CN104283339A - 横向磁通型旋转电机以及车辆 - Google Patents

Abstract

提供一种产生较高的转矩的横向磁通型旋转电机。一实施方式的横向磁通型旋转电机具备转子以及定子。转子具备第一绕组和第一强磁性体。定子具备第二绕组和第二强磁性体。上述第一强磁性体具备第一环状部以及从上述第一环状部朝向上述定子延伸的多个第一磁极及多个第二磁极。第一磁极和与该第一磁极对置的第二磁极的一方形成为前端和上述定子与上述转子的对置面的中央部对置。上述第二强磁性体具备第二环状部以及从上述第二环状部朝向上述转子延伸的多个第三磁极及多个第四磁极。第三磁极和与该第三磁极对置的第四磁极的一方形成为前端和上述对置面的中央部对置。

Description

横向磁通型旋转电机以及车辆

技术领域

本发明的实施方式涉及横向磁通型旋转电机以及使用该横向磁通型旋转电机的车辆。

背景技术

以往的横向磁通型旋转电机中，定子由转子、以同轴卷绕的圆环状线圈、围绕圆环状线圈并配置在圆周上的U字型铁心形成，转子由以与定子的磁极对置的方式配置的永久磁铁以及铁心形成。该构造是广为人知的。

定子与转子的旋转方向的相对关系不同的组合有多个，通过向这些定子的圆环状线圈供给多相交流而产生转矩。该构造中，一般来说产生多极磁场是容易的，能够得到高的转矩。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4709846号公报

但是，在以往的横向磁通型旋转电机中，在相邻的U字型铁心之间存在空隙，因此成为磁场容易泄露的构造。为了谋求高转矩化，需要减少这种磁场的泄露。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种产生较高的转矩的横向磁通型旋转电机以及使用其的车辆。

一实施方式的横向磁通型旋转电机具备能够绕旋转轴旋转的转子以及与上述转子对置而设置的定子。转子具备在旋转方向上卷绕的第一绕组以及围绕上述第一绕组的第一强磁性体。定子具备在上述旋转方向上卷绕的第二绕组以及围绕上述第二绕组的第二强磁性体。上述第一强磁性体具备第一环状部、从上述第一环状部的一端部朝向上述定子延伸的多个第一磁极以及从上述第一环状部的其他端部朝向上述定子延伸的多个第二磁极。第一磁极和与该第一磁极对置的第二磁极的一方形成为前端和上述定子与上述转子的对置面的中央部对置。上述第二强磁性体具备第二环状部、从上述第二环状部的一端部朝向上述转子延伸的多个第三磁极以及从上述第二环状部的其他端部朝向上述转子延伸的多个第四磁极。第三磁极和与该第三磁极对置的第四磁极的一方形成为前端和上述对置面的中央部对置。

附图说明

图1是概略地表示第一实施方式的旋转电机的立体图。

图2是表示图1所示的转子以及定子的概略构成的剖面立体图。

图3是在与图2的剖面相差了极间距量的剖面中表示图1所示的转子以及定子的概略构成的剖面立体图。

图4(a)以及(b)是图1的旋转电机的部分剖面图。

图5(a)以及(b)是图1的旋转电机的部分剖面图。

图6是概略地表示第二实施方式的旋转电机的立体图。

图7是表示图6所示的转子以及定子的概略构成的剖面立体图。

图8是在与图7的剖面相差了极间距量的剖面中表示图6所示的转子以及定子的概略构成的剖面立体图。

图9(a)以及(b)是图6的旋转电机的部分剖面图。

图10(a)以及(b)是图6的旋转电机的部分剖面图。

图11是概略地表示第三实施方式的旋转电机的立体图。

图12是表示图11所示的转子以及定子的概略构成的剖面立体图。

图13是在与图12的剖面相差了极间距量的剖面中表示图11所示的转子以及定子的概略构成的剖面立体图。

图14(a)以及(b)是图11的旋转电机的部分剖面图。

图15(a)以及(b)是图11的旋转电机的部分剖面图。

图16是概略地表示第四实施方式的旋转电机的立体图。

图17是表示图16所示的转子以及定子的概略构成的剖面立体图。

图18是在与图17的剖面相差了极间距量的剖面中表示图16所示的转子以及定子的概略构成的剖面立体图。

图19(a)以及(b)是图16的旋转电机的部分剖面图。

图20(a)以及(b)是图16的旋转电机的部分剖面图。

图21是概略地表示第五实施方式的旋转电机驱动系统的框图。

图22是表示图21所示的驱动电路部的构成例的框图。

图23是表示流过图22所示的电枢绕组的电流的一例的曲线图。

图24是表示流过图22所示的电枢绕组的电流的其他例的曲线图。

图25是概略地表示第六实施方式的车辆的一例的框图。

图26是概略地表示第六实施方式的车辆的其他例的框图。

图27是概略地表示第六实施方式的车辆的又一其他例的框图。

图28是概略地表示第六实施方式的车辆的再又一其他例的框图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明实施方式。另外，在以下的实施方式中对赋予了相同的编号的部分进行相同的动作，省略重复的说明。

(第一实施方式)

图1是概略地表示第一实施方式的横向磁通型的旋转电机100的立体图。旋转电机100如图1所示，具备旋转轴110以及将旋转轴110旋转驱动的多个(图1中3个)驱动要素120。这些驱动要素120配置在旋转轴110延伸的方向、即轴向上。驱动要素120分别包含转子130以及定子140。旋转电机100还具备将驱动要素120收纳的圆筒形状的框体(未图示)，旋转轴110通过设置于框体的1对轴承而被旋转自如地支撑。

