橫向磁通型旋轉電機以及車輛的製作方法
2023-08-05 23:07:36
橫向磁通型旋轉電機以及車輛的製作方法
【專利摘要】提供一種產生較高的轉矩的橫向磁通型旋轉電機。一實施方式的橫向磁通型旋轉電機具備轉子以及定子。轉子具備第一繞組和第一強磁性體。定子具備第二繞組和第二強磁性體。上述第一強磁性體具備第一環狀部以及從上述第一環狀部朝向上述定子延伸的多個第一磁極及多個第二磁極。第一磁極和與該第一磁極對置的第二磁極的一方形成為前端和上述定子與上述轉子的對置面的中央部對置。上述第二強磁性體具備第二環狀部以及從上述第二環狀部朝向上述轉子延伸的多個第三磁極及多個第四磁極。第三磁極和與該第三磁極對置的第四磁極的一方形成為前端和上述對置面的中央部對置。
【專利說明】橫向磁通型旋轉電機以及車輛
【技術領域】
[0001 ] 本發明的實施方式涉及橫向磁通型旋轉電機以及使用該橫向磁通型旋轉電機的車輛。
【背景技術】
[0002]以往的橫向磁通型旋轉電機中，定子由轉子、以同軸卷繞的圓環狀線圈、圍繞圓環狀線圈並配置在圓周上的U字型鐵心形成，轉子由以與定子的磁極對置的方式配置的永久磁鐵以及鐵心形成。該構造是廣為人知的。
[0003]定子與轉子的旋轉方向的相對關係不同的組合有多個，通過向這些定子的圓環狀線圈供給多相交流而產生轉矩。該構造中，一般來說產生多極磁場是容易的，能夠得到高的轉矩。
[0004]現有技術文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:日本專利第4709846號公報
[0007]但是，在以往的橫向磁通型旋轉電機中，在相鄰的U字型鐵心之間存在空隙，因此成為磁場容易洩露的構造。為了謀求高轉矩化，需要減少這種磁場的洩露。
【發明內容】
[0008]本發明要解決的技術問題在於，提供一種產生較高的轉矩的橫向磁通型旋轉電機以及使用其的車輛。
[0009]一實施方式的橫向磁通型旋轉電機具備能夠繞旋轉軸旋轉的轉子以及與上述轉子對置而設置的定子。轉子具備在旋轉方向上卷繞的第一繞組以及圍繞上述第一繞組的第一強磁性體。定子具備在上述旋轉方向上卷繞的第二繞組以及圍繞上述第二繞組的第二強磁性體。上述第一強磁性體具備第一環狀部、從上述第一環狀部的一端部朝向上述定子延伸的多個第一磁極以及從上述第一環狀部的其他端部朝向上述定子延伸的多個第二磁極。第一磁極和與該第一磁極對置的第二磁極的一方形成為前端和上述定子與上述轉子的對置面的中央部對置。上述第二強磁性體具備第二環狀部、從上述第二環狀部的一端部朝向上述轉子延伸的多個第三磁極以及從上述第二環狀部的其他端部朝向上述轉子延伸的多個第四磁極。第三磁極和與該第三磁極對置的第四磁極的一方形成為前端和上述對置面的中央部對置。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是概略地表示第一實施方式的旋轉電機的立體圖。
[0011]圖2是表示圖1所示的轉子以及定子的概略構成的剖面立體圖。
[0012]圖3是在與圖2的剖面相差了極間距量的剖面中表示圖1所示的轉子以及定子的概略構成的剖面立體圖。
[0013]圖4(a)以及(b)是圖1的旋轉電機的部分剖面圖。
[0014]圖5(a)以及(b)是圖1的旋轉電機的部分剖面圖。
[0015]圖6是概略地表示第二實施方式的旋轉電機的立體圖。
[0016]圖7是表示圖6所示的轉子以及定子的概略構成的剖面立體圖。
[0017]圖8是在與圖7的剖面相差了極間距量的剖面中表示圖6所示的轉子以及定子的概略構成的剖面立體圖。
[0018]圖9(a)以及(b)是圖6的旋轉電機的部分剖面圖。
[0019]圖10(a)以及(b)是圖6的旋轉電機的部分剖面圖。
[0020]圖11是概略地表示第三實施方式的旋轉電機的立體圖。
[0021]圖12是表示圖11所示的轉子以及定子的概略構成的剖面立體圖。
[0022]圖13是在與圖12的剖面相差了極間距量的剖面中表示圖11所示的轉子以及定子的概略構成的剖面立體圖。
[0023]圖14(a)以及(b)是圖11的旋轉電機的部分剖面圖。
[0024]圖15(a)以及(b)是圖11的旋轉電機的部分剖面圖。
[0025]圖16是概略地表示第四實施方式的旋轉電機的立體圖。
[0026]圖17是表示圖16所示的轉子以及定子的概略構成的剖面立體圖。
[0027]圖18是在與圖17的剖面相差了極間距量的剖面中表示圖16所示的轉子以及定子的概略構成的剖面立體圖。
[0028]圖19(a)以及(b)是圖16的旋轉電機的部分剖面圖。
[0029]圖20(a)以及(b)是圖16的旋轉電機的部分剖面圖。
[0030]圖21是概略地表不第五實施方式的旋轉電機驅動系統的框圖。
[0031]圖22是表示圖21所示的驅動電路部的構成例的框圖。
[0032]圖23是表示流過圖22所示的電樞繞組的電流的一例的曲線圖。
[0033]圖24是表示流過圖22所示的電樞繞組的電流的其他例的曲線圖。
[0034]圖25是概略地表不第六實施方式的車輛的一例的框圖。
[0035]圖26是概略地表不第六實施方式的車輛的其他例的框圖。
[0036]圖27是概略地表不第六實施方式的車輛的又一其他例的框圖。
[0037]圖28是概略地表不第六實施方式的車輛的再又一其他例的框圖。
【具體實施方式】
[0038]以下，參照附圖來說明實施方式。另外，在以下的實施方式中對賦予了相同的編號的部分進行相同的動作，省略重複的說明。
[0039](第一實施方式)
