(57)【要約】永久磁石モーター／発電機が、固定子と、周囲の表面に複数の永久磁石を配設し、該固定子の中心軸と同期する中心軸を持つローターと、ローターが連結された回転可能なシャフトと、回転可能なシャフトに沿って、該固定子に関して、該固定子からローターが完全に離脱するのに十分な距離だけ、軸方向にローターを移動して、磁石に起因するトルクドラッグを除去可能なアクチュエータ機構とを備える。永久磁石モーター／発電機が並列ハイブリッド自動車で用いられる時は、ローターを固定子から完全に離脱させることができ、範囲と効率を大きく改善する。さらに、徐々にローターを固定子と噛み合わせることで、所望の電圧出力を減速中に得ることができる。
2009512418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸を持ち、回転を発生させるための複数の固定子磁極と巻線を固定子磁極内に配列して有する固定子と、
周囲の表面に複数の永久磁石を配設し、該固定子の中心軸と同期する中心軸を持つローターと、
ローターが連結され、該固定子の中心軸と同期する中心軸を持つ回転可能なシャフトと、
該回転可能なシャフトに沿って、該固定子に関して、該固定子からローターが完全に離脱するのに十分な距離だけ、軸方向にローターを移動して、磁石に起因するトルクドラッグを除去可能なアクチュエータ機構と、
を備えたことを特徴とする永久磁石モーター／発電機。
【請求項２】
前記永久磁石モーター／発電機において、
前記ローターと前記回転可能シャフトとを連結する等速ベアリングを備えた
請求項１に記載の永久磁石モーター／発電機。
【請求項３】
前記永久磁石モーター／発電機において、
前記ローターと前記回転可能シャフトとの間に複数のボールベアリングを備えた
請求項１に記載の永久磁石モーター／発電機。
【請求項４】
前記永久磁石モーター／発電機において、
内部に複数のボールベアリングを受けるための軸方向の溝を、前記回転可能シャフトに複数設けた
請求項１に記載の永久磁石モーター／発電機。
【請求項５】
前記永久磁石モーター／発電機において、
前記アクチュエータと前記ローターとを連結するスラストベアリングアセンブリを備えた
請求項１に記載の永久磁石モーター／発電機。
【請求項６】
前記永久磁石モーター／発電機において、
前記固定子と前記ローターとを収容するハウジングを含み、
少なくとも該ハウジングの一部が、高い電気抵抗を有する素材で形成されることにより渦電流損失を抑制し、コギングトルクドライブを
低下させる
請求項１に記載の永久磁石モーター／発電機。
【請求項７】
前記永久磁石モーター／発電機において、
前記高い電気抵抗を有する素材が、非磁性のステンレススチールで構成される
請求項６に記載の永久磁石モーター／発電機。
【請求項８】
前記永久磁石モーター／発電機において、
前記ハウジングが、渦電流損失を抑制する溝部を配設されている
請求項６に記載の永久磁石モーター／発電機。
【請求項９】
並列ハイブリッド自動車と組み合わせて用いられる
請求項１記載の永久磁石モーター／発電機。
【請求項１０】
風力発電機と組み合わせて用いられる
請求項１記載の永久磁石モーター／発電機。
【請求項１１】
磁石に起因するトルクドラッグを除去可能な永久磁石モーター／発電機の作動方法であって、
中心軸を持ち、回転を発生させるための複数の固定子磁極と巻線を固定子磁極内に配列して有する固定子と、
周囲の表面に複数の永久磁石を配設し、該固定子の中心軸と同期する中心軸を持つローターと、
ローターが連結され、該固定子の中心軸と同期する中心軸を持つ回転可能なシャフトと
を備えた永久磁石モーター／発電機を用い、
該回転可能なシャフトに沿って、該固定子に関して、該固定子からローターが完全に離脱するのに十分な距離だけ、軸方向にローターを移動して、磁石に起因するトルクドラッグを除去可能な
ことを特徴とする永久磁石モーター／発電機の作動方法。
【請求項１２】
前記永久磁石モーター／発電機の作動方法であって、
前記永久磁石モーター／発電機が、車両に組み込まれる
請求項１１に記載の永久磁石モーター／発電機の作動方法。