图2是表示转子130以及定子140的概略构造的剖面立体图。图2中示出经过旋转轴110且沿着与该旋转轴110平行的假想面的旋转电机100的剖面。以下，剖面是指，经过旋转轴110且与旋转轴110平行的假想平面上的剖面，即，沿着与转子130的旋转方向垂直的方向的剖面。如图2所示，转子130被安装于旋转轴110，经由旋转轴110而被相互连结。转子130能够绕旋转轴110旋转。在定子140间设置非磁性的连结部件150，定子140经由这些连结部件150而被相互连结。定子140被固定于框体。各驱动要素120中，转子130以及定子140在与轴向垂直的方向即径向上隔着空隙对置。本实施方式中，转子130位于定子140的内侧。

转子130具备在旋转方向上卷绕的绕组(也称为磁场绕组或电枢绕组)132以及围绕绕组132的强磁性体131。强磁性体131包括与旋转轴110结合的环状部133、从环状部133的一端部朝向定子140延伸的多个磁极135A以及从环状部133的其他端部朝向定子140延伸的多个磁极135B。多个磁极135A在轴向上隔着绕组132而与多个磁极135B分别对置。本实施方式的旋转电机100中，为了向固定于转子130的绕组132供给电源，设有能够边旋转边具有电接点的集电环(slipping)(未图示)。

某个磁极135A与在轴向上对置的磁极135B成对。磁极135A以及成对的磁极135B的一方直线地在径向上延伸，另一方弯曲成前端和转子130与定子140的对置面的中央部对置。具体来说，弯曲的一方的磁极包括从环状部133起直线地在径向上延伸的第1部分以及从第1部分的前端起朝向对置面的中央部直线地延伸的第2部分。另外，弯曲的一方的磁极并不限定于如图2所示那样以规定的角度形成为弯折的形状的例子，也可以形成为其他的形状(例如，平滑地弯曲的形状)。

转子130中，直线状的磁极和弯曲的磁极在周向上交替地配置。即，磁极135A为直线状的磁极且磁极135B是弯曲的磁极的第一磁极形状图案以及磁极135A是弯曲的磁极且磁极135B是直线状的磁极的第二磁极形状图案在周向上交替地重复。将自图2所示的剖面倾斜了极间距(对应日语：極ピッチ)量的剖面表示于图3。如图2以及图3所示，在某个剖面中强磁性体131表示第一磁极形状图案的情况下，在相差极间距量的剖面中，强磁性体131表示第二磁极形状图案。此外，在某个剖面中强磁性体131表示第二磁极形状图案的情况下，相差极间距量的剖面中，强磁性体131表示第一磁极形状图案。

另一方面，定子140具备在旋转方向上卷绕的绕组(也称为电枢绕组或磁场绕组)142和围绕绕组142的强磁性体141。强磁性体141包括环状部143、从环状部143的一端部朝向转子130延伸的多个磁极145A、从环状部143的其他端部朝向转子130延伸的多个磁极145B。多个磁极145A在轴向上隔着绕组132而与多个磁极145B分别对置。

某个磁极145A与在轴向上对置的磁极145B成对。磁极145A以及成对的磁极145B的一方直线地在径向上延伸，另一方弯曲成前端和转子130与定子140的对置面的中央部对置。具体来说，弯曲的一方的磁极包括从环状部143起直线地在径向上延伸的第1部分以及从第1部分的前端起朝向对置面的中央部直线地延伸的第2部分。另外，弯曲的一方的磁极并不限定于如图2所示那样以规定的角度形成为弯折的形状的例子，也可以形成为其他的形状(例如，平滑地弯曲的形状)。

定子140中，直线状的磁极和弯曲的磁极在周向上交替地配置。即，磁极145A为直线状的磁极且磁极145B为弯曲的磁极的第三磁极形状图案以及磁极145A为弯曲的磁极且磁极145B为直线状的磁极的第四磁极形状图案在周向上交替地重复。如图2以及图3所示，在某个剖面中强磁性体141表示第三磁极形状图案的情况下，在相差极间距量的剖面中，强磁性体141表示第四磁极形状图案。此外，在某个剖面中强磁性体141表示第四磁极形状图案的情况下，在相差极间距量的剖面中，强磁性体141表示第三磁极形状图案。

各驱动要素120中，通过向绕组132以及142供给电流而产生转矩。产生转矩的原理后述。通过产生的转矩，转子130旋转，由此旋转轴110旋转。本实施方式中，3个驱动要素120的旋转方向的相对的相位不同。因此，通过调整向这些驱动要素120的绕组132以及142供给的电流的比例，能够控制转矩。

另外，驱动要素120并不限定于图1所示的设置3个的例子，也可以设置1个、2个、或4个以上。

接着，参照图4(a)以及(b)及图5(a)以及(b)来说明各驱动要素120产生转矩的原理。

在某个旋转角度下，图4(a)所示的转子130的弯曲的磁极135B与定子140的弯曲的磁极145A对置的部分以及图4(b)所示的转子130的弯曲的磁极135A与定子140的弯曲的磁极145B对置的部分相邻而存在。在其他的旋转角度下，如图5(a)所示，转子130的弯曲的磁极135A与定子140的弯曲的磁极145A对置，并且，转子130的直线状的磁极135B与定子140的直线状的磁极145B对置。如图5(b)所示，在与图5(a)所示的部分相邻的部分中，转子130的直线状的磁极135A与定子140的直线状的磁极145A对置，并且，转子130的弯曲的磁极135B与定子140的弯曲的磁极145B对置。

