉矩可以減小體積，從而可提供小型旋轉電機。
權利要求7的發(fā)明涉及權利要求2至6中任一項的旋轉電機，其特征在于，所述調節(jié)發(fā)動機的轉子與所述可移動件是螺旋配合的。
在權利要求7的電動機中，調節(jié)發(fā)動機的轉子與可移動件是螺旋配合的，所以可以減小可移動件在調節(jié)發(fā)動機每轉下的移動量，從而可以提供可更加精細控制的旋轉電機。
權利要求8的發(fā)明涉及權利要求1至7中任一項所述的旋轉電機，其特征在于，設置了彈簧，用于在將通過所述轉子和所述定子之間產(chǎn)生的磁性引力而作用在所述可移動件上的力抵消的方向上偏置所述可移動件。
在權利要求8的電動機中，設置了彈簧，用于在將通過旋轉電機的轉子和定子之間產(chǎn)生的磁性引力而作用在可移動件等上的力抵消的方向上偏置可移動件，因此，移動可移動件所需的力減小，并且還由于在可移動件和調節(jié)發(fā)動機轉子之間的配合部分中的摩擦力減小，所以，通過減小可調節(jié)發(fā)動機的轉矩，可以實現(xiàn)小型化和消耗功率的削減，從而可以提供小型的、高效率的旋轉電機。
權利要求9的發(fā)明涉及權利要求1至8中任一項所述的旋轉電機，其特征在于，調節(jié)發(fā)動機是步進發(fā)動機。
在權利要求9的電動機中，因為步進發(fā)動機被用作調節(jié)發(fā)動機，所以可能通過驅動脈沖的數(shù)量來控制旋轉量，從而免去了用于檢測旋轉量(或移動量)的傳感器等，從而可提供以低成本制造調節(jié)發(fā)動機且控制也很簡單的旋轉電機。
權利要求10的發(fā)明涉及電動車輛，其特征在于，使用權利要求1至9中任一項所述的旋轉電機作為驅動源。
在權利要求10的電動車輛中，使用權利要求1至9中任一項所述的旋轉電機作為驅動源，因此，可提供一種能夠隨意調節(jié)驅動特性，進而能夠減小由于磁性引力而產(chǎn)生的推車時的阻力的電動車輛。
圖1是本發(fā)明實施方式的電動二輪車的側視圖；圖2是示出了電動機28的構造及其周圍結構的第一實施方式的圖；圖3是示出了在滑動器47a和旋轉擋件99的配合部分的軸向截面形狀的圖；圖4是示出了電動機28的構造及其周圍結構的第二實施方式的圖；圖5是示出了電動機28的構造及其周圍結構的第三實施方式的圖；圖6是示出了傳統(tǒng)的間距可調電動機的構造的圖。
具體實施例方式
下面參照附圖描述本發(fā)明的實施方式。
圖1是使用根據(jù)本發(fā)明的電動機的電動二輪車的側視圖。
在圖1中示出的電動二輪車1包括在其車體前方上部的前管2，在該前管2中插入自由轉動的轉向軸(未示出)。然后，把手3安裝在該轉向軸的頂端。把手3的兩端每一個都設置有手柄4，未圖示的右手邊(在圖1中被遮住的一側，未示出)的手柄4構成可以扭轉的減速手柄。
在前管2的下端與一對左右前叉5的頂端連接，在各前叉5的下端，支撐著圍繞前輪軸7自由旋轉的前輪6。此外，在所述把手3的中央上部設置有儀表8，在該儀表8下方設置有頭燈9，在頭燈9兩側分別設置有轉彎信號燈10(在圖1中僅示出一個)。
左右成對的車架11從前管2朝向車體的后方延伸。即，車架11是圓管狀，并從前管2朝車體后方斜向下延伸，然后朝向后面彎曲成弧形，并且?guī)缀跛降爻蜍圀w后方延伸。左右成對的車架12從各車架11的后端部傾斜向上，并且在座13后方互相連接。電池14放在左右一對車架12之間。