【請求項１３】
前記永久磁石モーター／発電機の作動方法であって、
前記永久磁石モーター／発電機が、風力発電機に組み込まれる
請求項１１に記載の永久磁石モーター／発電機の作動方法。
【請求項１４】
並列ハイブリッド自動車であって、該並列ハイブリッド自動車が内燃機関と永久磁石モーター／発電機とを備え、
該永久磁石モーター／発電機において、
中心軸を持ち、回転を発生させるための複数の固定子磁極と巻線を固定子磁極内に配列して有する固定子と、
周囲の表面に複数の永久磁石を配設し、該固定子の中心軸と同期する中心軸を持つローターと、
ローターが連結され、該固定子の中心軸と同期する中心軸を持つ回転可能なシャフトと、
該回転可能なシャフトに沿って、該固定子に関して、該固定子からローターが完全に離脱するのに十分な距離だけ、軸方向にローターを移動して、磁石に起因するトルクドラッグを除去可能なアクチュエータ機構と、
を備えたことを特徴とする並列ハイブリッド自動車。
【請求項１５】
前記並列ハイブリッド自動車において、
ローター位置の能動制御を実現するコントローラを備えた
請求項１４に記載の並列ハイブリッド自動車。
【請求項１６】
前記並列ハイブリッド自動車において、
前記コントローラが、発電される電圧出力を制御するために、車両の減速時において固定子にローターを漸次噛み合わせる
請求項１５に記載の並列ハイブリッド自動車。
【請求項１７】
前記並列ハイブリッド自動車において、
前記コントローラが、車両の定速運転中にはローターを固定子から完全に離脱させる
請求項１５に記載の並列ハイブリッド自動車。
【請求項１８】
前記並列ハイブリッド自動車において、
トランスミッションと、ドライブシャフトとを含み、
前記永久磁石モーター／発電機が、該トランスミッションと該ドライブシャフトとの間に連結される
請求項１４に記載の並列ハイブリッド自動車。
【請求項１９】
前記並列ハイブリッド自動車において、
ハウジングを有するトランスミッションと、ドライブシャフトとを含み、
前記永久磁石モーター／発電機が、該トランスミッションのハウジング内に収容される
請求項１４に記載の並列ハイブリッド自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は主として並列ハイブリッド自動車システムで使用される電気モーター／発電機駆動システムに関する。
特に、本発明は車両が一定の速度で運行する間、モーター／発電機ユニットが生かされず、回転する磁石が電磁鋼板を通過する時に引き起こされる寄生トルク損失(parasitic torque losses)を除去する方法とシステムに関する。
さらに特定すると、本発明は、並列ハイブリッド車両においてレンジと効率を改善するために用いられる軸ローターデカップリングによってマグネティックドラッグの要因を削減するための方法とシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの自動車のハイブリッド伝導手段が、モーター／発電機を車両のドライブラインにおいて用いる、「並列ハイブリッド構成」を利用している。
典型的なモーター／発電機は、ブラシレス永久磁石タイプであり、それはしばしばトランスミッションハウジングと統合されている。車両が制動する間、このユニットは発電機として、制動トルクを供給する機構として、さらに「再生」として車両の運動エネルギーを保存したり、バッテリーや他の手段に発電電力を蓄積する機構として、動作又は作用する。
【０００３】
ドライバーが停止した後に加速を命令すると、この蓄積された電気エネルギがモーターを回転させて車両の駆動システムに補助的なトルクを供給し、燃料の節約や搭載するエンジンの小型化を図っている。乗り物が一定のスピードで巡行している時、モーター／発電機の永久磁石回転子は回転しているものの、通常、生かされることなく、無駄になっている。そして、車両の内燃機関が主な駆動源である。
【０００４】
このことが、並列ハイブリッドと、直列ハイブリッド又は純粋な電気自動車とにおけるモータ／発電機の基本的な機能の違いを際だたせている。