[0040]圖1是概略地表示第一實施方式的橫向磁通型的旋轉電機100的立體圖。旋轉電機100如圖1所示，具備旋轉軸110以及將旋轉軸110旋轉驅動的多個(圖1中3個)驅動要素120。這些驅動要素120配置在旋轉軸110延伸的方向、即軸向上。驅動要素120分別包含轉子130以及定子140。旋轉電機100還具備將驅動要素120收納的圓筒形狀的框體(未圖示)，旋轉軸110通過設置於框體的I對軸承而被旋轉自如地支撐。
[0041]圖2是表示轉子130以及定子140的概略構造的剖面立體圖。圖2中示出經過旋轉軸110且沿著與該旋轉軸110平行的假想面的旋轉電機100的剖面。以下，剖面是指，經過旋轉軸110且與旋轉軸110平行的假想平面上的剖面，即，沿著與轉子130的旋轉方向垂直的方向的剖面。如圖2所示，轉子130被安裝於旋轉軸110，經由旋轉軸110而被相互連結。轉子130能夠繞旋轉軸110旋轉。在定子140間設置非磁性的連結部件150，定子140經由這些連結部件150而被相互連結。定子140被固定於框體。各驅動要素120中，轉子130以及定子140在與軸向垂直的方向即徑向上隔著空隙對置。本實施方式中，轉子130位於定子140的內側。
[0042]轉子130具備在旋轉方向上卷繞的繞組(也稱為磁場繞組或電樞繞組)132以及圍繞繞組132的強磁性體131。強磁性體131包括與旋轉軸110結合的環狀部133、從環狀部133的一端部朝向定子140延伸的多個磁極135A以及從環狀部133的其他端部朝向定子140延伸的多個磁極135B。多個磁極135A在軸向上隔著繞組132而與多個磁極135B分別對置。本實施方式的旋轉電機100中，為了向固定於轉子130的繞組132供給電源，設有能夠邊旋轉邊具有電接點的集電環(slipping)(未圖示)。
[0043]某個磁極135A與在軸向上對置的磁極135B成對。磁極135A以及成對的磁極135B的一方直線地在徑向上延伸，另一方彎曲成前端和轉子130與定子140的對置面的中央部對置。具體來說，彎曲的一方的磁極包括從環狀部133起直線地在徑向上延伸的第I部分以及從第I部分的前端起朝向對置面的中央部直線地延伸的第2部分。另外，彎曲的一方的磁極並不限定於如圖2所示那樣以規定的角度形成為彎折的形狀的例子，也可以形成為其他的形狀(例如，平滑地彎曲的形狀)。
[0044]轉子130中，直線狀的磁極和彎曲的磁極在周向上交替地配置。S卩，磁極135A為直線狀的磁極且磁極135B是彎曲的磁極的第一磁極形狀圖案以及磁極135A是彎曲的磁極且磁極135B是直線狀的磁極的第二磁極形狀圖案在周向上交替地重複。將自圖2所示的剖面傾斜了極間距(對應日語:極C y十)量的剖面表示於圖3。如圖2以及圖3所示，在某個剖面中強磁性體131表示第一磁極形狀圖案的情況下，在相差極間距量的剖面中，強磁性體131表示第二磁極形狀圖案。此外，在某個剖面中強磁性體131表示第二磁極形狀圖案的情況下，相差極間距量的剖面中，強磁性體131表示第一磁極形狀圖案。
[0045]另一方面，定子140具備在旋轉方向上卷繞的繞組(也稱為電樞繞組或磁場繞組)142和圍繞繞組142的強磁性體141。強磁性體141包括環狀部143、從環狀部143的一端部朝向轉子130延伸的多個磁極145A、從環狀部143的其他端部朝向轉子130延伸的多個磁極145B。多個磁極145A在軸向上隔著繞組132而與多個磁極145B分別對置。
[0046]某個磁極145A與在軸向上對置的磁極145B成對。磁極145A以及成對的磁極145B的一方直線地在徑向上延伸，另一方彎曲成前端和轉子130與定子140的對置面的中央部對置。具體來說，彎曲的一方的磁極包括從環狀部143起直線地在徑向上延伸的第I部分以及從第I部分的前端起朝向對置面的中央部直線地延伸的第2部分。另外，彎曲的一方的磁極並不限定於如圖2所示那樣以規定的角度形成為彎折的形狀的例子，也可以形成為其他的形狀(例如，平滑地彎曲的形狀)。
[0047]定子140中，直線狀的磁極和彎曲的磁極在周向上交替地配置。即，磁極145A為直線狀的磁極且磁極145B為彎曲的磁極的第三磁極形狀圖案以及磁極145A為彎曲的磁極且磁極145B為直線狀的磁極的第四磁極形狀圖案在周向上交替地重複。如圖2以及圖3所示，在某個剖面中強磁性體141表示第三磁極形狀圖案的情況下，在相差極間距量的剖面中，強磁性體141表示第四磁極形狀圖案。此外，在某個剖面中強磁性體141表示第四磁極形狀圖案的情況下，在相差極間距量的剖面中，強磁性體141表示第三磁極形狀圖案。
[0048]各驅動要素120中，通過向繞組132以及142供給電流而產生轉矩。產生轉矩的原理後述。通過產生的轉矩，轉子130旋轉，由此旋轉軸110旋轉。本實施方式中，3個驅動要素120的旋轉方向的相對的相位不同。因此，通過調整向這些驅動要素120的繞組132以及142供給的電流的比例，能夠控制轉矩。
[0049]另外，驅動要素120並不限定於圖1所示的設置3個的例子，也可以設置I個、2個、或4個以上。
[0050]接著，參照圖4(a)以及(b)及圖5(a)以及(b)來說明各驅動要素120產生轉矩的原理。