另外，倒U形的座支持件(未示出)連接到上述左右車架12上，并且由左右成對的支持件15(只示出了一個)支撐。安裝到座支持件上的座13可以開合。
然后，在車架12的后端安裝后防護板16，在后防護板16的后面安裝有尾燈17，在尾燈17的兩側設置有轉彎信號燈18(只示出了一個)。
另一方面，在左右車架11的后端分別焊接有左右成對的后臂托架19(只示出了一個)，后臂20的前端被支撐在后臂托架19上，可繞樞軸21上下旋轉。然后，作為驅動輪的后輪22被可旋轉地支撐在后臂20的后端上，并且后臂20和后輪22通過后制動器23而被懸在車架12上。
此外，在左右車架11的下方分別安裝有腳踏板24(只示出了一個)，并將可繞軸26旋轉的側支架25設置在后臂20的下部，側支架25通過復位彈簧27而向關閉側偏置。
在后臂20后端的近似圓形的部分中，容納有在車寬度方向上扁平而薄的軸向間距式電動機28。
下面在第一至第三實施方式中，分別說明電動機28及其周圍的結構。
圖2示出了第一實施方式。
在圖2中，該圖向上的方向對應于車體的右邊，而該圖左側方向對應于車體的前方。
蓋體202被安裝到在后臂20后端部的作為框體的外殼201(發(fā)動機殼體)上。在外殼201的中央部分的內側設置有軸承204，在蓋體202的中央部分的內側設置有軸承203。由后輪軸(輸出軸)221和轉子軸44組成的旋轉軸220由軸承203和軸承204可旋轉地支撐。后輪軸221插在輪222中，并且通過螺母223從外側緊固，以便與后輪軸221一起轉動。輪胎224設置在輪222的周邊。
電動機28主要由定子31和轉子40組成。定子31由盤型(近似于環(huán)形)的定子軛33、插入并固定在多個裝配孔中的多個齒32以及通過繞線管(絕緣體)34而纏繞在各個齒32上的線圈30構成，并由樹脂等塑成，其中，所述多個裝配孔在定子軛33上后輪軸221的周圍大致成圓形。轉子40被安裝成可以繞后輪軸221、相對于定子31旋轉。
配置于轉子40的旋轉中心的轉子軸44的一端由固定于外殼201上的軸承204支撐，從而可自由旋轉且在軸向上不動。轉子軸44的另一端被軸承205支撐在后輪軸221的下部，可自由旋轉且在軸向上不動。
行星齒輪減速器51設置在轉子軸44上部周圍，轉子軸44通過行星齒輪減速器51連接到輪軸221上。行星齒輪減速器51減小轉子軸44的轉動速度，并將力傳遞給后輪軸221。
行星齒輪減速器51包括收容在蓋體202中的框體51a、設置在框體51a內側的環(huán)形齒輪51b、與形成于轉子軸44的外圍的恒星齒輪44a和環(huán)形齒輪51b嚙合且既自轉又公轉的行星齒輪51c、以及用于支撐行星齒輪51c的支撐板51d。使支撐板51d與后輪軸221的下部成為一體。行星齒輪51c的繞轉中心與轉子軸44的旋轉中心在同一個軸上。
定子31被容納在外殼201中并通過螺栓等緊固。
轉子40具有圓盤狀的磁軛41。磁軛41是對通過沖壓加工而成環(huán)狀的金屬板進行兩次拉伸加工而成的部件，在其一個表面的外周部分固定有被交替施加多個磁極的極性的環(huán)形磁鐵42。磁鐵42被放置成在轉子軸44的軸向(這之后簡稱為軸向)上，相對于定子31有間距G。
磁軛41的中央部分形成有通孔。托架98的上部裝配在其中。托架98在該裝配部分下面沿徑向延伸，并且通過螺栓等緊固該部分與磁軛41。
軸承45從外部裝配到托架98的下部。托架98的內部圓形表面設置有軸向延伸的凹槽(狹縫)。該狹縫與轉子軸44的外周部上的突起部配合。換句話說，托架98和轉子軸44通過所謂的鋸齒配合。因此，連接到托架98上的磁軛41可與轉子軸44一起旋轉，并且可以在軸向上相對于轉子軸44滑動。