典型的な並列ハイブリッドシステムは、モーター／発電機を断続的に動作させ、一定速度の運行時にかなりの時間は非動作状態である。その時、鉄損を誘発した磁石が車両に対して寄生ドラッグトルクを引き起こしている。
直列ハイブリッド又は純粋な電気駆動システムにおいては、モーター／発電機は車両の主要な加速装置であり、モーター／発電機のデューティーサイクルは乗り物の速度に対応している。
【０００５】
直列ハイブリッド又は純粋な電気自動車において、モーター／発電機が停止しているときには、乗り物も静止している。
このため、モーター／発電機が車両の主要な加速装置であるときには、かなりの期間の磁石に誘発された鉄損は排除される。
【０００６】
本発明は並列ハイブリッドの構成に使用される永久磁石によるモータ／発電機の磁石に誘発されたトルク損失を排除する方法に向けられたものである。
一定速度の回転中、モーター／発電機の固定子コイルは非通電状態であるが、モーターの回転している高強度磁石は寄生的なトルクドラッグを乗り物に引き起こす。
回転磁界が、一般に固定子を形成している電磁鉄鋼材料を横切るときにはいつでも、その磁束密度によって、熱としてエネルギーを浪費する「鉄損」が生じる。
【０００７】
一般に、鉄損は周波数と磁束密度又は磁界の強度の二乗関数により変化する。
高い回転速度では、永久磁石を用いた機器における鉄損は寄生ドラッグと固定子の加熱を引き起こすかなりの電力レベルを必要とすることがある。
この寄生ドラッグによって、並列ハイブリッドシステムの全体的な効率や燃料の節約が損なわれる。
【０００８】
長い一定速度の高速道路の走行や長距離ドライブを含む１回の走行では、モーター／発電機の鉄損による深刻な電力消費によって、燃料経済を犠牲にしてしまうことになる。
この並列ハイブリッド車両技術の多くの実施形態は、車両が動いているときはいつでもモータ／発電機を回転させているのである。多くの場合、これは単に構造の単純さとコスト節減のために行われている。
【０００９】
鉄損の寄生ドラッグを改善し、減少させる方法は、磁石の回転速度を変えなければならないか、または永久磁石ローターの磁力を低減しなければならない。
もし、長期間、一定速度の運行時における鉄損の削減が実現できるなら、車両の寄生トルクドラッグは減少し、燃料経済が改善するだろう。
【００１０】
「非通電」の間、車両のドライブ・ラインからモーター／発電機を切り離すのに、１つのクラッチアレンジメントを使用することができる。ただこれはコストと耐久性の問題を含むため一般的でない。
【００１１】
電気自動車のトラクションモーターの分野では、いくつかの特許が速度範囲の拡張を実現するために永久磁石の磁界を弱める方法を開示している。
Ｚｅｐｐ他の米国特許番号６，４９２，７５３と６，５５５，９４１は速度範囲拡張のために、固定子の電磁鋼板の積層を内部の永久磁石のローターから軸方向にオフセットして、磁界を弱める方法を開示している。
【００１２】
また、Ｚｅｐｐ他の米国特許番号６，９４３，４７８は、速度範囲拡張のために、内部固定子の電磁鋼板の積層をハブモーターの外部にある永久磁石のローターから軸方向にオフセットして磁界を弱める方法を開示している。
Ｈｏｒｂｅｒの米国特許番号６，８４４，６４７は磁束を変化させる様々な位置関係となる内部スリーブおよび外部スリーブを備えた永久磁石のローターを開示している。
【００１３】
Ｊｅｒｍａｋｉａｎ他の米国特許番号６，１３７，２０３はアキシャルギャップタイプモータにおける速度拡張を実現するために磁気エアギャップを調整する方法を開示する。
これら特許の主な焦点は、モーターの速度と電動機速度と一定の動力運転を拡張するために永久磁石の磁束を変化させることである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
これらの先行技術が並列ハイブリッドシステムに適用されるとき、弱め磁界が、通常は一定速度の運行時に特徴的に見られる寄生トルクドラッグを減少することだろう。しかし、除去されるわけではない。
