專利名稱：橫向磁通型旋轉電機及車輛的制作方法
技術領域：
本實施方式涉及橫向磁通型旋轉電機及使用了它的車輛。
背景技術：
橫向磁通型旋轉電機中，定子由與轉子同軸卷繞的圓環狀線圈和配置在包圍它的圓周上的U字型鐵心構成，轉子由與定子的磁極相對置地配置的永久磁鐵和鐵心構成。
該定子與轉子在旋轉方向上的相對關系不同的組合有2個以上，通過給這些定子的圓環狀線圈提供多相交流電流而產生轉矩。該結構一般產生多極磁場容易、能夠獲得高的轉矩。此前提出過在轉子鐵心上設置凸極的結構的橫向磁通型旋轉電機。此前提出的橫向磁通型在磁通的流通路徑上包括鐵心、空氣以及永久磁鐵。永久磁鐵是為了產生轉子側的磁場所必需的，但由于永久磁鐵的磁導率幾乎與在空氣中同樣地低，因此獲得高的磁通密度是困難的。
發明內容
以下所示的一個實施方式中，能夠提供實現高的功率因數和高的磁通密度的橫向磁通型旋轉電機以及使用了它的車輛。根據第I實施方式，提供一種具有被沿旋轉方向卷繞的線圈；包圍上述線圈一部分的第I強磁性體和第2強磁性體被沿上述旋轉方向配置著的固定單元；能夠圍繞旋轉軸旋轉的轉子；以及，與上述固定單元相對置、被安裝在上述轉子上的旋轉單元；上述旋轉單元具有與上述第I強磁性體相對置的第3強磁性體；與上述第2強磁性體相對置的第4強磁性體；以及，被穿插在上述第3強磁性體與上述第4強磁性體之間的第I磁場產生部和第2磁場產生部；上述第I磁場產生部和上述第2磁場產生部從上述旋轉單元的相對置的面朝上述固定單兀的相對置的面產生磁場，該磁場的方向是互相相反的方向。根據第2實施方式，提供具有第I實施方式的橫向磁通型旋轉電機的車輛。
圖I為表示第I實施方式的旋轉電機的結構的整體圖；圖2為表示圖I中的驅動單元2的結構的剖視圖；圖3為圖2的A-A線剖視圖和B區域的放大圖；圖4為表示第2實施方式的旋轉電機101的結構的整體圖；圖5為表示圖4中的驅動單元102的結構的剖視圖6為圖5的C-C線剖視圖和D區域的放大圖；圖7為表示第3實施方式的旋轉電機201的結構的整體圖；圖8為表示圖7中的驅動單元202的結構的剖視圖；圖9為圖8的E-E線剖視圖和F區域的放大圖；圖10為表示第4實施方式的旋轉電機301的結構的整體圖；圖11為表示圖10中的驅動單元302的結構的剖視圖；圖12為表示第5實施方式的旋轉電機401的結構的整體圖；圖13為表示圖12中的驅動單元402的結構的剖視圖； 圖14為圖13的G-G線剖視圖和H區域的放大圖；圖15為表示第6實施方式的旋轉電機501的結構的整體圖；圖16為從圖15所示的箭頭C"方向看的圖，為表示驅動單元502的結構的圖；圖17為表示圖15中的旋轉單元503的結構的剖視圖；圖18為表示圖15中的固定單元504的結構的剖視圖；圖19為圖16的I-I線剖視圖和J區域的放大圖；圖20為表示第7實施方式的旋轉電機601的結構的整體圖；圖21為從圖20所示的箭頭F"方向看的圖，為表示驅動單元602的結構的圖；圖22為表示圖20中的旋轉單元603的結構的剖視圖；圖23為表示圖20中的固定單元604的結構的剖視圖；圖24為圖20的K-K線剖視圖和L區域的放大圖；圖25為表示第I實施方式的旋轉電機I的用來產生右向驅動力的電流方向與強磁性體42的磁化之間的關系的圖；圖26為表示第I實施方式的旋轉電機I的用來產生右向驅動力的電流方向與強磁性體42的磁化之間的關系的圖；圖27為表示第I實施方式的旋轉電機I的用來產生右向驅動力的電流方向與強磁性體42的磁化之間的關系的圖；圖28為表示第I實施方式的旋轉電機I的用來產生右向驅動力的電流方向與強磁性體42的磁化之間的關系的圖；圖29為表示第I實施方式的旋轉電機I的用來產生左向驅動力的電流方向與強磁性體42的磁化之間的關系的圖；圖30為表示第I實施方式的旋轉電機I的用來產生左向驅動力的電流方向與強磁性體42的磁化之間的關系的圖；圖31為表示第I實施方式的旋轉電機I的用來產生左向驅動力的電流方向與強磁性體42的磁化之間的關系的圖；圖32為表示第I實施方式的旋轉電機I的用來產生左向驅動力的電流方向與強磁性體42的磁化之間的關系的圖；圖33為表示第I實施方