可移動件47是圓柱形的，其上部沿徑向延伸，然后再升高以成為圓柱形。該上部從外側與軸承45配合，下部包圍轉子軸44，并且有一個間距。
將可移動件47的下部稱為滑動件47a。將滑動件47a上部周邊的一部分形成為平面。在滑動件47a上部周邊同軸放置圓柱形旋轉擋件99。旋轉擋件99的內周部與滑動件47a的上部外周部配合，使得旋轉擋件99與滑動件47a彼此配合成一體而旋轉。但是，旋轉擋件99的下部以凸緣形延伸，并通過該部分而被緊固到外殼201上。因此，雖然滑動件47a可在軸向移動，但是不能繞軸旋轉。此外，如圖3(a)所示，滑動件47a與旋轉擋件99的配合部分的軸向截面形狀可以是至少具有一條直線的圓形，或者是如圖3(b)所示的多邊形。此外，滑動件47a與旋轉擋件99的形狀不需要大體相似，而可以是它們能彼此配合以防止相對旋轉的任何形狀。此外，可以如圖3(c)所示地構成，其中，滑動件47a與旋轉擋件99的相對表面每一個都設置有至少一個軸向凹槽，使得在兩個凹槽之間插入例如金屬球的球。
這里，在電動機28中，除去了定子31的一部分齒32和的線圈30，并在該部分配置電路(未示出)。因此，在該部分中吸引磁鐵42的力變得很微弱。這就產(chǎn)生了使轉子40相對于轉子軸44傾斜，并通過軸承45使得可移動件47相對于轉子軸44傾斜的力。這導致在托架98與轉子軸44的鋸齒配合部分、在滑動件47a和旋轉擋件99的配合部分、以及在滑動件47a和轉子62的圓柱形件65的螺旋配合部分中的滑動部分和旋轉部分中的摩擦(損耗)增加，因此引發(fā)了如下的問題，即必需增加步進發(fā)動機60的轉矩，并且會增加部件的磨損等。
在本發(fā)明的實施例中，通過下面的構造解決這些問題。即，在滑動件47a的內周表面與轉子軸44的外周表面之間插入圓柱形的含油軸承101和102。具體地說，將含油軸承101固定在滑動件47a的前端部分，即軸承45的附近，同時將含油軸承102固定在滑動件47a底端部分周圍。這樣，含油軸承101和102的內周表面與轉子軸44的外周表面滑動。因此，抑制了可移動件47和轉子40相對于轉子軸44的傾斜，從而防止了轉子軸44、托架98、滑動件47a、旋轉擋件99、圓柱形件65的配合部分中的摩擦力的增加和磨損。
步進發(fā)動機60是調節(jié)發(fā)動機，用于調節(jié)轉子40和定子31在旋轉方向上的相對位置，其分別將圓柱形定子61和圓柱形轉子62同軸地配置于外周一側和內周一側。定子61被緊固到外殼201。外殼201設置有用于驅動步進發(fā)動機60的驅動電路48。
定子61具有多個線圈63，該線圈63電連接到驅動電路48中。
轉子62包括具有多個磁極且與定子61留有間隙而配置的磁鐵64，以及在內周一側的圓柱形件65。圓柱形件65在其上部和下部由分別裝配到外殼201和旋轉擋件99上的各個軸承66支撐，可旋轉。圓柱形件65在其內周表面上形成有螺紋，該部分與可移動件47中的設置在滑動件47a下部外周表面上的螺紋嚙合?；蛘呖梢韵駜A斜鋸齒那樣在圓柱形件65的內周表面形成螺旋形凸起部，同時在可移動件47的滑動件47a的下部外周面也形成螺旋形凸起部，并使凸起部彼此嚙合，或者，在圓柱形件65和滑動件47a中的一個上設置螺旋形槽，而在另一個上設置用于配合到該槽中的銷。
可移動件47適于將步進發(fā)動機60的旋轉在軸向轉換成可移動件47本身的軸向運動。這種轉換動作是可能的，因為旋轉擋件99防止可移動件47隨著轉子62的旋轉而一起旋轉。