本発明は車両が一定速度で運行される間、モーター／発電機のユニットに通電されない時、回転する磁石が電磁鋼板を横切ることによって生じる寄生トルク損失を除去するための方法とシステムに向けられたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
以下に続ける説明により明らかとなる本発明の様々な特徴、特性、および実施例に照らして、本発明は次のような永久磁石モーター／発電機を提供する。
すなわち、中心軸を持ち、回転を発生させるための複数の固定子磁極と巻線を固定子磁極内に配列して有する固定子と、周囲の表面に複数の永久磁石を配設し、該固定子の中心軸と同期する中心軸を持つローターと、ローターが連結され、該固定子の中心軸と同期する中心軸を持つ回転可能なシャフトと、該回転可能なシャフトに沿って、該固定子に関して、該固定子からローターが完全に離脱するのに十分な距離だけ、軸方向にローターを移動して、磁石に起因するトルクドラッグを除去可能なアクチュエータ機構とを備えている。
【００１６】
本発明は、磁石に起因するトルクドラッグを除去可能な永久磁石モーター／発電機の作動方法も提供する。
本方法によれば、中心軸を持ち、回転を発生させるための複数の固定子磁極と巻線を固定子磁極内に配列して有する固定子と、周囲の表面に複数の永久磁石を配設し、該固定子の中心軸と同期する中心軸を持つローターと、ローターが連結され、該固定子の中心軸と同期する中心軸を持つ回転可能なシャフトとを備えた永久磁石モーター／発電機を用いる。
そして、回転可能なシャフトに沿って、該固定子に関して、該固定子からローターが完全に離脱するのに十分な距離だけ、軸方向にローターを移動して、磁石に起因するトルクドラッグを除去する。
【００１７】
本発明は、内燃機関と永久磁石モーター／発電機とを備えた並列ハイブリッド自動車も提供する。永久磁石モーター／発電機において、中心軸を持ち、回転を発生させるための複数の固定子磁極と巻線を固定子磁極内に配列して有する固定子と、周囲の表面に複数の永久磁石を配設し、該固定子の中心軸と同期する中心軸を持つローターと、ローターが連結され、該固定子の中心軸と同期する中心軸を持つ回転可能なシャフトと、該回転可能なシャフトに沿って、該固定子に関して、該固定子からローターが完全に離脱するのに十分な距離だけ、軸方向にローターを移動して、磁石に起因するトルクドラッグを除去可能なアクチュエータ機構とを備える。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、磁石に起因するトルクドラッグを除去可能な永久磁石モータ／発電機、並列ハイブリッド自動車、永久磁石モーター／発電機の作動方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明は自動車に設置されるドライブシャフト又はトランスミッションに構成されるブラシレス永久磁石モーター／発電機の設計に向けられたものである。本モーター／発電機を自動車システムに導入することで、自動車の減速エネルギー部分を取り出したり、保存または蓄積する並列ハイブリッドの能力を高め、次の加速時に蓄積されたエネルギーを再び利用することを可能にする。
【００２０】
このように保存された電気エネルギーを使用することは、車両の加速時の燃料消費や汚染物質の排出を抑制し、車両のマイル対ガロン率を向上させる。
最も重要な燃料消費及び排気ガスの削減は、頻繁に発進・停止を行うドライブサイクルにおいて実感されるものである。
【００２１】
本発明の永久磁石ローターは等速ベアリングによってドライブシャフトと連結される。等速ベアリングが、回転中にローターをモーターシャフトと固定子に対して軸方向に動かすことを可能にしている。
【００２２】
モーターとして動作中は、永久磁石ローターの軸方向変位が増加することで、モーターの最大回転速度を規制する逆起電力の誘発を抑制し、固定子界磁コイルの磁束を減少させる。そして、より高速な動作を可能にする。
【００２３】
発電機として動作中は、永久磁石ローターの軸方向変位が増加することで、固定子界磁コイルの磁束を減少させ、システムの限界電圧内に保つように発電電圧を抑制する。
【００２４】