式的旋轉電機I的加速時的電流和時刻的圖；圖34為表示第I實施方式的旋轉電機I的減速時的電流和時刻的圖；圖35為表示第8實施方式的串聯式混合動力汽車的示意圖；圖36為表示第8實施方式的并聯式混合動力汽車的示意圖37為表示第8實施方式的串并聯式混合動力汽車的示意圖；圖38為表不第8實施方式的電動汽車的不意圖；圖39為表示第9實施方式的旋轉單元102的結構的剖視圖；圖40為圖39的B-B線、C-C線、E-E線的剖視圖和D區域的放大圖；圖41為表示第10實施方式的旋轉單元102的結構的剖視圖；圖42為圖41的B' -B'線、C' -C'線、E' -E'線的剖視圖和D'區域的放大圖；圖43為表示第11實施方式的旋轉電機801的結構的整體圖；、圖44為表示圖43中的旋轉單元803的結構的A" -A"線剖視圖；圖45為表示圖43中的固定單元804的結構的B" -B"線剖視圖；圖46為表示圖44和圖45的C"區域的放大圖及A" -A"線剖視圖；圖47為表示圖44和圖45的C"區域的放大圖及D" -D"線剖視圖；圖48為將圖46的驅動單元802的2個部分串聯連接時的結構圖及D" -D"線剖視圖；圖49為將圖47的驅動單元802的2個部分串聯連接時的結構圖及D" -D"線剖視圖。
具體實施例方式下面對于實施方式參照附圖更詳細地進行說明。[第I實施方式]以下對于第I實施方式的旋轉電機I參照圖I 圖3和圖25 圖34進行說明。圖I 圖3為用來說明本實施方式的旋轉電機I的結構的圖。首先，圖I表示了旋轉電機I的整體圖。旋轉電機I中由旋轉單元3和固定單元4構成的驅動單元2沿軸向配置了多個(本例中為2個)，各旋轉單元3用旋轉軸5連接著。圖2表示了驅動單元2的剖面。圖3表示了圖2的A-A線剖視圖和B區域部的放大圖。驅動單元2中旋轉單元3和固定單元4沿徑向隔著空隙45相對置。當然，雖然旋轉電機I是旋轉單元3圍繞旋轉軸旋轉，但對于以下附圖的說明是就旋轉單元3和固定單元4處于該圖面所示的狀態時作為示例而說明的。旋轉單元3由強磁性體31 (第3強磁性體31a、第4強磁性體31b)和在徑向上產生互相相反方向的磁場的磁場產生部32、34構成。另外，磁化方向33、35分別表不磁場產生部32、34產生的磁場的方向。利用這樣的旋轉單元3的結構，在圓周方向上磁場產生部32(34)與強磁性體31產生不同方向的磁場,在空隙45a和45b中的磁場的方向反轉。另一方面，固定單元4由線圈41和包圍該線圈41 一部分的強磁性體42構成。強磁性體42 (第I強磁性體42a、第2強磁性體42b)具有易磁化軸44，通過像分割線43所示那樣組合分割結構，能夠應用作為各向異性強磁性體的良好的磁特性。另外，其中在強磁性體42使用無各向異性的強磁性體的情況下沒有采用分割結構的必要。如果使線圈41勵磁，包圍線圈41的強磁性體31和強磁性體42中流過磁通，與磁場產生部32、34產生的磁場相互作用，結果產生轉矩。旋轉電機I至少具有旋轉單元3和固定單元4在旋轉方向上的相對相位不同的2種驅動單元2。因此，通過調整提供給多個驅動單元2的線圈41的電流量的比例，能夠控制轉矩。例如，如果旋轉電機I具有2個驅動單元2,通過這兩個線圈41中使用兩相交流電，能夠控制轉矩。第I實施方式中由于線圈41勵磁產生的磁通的路徑僅由強磁性體和空隙構成，因此磁導率高，用同一個線圈41的磁動勢能夠在空隙部產生強力的磁場。并且，第I實施方式由于在旋轉單元3和固定單元4雙方中具有磁通源，因此旋轉電機I能夠獲得高的功率因數。圖25 32為表示旋轉電機I的驅動力與電流方向的關系的圖。為了給旋轉單元3付與一定的驅動力所需要的線圈41的電流因旋轉單元3的旋轉角度(K不同而異。其中，圖25 28表示了為了給旋轉單元3付與向右的驅動力所需要的線圈41a、42b的電流Ia、Ib的方向與此時強磁性體42a、42b的磁化(N極或S極)之間的關系。另外，旋轉單元3的旋轉角度Φ,與固定單元4的一個強磁性體42a的角度位置Φ3之間的關系在圖25中表示 <i>s- π /2 < ΦΓ < <i)s,圖 26 中表示 ΦΓ < <i>s+ π /2,圖 27 中表示 <i>s+ π /2 <ΦΓ < Φ,+ π，圖28中表示π < ΦΓ < Φ,- π /2。并且，圖29 32表示了為了給旋轉單元3付與向左的驅動力所需要的線圈41a、42b的電流Ia、Ib的方向與此時強磁性體42a、42b的磁化(N極或S極)。圖29中表示Φ,- π /2 < ΦΓ < Φ,,圖30中表示Φ3 <
