JP5592848B2 - 横方向磁束型回転電機及び車輌 - Google Patents
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Description
以下、第1実施形態における回転電機1について、図1〜図3と図25〜34を参照して説明する。
第1実施形態において、トルクが発生する場合の作用について説明する。
図4〜図6は、第2実施形態による回転電機101の構成を説明するための図である。
図7〜図9は、第3実施形態による回転電機201の構成を説明するための図である。
図10と図11は、第4実施形態による回転電機301の構成を説明するための図である。基本的な構成は前述の回転電機201と同様であるが、回転要素303に周方向全周にわたって強磁性体342が等間隔に配置されておらず、複数の全周にわたらない巻線341を有する点が異なる。ここでは、巻線341は二個としており、巻線341で取り囲まれている強磁性体342aと342bは、それぞれ周方向に等間隔に配置されているが、強磁性体342aは強磁性体342bと周方向に角度θずれて配置されている。これにより固定要素304aと回転要素303との組と、固定要素304bと回転要素303との組では、回転方向の相対的な位相が異なることとなり、複数の駆動要素302の巻線341に供給する電流の割合を調整することにより、トルクを制御することができる。この場合、巻線341aと341bに二相交流を適用することにより、トルクを制御することができる。
図12〜図14は、第5実施形態による回転電機401の構成を説明するための図である。基本的な構成は前述の回転電機201と同様であるが、駆動要素402に複数組の回転要素403と固定要素404を同心円上に有する点が異なる。ここでは、二組の固定要素404a、 404bと、空隙445a、 445bに磁界を発生させる磁界発生部432a、 434aと強磁性体431aおよび空隙445c、 445dに磁界を発生させる磁界発生部432b、 434bと強磁性体431bを有する回転要素403で構成されている。また、ここでは、磁界発生部451、 452を磁界発生部432a、 434a、 強磁性体431aと磁界発生部432b、 434b、 強磁性体431bとの間に配置することにより、第3実施形態と同様に磁力を増強している。磁界発生部432a、 434a、 強磁性体431aは、それぞれ磁界発生部432b、 434b、 強磁性体431bに対して、回転方向に同位相で配置されており、磁界発生部432a、 434aはそれぞれ磁界発生部432b、 434bの磁界に対して逆向きの磁界を発生させている。この構成により、回転要素403の径方向内側と外側で二組の固定要素404a、 404bと磁気的な相互作用を起こし、強力なトルクを発生することができる。
図15〜図19は、第6実施形態による回転電機501の構成を説明するための図である。基本的な構成は前述の回転電機1と同様であるが、回転要素503と固定要素504が軸方向に対向している点が異なる。この場合、巻線541を励磁すると、そのまわりにある強磁性体542、空隙545a、強磁性体531、空隙545b、強磁性体542の経路で磁束が流れ、その時に形成される磁気回路570は、第1実施形態と同様に径方向と軸方向に平行になる。一方、磁界発生部532(534)の磁束は磁界発生部532(534)、空隙545a(545b)、強磁性体542、空隙545a(545b)、強磁性体531、空隙546a(546b)、磁界発生部532(534)の経路で流れるが、その時に形成される磁気回路571は第1実施形態とは異なり、軸方向と周方向に平行になる。この構成では、回転要素503と固定要素504の直径をD2とすれば、回転要素503と固定要素504の対向する面の面積は最大でπD2 2となり、直径D2の二乗に比例して、回転要素503と固定要素504の軸方向の長さL2、 L2’にほぼ依存しない。そのため、軸方向の長さL2、 L2’が小さい回転電機501を構成することが可能で、直径D2を大きくすることで、その二乗に比例する強力なトルクを発生することができる。
図20〜図24は、第7実施形態による回転電機601の構成を説明するための図である。基本的な構成は前述の回転電機501と同様であるが、図21のK-K断面図に示すように、径方向に巻線641、強磁性体642、強磁性体631、磁界発生部632、 651、 652(634、 655、 656)が複数組配置されている点が異なる。ここでは、四組の巻線641、強磁性体642、強磁性体631と、三組の磁界発生部632、 651、 652と、二組の磁界発生部634、 655、 656で構成されている。一組分の巻線641、強磁性体642、強磁性体631、磁界発生部632、 651、 652(634、 655、 656)で見れば第6実施形態と同様だが、四組の巻線641a、 641b、 641c、 641dを励磁することによって四組の磁気回路670a、 670b、 670c、 670dが形成される。ここで、巻線641aと641cの電流の向きが等しく、その向きが巻線641b、 641dの電流の向きと反対であれば、空隙645b、 645c、 645dにおいて四個の巻線から発生した磁界が強め合う。この構成によって、巻線641、強磁性体642、強磁性体631、磁界発生部632、 651、 652(634、 655、 656)を高密度に配置でき、回転電機の高出力密度化を実現することができる。
第8の実施形態に係る車輌は、第1の実施形態に係る回転電機を備える。ここでいう車輌としては、二輪〜四輪のハイブリッド電気車輌、二輪〜四輪の電気車輌、アシスト自転車などが挙げられる。
図39〜図40は、第9実施形態による回転電機101の構成を説明するための図である。