発電機モードにおいて車両速度が減少するとき、永久磁石ローターの軸方向変位が減少することで、固定子界磁コイルの磁束を増加させ、減速中に最大限のエネルギーを取り出すことができるように発電電圧を増加させる。
これによって、システムが作動しない場合に定速ドライブ中の鉄損に起因し、磁石が誘発するトルクドラッグを排除することができる。
【００２５】
モーターコントローラーは、駆動・発電・アイドルの車両の状態移行に従って、ローターの位置を能動制御する。
【００２６】
図１は、モーター／発電機のコイルに通電されていない時の鉄損トルクドラッグと回転速度との関係を示すグラフである。
「ローターが噛合」と付されたグラフは、回転速度に従って鉄損トルクドラッグの影響が増加していることを示している。
これは長い高速ドライブ中に総合的な燃費全体を損なわせる寄生ドラッグが生じていることを示す。
【００２７】
「ローターが離脱」と付されたグラフは、固定子の積層から磁石ロータを切り離すことで、トルクドラッグが減少し、その結果、シャフトベアリングの摩擦のみに限定されうることを示している。
この、「ローターが離脱」した位置で、発進・停止のドライブ中にブレーキエネルギーの再生によって得られた燃料の節約分は保存され、システムの全体的な燃料効率も保護される。
【００２８】
図２は、固定子にローターが完全に噛み合った状態の本発明の１実施形態における永久磁石モーター／発電機の断面図である。
永久磁石モーター／発電機は、両端を参照番号２で特定される機構に連結されたモーターシャフト１を含んでいる。この機構は、ユニバーサルジョイントヨーク又はドライブシャフトとのカプリング、あるいは車両の駆動輪に回転力を伝達する他の機構を表している。
【００２９】
モーターシャフト１はモーターシャフト１の反対端で拡張ハウジング３とハウジング４によって支持される。
モーターシャフト１は、ハウジング３・４内でラジアル玉軸受６を備えることのできる、あるいは他の適当ないかなる形態のベアリング構造／アセンブリを備えることのできるベアリングアセンブリ５によって支持される。
モーターシャフト１は、ハウジング３・４内で回転可能であるが、モーターシャフト１が軸方向に移動することは制限されるように支持されている。
図２に示されるモーターシャフト１はその周りのローターの移動範囲の両側に段差部（図示せず）を備えることができ、後で詳しく述べるように、それによりボールベアリング１９がモーターシャフト１とローターカラー８との間に位置されるようにしている。
【００３０】
固定子１０はハウジング３と４で支持され、そのために固定子１０の内径とローター１５の外径との間に可動位置決めを可能にする輪形の隙間が設けられている。
固定子１０は固定子リング１１を備えており、固定子リング１１はその内周に複数の固定子歯１２を配設又は支持している。
固定子歯１２は、凹形の内周表面１３（図６を参照）を有し、固定子リング１１の内周に沿って均等に区切られている。
【００３１】
ワイヤ線１４は、固定子歯１２の周囲に巻かれ、ローター１５、ローターカラー８、及びモーターシャフト１を回転させる磁力を発生させるために選択的に通電可能である。
ローター１５は、ローターカラー８の周囲に薄板状スチール部材１６を有し、その薄板状スチール部材１６の外側表面には固定子歯１２と対向するように装着された多数の永久磁石１７を備えている。
【００３２】
永久磁石１７は、薄板状スチール部材１６の外側表面に、適当な接着剤、糊、エポキシ剤等を用いて接着することができる。
固定子歯１２の凹形の内周表面１３に面している永久磁石１７の表面１８は、固定子歯１２の凹形の内周表面１３に合致した形状となるように凸状である。
【００３３】
ローター１５を支持するローターカラー８は、ローターカラー８の内周表面に軸方向に多数配置された凹み又は溝２０内に収納された多数のボールベアリング１９によってモーターシャフト１と結合されている。
これらの凹み又は溝２０の端部は、ボールベアリング１９が凹み又は溝２０から離脱するのを防ぐために止め輪又は他の構造要素によってふさがれている。
【００３４】