<<ts+3i/2,圖 31 中表示 <i)s+3i/2< ΦΓ < (J)s+31，圖 32 中表示< ΦΓ < <ts-n/2。其中，旋轉電機I具有2個驅動單元2，旋轉單元3的強磁性體31、磁場產生部34(32)以及固定單元4的強磁性體42被沿旋轉方向(前進方向)以2τ的間隔配置。并且，2組旋轉單元3被沿旋轉方向同相位配置，2組固定單元4被沿旋轉方向相差90°的相位差(與偏差量τ/2相對應)配置。在圖25 32中，為了給旋轉單元3付與驅動力，有根據旋轉單元3的旋轉角度分別給線圈41a、41b提供適當的電流Ia、Ib的必要。因此，第I實施方式中需要測量旋轉單元3的旋轉角度的傳感器84，以及獲取傳感器84的信號、控制線圈41的電流的控制器83。圖25 28的82a和82b表示了為了給旋轉單元3付與向右的驅動力81、181、281、381所需要的電流Ia、Ib的方向，圖29 32的電流82a和82b表示了為了給旋轉單元3付與向左的驅動力481、581、681、781所需要的電流Ia、Ib的方向。根據圖25 28，為了向右進行加速，例如電流82a和82b有提供圖33所示那樣的交流電流的必要。電流Ia比電流Ib前進90°相位，隨著時間的推移，周期T變短(頻率變高)。這是因為如果加速時間變長，旋轉單元3的每單位時間的位置變化量變大，有與此相一致快速改變電流方向的必要。另一方面，根據圖29 32，為了減速向右的運動，例如電流82a和82b有提供圖34所示那樣的交流電流的必要。電流波形Ia比電流Ib滯后90°相位，隨著時間的推移，周期T'變長(頻率變低)。這是因為如果減速時間變長，旋轉單元3每單位時間的位置變化量變小，有與此相一致慢速改變電流方向的必要。其中，作為例子電流波形91、92、93、191、192、193采用矩形波，但除此以外對于正弦波等各種交流電流也一樣。' 并且，在驅動單元2具有多數組的情況下，通過給與此相同數量的線圈41應用多相交流電，能夠同樣實現旋轉單元3的驅動控制。(第I實施方式的作用)對于在第I實施方式中產生轉矩時的作用進行說明。第一，當通過在線圈41中流過電流進行勵磁時，在位于其周圍的強磁性體42、空隙45a、強磁性體31、空隙45b和強磁性體42的路徑中磁通流通，形成與徑向和軸向平行的磁回路70。另一方面,磁場產生部32(34)的磁通在磁場產生部32(34)、空隙45a(45b)、強磁性體42、空隙45a(45b)、強磁性體31、空隙46a(46b)和磁場產生部32(34)的路徑中流通，形成與徑向和周方向平行的磁回路71。此時，在強磁性體42、空隙45a(45b)和強磁性體31的路徑中，線圈41的勵磁與磁場產生部32(34)產生的磁通相互作用，結果在旋轉單元3中產生轉矩。并且，由于相對置的旋轉單元3和固定單元4的組數為多數，旋轉單元3與固定單元4在旋轉方向上的相對相位不同的組數為多數，因此通過調整這些組的線圈41的電流，在各位置上控制轉矩成為可能。并且，通過使強磁性體31 (42)的易磁化軸37(44)與磁通的路徑一致，能夠獲得比各向同性強磁性體高的磁通密度，能夠降低鐵損。[第2實施方式]圖4 圖6為用來說明第2實施方式的旋轉電機101的結構的圖。 基本結構與上述旋轉電機I相同，但在旋轉單元103的不與固定單元104相對的面上安裝有強磁性體138這一點不同。利用該結構，磁場產生部132(134)的磁通在磁場產生部132(134)、空隙145a(145b)、強磁性體142、空隙145a(145b)、強磁性體131、強磁性體138和磁場產生部132(134)的路徑中流通，形成與徑向和周方向平行的磁回路171。