(57)【要約】【課題】  高いトルクを発生する横方向磁束型回転電機を提供する。【解決手段】  一実施形態に係る横方向磁束型回転電機は、回転子及び固定子を具備する。回転子は、第１の巻線と第１の強磁性体とを備える。固定子は、第２の巻線と第２の強磁性体と、を備える。前記第１の強磁性体は、第１の環状部と、前記第１の環状部から前記固定子に向かって延びる複数の第１の磁極及び複数の第２の磁極と、を備える。第１の磁極と該第１の磁極に対向する第２の磁極の一方は、先端が前記固定子と前記回転子との対向面の中央部に対向するように形成されている。前記第２の強磁性体は、第２の環状部と、前記第２の環状部から前記回転子に向かって延びる複数の第３の磁極及び複数の第４の磁極と、を備える。第３の磁極と該第３の磁極に対向する第４の磁極との一方は、先端が前記対向面の中央部に対向するように形成されている。【選択図】図２
2015019496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸周りに回転可能な回転子であって、回転方向に巻かれた第１の巻線と、前記第１の巻線を取り囲む第１の強磁性体と、を備える回転子と、
前記回転子に対向して設けられた固定子であって、前記回転方向に巻かれた第２の巻線と、前記第２の巻線を取り囲む第２の強磁性体と、を備える固定子と、
を具備し、
前記第１の強磁性体は、第１の環状部と、前記第１の環状部の一端部から前記固定子に向かって延びる複数の第１の磁極と、前記第１の環状部の他端部から前記固定子に向かって延びる複数の第２の磁極と、を備え、第１の磁極と該第１の磁極に対向する第２の磁極の一方は、先端が前記固定子と前記回転子との対向面の中央部に対向するように形成され、
前記第２の強磁性体は、第２の環状部と、前記第２の環状部の一端部から前記回転子に向かって延びる複数の第３の磁極と、前記第２の環状部の他端部から前記回転子に向かって延びる複数の第４の磁極と、を備え、第３の磁極と該第３の磁極に対向する第４の磁極との一方は、先端が前記対向面の中央部に対向するように形成されている、横方向磁束型回転電機。
【請求項２】
回転軸周りに回転可能な回転子であって、第１の強磁性体と、第２の強磁性体と、前記第１の強磁性体と前記第２の強磁性体を結合する第１の非磁性体と、を備える回転子と、
回転方向に巻かれた第１の巻線と、
前記第１の巻線が取り付けられた第３の強磁性体と、
前記回転子に対向して設けられた固定子であって、前記回転方向に巻かれた第２の巻線と、前記第２の巻線を取り囲む第４の強磁性体と、を備える固定子と、
前記第３の強磁性体を前記固定子に固定する第２の非磁性体と、
を具備し、
前記第１の巻線は、前記第１の強磁性体、前記第１の非磁性体、及び前記第３の強磁性体に囲まれる空間に配置され、
前記第１の強磁性体は、第１の環状部と、前記第１の環状部の一端部から前記固定子に向かって延びる複数の第１の磁極と、を備え、前記第２の強磁性体は、前記固定子に向かって延びる複数の第２の磁極を備え、第１の磁極と該第１の磁極に対向する第２の磁極の一方は、先端が前記固定子と前記回転子との対向面の中央部に対向するように形成され、
前記第４の強磁性体は、第２の環状部と、前記第２の環状部の一端部から前記回転子に向かって延びる複数の第３の磁極と、前記第２の環状部の他端部から前記回転子に向かって延びる複数の第４の磁極と、を備え、第３の磁極と該第３の磁極に対向する第４の磁極との一方は、先端が前記対向面の中央部に対向するように形成されている、横方向磁束型回転電機。
【請求項３】
回転軸周りに回転可能な回転子であって、磁界を発生する環状の磁界発生部と、前記磁界発生部の一端部から前記固定子に向かって延びる複数の第１の磁極と、前記磁界発生部の他端部から前記固定子に向かって延びる複数の第２の磁極と、を備える回転子と、
前記回転子に対向して設けられた固定子であって、回転方向に巻かれた巻線と、前記巻線を取り囲む強磁性体と、を備える固定子と、
を具備し、
第１の磁極と該第１の磁極に対向する第２の磁極との一方は、先端が前記固定子と前記回転子との対向面の中央部に対向するように形成され、
前記強磁性体は、環状部と、前記環状部の一端部から前記回転子に向かって延びる複数の第３の磁極と、前記環状部の他端部から前記回転子に向かって延びる複数の第４の磁極と、を備え、第３の磁極と該第３の磁極に対向する第４の磁極との一方は、先端が前記対向面の中央部に対向するように形成されている、横方向磁束型回転電機。
【請求項４】
回転軸周りに回転可能な回転子であって、回転方向に巻かれた巻線と、前記巻線を取り囲む強磁性体と、を備え、前記強磁性体は、環状部と、前記環状部の一端部から前記固定子に向かって延びる複数の第１の磁極と、前記環状部の他端部から前記固定子に向かって延びる複数の第２の磁極と、を備える、回転子と、