[0051]在某個旋轉角度下，圖4(a)所示的轉子130的彎曲的磁極135B與定子140的彎曲的磁極145A對置的部分以及圖4(b)所示的轉子130的彎曲的磁極135A與定子140的彎曲的磁極145B對置的部分相鄰而存在。在其他的旋轉角度下，如圖5(a)所示，轉子130的彎曲的磁極135A與定子140的彎曲的磁極145A對置，並且，轉子130的直線狀的磁極135B與定子140的直線狀的磁極145B對置。如圖5(b)所示，在與圖5(a)所示的部分相鄰的部分中，轉子130的直線狀的磁極135A與定子140的直線狀的磁極145A對置，並且，轉子130的彎曲的磁極135B與定子140的彎曲的磁極145B對置。
[0052]在圖4(a)以及(b)所示的部分，通過在轉子130的繞組132中流過電流401而形成磁路402，向箭頭403所示的朝向流過磁通。該磁通還在轉子130的環狀部133以及定子140的環狀部143中沿周向(圖4(a)以及(b)中對應於與紙面垂直的方向)流過，由此，磁路402遍及圖4 (a)以及(b)所示的2個部分而形成。磁路402形成為與勵磁後的繞組132進行交鏈(日語:鎖交)。具體來說，在對繞組132進行勵磁時，在環狀部133、磁極135B、空隙411、磁極145A、環狀部143、磁極145B、空隙412、磁極135A、環狀部133的路線中流過磁通。在定子140的繞組142進行勵磁的情況下在與磁路402相同的路線中流過磁通。由繞組132的勵磁產生的磁通與由繞組142的勵磁產生的磁通相互作用，結果是產生轉矩。
[0053]在圖5(a)所示的部分中，通過向轉子130的繞組132流過電流501而形成磁路502。磁路502中，磁通向箭頭503所示的朝向流過。該情況下，磁通在轉子130的環狀部133以及定子140的環狀部143中不沿周向(圖5 (a)中對應於與紙面垂直的方向)流過，形成在剖面內封閉的磁路502，以使該磁路502與勵磁後的繞組132進行交鏈。具體來說，在對繞組132進行勵磁時，在環狀部133、磁極135B、空隙511、磁極145B、環狀部143、磁極145A、空隙512、磁極135A、環狀部133的路線流過磁通。在對定子140的繞組142進行勵磁的情況也在與磁路502相同的路線中流過磁通。由繞組132的勵磁產生的磁通與由繞組142的勵磁產生的磁通相互作用，結果是產生轉矩。
[0054]在圖5(b)所示的部分中，通過向轉子130的繞組132流過電流501而形成磁路504。磁路504中，磁通向箭頭505所示的朝向流過。該情況下，磁通在轉子130的環狀部133以及定子140的環狀部143中不沿周向(圖5 (b)中對應於與紙面垂直的方向)流過，形成在剖面內封閉的磁路504，以使該磁路504與勵磁後的繞組132進行交鏈。具體來說，在對繞組132進行勵磁時，在環狀部133、磁極135B、空隙513、磁極145B、環狀部143、磁極145A、空隙514、磁極135A、環狀部133的路線中流過磁通。在對定子140的繞組142進行勵磁的情況也在與磁路504相同的路線中流過磁通。由繞組132的勵磁產生的磁通與由繞組142的勵磁產生的磁通相互作用，結果是產生轉矩。
[0055]本實施方式中，對於轉子130而言，磁極135A是直線狀的磁極且磁極135B是彎曲的磁極的第一磁極形狀圖案與磁極135A是彎曲的磁極且磁極135B是直線狀的磁極的第二磁極形狀圖案在周向上周期地交替地重複。進而，對於定子140而言，磁極145A是直線狀的磁極且磁極145B是彎曲的磁極的第三磁極形狀圖案與磁極145A是彎曲的磁極且磁極145B是直線狀的磁極的第四磁極形狀圖案在周向上周期地交替地重複。由此，在對繞組132以及142進行勵磁的情況下，在旋轉電機100的任一剖面中都形成圖4(a)以及(b)所示的磁路402、圖5(a)所示的磁路502以及圖5(b)所示的磁路504中的某一種。
[0056]具體來說，在某個剖面中，如圖5(a)所示，在轉子130與定子140的位置關係為相對於它們的對置面對稱的情況下，磁極135A與磁極145A對置，且磁極135B與磁極145B對置。由此，在該剖面內形成封閉的磁路502。同樣，在其他的剖面中，如圖5(b)所示，在轉子130與定子140的位置關係為相對於它們的對置面對稱的情況下，磁極135A與磁極145A對置且磁極135B與磁極145B對置。由此，在該剖面內形成封閉的磁路504。進而，在不產生封閉的磁路502以及504的剖面中，如圖4(a)以及(b)所示，經過折曲後的磁極135A和145B的組、折曲後的磁極135B和磁極145A的組、及環狀部133以及143而形成磁路402。這樣，本實施方式中，在任一剖面中都形成磁路，因此能夠減少磁場的洩露，能夠確保較大的磁極面積。結果是能夠實現高轉矩化。
[0057]進而，本實施方式中，轉子130以及定子140分別能夠一體成形，因此能夠使機械的強度提高。此外，通過設為在轉子130以及定子140各自安裝以環狀卷繞的繞組132以及142的構造，能夠減少組裝工時。此外，通過設置磁場繞組(繞組132或142)，在對適合於驅動速度的勵磁磁場(日語:界磁磁界)進行控制時，與使用永久磁鐵的以往的旋轉電機不同，沒有由電樞繞組132的負的直軸電流引起的銅損以及由該電流產生的反向磁場引起的永久磁鐵的減磁，還能夠進行可變速區域較廣的驅動。
[0058]如上所述，在第一實施方式的旋轉電機100中，設置於轉子130的磁極135A以及135B中的一方的前端部向轉子130與定子140的對置面的中央側彎曲，設置於定子140的磁極145A以及145B中的一方的前端部向轉子130與定子140的對置面的中央側彎曲。由此，在對繞組132以及142進行勵磁的情況下，在任一剖面中都形成磁路。結果是能夠產生較高的轉矩。
[0059](第二實施方式)