ボールベアリング１９は多数の軸方向溝２１内を軸方向に移動可能であり、軸方向溝２１は、モーターシャフト１の溝７と、ローターカラー８の凹み２０との間に形成されている。
ボールベアリング１９は、モーターシャフト１とローター１５の間に等速リニア軸受を提供するためにモーターシャフト１とローターカラー８を互いに連結している。
【００３５】
ボールベアリングは、モーターシャフト１の位置決めをすることで対向する凹み７・２０の内部に挿入することができ、そのために、上述したモーターシャフトの段差部がローターカラー８上の凹み又は溝２０に合わせて配置されている。
等速リニア軸受は、モーターシャフト１に沿って軸方向にローターカラー８を動かすことにより、固定子１０に関して、ローター１５を軸方向に動かすことを可能にしている。
【００３６】
モーターシャフト１に沿ったローターカラー８の動きは、アクチュエータ機構手段によって実現される。
図２に示すアクチュエータ機構２２は、ロッド２５の直線運動を生じさせるボールねじ機構２４を回転させるモーターと減速ギア２３を備えている。
ボールねじ２４は、ロッド２５を伸縮させるように、可逆電動機と減速ギヤ２３により回転駆動される。
【００３７】
アクチュエータ機構２２の一端は、ピン結合２６または他の手段によってモーター機構に取り付けられている。
アクチュエータ機構２２のロッド２５は、ピン結合２７または他の手段によってシフトアーム２８に取り付けられている。
【００３８】
シフトアーム２８は、ラジアル玉軸受３１を有する１組のボールベアリングアセンブリ３０を収容するスラストスリーブ２９に取り付けられている。
ローターカラー８とモーターシャフト１が回転している間、シフトアーム２８は静止している。
【００３９】
２つのボールベアリングアセンブリ３０は、アクチュエータのロッド２５により、シフトアーム２８を介し、スラストスリーブ２９とローターカラー８に向かって推進される。
アクチュエータ機構２２がロッド２５を延伸する時、シフトアーム２８は、ローター１５を固定子から  取り出すためにローターカラー８とローターアセンブリ１５に影響する。
【００４０】
別の実施例としては他の方式のアクチュエータを用いることができる。すなわち、空気圧アクチュエータ、液圧アクチュエータ、その他の電気式アクチュエータ、さらに手動式のアクチュエータでさえ用いることができる。
【００４１】
図２に示すように、作動中、モーターは、複数の固定子歯１２と固定子コイル１４上の永久磁石１７の効果を最大限得られるように、固定子１０と完全にかみ合うローター１５を有する。
この構成では、モーターは、最大トルクを発生させるが、限られた基底速度を持つことになる。
【００４２】
図３は本発明の一実施形態に関する永久磁石モーター／発電機の断面図であり、ここではローター１５が固定子１０と約５０％離脱している。
図２と図３との比較から、筒状のローターカラー８とスラストスリーブ２９がシフトアーム２８とアクチュエータのロッド２５がモーターシャフト１に沿って固定子１０に対してローター１５をオフセット動作することによりどのように軸方向に動かされるかが明らかである。
【００４３】
図３に示される構成では、モーター／発電機は、図２に示した構成より低トルクを発生させるが、より高い基底速度を持つことになる。
図３は本発明の一実施形態に関する永久磁石モーター／発電機の断面図であり、ここではローター１５が固定子１０と約８０％離脱している。
図２と図４との比較から、筒状のローターカラー８とスラストスリーブ２９がシフトアーム２８とアクチュエータのロッド２５がモーターシャフト１に沿って固定子１０に対してローター１５をオフセット動作することによりどのように軸方向に動かされるかが明らかである。
図４に示される構成では、モーター／発電機は、図２に示した構成より低トルクを発生させるが、モーター／発電機を高速道路の走行速度で使用するために要求されるさらに高い基底速度を持つことになる。
【００４４】
図５は本発明の一実施形態に関する永久磁石モーター／発電機の断面図であり、ここではローター１５が固定子１０と完全に離脱（１００％）している。