現(xiàn)在，當驅動電路48驅動定子61的線圈63時，轉子62旋轉。然后，通過滑動件47a而與圓柱形件65螺旋配合的可移動件47向圖面的上方移動，隨之磁軛41也向上方移動。因此，間距G增大。此時，因為可移動件47和磁軛41通過軸承45而連接，所以可以在旋轉磁軛41的同時使其移動。
相反，當驅動電路48驅動定子61的線圈63，轉子62向上述旋轉方向的相反方向旋轉時，通過滑動件47a而與圓柱形件65螺旋配合的可移動件47向圖面下方移動，隨之磁軛41也向下方移動。因此，間距G減小。此時，也是因為可移動件47和磁軛41通過軸承45而連接，所以可以在旋轉磁軛41的同時使其移動。
順便說一下，即使在電動機28沒有運轉時，驅動電路48也能驅動步進發(fā)動機60。因此，可以通過控制以在推車走時加寬間距G，來減輕騎車者的疲勞。
圖4示出了第二實施方式。
與第一實施方式中的各結構要素相同的或者具有相同功能的結構要素用相同的標號表示，只對不同的地方進行說明。
可移動件470是通過在可移動件47沿徑向延伸的部分的下部形成凹入部分470a而形成的，凹入部分470a成圓形并形成有多個。另一方面，旋轉擋件990是通過在旋轉擋件99的凸緣部分的上部形成凹入部分990a而成的，凹入部分990a與凹入部分470a相對地形成有多個。然后，在各個凹入部分990a和與該凹入部分990a相對的凹入部分470a之間分別設置兩端被固定的卷簧(彈性件)。各個卷簧70在將通過轉子40與定子61之間產(chǎn)生的磁性引力而施加在可移動件470上的力抵消的方向上，偏置可移動件470。
圖5示出了第三實施方式。
與第一實施方式中的各結構要素相同的或者具有相同功能的結構要素用相同的標號表示，只對不同的地方進行說明。
通過將可移動件47和托架98結合到一起，來形成可移動件4700。此外，件9900將旋轉擋件99的內周表面與可移動件4700間隔開，并且不是用于停止可移動件4700的旋轉，而是用于將步進發(fā)動機60緊固到外殼201上。
通過第三實施方式，當驅動電流48驅動定子61的線圈63時，轉子62轉動。在間距G應該保持為恒定的情況下，驅動電路48進行控制，使得轉子62與旋轉的轉子40以相同的轉數(shù)旋轉，即兩者之間沒有相對的轉動。
另一方面，在間距G應該被增大的情況下，驅動電路48進行控制，使得轉子62在規(guī)定的方向上相對于旋轉的轉子40轉動。于是，通過滑動件47a而與圓柱形件65螺旋配合的可移動件4700一邊旋轉一邊向圖面上方移動，隨之磁軛41也向上方移動。因此間距G增大。
相反，當驅動電路48驅動定子61的線圈63，并且轉子62向上述旋轉方向的相反方向旋轉時，通過滑動件47a而與圓柱形件65螺旋配合的可移動件4700向圖面下方移動，隨之磁軛41也向下移動。因此間距G減小。
如以上那樣，在第三實施方式中，因為轉子62相對于轉子40旋轉，所以可以不使用與滑動件47a的外周部分配合的旋轉擋件99等。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實施方式構成旋轉電機，其具有旋轉軸220；連接到旋轉軸220上的轉子40；與轉子40相對配置的定子31；作為調節(jié)發(fā)動機的步進發(fā)動機60，用于調節(jié)轉子40與定子31在旋轉軸方向上的相對位置；以及可移動件47等，其與轉子40配合連接，將調節(jié)發(fā)動機60的旋轉轉換成在旋轉軸220上的軸向位移，從而在軸向移動。