[0060]第二實施方式的旋轉電機的基本構成與第一實施方式的旋轉電機相同。第二實施方式與第一實施方式的不同點在於，電樞繞組從轉子機械地分離。
[0061]圖6是概略地表示第二實施方式的旋轉電機600的立體圖，圖7以及圖8是表示轉子130以及定子140的概略構造的剖面立體圖。圖8所示的剖面是從圖7所示的剖面傾斜了極間距量的剖面。進而，圖9 (a)以及(b)及圖10(a)以及(b)是旋轉電機600的部分剖面圖。
[0062]圖6所示的旋轉電機600中，如圖7以及圖8所示，轉子130具備環狀的強磁性體731,732以及將這些強磁性體731、732進行機械結合的環狀的非磁性體733。強磁性體731包括環狀部133以及從環狀部133朝向定子140延伸的多個磁極135B。強磁性體732包括朝向定子140延伸的多個磁極135A。磁極135A通過非磁性體733而與磁極135B結合。
[0063]在強磁性體731以及732之間插入(對應日語:介揷)有強磁性體734和安裝於強磁性體734的繞組132。更具體來說，強磁性體734配置於強磁性體732與環狀部133之間，繞組132配置於由強磁性體731、非磁性體733、強磁性體734包圍的空間。強磁性體734以及繞組132以不與旋轉中的轉子130接觸的方式形成為以旋轉軸110為中心的環狀。強磁性體734經由非磁性的連結部件601以及連結部件150固定在定子140上。本實施方式中，繞組132從轉子130分離，因此不需要設置集電環。
[0064]在某個旋轉角度下，圖9 (a)所示的彎曲的磁極135B與彎曲的磁極145A對置的部分以及圖9(b)所示的彎曲的磁極135A與彎曲的磁極145B對置的部分相鄰而存在。在其他的旋轉角度下，如圖10(a)所示，彎曲的磁極135A與彎曲的磁極145A對置，並且，直線狀的磁極135B與直線狀的磁極145B對置。如圖10(b)所示，在與圖10(a)所示的部分相鄰的部分中，直線狀的磁極135A與直線狀的磁極145A對置，並且，彎曲的磁極135B與彎曲的磁極145B對置。
[0065]在圖9 (a)以及(b)所示的部分中，通過向繞組132流過電流901而形成磁路902，磁通向箭頭903所示的朝向流過。該磁通在轉子130的環狀部133以及定子140的環狀部143中也沿周向(圖9(a)以及(b)中對應於與紙面垂直的方向)流過，由此，遍及圖9(a)以及(b)所示的2個部分而形成磁路902。磁路902形成為與勵磁後的繞組132進行交鏈。具體來說，在對繞組132進行勵磁時，在環狀部133、磁極1358、空隙911、磁極145A、環狀部143、磁極145B、空隙912、磁極135A、空隙913、強磁性體734、空隙914、環狀部133的路線中流過磁通。在對繞組142進行勵磁的情況下也在與磁路902相同的路線中流過磁通。由繞組132的勵磁產生的磁通與由繞組142的勵磁產生的磁通相互作用，結果是產生轉矩。
[0066]在圖10(a)所示的部分中，通過向繞組132流過電流1001而形成磁路1002。磁路1002中，磁通向箭頭1003所示的朝向流過。該情況下，磁通在轉子130的環狀部133以及定子140的環狀部143中不沿周向(圖10(a)中對應於與紙面垂直的方向)流過，形成在剖面內封閉的磁路1002，以使該磁路1002與勵磁後的繞組132進行交鏈。具體來說，在對繞組132進行勵磁時，在環狀部133、磁極135B、空隙1011、磁極145B、環狀部143、磁極145A、空隙1012、磁極135A、空隙1013、強磁性體734、空隙1014、環狀部133的路線中流過磁通。在對繞組142進行勵磁的情況下也在與磁路1002相同的路線中流過磁通。由繞組132的勵磁產生的磁通與由繞組142的勵磁產生的磁通相互作用，結果是產生轉矩。
[0067]在圖10(b)所示的部分中，通過向繞組132流過電流1001而形成磁路1004。磁路1004中，磁通向箭頭1005所示的朝向流過。該情況下，磁通在轉子130的環狀部133以及定子140的環狀部143中不沿周向(圖10(b)中對應於與紙面垂直的方向)流過，形成在剖面內封閉的磁路1004，以使該磁路1004與勵磁後的繞組132進行交鏈。具體來說，在對繞組132進行勵磁時，在環狀部133、磁極135B、空隙1015、磁極145B、環狀部143、磁極145A、空隙1016、磁極135A、空隙1017、強磁性體734、空隙1018、環狀部133的路線中流過磁通。在對繞組142進行勵磁的情況也在與磁路1004相同的路線中流過磁通。由繞組132的勵磁產生的磁通與由繞組142的勵磁產生的磁通相互作用，結果是產生轉矩。
[0068]本實施方式中，在對繞組132以及142進行了勵磁的情況下，在旋轉電機600的任一剖面中都形成圖9(a)以及(b)所示的磁路902、圖10(a)所示的磁路1002以及圖10(b)所示的磁路1004中的某一個。結果是能夠實現高轉矩化。
[0069]第2實施方式的旋轉電機600能夠與第I實施方式同樣地產生較高的轉矩。進而，可以不設置用於向繞組132供給電源的集電環，因此不需要集電環的磨損等的維護作業，能夠使長時間旋轉動作的可靠性提高。此外，能夠以不設置集電環的量將旋轉電機600小型化。
[0070](第三實施方式)
[0071 ] 第三實施方式的旋轉電機的基本構成與第一實施方式的旋轉電機相同，但第三實施方式的轉子的構造與第一實施方式不同。