図２と図３、図４との比較から、筒状のローターカラー８とスラストスリーブ２９がシフトアーム２８とアクチュエータのロッド２５がモーターシャフト１に沿って固定子１０に対してローター１５をオフセット動作することによりどのように軸方向に動かされるかが明らかである。
【００４５】
図５に示された構成では、ローターアセンブリ１５の永久磁石１７は、固定子アセンブリ１０における複数の固定子歯１２から磁力によって切り離される。
これにより、ローター１５の回転磁界が、固定子歯１２の薄板状の鉄構造に影響し、「鉄損」トルクドラッグの原因となっている時に、これよって生じるトルクドラッグを排除することができる。
【００４６】
他の先行技術における永久磁石モーター／発電機は、この磁気デカップリングの特徴を持たない。その結果、鉄損に関連するトルクドラッグから逃げることができない。
本発明によれば、永久磁石モーター／発電機を備えた車両が高速道路上や、一定速度で走行する際、そのモーター／発電機は図５に示すような完全に離脱した状態であり、鉄損に起因する寄生トルク損失を排除することができる。
この特徴は、自動車の駆動システムへの寄生トルクドラッグを減少させることによって、ハイブリッド車の燃料の節約を促進し、放出物も減少させる。
【００４７】
図６は図２の切断線Ｂ−Ｂにおける切断面の端面図を示している。
中央のモーターシャフト１は、ローターカラー８の凹み又は溝２０と並んで複数の凹み７を備え、ボールベアリング１９のための複数の通路又は凹みを形成している。
【００４８】
ローター１５の薄板状スチール部材１６はローターカラー８に取り付けられる。
永久磁石１７は、北磁極と南磁極が均等に複数間隔をあけて形成されるように薄板状スチール部材１６の各部分に接着固定されている。
【００４９】
図７は、典型的な車両に装備されたモーター／発電機３２がを示している。
前部ドライブシャフト３３はトランスミッション３４とモーター／発電機ユニット３２を接続する。
モーター／発電機３２の反対端は、後部ドライブシャフト３５に接続され、そして、リアアクスル３６と後輪３７に至る。
【００５０】
完全に離脱した状態（図５）にあるこのモーター／発電機を有し、高速道路の一定の速度で走行する車両が、スロットル量の低下を感知すると、シフトアクチュエータ機構２２のモーター２３が通電し、ロッド２５を収縮させるように反対方向に回転する。そして、図４に示すように固定子１０の複数の固定子歯１２及びコイル１４を具備する永久磁石１７とローターアセンブリ１５と部分的に再び噛み合うようにする。
【００５１】
複数の永久磁石１７の回転により、コイル１４内に電流が発生し、それはコンデンサーやバッテリ、その他の手段に蓄積できる。
この初期のレベルの再生された電気エネルギ（または、再生エネルギ）は車両の駆動軸に緩やかなブレーキトルクを引き起こし、速度を減じる。
車両ブレーキがかかるに従って、モーター／発電機の制御系は、ブレーキシステムの圧力を感知し、車両ドライブシャフトのブレーキトルクを増加するように再生電流を増加させる。
【００５２】
車両の速度が減少するのに従って、シフトアクチュエータ機構２２のモーター２３が通電し、図３及び図２に示すようにロッド２５が収縮してローターアセンブリ１５の噛み合いを増やすように、反対方向に回転する。これにより再生エネルギーをもっとも効率的に取り出すことができるように最大レベルのシステム電圧を維持する。
この様に、自動車のドライバーに必要とされたブレーキトルクは、主としてモーター／発電機によって提供され、二次的に、車両のブレーキによって提供される。
【００５３】
図８は、本発明の別の実施例を示す。本実施例では、モーター／発電機３２がトランスミッション３４に収容され、後部ドライブシャフト３５、リヤ・アクスル３６、および後輪３７に接続される。
永久磁石モーター／発電機の特徴的な構成として、本装置がモーターとして動作するときには、トルクと速度領域を最大になるように用いられ、発電機として動作するときには再生エネルギーと電圧を最適に得るように用いられることが重要である。
【００５４】
減速の間、発電機は、ブレーキトルクを供給して、次の加速サイクルのために蓄積される電気エネルギーを保存する。