換句話說，對于使用電動機28的軸間距型旋轉電機來說，因為隨著調節(jié)發(fā)動機的旋轉而沿軸向移動的可移動件47等與轉子40配合連接，所以轉子40和定子31之間的間接是可調節(jié)的，隨之可以提供如下的旋轉電機，即因為可以有效調節(jié)磁鐵42的磁通量，所以可以通過在需要較大轉矩時增加磁通量，在需要高速旋轉時減小磁通量，從而可以隨意改變輸出特性，并且還可以通過減小推車走時的磁通量，來降低由于發(fā)動機的磁性引力而導致的阻力。因為對于徑向軸間距型旋轉電機來說，轉子40和定子的相對面積是可調節(jié)的，對于具有圓錐形間距的旋轉電機來說，轉子40和定子的間距及相對面積是可調節(jié)的，所以獲得了相同的功能效果。
順便說一下，這里使用的術語“配合連接”意味著或者完全固定，或者間隙配合，或者僅僅是抵接?？梢苿蛹?7等可以完全連接到轉子40上，也可以不完全連接，只要能防止轉子40由于磁性引力而朝向定子移動即可。
例如，可以通過使可移動件47等與轉子40抵接，來將轉子40推向與磁性引力相反的方向上，并且不一定需要通過可移動件在磁性引力方向上拉動轉子40，就可以通過移動可移動件，利用磁性引力將轉子40移到規(guī)定的位置。
此外，在與磁性引力相反，將可移動件配置在拉動轉子40的一側時，同樣也可以使可移動件與轉子40抵接來拉動轉子40，并在磁性引力方向上，通過磁性引力將轉子40移到規(guī)定的位置。
因為移動的是轉子40，而不是由鐵心和銅線組成的沉重的定子31，所以很小的調節(jié)發(fā)動機就可以實現(xiàn)。
當旋轉電機被應用于電動車輛等時，旋轉電機會受到巨大的振動和沖擊負載。因此，沉重的定子必須能夠承受很大的負載。如果移動定子，那么它不能通過螺栓而被緊固在外殼等上，從而必須同時滿足既防止旋轉又可在軸向移動的機構和能夠承受很大負載的構造，這將導致其又大又重。因此，由于是移動轉子40，所以可以解決上述問題。
此外，因為調節(jié)發(fā)動機(60)的轉子62與可移動件47等在可相對移動的狀態(tài)下成螺旋狀地配合，所以通過轉子62和可移動件47等的相對旋轉，可以控制可移動件47的移動量。
另外，作為可螺旋狀相對運動的狀態(tài)的例子，有偏斜鋸齒配合，例如斜齒配合，和使用螺旋狀槽和銷的配合機構。
此外，因為可移動件47等通過軸承等而與轉子40可旋轉地配合，并同時防止可移動件隨著調節(jié)發(fā)動機(60)的轉子的旋轉而轉動，所以，可以通過調節(jié)發(fā)動機(60)的旋轉而進行精密的控制，以使得可移動件47等在軸向上可靠地移動，并且，因為無論旋轉電機是旋轉狀態(tài)還是停止狀態(tài)，可移動件47等都不旋轉，所以不需要下面的復雜控制，即根據(jù)移動的旋轉電機的轉子40的旋轉或停止狀態(tài)來控制調節(jié)發(fā)動機(60)的轉數(shù)，或者在旋轉電機的轉子40沒有在軸向移動時，以與旋轉電機的轉子40相同的轉數(shù)旋轉調節(jié)發(fā)動機(60)的轉子，此外，因為調節(jié)發(fā)動機(60)只需要進行軸向移動量所需的旋轉，所以，可以提供低功率消耗的旋轉電機。
可移動件47等通過固定在調節(jié)發(fā)動機轉子軸周圍的旋轉擋件99而被相對固定在調節(jié)發(fā)動機的轉子軸周圍，且可在調節(jié)發(fā)動機的轉子軸方向上滑動，所以，可提供一種能夠可靠防止可移動件47等的旋轉的旋轉電機。