與第I實施方式不同，當磁場產生部132(134)產生的磁通從強磁性體131流向磁場產生部132(134)之際，由于不通過空隙46a(46b)而在磁導率高的強磁性體138中流過，因此即使磁場產生部132(134)的磁動勢相同也能夠在空隙145a(145b)中產生強力的磁場。[第3實施方式]圖7 圖9為用來說明第3實施方式的旋轉電機201的結構的圖。基本結構與上述旋轉電機I相同，但在旋轉單元203的不與固定單元204相對的面上安裝有增強強磁性體231內部的磁場的磁場產生部251、252(255、256)這一點不同。第3實施方式米用磁場產生部251、252 (255、256)產生與旋轉方向平行、互相相反方向的磁場的結構。利用該結構，磁場產生部232(234)的磁通在磁場產生部232(234)、空隙245a(245b)、強磁性體 242、空隙 245a(245b)、強磁性體 231、磁場產生部 251、252 (255、256)和磁場產生部232 (234)的路徑中流通，形成與徑向和周方向平行的磁回路271。與第I實施方式不同，當從強磁性體231向著磁場產生部232(234)之際，由于在相當于空隙46a(46b)的位置存在磁場產生部251、252 (255、256),因此磁力被增強。在磁場產生部使用永久磁鐵的情況下，雖然一般情況下磁導率與空隙大致相等，但通過上述磁力的增強，在旋轉單元203與固定單元204之間的空隙245a(245b)中能夠在空隙部產生強力的磁場。[第4實施方式]圖10和圖11為用來說明第4實施方式的旋轉電機301的結構的圖。基本結構與上述旋轉電機201相同，但沒有遍及旋轉單元303的周方向的全周等間隔地配置強磁性體342、具有多個沒有遍及全周的線圈341這一點不同。其中，線圈341采用2個，被線圈341包圍的強磁性體342a和342b分別沿圓周方向等間隔地配置，但強磁性體342a與強磁性體342b沿圓周方向偏離角度Θ地配置。由此，固定單元304a和旋轉單元303的組與固定單元304b和旋轉單元303的組在旋轉方向上的相對相位不同，通過調整提供給多個驅動單元302的線圈341的電流的比例，能夠控制轉矩。在這種情況下，通過在線圈341a和341b中使用兩相交流電，能夠控制轉矩。[第5實施方式]
圖12 圖14為用來說明第5實施方式的旋轉電機401的結構的圖。基本結構與上述旋轉電機201相同，但驅動單元402在同心圓上具有多組旋轉單元403和固定單元404這一點不同。其中，用2組固定單元404a、404b和旋轉單元403構成，所述旋轉單元403具有在空隙445a、445b中產生磁場的磁場產生部432a、434a和強磁性體431a以及在空隙445c、445d中產生磁場的磁場產生部432b、434b和強磁性體431b。并且，通過將磁場產生部451、452配置在磁場產生部432a、434a、強磁性體431a與磁場產生部432b、434b、強磁性體431b之間，與第3實施方式一樣增強磁力。磁場產生部432a、434a、強磁性體431a分別相對于磁場產生部432b、434b、強磁性體431b，沿旋轉方向以同相位配置，磁場產生部432a、434a分別產生與磁場產生部432b、434b的磁場相反方向的磁場。利用該結構，在旋轉單元403的徑向的內側和外側與兩組固定單元404a、404b弓丨起磁性相互作用，能夠產生強力的轉矩。
[第6實施方式]圖15 圖19為用來說明第6實施方式的旋轉電機501的結構的圖。基本結構與上述旋轉電機I相同，但旋轉單元503與固定單元504沿軸向相對這一點不同。在這種情況下，如果使線圈541勵磁，在位于其周圍的強磁性體542、空隙545a、強磁性體531、空隙545b、強磁性體542的路徑中磁通流通,此時形成的磁回路570與第I實施方式一樣與徑向和軸向平行。另一方面，磁場產生部532 (534)的磁通在磁場產生部532 (534)、空隙545a(545b)、強磁性體542、空隙545a(545b)、強磁性體531、空隙546a(546b)、磁場產生部532(534)的路徑中流通，但此時形成的磁回路571與第I實施方式不同，與軸向和周方向平行。