[0072]圖11是概略地表示第三實施方式的旋轉電機1100的立體圖，圖12以及圖13是表示轉子130以及定子140的概略構造的剖面立體圖。圖13所示的剖面是從圖12所示的剖面傾斜了極間距量的剖面。進而，圖14(a)以及(b)及圖15(a)以及(b)是旋轉電機1100的部分剖面圖。
[0073]在圖11所示的旋轉電機1100中，如圖12以及圖13所示，轉子130具備環狀的磁場產生部1231、從磁場產生部1231的一端部朝向定子140延伸的多個磁極1235A、從磁場產生部1231的其他端部朝向定子140延伸的多個磁極1235B。磁場產生部1231被插入磁極1235A以及1235B間。多個磁極1235A在軸向上分別對置於多個磁極1235B。某個磁極1235A與在軸向上對置的磁極1235B成對。磁極1235A以及成對的磁極1235B中的一方直線地在徑向上延伸，另一方彎曲成前端和轉子130與定子140的對置面的中央部對置。磁場產生部1231例如是永久磁鐵，在軸向上產生磁通。由磁場產生部1231產生的磁通作為勵磁磁場被利用。磁極1235A以及1235B由強磁性體形成。第三實施方式的轉子130對應於在第一實施方式的轉子130中在環狀部133的中央部設置磁場產生部1231並除去了繞組132後的結構。
[0074]在某個旋轉角度下，圖14(a)所示的轉子130的彎曲的磁極1235B與定子140的彎曲的磁極145A對置的部分以及圖14(b)所示的轉子130的彎曲的磁極1235A與定子140的彎曲的磁極145B對置的部分相鄰而存在。磁場產生部1231向箭頭1403所示的方向產生磁場，由此,形成磁路1402。磁路1402中，磁通向箭頭1404所示的朝向流過。具體來說，在磁極1235B、空隙1411、磁極145A、環狀部143、磁極145B、空隙1412、磁極1235A、磁場產生部1231、磁極1235B的路線中流過磁通。磁路1402相當於通過第一實施方式的繞組132的勵磁而形成的磁路402 (圖4(a)以及(b))。第三實施方式中，通過磁場產生部1231產生的磁通與通過繞組142的勵磁產生的磁通相互作用，結果是產生轉矩。
[0075]在其他的旋轉角度下，如圖15(a)所示，轉子130的彎曲的磁極1235A與定子140的彎曲的磁極145A對置，並且，轉子130的直線狀的磁極1235B與定子140的直線狀的磁極145B對置。如圖15(b)所示，在與圖15(a)所示的部分相鄰的部分中，直線狀的磁極1235A與直線狀的磁極145A對置，並且，彎曲的磁極1235B與彎曲的磁極145B對置。
[0076]在圖15(a)所示的部分中，磁場產生部1231向箭頭1503所示的方向產生磁場，由此，形成磁路1502。磁路1502中，磁通向箭頭1504所示的朝向流過。具體來說,在磁極1235B、空隙1511、磁極145B、環狀部143、磁極145A、空隙1512、磁極1235A、磁場產生部1231的路線中流過磁通。磁路1502相當於通過第一實施方式的繞組132的勵磁而形成的磁路502(圖5(a))。通過磁場產生部1231產生的磁通與通過繞組142的勵磁產生的磁通相互作用，結果是產生轉矩。
[0077]在圖15(b)所示的部分中，磁場產生部1231向箭頭1503所示的方向產生磁場，由此，形成磁路1505。磁路1505中，磁通向箭頭1506所示的朝向流過。具體來說,在磁極1235B、空隙1513、磁極145B、環狀部143、磁極145A、空隙1514、磁極1235A、磁場產生部1231的路線中流過磁通。磁路1505相當於通過第一實施方式的繞組132的勵磁而形成的磁路504 (圖5(b))。通過磁場產生部1231產生的磁通和通過繞組142的勵磁產生的磁通相互作用，結果是產生轉矩。
[0078]本實施方式中，在對繞組142進行了勵磁的情況下，在旋轉電機1100的任一剖面中都形成圖14(a)以及(b)所示的磁路1402、圖15(a)所示的磁路1502以及圖15(b)所示的磁路1505中的某一個。結果是能夠實現高轉矩化。
[0079]第三實施方式的旋轉電機1100能夠與第一實施方式同樣地產生較高的轉矩。進而，通過在轉子130設置磁場產生部1231，可以不設置安裝於轉子130的繞組以及用於向該繞組供給電源的集電環。因此，不需要集電環的磨損等的維護作業，能夠使長時間旋轉動作的可靠性提高。此外，能夠以不設置集電環的量將旋轉電機1100小型化。
[0080](第四實施方式)
[0081 ] 第四實施方式的旋轉電機的基本構成與第一實施方式的旋轉電機相同，但第四實施方式的定子的構造與第一實施方式不同。
[0082]圖16是概略地表示第四實施方式的旋轉電機1600的立體圖，圖17以及圖18是表示轉子130以及定子140的概略構造的剖面立體圖。圖17所示的剖面是從圖18所示的剖面傾斜了極間距量的剖面。進而，圖19(a)以及(b)及圖20(a)以及(b)是旋轉電機1600的部分剖面圖。
[0083]如圖17以及圖18所示，在圖16所示的旋轉電機1600中，定子140具備環狀的磁場產生部1641、從磁場產生部1641的一端部朝向轉子130延伸的多個磁極1642A、從磁場產生部1641的其他端部朝向轉子130延伸的多個磁極1642B。磁場產生部1641被插入磁極1642A以及1642B之間。多個磁極1642A在軸向上分別對置於多個磁極1642B。某個磁極1642A與在軸向上對置的磁極1642B成對。磁極1642A以及成對的磁極1642B中的一方直線地在徑向上延伸，另一方彎曲成前端和轉子130與定子140的對置面的中央部對置。磁場產生部1641例如是永久磁鐵，在軸向上產生磁通。由磁場產生部1641產生的磁通被作為勵磁磁場利用。磁極1235A以及1235B由強磁性體形成。第四實施方式的定子140對應於在第一實施方式的定子140中在環狀部143的中央部設置磁場產生部1641並將繞組142去除後的結構。