因為旋轉擋件99等的旋轉停止部分的橫截面為特定的形狀，所以可能提供一種能夠可靠防止可移動件47等的旋轉的旋轉電機。特定的形狀在這里意味著不是圓形的任何形狀。
此外，在圖3(c)所示的構造中，可移動件47等與緊固在調節(jié)發(fā)動機(60)轉子軸周圍的旋轉擋件99相對的每一個表面中，都至少設置有在調節(jié)發(fā)動機轉子軸方向上的一個凹槽，并且在可移動件一側的每一個凹槽與在旋轉擋件一側的每一個凹槽之間插入球，因此，通過槽與球可以可靠防止可移動件旋轉，并且軸向的移動變平滑，從而可以減少摩擦損耗，所以，通過降低調節(jié)發(fā)動機的轉矩可以減小體積，從而可提供小型旋轉電機。
因為調節(jié)發(fā)動機(60)的轉子62與可移動件47等是螺旋配合的，所以可以減小可移動件在調節(jié)發(fā)動機每轉下的移動量，從而可以提供可更加精細控制的旋轉電機。
在第二實施方式中，設置了彈簧(70)，用于在將通過旋轉電機的轉子40和定子31之間產(chǎn)生的磁性引力而作用在可移動件47等上的力抵消的方向上偏置可移動件47，因此，移動可移動件所需的力減小，并且還由于在可移動件和調節(jié)發(fā)動機轉子之間的配合部分中的摩擦力減小，所以，通過減小可調節(jié)發(fā)動機的轉矩，可以實現(xiàn)小型化和消耗功率的削減，從而可以提供小型的、高效率的旋轉電機。
因為步進發(fā)動機被用作調節(jié)發(fā)動機，所以可能通過驅動脈沖的數(shù)量來控制旋轉量，從而免去了用于檢測旋轉量(或移動量)的傳感器等，從而可提供以低成本制造調節(jié)發(fā)動機且控制也很簡單的旋轉電機。
此外，因為在本實施方式的電動二輪車1中，上述的旋轉電機被用作驅動源，所以可提供一種能夠隨意調節(jié)驅動特性，進而能夠減小由于磁性引力而產(chǎn)生的推車時的阻力的電動車輛。
順便說一下，雖然在該實施方式中，將旋轉電機作為一種電動機，但是本發(fā)明并不限于電動機，也可以是發(fā)電機，或者是像電動車輛中通過驅動電機而進行再生制動那樣既用于電動機又用于發(fā)動機。
雖然在該實施方式中，通過改變軸向間距型旋轉電機的間距來調節(jié)輸出特性，但是本發(fā)明不限制旋轉電機的形狀，只要通過調節(jié)旋轉電機的轉子和定子在軸向的相對位置可以改變磁通量，從而可調節(jié)輸出特性即可，例如，在具有圓柱形間距的徑向間距型旋轉電機中，不是通過改變轉子和定子在軸向上的相對位置來改變間距，而是通過改變相對面積來改變磁通量，或者，在具有圓錐形間距的旋轉電機中，通過改變轉子和定子在軸向上的相對位置來改變間距距離和相對面積兩者，從而改變磁通量。
雖然根據(jù)該實施放時，磁體被放在轉子側，但是本發(fā)明不限于此，也可以磁鐵可以放在定子側，而線圈被放在轉子側。
此外，本發(fā)明不僅可以應用于上述實施方式那樣的電動二輪車，還可應用于三輪以上的電動車輛。此外，驅動輪也可以不是后輪。
根據(jù)上述的本發(fā)明，通過調節(jié)發(fā)動機的旋轉而在軸向移動的可移動件與轉子配合連接，所以，可以調節(jié)軸間距型旋轉電機的轉子和定子之間的間距距離，徑向間距型旋轉電機的轉子和定子之間的相對面積，以及具有圓錐形間距的旋轉電機的轉子和定子之間的間距和相對面積，隨之可以有效地調節(jié)磁通量，因此，可以提供如下的旋轉電機，其在需要較大轉矩時可以增加磁通量，在需要高速旋轉時可以減小磁通量，從而可以隨意改變輸出特性，而且，當作為電動二輪車的驅動電動機來使用時，可以通過在推車走時減小磁通量，來減小由于電動機的磁性引力而產(chǎn)生的阻力。