在图4(a)以及(b)所示的部分，通过在转子130的绕组132中流过电流401而形成磁路402，向箭头403所示的朝向流过磁通。该磁通还在转子130的环状部133以及定子140的环状部143中沿周向(图4(a)以及(b)中对应于与纸面垂直的方向)流过，由此，磁路402遍及图4(a)以及(b)所示的2个部分而形成。磁路402形成为与励磁后的绕组132进行交链(日语：鎖交)。具体来说，在对绕组132进行励磁时，在环状部133、磁极135B、空隙411、磁极145A、环状部143、磁极145B、空隙412、磁极135A、环状部133的路线中流过磁通。在定子140的绕组142进行励磁的情况下在与磁路402相同的路线中流过磁通。由绕组132的励磁产生的磁通与由绕组142的励磁产生的磁通相互作用，结果是产生转矩。

在图5(a)所示的部分中，通过向转子130的绕组132流过电流501而形成磁路502。磁路502中，磁通向箭头503所示的朝向流过。该情况下，磁通在转子130的环状部133以及定子140的环状部143中不沿周向(图5(a)中对应于与纸面垂直的方向)流过，形成在剖面内封闭的磁路502，以使该磁路502与励磁后的绕组132进行交链。具体来说，在对绕组132进行励磁时，在环状部133、磁极135B、空隙511、磁极145B、环状部143、磁极145A、空隙512、磁极135A、环状部133的路线流过磁通。在对定子140的绕组142进行励磁的情况也在与磁路502相同的路线中流过磁通。由绕组132的励磁产生的磁通与由绕组142的励磁产生的磁通相互作用，结果是产生转矩。

在图5(b)所示的部分中，通过向转子130的绕组132流过电流501而形成磁路504。磁路504中，磁通向箭头505所示的朝向流过。该情况下，磁通在转子130的环状部133以及定子140的环状部143中不沿周向(图5(b)中对应于与纸面垂直的方向)流过，形成在剖面内封闭的磁路504，以使该磁路504与励磁后的绕组132进行交链。具体来说，在对绕组132进行励磁时，在环状部133、磁极135B、空隙513、磁极145B、环状部143、磁极145A、空隙514、磁极135A、环状部133的路线中流过磁通。在对定子140的绕组142进行励磁的情况也在与磁路504相同的路线中流过磁通。由绕组132的励磁产生的磁通与由绕组142的励磁产生的磁通相互作用，结果是产生转矩。

本实施方式中，对于转子130而言，磁极135A是直线状的磁极且磁极135B是弯曲的磁极的第一磁极形状图案与磁极135A是弯曲的磁极且磁极135B是直线状的磁极的第二磁极形状图案在周向上周期地交替地重复。进而，对于定子140而言，磁极145A是直线状的磁极且磁极145B是弯曲的磁极的第三磁极形状图案与磁极145A是弯曲的磁极且磁极145B是直线状的磁极的第四磁极形状图案在周向上周期地交替地重复。由此，在对绕组132以及142进行励磁的情况下，在旋转电机100的任一剖面中都形成图4(a)以及(b)所示的磁路402、图5(a)所示的磁路502以及图5(b)所示的磁路504中的某一种。

具体来说，在某个剖面中，如图5(a)所示，在转子130与定子140的位置关系为相对于它们的对置面对称的情况下，磁极135A与磁极145A对置，且磁极135B与磁极145B对置。由此，在该剖面内形成封闭的磁路502。同样，在其他的剖面中，如图5(b)所示，在转子130与定子140的位置关系为相对于它们的对置面对称的情况下，磁极135A与磁极145A对置且磁极135B与磁极145B对置。由此，在该剖面内形成封闭的磁路504。进而，在不产生封闭的磁路502以及504的剖面中，如图4(a)以及(b)所示，经过折曲后的磁极135A和145B的组、折曲后的磁极135B和磁极145A的组、及环状部133以及143而形成磁路402。这样，本实施方式中，在任一剖面中都形成磁路，因此能够减少磁场的泄露，能够确保较大的磁极面积。结果是能够实现高转矩化。

进而，本实施方式中，转子130以及定子140分别能够一体成形，因此能够使机械的强度提高。此外，通过设为在转子130以及定子140各自安装以环状卷绕的绕组132以及142的构造，能够减少组装工时。此外，通过设置磁场绕组(绕组132或142)，在对适合于驱动速度的励磁磁场(日语：界磁磁界)进行控制时，与使用永久磁铁的以往的旋转电机不同，没有由电枢绕组132的负的直轴电流引起的铜损以及由该电流产生的反向磁场引起的永久磁铁的减磁，还能够进行可变速区域较广的驱动。

如上所述，在第一实施方式的旋转电机100中，设置于转子130的磁极135A以及135B中的一方的前端部向转子130与定子140的对置面的中央侧弯曲，设置于定子140的磁极145A以及145B中的一方的前端部向转子130与定子140的对置面的中央侧弯曲。由此，在对绕组132以及142进行励磁的情况下，在任一剖面中都形成磁路。结果是能够产生较高的转矩。

(第二实施方式)