在該結構中，假設旋轉單元503和固定單元504的直徑為D2，則旋轉單元503和固定單元504的相對面的面積最大為π D22,與直徑D2的平方成比例，幾乎不依存于旋轉單元503和固定單元504的軸向的長度L2、IV。因此，能夠構成軸向的長度L2、IV小的旋轉電機501，通過增大直徑D2，能夠產生與其平方成比例的強力的轉矩。[第7實施方式]圖20 圖24為用來說明第7實施方式的旋轉電機601的結構的圖。基本結構與上述旋轉電機501相同，但如圖21的K-K線剖視圖所示，在徑向上配置有多組線圈641、強磁性體642、強磁性體631、磁場產生部632、651、652 (634、655、656)這一點不同。這里用4組線圈641、強磁性體642、強磁性體631和3組磁場產生部632、651、652以及2組磁場產生部634、655、656構成。從一組的線圈641、強磁性體642、強磁性體631、磁場產生部632、651、652(634、655、656)來看與第6實施方式相同，但通過使4組線圈641a、641b、641c、641d勵磁形成4組磁回路670a、670b、670c、670d。其中，如果使線圈641a和641c的電流方向相同，其方向與線圈641b、641d的電流的方向相反的話,在空隙645b、645c、645d中從4個線圈產生的磁場互相增強。利用該結構，能夠高密度地配置線圈641、強磁性體642、強磁性體631、磁場產生部632、651、652出34、655、656)，能夠實現旋轉電機的高輸出密度化。[第8實施方式]第8實施方式的車輛具備第I實施方式的旋轉電機。作為這里所說的車輛，可以列舉兩輪 四輪混合動力電動汽車、兩輪 四輪電動汽車、助力自行車等。圖35 37表示了將內燃機和電池驅動的旋轉電機組合作為行走動力源的混合動力型車輛，圖38表示了將電池驅動的旋轉電機作為行走動力源的電動汽車的車輛。車輛的驅動力根據其行走條件需要寬廣范圍的轉速和扭矩的動力源。一般來說，內燃機局限于呈現理想的能源效率的轉矩·轉速，在除此以外的運轉條件下能源效率低下。混合動力型車輛具有這樣的特征通過使內燃機在最合適的條件下運轉發電，同時用高效率的旋轉電機驅動車輪，或者通過將內燃機和旋轉電機的動力組合進行驅動，能夠提高車輛整體的能源效率。并且，通過將減速時車輛具有的動能作為電力再生，與普通的內燃機單獨行走的車輛相比較，能夠飛躍性地增大每單位燃料量的行走距離。混合動力車輛根據內燃機和旋轉電機的組合方式大分能夠分為3類。圖35表示了一般稱之為串聯式混合動力車輛的混合動力車輛50。將內燃機51的動力用發電機52暫時全部轉換成電力，將該電力通過逆變器53 積蓄到電池組54中。電池組54的電力通過逆變器53提供給第I實施方式的旋轉電機55，由旋轉電機55驅動車輪56。為電動車輛中整合了發電機的系統。內燃機能夠在高效率的條件下運轉，電力再生也可能。其相反方面，由于車輪的驅動僅由旋轉電機進行，因此需要高輸出功率的旋轉電機。圖36表示了稱之為并聯式混合動力車輛的混合動力車輛57。標記58表示兼具發電機的第I實施方式的旋轉電機。內燃機51主要驅動車輪56，根據情況不同，將其動力的一部分用發電機58轉換成電力，電池組54用該電力充電。在負載變重的前進或加速時，用旋轉電機58輔助驅動力。為這樣的系統普通車輛為基礎，為了達到減少內燃機51的負載變動而高效率化的目的，一并進行電力再生等。由于車輪56的驅動主要由內燃機51進行，因此旋轉電機58的輸出能夠由需要的輔助比例任意決定。使用比較小的旋轉電機58和電池組54也能夠構成系統。圖37中表示了稱之為串并聯式混合動力車輛的混合動力車輛59。為將串聯和并聯兩者組合了的方式。動力分配機構60將內燃機51的輸出分配成充電用和車輪驅動用。比并聯方式更精確地進行發動機的負載控制，能夠提高能源效率。圖38表不了電動汽車車輛61。標記58表不兼具發電機的第I實施方式的旋轉電機。旋轉電機58驅動車輪56,根據情況不同，作為發電機58轉換成電力，電池組54用該電力充電。[第9實施方式]圖39 圖40為用來說明第9實施方式的旋轉電機101的結構的圖。