前記回転子に対向して設けられた固定子であって、磁界を発生する環状の磁界発生部と、前記磁界発生部の一端部から前記固定子に向かって延びる複数の第３の磁極と、前記磁界発生部の他端部から前記固定子に向かって延びる複数の第４の磁極と、を備える固定子と、
を具備し、
第１の磁極と該第１の磁極に対向する第２の磁極との一方は、先端が前記固定子と前記回転子との対向面の中央部に対向するように形成され、
第３の磁極と該第３の磁極に対向する第４の磁極との一方は、先端が前記対向面の中央部に対向するように形成されている、横方向磁束型回転電機。
【請求項５】
前記回転子の前記回転軸周りの回転角度を検出して検出信号を生成する検出部と、
前記第１の巻線及び第２の巻線に電流を供給する駆動回路部と、
前記検出信号に基づいて前記駆動回路部を制御する回転制御部と、
をさらに具備する請求項１又は２に記載の横方向磁束型回転電機。
【請求項６】
前記回転子の前記回転軸周りの回転角度を検出して検出信号を生成する検出部と、
前記巻線に電流を供給する駆動回路部と、
前記検出信号に基づいて前記駆動回路部を制御する回転制御部と、
をさらに具備する請求項３又は４に記載の横方向磁束型回転電機。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の横方向磁束型回転電機を具備する車輌。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、横方向磁束型回転電機及びこれを用いた車輌に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の横方向磁束型回転電機では、固定子は回転子と同軸に巻かれた円環状コイルと円環状コイルを取り囲み円周上に配置されたＵ字型鉄心とで形成され、回転子は固定子の磁極に対向するように配置された永久磁石及び鉄心で形成される。この構造は広く知られている。
【０００３】
固定子と回転子との回転方向における相対関係が異なる組み合わせは複数あり、それらの固定子の円環状コイルに多相交流を供給することによってトルクが発生する。この構造では、一般的に多極磁界を発生することが容易であり、高いトルクを得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４７０９８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の横方向磁束型回転電機では、隣り合うＵ字型鉄心の間に空隙があるため、磁界が漏れやすい構造となっている。高トルク化を図るためには、このような磁界の漏れを低減する必要がある。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、高いトルクを発生する横方向磁束型回転電機、及びこれを用いた車輌を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施形態に係る横方向磁束型回転電機は、回転軸周りに回転可能な回転子及び、前記回転子に対向して設けられた固定子を具備する。回転子は、回転方向に巻かれた第１の巻線と、前記第１の巻線を取り囲む第１の強磁性体と、を備える。固定子は、前記回転方向に巻かれた第２の巻線と、前記第２の巻線を取り囲む第２の強磁性体と、を備える。前記第１の強磁性体は、第１の環状部と、前記第１の環状部の一端部から前記固定子に向かって延びる複数の第１の磁極と、前記第１の環状部の他端部から前記固定子に向かって延びる複数の第２の磁極と、を備える。第１の磁極と該第１の磁極に対向する第２の磁極の一方は、先端が前記固定子と前記回転子との対向面の中央部に対向するように形成されている。前記第２の強磁性体は、第２の環状部と、前記第２の環状部の一端部から前記回転子に向かって延びる複数の第３の磁極と、前記第２の環状部の他端部から前記回転子に向かって延びる複数の第４の磁極と、を備える。第３の磁極と該第３の磁極に対向する第４の磁極との一方は、先端が前記対向面の中央部に対向するように形成されている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る回転電機を概略的に示す斜視図。
【図２】図１に示した回転子及び固定子の概略構成を示す断面斜視図。