第二实施方式的旋转电机的基本构成与第一实施方式的旋转电机相同。第二实施方式与第一实施方式的不同点在于，电枢绕组从转子机械地分离。

图6是概略地表示第二实施方式的旋转电机600的立体图，图7以及图8是表示转子130以及定子140的概略构造的剖面立体图。图8所示的剖面是从图7所示的剖面倾斜了极间距量的剖面。进而，图9(a)以及(b)及图10(a)以及(b)是旋转电机600的部分剖面图。

图6所示的旋转电机600中，如图7以及图8所示，转子130具备环状的强磁性体731、732以及将这些强磁性体731、732进行机械结合的环状的非磁性体733。强磁性体731包括环状部133以及从环状部133朝向定子140延伸的多个磁极135B。强磁性体732包括朝向定子140延伸的多个磁极135A。磁极135A通过非磁性体733而与磁极135B结合。

在强磁性体731以及732之间插入(对应日语：介挿)有强磁性体734和安装于强磁性体734的绕组132。更具体来说，强磁性体734配置于强磁性体732与环状部133之间，绕组132配置于由强磁性体731、非磁性体733、强磁性体734包围的空间。强磁性体734以及绕组132以不与旋转中的转子130接触的方式形成为以旋转轴110为中心的环状。强磁性体734经由非磁性的连结部件601以及连结部件150固定在定子140上。本实施方式中，绕组132从转子130分离，因此不需要设置集电环。

在某个旋转角度下，图9(a)所示的弯曲的磁极135B与弯曲的磁极145A对置的部分以及图9(b)所示的弯曲的磁极135A与弯曲的磁极145B对置的部分相邻而存在。在其他的旋转角度下，如图10(a)所示，弯曲的磁极135A与弯曲的磁极145A对置，并且，直线状的磁极135B与直线状的磁极145B对置。如图10(b)所示，在与图10(a)所示的部分相邻的部分中，直线状的磁极135A与直线状的磁极145A对置，并且，弯曲的磁极135B与弯曲的磁极145B对置。

在图9(a)以及(b)所示的部分中，通过向绕组132流过电流901而形成磁路902，磁通向箭头903所示的朝向流过。该磁通在转子130的环状部133以及定子140的环状部143中也沿周向(图9(a)以及(b)中对应于与纸面垂直的方向)流过，由此，遍及图9(a)以及(b)所示的2个部分而形成磁路902。磁路902形成为与励磁后的绕组132进行交链。具体来说，在对绕组132进行励磁时，在环状部133、磁极135B、空隙911、磁极145A、环状部143、磁极145B、空隙912、磁极135A、空隙913、强磁性体734、空隙914、环状部133的路线中流过磁通。在对绕组142进行励磁的情况下也在与磁路902相同的路线中流过磁通。由绕组132的励磁产生的磁通与由绕组142的励磁产生的磁通相互作用，结果是产生转矩。

在图10(a)所示的部分中，通过向绕组132流过电流1001而形成磁路1002。磁路1002中，磁通向箭头1003所示的朝向流过。该情况下，磁通在转子130的环状部133以及定子140的环状部143中不沿周向(图10(a)中对应于与纸面垂直的方向)流过，形成在剖面内封闭的磁路1002，以使该磁路1002与励磁后的绕组132进行交链。具体来说，在对绕组132进行励磁时，在环状部133、磁极135B、空隙1011、磁极145B、环状部143、磁极145A、空隙1012、磁极135A、空隙1013、强磁性体734、空隙1014、环状部133的路线中流过磁通。在对绕组142进行励磁的情况下也在与磁路1002相同的路线中流过磁通。由绕组132的励磁产生的磁通与由绕组142的励磁产生的磁通相互作用，结果是产生转矩。

在图10(b)所示的部分中，通过向绕组132流过电流1001而形成磁路1004。磁路1004中，磁通向箭头1005所示的朝向流过。该情况下，磁通在转子130的环状部133以及定子140的环状部143中不沿周向(图10(b)中对应于与纸面垂直的方向)流过，形成在剖面内封闭的磁路1004，以使该磁路1004与励磁后的绕组132进行交链。具体来说，在对绕组132进行励磁时，在环状部133、磁极135B、空隙1015、磁极145B、环状部143、磁极145A、空隙1016、磁极135A、空隙1017、强磁性体734、空隙1018、环状部133的路线中流过磁通。在对绕组142进行励磁的情况也在与磁路1004相同的路线中流过磁通。由绕组132的励磁产生的磁通与由绕组142的励磁产生的磁通相互作用，结果是产生转矩。

本实施方式中，在对绕组132以及142进行了励磁的情况下，在旋转电机600的任一剖面中都形成图9(a)以及(b)所示的磁路902、图10(a)所示的磁路1002以及图10(b)所示的磁路1004中的某一个。结果是能够实现高转矩化。

第2实施方式的旋转电机600能够与第1实施方式同样地产生较高的转矩。进而，可以不设置用于向绕组132供给电源的集电环，因此不需要集电环的磨损等的维护作业，能够使长时间旋转动作的可靠性提高。此外，能够以不设置集电环的量将旋转电机600小型化。

(第三实施方式)

第三实施方式的旋转电机的基本构成与第一实施方式的旋转电机相同，但第三实施方式的转子的构造与第一实施方式不同。

图11是概略地表示第三实施方式的旋转电机1100的立体图，图12以及图13是表示转子130以及定子140的概略构造的剖面立体图。图13所示的剖面是从图12所示的剖面倾斜了极间距量的剖面。进而，图14(a)以及(b)及图15(a)以及(b)是旋转电机1100的部分剖面图。