[0084]在某個旋轉角度下，如圖19 (a)所示的轉子130的彎曲的磁極135B與定子140的彎曲的磁極1642A對置的部分以及如圖14(b)所示的轉子130的彎曲的磁極135A與定子140的彎曲的磁極1642B對置的部分相鄰而存在。磁場產生部1641向箭頭1903所示的方向產生磁場，由此,形成磁路1902。磁路1902中，磁通向箭頭1904所示的朝向流過。具體來說，在磁場產生部1641、磁極1642A、空隙1911、磁極135B、環狀部133、磁極135A、空隙1912、磁極1642B、磁場產生部1641的路線中流過磁通。磁路1902相當於通過第一實施方式的繞組142的勵磁而形成的磁路402(圖4(a)以及(b))。第三實施方式中，通過磁場產生部1641產生的磁通與通過繞組132的勵磁產生的磁通相互作用，結果是產生轉矩。
[0085]在其他的旋轉角度下，如圖20 (a)所示，轉子130的彎曲的磁極135A與定子140的彎曲的磁極1642A對置，並且，轉子130的直線狀的磁極135B與定子140的直線狀的磁極1642B對置。如圖20(b)所示，在與圖20(a)所示的部分相鄰的部分中，直線狀的磁極135A與直線狀的磁極1642A對置，並且，彎曲的磁極135B與彎曲的磁極1642B對置。
[0086]在圖20(a)所示的部分，磁場產生部1641向箭頭2003所示的方向產生磁場，由此，形成磁路2002。磁路2002中，磁通向箭頭2004所示的朝向流過。具體來說,在磁極1642A、空隙2011、磁極135A、環狀部133、磁極135B、空隙2012、磁極1642B、磁場產生部1641的路線中流過磁通。磁路2002相當於通過第一實施方式的繞組142的勵磁而形成的磁路502 (圖5(a))。通過磁場產生部1641產生的磁通與通過繞組132的勵磁產生的磁通相互作用，結果是產生轉矩。
[0087]在圖20(b)所示的部分中，磁場產生部1641向箭頭2003所示的方向產生磁場，由此，形成磁路2005。磁路2005中，磁通向箭頭2006所示的朝向流過。具體來說,在磁極1642A、空隙2013、磁極135A、環狀部133、磁極135B、空隙2014、磁極1642B、磁場產生部1641的路線中流過磁通。磁路2005相當於通過第一實施方式的繞組142的勵磁而形成的磁路504 (圖5(b))。通過磁場產生部1641產生的磁通與通過繞組132的勵磁產生的磁通相互作用，結果是產生轉矩。
[0088]本實施方式中，在對繞組132進行勵磁的情況下，在旋轉電機1600的任一剖面中也形成圖19(a)以及(b)所示的磁路1902、圖20(a)所示的磁路2002以及圖20(b)所示的磁路2005中的某一個。結果是能夠實現高轉矩化。
[0089]第四實施方式的旋轉電機1600能夠與第一實施方式同樣地產生較高的轉矩。進而，由於在定子140不設置繞組，因此不需要向定子140的繞組供給電源。一般來說，如第3實施方式那樣將磁場產生部配置於轉子側的結構在不需要集電環這一點上是優選的。
[0090](第五實施方式)
[0091 ] 第五實施方式中，對驅動旋轉電機的系統進行說明。
[0092]圖21概略地表示了第五實施方式的旋轉電機驅動系統2100。如圖21所示，旋轉電機驅動系統2100具備旋轉電機2101、旋轉角度檢測部2102、旋轉控制部2103以及驅動電路部2104。旋轉電機2101可以是第I?第4實施方式中的任一實施方式的旋轉電機。
[0093]旋轉角度檢測部2102對旋轉電機2101所包含的轉子的繞旋轉軸的旋轉角度進行檢測。一例中，旋轉角度檢測部2102根據在旋轉電機2101的旋轉軸上安裝的旋轉角度傳感器2105的輸出信號來檢測旋轉角度。在其他例中，旋轉角度檢測部2102使用通過驅動電路部2104輸出的電壓及電流以及旋轉電機2101的物理模型(model)來檢測旋轉角度。將後者的檢測方法稱為無傳感器評估。
[0094]旋轉控制部2103基於從旋轉角度檢測部2102輸出的旋轉角度信息(也稱為檢測信號)來控制驅動電路部2104。具體來說，旋轉控制部2103基於旋轉角度信息和所安裝的旋轉控制算法來決定應向驅動電路部2104施加的電壓，將該電壓向驅動電路部2104供給。
[0095]驅動電路部2104接受來自旋轉控制部2103的電壓供給以及來自未圖示的電源裝置的電源供給，將電流向旋轉電機2101的電樞繞組以及磁場繞組供給。例如，在旋轉電機2101是第一實施方式中說明的旋轉電機100 (圖1)的情況下，電樞繞組對應於轉子130的繞組132，磁場繞組對應於定子140的繞組142。通過電流的供給，轉矩向旋轉電機2101的轉子施加，旋轉電機2101被驅動。
[0096]圖22概略地表示驅動電路部2104的構成例。圖22所示的驅動電路部2104具備切換電路2201、功率放大電路2202以及柵極驅動電路2203。切換電路2201包括包含例如IGBT (insulated gate bipolar transistor,絕緣柵雙極型電晶體)以及包括二極體等在內的多個切換部2204。切換部2204被橋接於各相的電樞繞組2205。切換部2204通過來自柵極驅動電路2203的脈衝信號而被驅動。進而，各相的磁場繞組2206被從功率放大電路2202供給電源。圖22中，旋轉電機2101是三相的旋轉電機(即，是包括3個圖1所示的包含轉子和定子在內的驅動要素的旋轉電機)，電樞繞組假想為三相接法(對應日語:三相結線)。