図41〜図42は、第10実施形態による回転電機101の構成を説明するための図である。基本的な構成は前述の第9実施形態に係る回転電機101と同様であるが、固定要素104の強磁性体142と強磁性体147rが接触して取り付けられている点が異なる。図41では、強磁性体147rはリング状で、強磁性体142と異なる方向に積層して接触配置しているが、この両者は個別に製作せず、切削加工や圧粉磁心の圧縮成形などで一体にしても同様の原理で駆動が可能である。
図43〜図49は、本発明の第11実施形態による回転電機801の構成を説明するための図である。基本的な構成は前述の第6実施形態に係る回転電機501と同様であるが、回転電機801は回転電機501と比較して、2つの回転要素803の間に固定要素804が介挿されている点が異なる。図44は図43の回転要素803をA’’-A’’断面から見た構成を説明するための図である。基本的な構成は前述の第9実施形態に係る回転要素103と同様であるが、磁界発生部832(834)による磁界の向きが回転軸805の長手方向である点が異なる。図45は図43の固定要素804をB’’-B’’断面から見た構成を説明するための図である。巻線841を囲む強磁性体842と、隣り合う強磁性体842の間に強磁性体847が挿入されている点では前述の第9実施形態に係る固定要素104と同じ構成であり、それにより回転電機101に強磁性体147を挿入するのと同様に、磁界発生部側の磁気回路871におけるパーミアンスが増大し、同一の起磁力で強力な磁界を発生でき、高トルク化を実現できる。図46に図44と図45のC’’領域を回転軸805の長手方向に並べた構成を示す。隣り合う強磁性体842の間に挿入されている強磁性体847は強磁性体842と同じU字型の形状で強磁性体842とは逆向きに配置されており、回転要素803aと803bは固定要素804に対して、対称に配置されている。この構成によって、隣り合う強磁性体842の間の空間においても、巻線841を励磁することにより発生する磁束で強磁性体847と回転要素803bとの間で磁気回路870bを形成して、それらの磁束を空気中に漏らさずに有効に活用することができ、さらには固定要素804の集積度の面からも有利である。また、図47に示すように、固定要素804に対して対称構造ではない回転要素803aと803bを構成しても、図46の場合と同様に空気中への磁束の漏れを低減するのと同時に、固定要素804の高集積化を実現することができる。図46と図47に示される2つの回転要素の構造的な違いによって、コギングトルクと軸方向に発生する力(垂直力)の挙動に差が出てくる。図46の場合、回転要素803aに作用するリラクタンストルクは右側、回転要素803bに作用するリラクタンストルクは左側となり、両者は打ち消し合い、全体で発生するリラクタンストルクは少ない。一方、図47の場合、回転要素803aと回転要素803bに作用するリラクタンストルクは共に右側となり、発生するリラクタンストルクは大きい。このリラクタンストルクが大きければ、コギングトルクも大きくなる。したがって、これらのリラクタンストルクの差がコギングトルクの差として影響してくる。また、強磁性体842と強磁性体831aおよび強磁性体847と強磁性体831bとの対向面積は、図47の場合は等しいため、軸方向に発生する力は完全に打ち消し合うが、図46の場合は異なるため、軸方向に力は発生する。この軸方向の力はベアリングでの保持特性に影響してくる。したがって、用途に応じて、2つの回転要素803の組み合わせを使い分けることができる。
これら実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、様々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、第8実施形態に係る車輌において、第1実施形態の回転電機に代えて、他の実施形態に係る回転電機を適用することも可能である。
駆動要素・・・2、 102、 202、 302、 402、 502、 602、802
回転要素・・・3、 103、 203、 303、 403、 503、 603、803
固定要素・・・4、 104、 204、 304、 404、 504、 604、804
回転軸・・・5、 105、 205、 305、 405、 505、 605、805
強磁性体・・・31、 42、 131、 138、 142、 147、 231、 242、 331、 342、 431、 442、 531、 542、 631、 642、831、 838、 842、 847
磁化容易軸・・・37、 44、 137、 144、 237、 244、 337、 344、 437、 444、 537、 544、 637、 644、 837、 844
分割線・・・36、 43、 136、 143、 236、 243、 336、 343、 436、 443、 536、 543、 636、 643、836、 843
空隙・・・45、 46、 145、 245、 345、 445、 545、 645、 845
磁界発生部・・・32、 34、 132、 134、 232、 234、 251、 252、 255、 256、 332、 334、 351、 352、 355、 356、 432、 434、 451、 452、 455、 456、 532、 534、 551、 552、 555、 556、 632、 634、 651、 652、 655、 656、 832、 834
磁化方向・・・33、 35、 133、 135、 233、 235、 253、 254、 257、 258、 333、 335、 353、 354、 357、 358、 433、 435、 453、 454、 457、 458、 533、 535、 553、 554、 557、 558、 633、 635、 653、 654、 657、 658、 833、 835