在图11所示的旋转电机1100中，如图12以及图13所示，转子130具备环状的磁场产生部1231、从磁场产生部1231的一端部朝向定子140延伸的多个磁极1235A、从磁场产生部1231的其他端部朝向定子140延伸的多个磁极1235B。磁场产生部1231被插入磁极1235A以及1235B间。多个磁极1235A在轴向上分别对置于多个磁极1235B。某个磁极1235A与在轴向上对置的磁极1235B成对。磁极1235A以及成对的磁极1235B中的一方直线地在径向上延伸，另一方弯曲成前端和转子130与定子140的对置面的中央部对置。磁场产生部1231例如是永久磁铁，在轴向上产生磁通。由磁场产生部1231产生的磁通作为励磁磁场被利用。磁极1235A以及1235B由强磁性体形成。第三实施方式的转子130对应于在第一实施方式的转子130中在环状部133的中央部设置磁场产生部1231并除去了绕组132后的结构。

在某个旋转角度下，图14(a)所示的转子130的弯曲的磁极1235B与定子140的弯曲的磁极145A对置的部分以及图14(b)所示的转子130的弯曲的磁极1235A与定子140的弯曲的磁极145B对置的部分相邻而存在。磁场产生部1231向箭头1403所示的方向产生磁场，由此，形成磁路1402。磁路1402中，磁通向箭头1404所示的朝向流过。具体来说，在磁极1235B、空隙1411、磁极145A、环状部143、磁极145B、空隙1412、磁极1235A、磁场产生部1231、磁极1235B的路线中流过磁通。磁路1402相当于通过第一实施方式的绕组132的励磁而形成的磁路402(图4(a)以及(b))。第三实施方式中，通过磁场产生部1231产生的磁通与通过绕组142的励磁产生的磁通相互作用，结果是产生转矩。

在其他的旋转角度下，如图15(a)所示，转子130的弯曲的磁极1235A与定子140的弯曲的磁极145A对置，并且，转子130的直线状的磁极1235B与定子140的直线状的磁极145B对置。如图15(b)所示，在与图15(a)所示的部分相邻的部分中，直线状的磁极1235A与直线状的磁极145A对置，并且，弯曲的磁极1235B与弯曲的磁极145B对置。

在图15(a)所示的部分中，磁场产生部1231向箭头1503所示的方向产生磁场，由此，形成磁路1502。磁路1502中，磁通向箭头1504所示的朝向流过。具体来说，在磁极1235B、空隙1511、磁极145B、环状部143、磁极145A、空隙1512、磁极1235A、磁场产生部1231的路线中流过磁通。磁路1502相当于通过第一实施方式的绕组132的励磁而形成的磁路502(图5(a))。通过磁场产生部1231产生的磁通与通过绕组142的励磁产生的磁通相互作用，结果是产生转矩。

在图15(b)所示的部分中，磁场产生部1231向箭头1503所示的方向产生磁场，由此，形成磁路1505。磁路1505中，磁通向箭头1506所示的朝向流过。具体来说，在磁极1235B、空隙1513、磁极145B、环状部143、磁极145A、空隙1514、磁极1235A、磁场产生部1231的路线中流过磁通。磁路1505相当于通过第一实施方式的绕组132的励磁而形成的磁路504(图5(b))。通过磁场产生部1231产生的磁通和通过绕组142的励磁产生的磁通相互作用，结果是产生转矩。

本实施方式中，在对绕组142进行了励磁的情况下，在旋转电机1100的任一剖面中都形成图14(a)以及(b)所示的磁路1402、图15(a)所示的磁路1502以及图15(b)所示的磁路1505中的某一个。结果是能够实现高转矩化。

第三实施方式的旋转电机1100能够与第一实施方式同样地产生较高的转矩。进而，通过在转子130设置磁场产生部1231，可以不设置安装于转子130的绕组以及用于向该绕组供给电源的集电环。因此，不需要集电环的磨损等的维护作业，能够使长时间旋转动作的可靠性提高。此外，能够以不设置集电环的量将旋转电机1100小型化。

(第四实施方式)

第四实施方式的旋转电机的基本构成与第一实施方式的旋转电机相同，但第四实施方式的定子的构造与第一实施方式不同。

图16是概略地表示第四实施方式的旋转电机1600的立体图，图17以及图18是表示转子130以及定子140的概略构造的剖面立体图。图17所示的剖面是从图18所示的剖面倾斜了极间距量的剖面。进而，图19(a)以及(b)及图20(a)以及(b)是旋转电机1600的部分剖面图。

如图17以及图18所示，在图16所示的旋转电机1600中，定子140具备环状的磁场产生部1641、从磁场产生部1641的一端部朝向转子130延伸的多个磁极1642A、从磁场产生部1641的其他端部朝向转子130延伸的多个磁极1642B。磁场产生部1641被插入磁极1642A以及1642B之间。多个磁极1642A在轴向上分别对置于多个磁极1642B。某个磁极1642A与在轴向上对置的磁极1642B成对。磁极1642A以及成对的磁极1642B中的一方直线地在径向上延伸，另一方弯曲成前端和转子130与定子140的对置面的中央部对置。磁场产生部1641例如是永久磁铁，在轴向上产生磁通。由磁场产生部1641产生的磁通被作为励磁磁场利用。磁极1235A以及1235B由强磁性体形成。第四实施方式的定子140对应于在第一实施方式的定子140中在环状部143的中央部设置磁场产生部1641并将绕组142去除后的结构。