[0097]另外，在旋轉電機2101的相數不同的情況下，同樣地也能夠採用對應於其相數的切換電路2201以及功率放大電路2202。此外，也可以對電樞繞組2205適用功率放大電路2202，對磁場繞組2206適用切換電路2201。
[0098]圖23表示在進行了三相接法的電樞繞組2205中流過的電流的一例。圖23中示出了在適用採用了切換電路2201的PWM(pulse width modulat1n,脈衝寬度調製)控制的情況、或適用功率放大電路2202的輸出的情況下的三相電流。實際上三相電流中含有噪聲，但圖23中只表示了相位各相差120度的基波成分。轉子以對應於該基波的頻率的速度被驅動。
[0099]圖24表示在進行了三相接法的電樞繞組2205中流過的電流的其他例。圖24中，執行採用切換電路2201的脈衝控制，分別供給相位相差120度的矩形波狀的三相電流。
[0100]在第五實施方式的旋轉電機驅動系統2100中，組裝有對轉子的位置而言適當的控制系統，因此能夠實現穩定的旋轉動作。進而，在旋轉角度檢測部2102執行無傳感器評估的情況下，不需要旋轉角度傳感器2105，能夠抑制成本。此外，旋轉電機2101能夠任意地設定相數，能夠與其相數相應地，採用與已有的同步電機的PWM控制、已有的PM (permanentmagnet，永久磁鐵)型或混合動力型的步進電機相同的控制來進行驅動。
[0101](第六實施方式)
[0102]第六實施方式中，對具備旋轉電機的車輛進行說明。該旋轉電機可以是第I?第4實施方式中的任一實施方式中說明的旋轉電機。作為第六實施方式的車輛的例子，可以舉出二輪、三輪或四輪的混合動力汽車、二輪、三輪或四輪的電動汽車，電動輔助自行車等。
[0103]混合動力型的車輛將內燃機和電池驅動的旋轉電機組合來作為行駛動力源。電動汽車將電池驅動的旋轉電機作為行駛原動力。作為車輛的驅動力，根據其行駛條件，需要較大範圍的轉速以及轉矩的動力源。一般來說內燃機限於對理想的能效進行表示的轉矩以及轉速，因此在其以外的行駛條件下能效降低。混合動力型的車輛使內燃機以最佳條件運轉而發電並且以高效率的旋轉電機來驅動車輪，或者使內燃機與旋轉電機的動力配合來驅動車輪，從而能夠提高車輛整體的能效。此外，將減速時車輛具有的運動能量作為電力進行再生，與通常的內燃機單獨行駛的車輛相比，能夠大幅增加每單位燃料的行駛距離。
[0104]混合動力汽車通過內燃機與旋轉電機的組合方式而大致能夠分為3類。
[0105]圖25概略地表示了一般被稱為串聯式混合動力汽車的混合動力汽車2500。如圖25所示，該混合動力汽車2500具備內燃機2501、發電機2502、變換器2503、電源2504、旋轉電機2505以及車輪2506。旋轉電機2505例如是第一實施方式的旋轉電機100 (圖1)。
[0106]混合動力汽車2500中，由內燃機2501產生的動力暫時全部被發電機2502轉換為電力。其電力經由變換器2503被蓄積在電源2504。電源2504中蓄積的電力經由變換器2503向旋轉電機2505供給，並通過旋轉電機2505而旋轉驅動車輪2506。這樣，串聯式混合動力汽車是在電動汽車複合了發電機的系統。內燃機能夠以高效率的條件運轉，還能夠進行電力再生。另一方面，車輪2506的驅動通過旋轉電機2505來執行，因此需要高輸出的旋轉電機2505。
[0107]圖26表示了被稱為並聯式混合動力汽車的混合動力汽車2600。如圖26所示，該混合動力汽車2600具備內燃機2501、變換器2503、電源2504、旋轉電機2601以及車輪2506。旋轉電機2601是例如第一實施方式的旋轉電機100 (圖1)，被用於車輪2506的驅動，並且還作為發電機被利用。
[0108]混合動力汽車2600中，車輪2506主要通過內燃機2501來驅動。由內燃機2501產生的動力的一部分根據情況，被旋轉電機2601變換為電力。其電力經由變換器2503而蓄積在電源2504。在負載變重的出發或加速時，從電源2504經由變換器2503向旋轉電機2601供給電力，通過旋轉電機2601對驅動力進行輔助。混合動力汽車2600是以通常的汽車為基礎、減少內燃機2501的負載變動而謀求高效率化、還組合電力再生等而執行的系統。車輪2506的驅動主要通過內燃機2501執行，因此旋轉電機2601的輸出能夠根據所需的輔助的比例而任意地決定。能夠採用較小的旋轉電機2601以及電源2504來構築系統。
[0109]圖27表示了被稱為串聯式/並聯式混合動力汽車的混合動力汽車2700。混合動力汽車2700是組合了串聯式和並聯式這兩方的系統。動力分配機構2701將內燃機2501的輸出分配為發電用和車輪驅動用。與並聯式方式相比能夠極精細地執行引擎的負載控制，並提聞能效。
[0110]圖28概略地表不了第六實施方式的電動汽車2800。旋轉電機2601是例如第一實施方式的旋轉電機100 (圖1),被用於車輪2506的驅動並且還作為發電機而被利用。
[0111]電動汽車2800中，蓄積在電源2504的電力經由變換器2503向旋轉電機2505供給，通過旋轉電機2505來旋轉驅動車輪2506。旋轉電機2601對車輪2506進行驅動，另一方面，根據情況，作為發電機發揮功能而產生電力。通過其電力，電源2504被充電。