巻線・・・41、 141、 241、 341、 441、 541、 641、 841
内燃機関・・・51
発電機・・・52
インバータ・・・53
電池パック・・・54
車輪・・・56
車輌・・・50、57、59、61
発電機を兼ねた回転電機・・・58
動力分割機構・・・60
磁気回路・・・70、 71、 170、 171、 270、 271、 470、 471、 570、 571、 670、 671、 870、871
駆動力の向き・・・81、181、281、381、481、581、681、781
電流の向き・・・82、146、182、282、382、482、582、682、782、846
制御器・・・83
センサ・・・84
電流波形・・・91、 92、 93、 191、 192、 193
Claims (12)
- 回転方向に巻かれた巻線と、前記巻線の一部を取り囲むものであって、前記回転方向に所定の間隔を空けて設けられる第1の強磁性体及び第2の強磁性体と、を備える固定要素と、
回転軸まわりに回転可能であって、前記固定要素に対向して設けられる回転要素と、
を有する横方向磁束型回転電機であって、
前記回転要素は、
前記第1の強磁性体の両端に対向する第3の強磁性体と、
前記第2の強磁性体の両端に対向する第4の強磁性体と、
前記第3の強磁性体と前記第4の強磁性体との間に介挿される第1の磁界発生部及び第2の磁界発生部と、を有し、
前記第1の磁界発生部及び前記第2の磁界発生部は前記回転要素の対向する面から前記固定要素の対向する面に向けて磁界を発生させ、この磁界の向きは互いに反対向きである横方向磁束型回転電機。 - 前記回転要素と前記固定要素の組を複数有し、
前記回転要素と前記固定要素との回転方向の相対位置関係において複数の異なる組を有する請求項1に記載の横方向磁束型回転電機。 - 前記回転要素の前記固定要素と対向しない面において、前記第3の強磁性体、第4の強磁性体、前記第1の磁界発生部、または前記第2の磁界発生部の少なくともいずれか1つに取り付けられる第5の強磁性体を有することを特徴とする請求項1または2に記載の横方向磁束型回転電機。
- 前記回転要素の前記固定要素と対向しない面において前記第3の強磁性体、第4の強磁性体、前記第1の磁界発生部、または前記第2の磁界発生部の少なくともいずれか1つに取り付けられ、前記第3の強磁性体及び第4の強磁性体の各強磁性体中の磁界を強める向きに磁界を発生させるように配置される第3の磁界発生部及び第4の磁界発生部を有することを特徴とする請求項1または2に記載の横方向磁束型回転電機。
- 前記第3の磁界発生部及び前記第4の磁界発生部は前記回転方向に向けて磁界を発生させ、この磁界の向きは互いに反対向きである請求項4に記載の横方向磁束型回転電機。
- 前記固定要素は、以下の(A)または(B)のいずれかである請求項1乃至5のいずれか1項に記載の横方向磁束型回転電機。
(A)前記固定要素は、前記第1の強磁性体と前記第2の強磁性体との間に介挿される第6の強磁性体を有する。
(B)前記固定要素は、前記回転要素、及び前記第1の強磁性体もしくは前記第2の強磁性体との間に介挿され、前記回転要素と対向する側に凹凸を有する第6の強磁性体を有する。 - 前記回転要素は前記固定要素を回転軸に対して同心円状に介挿するように2つ配置され、
一方の回転要素は前記巻線の励磁によって前記第1の強磁性体と前記第2の強磁性体を経由する磁界と相互作用し、
他方の回転要素は前記巻線の励磁によって前記第6の強磁性体を経由する磁界と相互作用する請求項6に記載の横方向磁束型回転電機。 - 前記第1の強磁性体乃至前記第4の強磁性体の少なくとも1つが部分的または全体的に磁気的な異方性を有する強磁性体である請求項1乃至7のいずれか1項に記載の横方向磁束型回転電機。
- 前記第5の強磁性体が部分的または全体的に磁気的な異方性を有する強磁性体である請求項3に記載の横方向磁束型回転電機。
- 前記第6の強磁性体が部分的または全体的に磁気的な異方性を有する強磁性体である請求項6に記載の横方向磁束型回転電機。
- 前記回転要素の回転軸まわりの回転角度を測定する測定部と、
前記測定部からの信号に基づいて前記巻線に流す電流量を制御する制御部と、
を有することを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の横方向磁束型回転電機。 - 請求項1乃至11のいずれか1項に記載の横方向磁束型回転電機を有する車輌。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011166843A JP5592848B2 (ja) | 2011-03-30 | 2011-07-29 | 横方向磁束型回転電機及び車輌 |
US13/232,520 US8860270B2 (en) | 2011-03-30 | 2011-09-14 | Transverse flux machine and vehicle |
CN201110273860.9A CN102738990B (zh) | 2011-03-30 | 2011-09-15 | 横向磁通型旋转电机及车辆 |
Applications Claiming Priority (3)
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---|---|---|---|
JP2011076417 | 2011-03-30 | ||
JP2011076417 | 2011-03-30 | ||
JP2011166843A JP5592848B2 (ja) | 2011-03-30 | 2011-07-29 | 横方向磁束型回転電機及び車輌 |
Publications (2)
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