在某个旋转角度下，如图19(a)所示的转子130的弯曲的磁极135B与定子140的弯曲的磁极1642A对置的部分以及如图14(b)所示的转子130的弯曲的磁极135A与定子140的弯曲的磁极1642B对置的部分相邻而存在。磁场产生部1641向箭头1903所示的方向产生磁场，由此，形成磁路1902。磁路1902中，磁通向箭头1904所示的朝向流过。具体来说，在磁场产生部1641、磁极1642A、空隙1911、磁极135B、环状部133、磁极135A、空隙1912、磁极1642B、磁场产生部1641的路线中流过磁通。磁路1902相当于通过第一实施方式的绕组142的励磁而形成的磁路402(图4(a)以及(b))。第三实施方式中，通过磁场产生部1641产生的磁通与通过绕组132的励磁产生的磁通相互作用，结果是产生转矩。

在其他的旋转角度下，如图20(a)所示，转子130的弯曲的磁极135A与定子140的弯曲的磁极1642A对置，并且，转子130的直线状的磁极135B与定子140的直线状的磁极1642B对置。如图20(b)所示，在与图20(a)所示的部分相邻的部分中，直线状的磁极135A与直线状的磁极1642A对置，并且，弯曲的磁极135B与弯曲的磁极1642B对置。

在图20(a)所示的部分，磁场产生部1641向箭头2003所示的方向产生磁场，由此，形成磁路2002。磁路2002中，磁通向箭头2004所示的朝向流过。具体来说，在磁极1642A、空隙2011、磁极135A、环状部133、磁极135B、空隙2012、磁极1642B、磁场产生部1641的路线中流过磁通。磁路2002相当于通过第一实施方式的绕组142的励磁而形成的磁路502(图5(a))。通过磁场产生部1641产生的磁通与通过绕组132的励磁产生的磁通相互作用，结果是产生转矩。

在图20(b)所示的部分中，磁场产生部1641向箭头2003所示的方向产生磁场，由此，形成磁路2005。磁路2005中，磁通向箭头2006所示的朝向流过。具体来说，在磁极1642A、空隙2013、磁极135A、环状部133、磁极135B、空隙2014、磁极1642B、磁场产生部1641的路线中流过磁通。磁路2005相当于通过第一实施方式的绕组142的励磁而形成的磁路504(图5(b))。通过磁场产生部1641产生的磁通与通过绕组132的励磁产生的磁通相互作用，结果是产生转矩。

本实施方式中，在对绕组132进行励磁的情况下，在旋转电机1600的任一剖面中也形成图19(a)以及(b)所示的磁路1902、图20(a)所示的磁路2002以及图20(b)所示的磁路2005中的某一个。结果是能够实现高转矩化。

第四实施方式的旋转电机1600能够与第一实施方式同样地产生较高的转矩。进而，由于在定子140不设置绕组，因此不需要向定子140的绕组供给电源。一般来说，如第3实施方式那样将磁场产生部配置于转子侧的结构在不需要集电环这一点上是优选的。

(第五实施方式)

第五实施方式中，对驱动旋转电机的系统进行说明。

图21概略地表示了第五实施方式的旋转电机驱动系统2100。如图21所示，旋转电机驱动系统2100具备旋转电机2101、旋转角度检测部2102、旋转控制部2103以及驱动电路部2104。旋转电机2101可以是第1～第4实施方式中的任一实施方式的旋转电机。

旋转角度检测部2102对旋转电机2101所包含的转子的绕旋转轴的旋转角度进行检测。一例中，旋转角度检测部2102根据在旋转电机2101的旋转轴上安装的旋转角度传感器2105的输出信号来检测旋转角度。在其他例中，旋转角度检测部2102使用通过驱动电路部2104输出的电压及电流以及旋转电机2101的物理模型(model)来检测旋转角度。将后者的检测方法称为无传感器评估。

旋转控制部2103基于从旋转角度检测部2102输出的旋转角度信息(也称为检测信号)来控制驱动电路部2104。具体来说，旋转控制部2103基于旋转角度信息和所安装的旋转控制算法来决定应向驱动电路部2104施加的电压，将该电压向驱动电路部2104供给。

驱动电路部2104接受来自旋转控制部2103的电压供给以及来自未图示的电源装置的电源供给，将电流向旋转电机2101的电枢绕组以及磁场绕组供给。例如，在旋转电机2101是第一实施方式中说明的旋转电机100(图1)的情况下，电枢绕组对应于转子130的绕组132，磁场绕组对应于定子140的绕组142。通过电流的供给，转矩向旋转电机2101的转子施加，旋转电机2101被驱动。

图22概略地表示驱动电路部2104的构成例。图22所示的驱动电路部2104具备切换电路2201、功率放大电路2202以及栅极驱动电路2203。切换电路2201包括包含例如IGBT(insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管)以及包括二极管等在内的多个切换部2204。切换部2204被桥接于各相的电枢绕组2205。切换部2204通过来自栅极驱动电路2203的脉冲信号而被驱动。进而，各相的磁场绕组2206被从功率放大电路2202供给电源。图22中，旋转电机2101是三相的旋转电机(即，是包括3个图1所示的包含转子和定子在内的驱动要素的旋转电机)，电枢绕组假想为三相接法(对应日语：三相結線)。

另外，在旋转电机2101的相数不同的情况下，同样地也能够采用对应于其相数的切换电路2201以及功率放大电路2202。此外，也可以对电枢绕组2205适用功率放大电路2202，对磁场绕组2206适用切换电路2201。