[0112]如上所述，根據第六實施方式，提供一種採用上述的實施方式的橫向磁通型旋轉電機的車輛。
[0113]在上述的至少I個實施方式的橫向磁通型旋轉電機中，以在任一剖面都形成磁路的方式將磁極設置於轉子以及定子，從而能夠減少磁通的洩露，並能夠較大地確保磁極面積。結果是能夠產生較高的轉矩。
[0114]另外，實施方式的旋轉電機並不限定於是圖1、圖6、圖11、圖16所示的轉子與定子的對置面的法線為半徑方向的徑向間隙型電動機(RADIAL GAP MOTOR)的例子，也可以是轉子與定子的對置面的法線為軸向的軸向間隙型電動機(AXIAL GAP MOTOR)。進而，實施方式的旋轉電機並不限定於圖1、圖6、圖11、圖16所示的轉子位於定子的內側的內轉子的例子，也可以是轉子位於定子的外側的外轉子。
[0115]對本發明的幾個實施方式進行了說明，但這些實施方式是作為例子而提出的，並沒有意圖限定發明的範圍。這些實施方式可以以其他各種方式進行實施，在不超出發明主旨的範圍內，可進行各種省略、調換以及變更。這些實施方式及其變形包括在發明的範圍和主旨內，同樣，也包括在權利要求所記載的發明和與其等同的範圍內。
【權利要求】
1.一種橫向磁通型旋轉電機,具備: 轉子，上述轉子能夠繞旋轉軸旋轉，具備在旋轉方向上卷繞的第一繞組以及圍繞上述第一繞組的第一強磁性體；以及 定子，上述定子與上述轉子對置而設置，具備在上述旋轉方向上卷繞的第二繞組以及圍繞上述第二繞組的第二強磁性體， 上述第一強磁性體具備第一環狀部、從上述第一環狀部的一端部朝向上述定子延伸的多個第一磁極以及從上述第一環狀部的其他端部朝向上述定子延伸的多個第二磁極，第一磁極和與該第一磁極對置的第二磁極的一方形成為前端和上述定子與上述轉子的對置面的中央部對置， 上述第二強磁性體具備第二環狀部、從上述第二環狀部的一端部朝向上述轉子延伸的多個第三磁極以及從上述第二環狀部的其他端部朝向上述轉子延伸的多個第四磁極，第三磁極和與該第三磁極對置的第四磁極的一方形成為前端和上述對置面的中央部對置。
2.—種橫向磁通型旋轉電機,具備: 轉子，上述轉子能夠繞旋轉軸旋轉，具備第一強磁性體、第二強磁性體以及將上述第一強磁性體與上述第二強磁性體結合的第一非磁性體； 第一繞組，在旋轉方向上卷繞； 第三強磁性體，安裝有上述第一繞組； 定子，上述定子與上述轉子對置而設置，具備在上述旋轉方向上卷繞的第二繞組以及圍繞上述第二繞組的第四強磁性體；以及 第二非磁性體，將上述第三強磁性體固定於上述定子， 上述第一繞組配置於被上述第一強磁性體、上述第一非磁性體以及上述第三強磁性體包圍的空間， 上述第一強磁性體具備第一環狀部以及從上述第一環狀部的一端部朝向上述定子延伸的多個第一磁極，上述第二強磁性體具備朝向上述定子延伸的多個第二磁極，第一磁極和與該第一磁極對置的第二磁極的一方形成為前端和上述定子與上述轉子的對置面的中央部對置， 上述第四強磁性體具備第二環狀部、從上述第二環狀部的一端部朝向上述轉子延伸的多個第三磁極以及從上述第二環狀部的其他端部朝向上述轉子延伸的多個第四磁極，第三磁極和與該第三磁極對置的第四磁極的一方形成為前端和上述對置面的中央部對置。
3.—種橫向磁通型旋轉電機,具備: 轉子，上述轉子能夠繞旋轉軸旋轉，具備產生磁場的環狀的磁場產生部、從上述磁場產生部的一端部朝向上述定子延伸的多個第一磁極以及從上述磁場產生部的其他端部朝向上述定子延伸的多個第二磁極；以及 定子，上述定子與上述轉子對置而設置，具備在旋轉方向上卷繞的繞組以及圍繞上述繞組的強磁性體， 第一磁極和與該第一磁極對置的第二磁極的一方形成為前端和上述定子與上述轉子的對置面的中央部對置， 上述強磁性體具備環狀部、從上述環狀部的一端部朝向上述轉子延伸的多個第三磁極以及從上述環狀部的其他端部朝向上述轉子延伸的多個第四磁極，第三磁極和與該第三磁極對置的第四磁極的一方形成為前端和上述對置面的中央部對置。
4.一種橫向磁通型旋轉電機,具備: 轉子，上述轉子能夠繞旋轉軸旋轉，具備在旋轉方向上卷繞的繞組以及圍繞上述繞組的強磁性體，上述強磁性體具備環狀部、從上述環狀部的一端部朝向上述定子延伸的多個第一磁極以及從上述環狀部的其他端部朝向上述定子延伸的多個第二磁極；以及 定子，上述定子與上述轉子對置而設置，具備產生磁場的環狀的磁場產生部、從上述磁場產生部的一端部朝向上述定子延伸的多個第三磁極以及從上述磁場產生部的其他端部朝向上述定子延伸的多個第四磁極， 第一磁極和與該第一磁極對置的第二磁極的一方形成為前端和上述定子與上述轉子的對置面的中央部對置， 第三磁極和與該第三磁極對置的第四磁極的一方形成為前端和上述對置面的中央部對置。
5.如權利要求1或2所述的橫向磁通型旋轉電機，還具備: 檢測部，檢測上述轉子的繞上述旋轉軸的旋轉角度並生成檢測信號； 驅動電路部，向上述第一繞組以及第二繞組供給電流；以及 旋轉控制部，基於上述檢測信號來控制上述驅動電路部。
6.如權利要求3或4所述的橫向磁通型旋轉電機，還具備: 檢測部，檢測上述轉子的繞上述旋轉軸的旋轉角度並生成檢測信號； 驅動電路部，向上述繞組供給電流；以及 旋轉控制部，基於上述檢測信號來控制上述驅動電路部。
7.—種車輛， 具備權利要求1?4中任一項所記載的橫向磁通型旋轉電機。
【文檔編號】H02K1/16GK104283339SQ201410326867
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年7月10日 優先權日:2013年7月10日
【發明者】上田靖人 申請人:株式會社東芝