基本結構與上述第2實施方式的旋轉電機101相同，但強磁性體147插入強磁性體142之間這一點不同。第9實施方式當線圈141中流過電流勵磁時，如圖40的E-E線剖視圖所示，在位于其周圍的強磁性體142、空隙145a、強磁性體131、空隙145b和強磁性體142的路徑中磁通流通，形成與徑向和軸向平行的磁回路170。另一方面,磁場產生部132 (134)的磁通在磁場產生部 132(134)、空隙 145a (145b)、強磁性體 147a (147b)、強磁性體 142、空隙 145a (145b)、強磁性體131、強磁性體138a(138b)、磁場產生部132(134)的路徑中流通，形成與徑向和周方向平行的磁回路171a(171b)。此時，在強磁性體142、空隙145a(145b)和強磁性體131的路徑中，線圈141的勵磁與磁場產生部132(134)產生的磁通相互作用，結果在旋轉單元103中產生轉矩。并且，由于相對置的旋轉單元103和固定單元104的組數為多數，旋轉單元103與固定單元104在旋轉方向上的相對相位不同的組數為多數，因此通過調整這些組的線圈141的電流，在各位置上控制轉矩成為可能。其中，通過使用強磁性體138和147，磁場產生部一側的磁回路171中的磁導率增大，用相同的磁動勢能夠產生強力的磁場，能夠實現高轉矩化。并且，通過該旋轉電機的強磁性體應用各向異性強磁性體，例如使強磁性體131(142)的易磁化軸137(144)與磁回路170中的磁通的路徑一致，能夠獲得比各向同性強磁性體高的磁通密度，能夠降低鐵損。[第10實施方式]圖41 圖42為用來說明第10實施方式的旋轉電機101的結構的圖。基本結構與上述第9實施方式的旋轉電機101相同，但固定單元104的強磁性體142與強磁性體147r接觸而安裝這一點不同。雖然圖41中強磁性體147r為環形，沿與強磁性體142不同的方向層疊來接觸配置，但這兩者不單獨制作，通過切削加工或壓粉磁心的壓制成型等制成一體，也能夠以同樣的原理驅動。
在這種情況下，顯著地減少組裝工序成為可能。旋轉單元103和固定單元104之間的空隙如圖41和圖42所示具有空隙145和空隙148這2種。如果線圈141中流過電流的話，雖然形成磁回路170，但在其路徑中強磁性體147r與強磁性體131之間幾乎所有的磁通經由空隙145集中流過，其行為與第9實施方式的旋轉電機101時大致相同。另一方面，磁場產生部132(134)的磁通也大部分經由空隙145流通，但在磁場產生部132(134)的表面上離開了空隙145的部分容易經由空隙148流通。因此，與第2實施方式的旋轉電機101相比，第10實施方式的旋轉電機101從磁場產生部132(134) —側看的磁導率高，能夠產生強力的磁場。第10實施方式的旋轉電機101也與第9實施方式的旋轉電機101 —樣，至少具有旋轉單元103和固定單元104的相對位置關系不同的2種驅動單元102。因此，通過調整提供給多個驅動單元102的線圈141的電流量的比例，能夠控制轉矩。有關驅動力與電流的關系和驅動控制基本上與第I實施方式相同。另外，強磁性體147r如圖42所示，優選在與旋轉單元103相對的一側沿旋轉方向具有凹凸。由此，能夠確實地獲得本實施方式特有的效果。[第11實施方式]圖43 圖49為用來說明本發明第11實施方式的旋轉電機801的結構的圖。基本結構與上述第6實施方式的旋轉電機501相同，但旋轉電機801與旋轉電機501相比較，固定單元804穿插在2個旋轉單元803之間這一點不同。圖44為用來說明從A" -A"線的剖面看圖43的旋轉單元803的結構的圖。基本結構與上述第9實施方式的旋轉單元103相同，但磁場產生部832(834)產生的磁場的方向為旋轉軸805的長度方向這一點不同。圖45為用來說明從B" -B"線的剖面看圖43的固定單元804的結構的圖。強磁性體847插入包圍線圈841的強磁性體842與相鄰的強磁性體842之間這一點為與上述第9實施方式的固定單兀104相同的結構，由此,與將強磁性體147插入旋轉電機101中一樣,磁場產生部一側的磁回路871中的磁導率增大，用相同的磁動勢能夠產生強力的磁場，能夠實現高轉矩化。