車両の速度が減少しているので、通常、発電機の出力は速度に比例して減少するはずであり、効率や総合的なエネルギーの蓄積に悪影響がある。
減速の間、固定子について永久磁石ローターの軸の運動を行うことにより、ローターは一定電圧の時間を実現するために固定子と漸次噛み合わせることができる、その結果、省エネルギーを最大にする。
【００５５】
さらに、高速道路の走行中、固定子から永久磁石ローターを完全に離脱させる構成を用いることで、鉄損トルクドラッグの減少によってエネルギーと燃料を顕著に節約することができる。
【００５６】
図９は、ローターの部分断面図であり、トルクと渦電流ドラッグを減少させるために追加的に詳細を述べるハウジングから切り離された様子を示している。
全体のサイズを小さくするために、ローターが内方に移動可能なハウジング部３が、ハウジング部４よりも小さい直径となっている。
【００５７】
一般的なハウジングは、永久磁石ローターがハウジングにごく接近して回転するため、渦電流損失を生じさせる原因となりうる。図９に示すハウジング部３は渦電流損失を減少させたり無くさせるように設計され、構成されている。
この点で、ハウジングは複数のスロット４０を有し、この機能は積層し、経路長を大きく増加させることにある。
【００５８】
加えて、ハウジング部３（所望の場合は４も）は、非磁性のステンレスなど、低導電率の特性または高い電気抵抗を持っている材料から作られている。
例として３００シリーズの非磁性ステンレスでは、渦電流損失を減少し、コギングトルクドライブを下げるという、さらなる利益をもたらすことがわかった。
【００５９】
渦電流損失を抑えることで、ハウジングの加熱を抑え、その結果、追加的なエネルギー損失を抑えることに寄与する。
本発明は並列ハイブリッド自動車において有効である他、本発明における永久磁石モーター／発電機は、風力発電機においても有効である。この応用例においては、永久磁石モータ／発電機は、風車やタービンの回転始動時のトルクを供給するモータとして作用させ、その後は完全に切り離して磁石が誘発するトルクドラッグを削減し、風力発電の効率を大幅に向上させることができる。
さらに、ローターは希望の電圧出力に影響を与える風速の変化に対応して、固定子との噛み合いを徐々に変化させることができる。
【００６０】
特定の手段、材料、および実施例を参照して現行の説明から本発明について述べたが、当業者は、本発明の本質的特徴を容易に確定し、上記で述べた本発明の精神、対象から外れない範囲において、様々な用途や特性に適合するように本発明を様々に変化させてあり改良することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】永久磁石モーターにおいて、固定子から永久磁石ローターを切り離す場合と切り離さない場合の鉄損トルク対速度のグラフである。
【図２】本発明の１実施形態に係る永久磁石モーター／発電機であって、永久磁石ローターが固定子と完全に噛み合った状態の断面図である。
【図３】図２の永久磁石モーター／発電機であって、ローターが固定子から５０％離脱した状態の断面図である。
【図４】図２の永久磁石モーター／発電機であって、ローターが固定子から８０％離脱した状態の断面図である。
【図５】図２の永久磁石モーター／発電機であって、ローターが固定子から１００％離脱した状態の断面図である。
【図６】ローターが固定子と完全に噛み合った状態を示す、図２におけるＢ−Ｂ断面の端面図である。
【図７】トラックやバスのドライブシャフトに組み入れた永久磁石モーター／発電機の断面図である。
【図８】自動車、トラックやバスのトランスミッションハウジングに組み入れた別実施例に係る永久磁石モーター／発電機の断面図である。
【図９】トルク及び渦電流ドラッグを抑制するためのハウジングの追加細部と完全に切り離されたローターの部分断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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