图23表示在进行了三相接法的电枢绕组2205中流过的电流的一例。图23中示出了在适用采用了切换电路2201的PWM(pulse widthmodulation，脉冲宽度调制)控制的情况、或适用功率放大电路2202的输出的情况下的三相电流。实际上三相电流中含有噪声，但图23中只表示了相位各相差120度的基波成分。转子以对应于该基波的频率的速度被驱动。

图24表示在进行了三相接法的电枢绕组2205中流过的电流的其他例。图24中，执行采用切换电路2201的脉冲控制，分别供给相位相差120度的矩形波状的三相电流。

在第五实施方式的旋转电机驱动系统2100中，组装有对转子的位置而言适当的控制系统，因此能够实现稳定的旋转动作。进而，在旋转角度检测部2102执行无传感器评估的情况下，不需要旋转角度传感器2105，能够抑制成本。此外，旋转电机2101能够任意地设定相数，能够与其相数相应地，采用与已有的同步电机的PWM控制、已有的PM(permanent magnet，永久磁铁)型或混合动力型的步进电机相同的控制来进行驱动。

(第六实施方式)

第六实施方式中，对具备旋转电机的车辆进行说明。该旋转电机可以是第1～第4实施方式中的任一实施方式中说明的旋转电机。作为第六实施方式的车辆的例子，可以举出二轮、三轮或四轮的混合动力汽车、二轮、三轮或四轮的电动汽车，电动辅助自行车等。

混合动力型的车辆将内燃机和电池驱动的旋转电机组合来作为行驶动力源。电动汽车将电池驱动的旋转电机作为行驶原动力。作为车辆的驱动力，根据其行驶条件，需要较大范围的转速以及转矩的动力源。一般来说内燃机限于对理想的能效进行表示的转矩以及转速，因此在其以外的行驶条件下能效降低。混合动力型的车辆使内燃机以最佳条件运转而发电并且以高效率的旋转电机来驱动车轮，或者使内燃机与旋转电机的动力配合来驱动车轮，从而能够提高车辆整体的能效。此外，将减速时车辆具有的运动能量作为电力进行再生，与通常的内燃机单独行驶的车辆相比，能够大幅增加每单位燃料的行驶距离。

混合动力汽车通过内燃机与旋转电机的组合方式而大致能够分为3类。

图25概略地表示了一般被称为串联式混合动力汽车的混合动力汽车2500。如图25所示，该混合动力汽车2500具备内燃机2501、发电机2502、变换器2503、电源2504、旋转电机2505以及车轮2506。旋转电机2505例如是第一实施方式的旋转电机100(图1)。

混合动力汽车2500中，由内燃机2501产生的动力暂时全部被发电机2502转换为电力。其电力经由变换器2503被蓄积在电源2504。电源2504中蓄积的电力经由变换器2503向旋转电机2505供给，并通过旋转电机2505而旋转驱动车轮2506。这样，串联式混合动力汽车是在电动汽车复合了发电机的系统。内燃机能够以高效率的条件运转，还能够进行电力再生。另一方面，车轮2506的驱动通过旋转电机2505来执行，因此需要高输出的旋转电机2505。

图26表示了被称为并联式混合动力汽车的混合动力汽车2600。如图26所示，该混合动力汽车2600具备内燃机2501、变换器2503、电源2504、旋转电机2601以及车轮2506。旋转电机2601是例如第一实施方式的旋转电机100(图1)，被用于车轮2506的驱动，并且还作为发电机被利用。

混合动力汽车2600中，车轮2506主要通过内燃机2501来驱动。由内燃机2501产生的动力的一部分根据情况，被旋转电机2601变换为电力。其电力经由变换器2503而蓄积在电源2504。在负载变重的出发或加速时，从电源2504经由变换器2503向旋转电机2601供给电力，通过旋转电机2601对驱动力进行辅助。混合动力汽车2600是以通常的汽车为基础、减少内燃机2501的负载变动而谋求高效率化、还组合电力再生等而执行的系统。车轮2506的驱动主要通过内燃机2501执行，因此旋转电机2601的输出能够根据所需的辅助的比例而任意地决定。能够采用较小的旋转电机2601以及电源2504来构筑系统。

图27表示了被称为串联式/并联式混合动力汽车的混合动力汽车2700。混合动力汽车2700是组合了串联式和并联式这两方的系统。动力分配机构2701将内燃机2501的输出分配为发电用和车轮驱动用。与并联式方式相比能够极精细地执行引擎的负载控制，并提高能效。

图28概略地表示了第六实施方式的电动汽车2800。旋转电机2601是例如第一实施方式的旋转电机100(图1)，被用于车轮2506的驱动并且还作为发电机而被利用。

电动汽车2800中，蓄积在电源2504的电力经由变换器2503向旋转电机2505供给，通过旋转电机2505来旋转驱动车轮2506。旋转电机2601对车轮2506进行驱动，另一方面，根据情况，作为发电机发挥功能而产生电力。通过其电力，电源2504被充电。

如上所述，根据第六实施方式，提供一种采用上述的实施方式的横向磁通型旋转电机的车辆。

在上述的至少1个实施方式的横向磁通型旋转电机中，以在任一剖面都形成磁路的方式将磁极设置于转子以及定子，从而能够减少磁通的泄露，并能够较大地确保磁极面积。结果是能够产生较高的转矩。