圖46表示將圖44和圖45的C"區域沿旋轉軸805的長度方向排列的結構。被插入相鄰的強磁性體842之間的強磁性體847為與強磁性體842相同的U字型形狀，與強磁性體842相反配置，旋轉單元803a和830b關于固定單元804對稱地配置。利用該結構，即使在相鄰的強磁性體842之間的空間中也用通過將線圈841勵磁而產生的磁通在強磁性體847與旋轉單元803b之間形成磁回路870b，能夠不泄漏到空氣中地有效應用這些磁通，而且，從固定單元804的集成度方面看也是有利的。并且，如圖47所示，即使構成不關于固定單元804對稱結構的旋轉單元803a和803b，也能夠與圖46的情況一樣減少往空氣中的磁通的泄漏，同時能夠實現固定單元804的高集成化。由于圖46和圖47所示的2個旋轉單元的結構上的不同，齒槽轉矩(Cogging Torque)與軸向上產生的力(垂直力)的舉動出現差異。在圖46的情況下，作用于旋轉單元803a的磁阻轉矩為右側，作用于旋轉單元803b上的磁阻轉矩為左側，兩者互相抵消，整體上產生的磁阻轉矩小。另一方面，在圖47的情況下，作用于旋轉單元803a和旋轉單元803b上的磁阻轉矩都為右側，產生的磁阻轉矩大。該磁阻轉矩越大，則齒槽轉矩也越大。因此，這些磁阻轉矩之差作為齒槽轉矩之差造成影響。并且，由于強磁性體842與強磁性體831a和強磁性體847與強磁性體831b相對的面積在圖47的情況下相等，因此軸向上產生的力完全抵消，但由于在圖46的情況下不同，在軸向產生力。該軸向的力給軸承的保持特性造成影響。因此，能夠根據用途區分使用2個旋轉單元803的組合。 圖48表示應用了 2組使用了圖46所示的旋轉單元803和固定單元804的驅動單元802時的結構。其中，2組驅動單元802中所有的旋轉單元803的相位相同，2組固定單元804的相位相差90°。因此，如果線圈841a和841b使用兩相交流電的話，能夠控制轉矩。并且，驅動單元802a的旋轉單元803b和驅動單元802b的旋轉單元803c通過共用強磁性體838d，能夠實現高集成化。并且，與第3實施方式的旋轉電機201 —樣，為了增強磁回路871的磁場，將強磁性體838換成磁場產生部也可以。即使在這種情況下，從由線圈841的勵磁形成的磁回路870看的磁導率也不低下，通過與磁回路871的強力磁場互相作用，能夠實現轉矩的增大。圖49表示了使用了 2組使用了圖47所示的旋轉單元803和固定單元804的驅動單元802時的結構，能夠獲得與圖48的情況相同的特性。這兩者可以通過重視齒槽轉矩特性和軸承保持特性中的哪一個而區分使用。這些實施方式只是作為例子提出，并沒有限定發明范圍的意圖。這些實施方式有可能以其他各種方式實施，在不超出發明宗旨的范圍內，能夠進行各種省略、置換和變更。例如，在第8實施方式的車輛中，取代第I實施方式的旋轉電機應用其他實施方式的旋轉電機也是可能的。并且，這些實施方式及其變形包含在發明的范圍或宗旨中，同時包含在專利請求的范圍中記載的發明及其均等的范圍內。
權利要求
1.一種橫向磁通型旋轉電機，具有被沿旋轉方向卷繞的線圈；包圍上述線圈一部分的第I強磁性體和第2強磁性體被沿上述旋轉方向配置著的固定單元；能夠圍繞旋轉軸旋轉的轉子；以及，與上述固定單元相對置、被安裝在上述轉子上的旋轉單元； 上述旋轉單元具有與上述第I強磁性體相對置的第3強磁性體；與上述第2強磁性體相對置的第4強磁性體；以及，被穿插在上述第3強磁性體與上述第4強磁性體之間的第I磁場產生部和第2磁場產生部； 上述第I磁場產生部和上述第2磁場產生部從 上述旋轉單元的相對置的面朝上述固定單元的相對置的面產生磁場，該磁場的方向是互相相反的方向。
2.如權利要求I所述的橫向磁通型旋轉電機，具有多個上述旋轉單元和上述固定單元的組； 具有在上述旋轉單元與上述固定單元的旋轉方向的相對位置關系上不同的多個組。
3.如權利要求I所述的橫向磁通型旋轉電機，其特征在于，在上述旋轉單元的不與上述固定單元相對置的面上，具有被安裝在上述第3強磁性體、第4強磁性體、上述第I磁場產生部或上述第2磁場產生部的至少任一個上的第5強磁性體。