權利要求
1.一種旋轉電機，其特征在于，包括旋轉軸；連接到所述旋轉軸上的轉子；與所述轉子相對配置的定子；調節(jié)發(fā)動機，用于調節(jié)所述轉子和所述定子在所述旋轉軸方向上的相對位置；和可移動件，其與所述轉子配合連接，并將所述調節(jié)發(fā)動機的旋轉轉換成在所述旋轉軸上的軸向位移，從而在所述軸向上移動。
2.根據(jù)權利要求1所述的旋轉電機，其特征在于，所述調節(jié)發(fā)動機的轉子與所述可移動件螺旋狀地配合，以便可相對運動。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的旋轉電機，其特征在于，所述可移動件可旋轉自如地與所述轉子配合連接，并且設置了用于防止所述可移動件隨著所述調節(jié)發(fā)動機轉子的旋轉而旋轉的裝置。
4.根據(jù)權利要求3所述的旋轉電機，其特征在于，所述可移動件與固定在所述調節(jié)發(fā)動機轉子軸周圍的旋轉擋件配合，使得所述可移動件相對固定在所述調節(jié)發(fā)動機轉子軸的周圍且可在所述調節(jié)發(fā)動機的轉子軸方向上滑動。
5.根據(jù)權利要求3或4所述的旋轉電機，其特征在于，所述旋轉擋件的旋轉停止部分的橫截面形成為特定的形狀。
6.根據(jù)權利要求3或4所述的旋轉電機，其特征在于，所述可移動件與裝配在所述調節(jié)發(fā)動機轉子軸周圍的旋轉擋件相對的每一個表面都至少設有一個在所述調節(jié)發(fā)動機轉子軸方向上的凹槽，并且在所述可移動件一側的凹槽與所述旋轉擋件一側的凹槽之間插入球。
7.根據(jù)權利要求2至6中任何一項所述的旋轉電機，其特征在于，所述調節(jié)發(fā)動機的轉子與所述可移動件是螺旋配合的。
8.根據(jù)權利要求1至7中任何一項所述的旋轉電機，其特征在于，設置了彈性件，用于在將通過所述轉子和所述定子之間產(chǎn)生的磁性引力而作用在所述可移動件上的力抵消的方向上偏置所述可移動件。
9.根據(jù)權利要求1至8中任何一項所述的旋轉電機，其特征在于，所述調節(jié)發(fā)動機是步進發(fā)動機。
10.一種電動車輛，其特征在于，使用權利要求1至9中任何一項所述的旋轉電機作為驅動源。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠隨意調節(jié)輸出特性的旋轉電機以及使用該旋轉電機的電動車輛。構成該旋轉電機，其具有旋轉軸220；連接在旋轉軸220上的轉子40；與轉子40相對放置的定子31；作為調節(jié)發(fā)動機的步進發(fā)動機60，用于調節(jié)轉子40與定子31在旋轉軸方向上的相對位置；以及可移動件47等，其與轉子40配合連接，將調節(jié)發(fā)動機60的旋轉轉換成在旋轉軸220的軸向上的位移，從而在軸向上移動。
文檔編號H02K21/24GK1675817SQ0381934
公開日2005年9月28日 申請日期2003年8月8日 優(yōu)先權日2002年8月9日
發(fā)明者室田圭子, 內藤真也, 日野陽至, 石原弘之, 寺田潤史, 小野朋寬 申請人:雅馬哈發(fā)動機株式會社