另外，实施方式的旋转电机并不限定于是图1、图6、图11、图16所示的转子与定子的对置面的法线为半径方向的径向间隙型电动机(RADIALGAP MOTOR)的例子，也可以是转子与定子的对置面的法线为轴向的轴向间隙型电动机(AXIAL GAP MOTOR)。进而，实施方式的旋转电机并不限定于图1、图6、图11、图16所示的转子位于定子的内侧的内转子的例子，也可以是转子位于定子的外侧的外转子。

对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而提出的，并没有意图限定发明的范围。这些实施方式可以以其他各种方式进行实施，在不超出发明主旨的范围内，可进行各种省略、调换以及变更。这些实施方式及其变形包括在发明的范围和主旨内，同样，也包括在权利要求所记载的发明和与其等同的范围内。

Claims (7)

1.一种横向磁通型旋转电机，具备：

转子，上述转子能够绕旋转轴旋转，具备在旋转方向上卷绕的第一绕组以及围绕上述第一绕组的第一强磁性体；以及

定子，上述定子与上述转子对置而设置，具备在上述旋转方向上卷绕的第二绕组以及围绕上述第二绕组的第二强磁性体，

上述第一强磁性体具备第一环状部、从上述第一环状部的一端部朝向上述定子延伸的多个第一磁极以及从上述第一环状部的其他端部朝向上述定子延伸的多个第二磁极，第一磁极和与该第一磁极对置的第二磁极的一方形成为前端和上述定子与上述转子的对置面的中央部对置，

上述第二强磁性体具备第二环状部、从上述第二环状部的一端部朝向上述转子延伸的多个第三磁极以及从上述第二环状部的其他端部朝向上述转子延伸的多个第四磁极，第三磁极和与该第三磁极对置的第四磁极的一方形成为前端和上述对置面的中央部对置。

2.一种横向磁通型旋转电机，具备：

转子，上述转子能够绕旋转轴旋转，具备第一强磁性体、第二强磁性体以及将上述第一强磁性体与上述第二强磁性体结合的第一非磁性体；

第一绕组，在旋转方向上卷绕；

第三强磁性体，安装有上述第一绕组；

定子，上述定子与上述转子对置而设置，具备在上述旋转方向上卷绕的第二绕组以及围绕上述第二绕组的第四强磁性体；以及

第二非磁性体，将上述第三强磁性体固定于上述定子，

上述第一绕组配置于被上述第一强磁性体、上述第一非磁性体以及上述第三强磁性体包围的空间，

上述第一强磁性体具备第一环状部以及从上述第一环状部的一端部朝向上述定子延伸的多个第一磁极，上述第二强磁性体具备朝向上述定子延伸的多个第二磁极，第一磁极和与该第一磁极对置的第二磁极的一方形成为前端和上述定子与上述转子的对置面的中央部对置，

上述第四强磁性体具备第二环状部、从上述第二环状部的一端部朝向上述转子延伸的多个第三磁极以及从上述第二环状部的其他端部朝向上述转子延伸的多个第四磁极，第三磁极和与该第三磁极对置的第四磁极的一方形成为前端和上述对置面的中央部对置。

3.一种横向磁通型旋转电机，具备：

转子，上述转子能够绕旋转轴旋转，具备产生磁场的环状的磁场产生部、从上述磁场产生部的一端部朝向上述定子延伸的多个第一磁极以及从上述磁场产生部的其他端部朝向上述定子延伸的多个第二磁极；以及

定子，上述定子与上述转子对置而设置，具备在旋转方向上卷绕的绕组以及围绕上述绕组的强磁性体，

第一磁极和与该第一磁极对置的第二磁极的一方形成为前端和上述定子与上述转子的对置面的中央部对置，

上述强磁性体具备环状部、从上述环状部的一端部朝向上述转子延伸的多个第三磁极以及从上述环状部的其他端部朝向上述转子延伸的多个第四磁极，第三磁极和与该第三磁极对置的第四磁极的一方形成为前端和上述对置面的中央部对置。

4.一种横向磁通型旋转电机，具备：

转子，上述转子能够绕旋转轴旋转，具备在旋转方向上卷绕的绕组以及围绕上述绕组的强磁性体，上述强磁性体具备环状部、从上述环状部的一端部朝向上述定子延伸的多个第一磁极以及从上述环状部的其他端部朝向上述定子延伸的多个第二磁极；以及

定子，上述定子与上述转子对置而设置，具备产生磁场的环状的磁场产生部、从上述磁场产生部的一端部朝向上述定子延伸的多个第三磁极以及从上述磁场产生部的其他端部朝向上述定子延伸的多个第四磁极，

第一磁极和与该第一磁极对置的第二磁极的一方形成为前端和上述定子与上述转子的对置面的中央部对置，

第三磁极和与该第三磁极对置的第四磁极的一方形成为前端和上述对置面的中央部对置。

5.如权利要求1或2所述的横向磁通型旋转电机，还具备：

检测部，检测上述转子的绕上述旋转轴的旋转角度并生成检测信号；

驱动电路部，向上述第一绕组以及第二绕组供给电流；以及

旋转控制部，基于上述检测信号来控制上述驱动电路部。

6.如权利要求3或4所述的横向磁通型旋转电机，还具备：

检测部，检测上述转子的绕上述旋转轴的旋转角度并生成检测信号；

驱动电路部，向上述绕组供给电流；以及

旋转控制部，基于上述检测信号来控制上述驱动电路部。

7.一种车辆，

具备权利要求1～4中任一项所记载的横向磁通型旋转电机。