4.如權利要求I所述的橫向磁通型旋轉電機，其特征在于，在上述旋轉單元的不與上述固定單元相對置的面上具有被安裝在上述第3強磁性體、第4強磁性體、上述第I磁場產生部或上述第2磁場產生部的至少任一個上，沿增強上述第3強磁性體和第4強磁性體各強磁性體中的磁場的方向產生磁場地配置的第3磁場產生部和第4磁場產生部。
5.如權利要求I所述的橫向磁通型旋轉電機，上述固定單元具有被穿插在上述第I強磁性體與上述第2強磁性體之間的第5強磁性體。
6.如權利要求I所述的橫向磁通型旋轉電機，上述固定單元具有被穿插在上述第I旋轉單元及上述第I強磁性體或上述第2強磁性體之間、在與上述第I旋轉單元相對置的一側具有凹凸的第5強磁性體。
7.如權利要求5所述的橫向磁通型旋轉電機,上述旋轉單元將上述固定單元相對于旋轉軸同心圓狀穿插地配置有2個，一個旋轉單元通過上述線圈的勵磁與經由上述第I強磁性體和上述第2強磁性體的磁場相互作用； 另一個旋轉單元通過上述線圈的勵磁與經由上述第5強磁性體的磁場相互作用。
8.如權利要求6所述的橫向磁通型旋轉電機,上述旋轉單元將上述固定單元相對于旋轉軸同心圓狀穿插地配置有2個，一個旋轉單元通過上述線圈的勵磁與經由上述第I強磁性體和上述第2強磁性體的磁場相互作用； 另一個旋轉單元通過上述線圈的勵磁與經由上述第5強磁性體的磁場相互作用。
9.如權利要求I所述的橫向磁通型旋轉電機，上述第I強磁性體至上述第5強磁性體中的至少一個為部分或者整體地具有磁性各向異性的強磁性體。
10.如權利要求I所述的橫向磁通型旋轉電機,具有測量上述旋轉單元圍繞旋轉軸的旋轉角度的測量單元；以及，根據來自上述測量單元的信號控制上述線圈中流過的電流量的控制單元。
11.一種車輛,其特征在于，包括橫向磁通型旋轉電機， 所述橫向磁通型旋轉電機具有被沿旋轉方向卷繞的線圈；包圍上述線圈一部分的第I強磁性體和第2強磁性體被沿上述旋轉方向配置著的固定單元；能夠圍繞旋轉軸旋轉的轉子；以及，與上述固定單元相對置、被安裝在上述轉子上的旋轉單元； 上述旋轉單元具有與上述第I強磁性體相對置的第3強磁性體；與上述第2強磁性體相對置的第4強磁性體；以及，被穿插在上述第3強磁性體與上述第4強磁性體之間的第I磁場產生部和第2磁場產生部； 上述第I磁場產生部和上述第2磁場產生部從上述旋轉單元的相對置的面朝上述固定單元的相對置的面產生磁場，該磁場的方向是互相相反的方向。
12.如權利要求11所述的車輛，其特征在于，上述橫向磁通型旋轉電機還具有測量上述旋轉單元圍繞旋轉軸的旋轉角度的測量單元，以及，根據來自上述測量單元的信號控制上述線圈中流過的電流量的控制單元。
13.如權利要求11所述的車輛，其特征在于，還具有電源以及將從上述電源輸出的電力逆變的逆變器，利用被上述逆變器逆變后的電力使上述橫向磁通型旋轉電機動作。
14.如權利要求11所述的車輛，其特征在于，還具有內燃機、將由上述內燃機輸出的驅動力轉換成電力的發電機、逆變上述發電機發電出的電力的逆變器、以及利用被上述逆變器逆變后的電力而被充電的電源；利用從上述電源輸出的電力使上述橫向磁通型旋轉電機動作。
全文摘要
本發明提供實現高的功率因數和高的磁通密度的橫向磁通型旋轉電機以及使用了它的車輛。為一種具有被沿旋轉方向卷繞的線圈；包圍上述線圈一部分的第1強磁性體和第2強磁性體被沿上述旋轉方向配置著的固定單元；能夠圍繞旋轉軸旋轉的轉子；以及，與上述固定單元相對置、被安裝在上述轉子上的旋轉單元的橫向磁通型旋轉電機；旋轉單元與上述第1強磁性體相對置的第3強磁性體；與上述第2強磁性體相對置的第4強磁性體；以及，被穿插在上述第3強磁性體與上述第4強磁性體之間的第1磁場產生部和第2磁場產生部；第1和第2磁場產生部從與旋轉單元相對置的面朝與固定單元相對置的面產生磁場，該磁場的方向是互相相反的方向的橫向磁通型旋轉電機；以及使用了它的車輛。
文檔編號H02K1/27GK102738990SQ201110273860
公開日2012年10月17日 申請日期2011年9月15日 優先權日2011年3月30日
發明者上田靖人 申請人:株式會社東芝