【図３】図２の断面と極ピッチ分だけ異なる断面において、図１に示した回転子及び固定子の概略構成を示す断面斜視図。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は図１の回転電機の部分断面図。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は図１の回転電機の部分断面図。
【図６】第２の実施形態に係る回転電機を概略的に示す斜視図。
【図７】図６に示した回転子及び固定子の概略構成を示す断面斜視図。
【図８】図７の断面と極ピッチ分だけ異なる断面において、図６に示した回転子及び固定子の概略構成を示す断面斜視図。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は図６の回転電機の部分断面図。
【図１０】（ａ）及び（ｂ）は図６の回転電機の部分断面図。
【図１１】第３の実施形態に係る回転電機を概略的に示す斜視図。
【図１２】図１１に示した回転子及び固定子の概略構成を示す断面斜視図。
【図１３】図１２の断面と極ピッチ分だけ異なる断面において、図１１に示した回転子及び固定子の概略構成を示す断面斜視図。
【図１４】（ａ）及び（ｂ）は図１１の回転電機の部分断面図。
【図１５】（ａ）及び（ｂ）は図１１の回転電機の部分断面図。
【図１６】第４の実施形態に係る回転電機を概略的に示す斜視図。
【図１７】図１６に示した回転子及び固定子の概略構成を示す断面斜視図。
【図１８】図１７の断面と極ピッチ分だけ異なる断面において、図１６に示した回転子及び固定子の概略構成を示す断面斜視図。
【図１９】（ａ）及び（ｂ）は図１６の回転電機の部分断面図。
【図２０】（ａ）及び（ｂ）は図１６の回転電機の部分断面図。
【図２１】第５の実施形態に係る回転電機駆動系を概略的に示すブロック図。
【図２２】図２１に示した駆動回路部の構成例を示すブロック図。
【図２３】図２２に示した電機子巻線に流れる電流の一例を示すグラフ。
【図２４】図２２に示した電機子巻線に流れる電流の他の例を示すグラフ。
【図２５】第６の実施形態に係る車輌の一例を概略的に示すブロック図。
【図２６】第６の実施形態に係る車輌の他の例を概略的に示すブロック図。
【図２７】第６の実施形態に係る車輌のさらに他の例を概略的に示すブロック図。
【図２８】第６の実施形態に係る車輌のさらにまた他の例を概略的に示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。なお、以下の実施形態では、同一の番号を付した部分については同様の動作を行うものとして、重ねての説明を省略する。
【００１０】
（第１の実施形態）  
図１は、第１の実施形態に係る横方向磁束型の回転電機１００を概略的に示す斜視図である。回転電機１００は、図１に示すように、回転軸１１０、及び回転軸１１０を回転駆動する複数の（図１では３つの）駆動要素１２０を備える。これらの駆動要素１２０は、回転軸１１０が延伸する方向である軸方向に配置されている。駆動要素１２０の各々は回転子１３０及び固定子１４０を含む。回転電機１００は、駆動要素１２０を収容する円筒形状の筐体（図示せず）をさらに備え、回転軸１１０は、筐体に設けられている１対の軸受けによって回転自在に支持されている。
【００１１】
図２は、回転子１３０及び固定子１４０の概略構造を示す断面斜視図である。図２では、回転軸１１０を通り且つこの回転軸１１０に平行な仮想面に沿う回転電機１００の断面が示されている。以下では、断面とは、回転軸１１０を通り且つ回転軸１１０に平行な仮想平面での断面、すなわち、回転子１３０の回転方向に垂直な方向に沿った断面を指す。図２に示すように、回転子１３０は、回転軸１１０に取り付けられ、回転軸１１０を介して互いに連結されている。回転子１３０は、回転軸１１０周りに回転可能である。固定子１４０間には非磁性の連結部材１５０が設けられ、これら連結部材１５０を介して固定子１４０は互いに連結されている。固定子１４０は筐体に固定されている。各駆動要素１２０では、回転子１３０及び固定子１４０は、軸方向に垂直な方向である径方向に、空隙を介して対向している。本実施形態では、回転子１３０は固定子１４０の内側に位置している。
【００１２】
回転子１３０は、回転方向に巻かれた巻線（界磁巻線もしくは電機子巻線とも称する。）１３２と、巻線１３２を取り囲む強磁性体１３１と、を備える。強磁性体１３１は、回転軸１１０に結合される環状部１３３と、環状部１３３の一端部から固定子１４０に向かって延びる複数の磁極１３５Ａと、環状部１３３の他端部から固定子１４０に向かって延びる複数の磁極１３５Ｂと、を含む。複数の磁極１３５Ａは軸方向に巻線１３２を介して複数の磁極１３５Ｂにそれぞれ対向している。本実施形態の回転電機１００には、回転子１３０に固定されている巻線１３２に電源を供給するために、回転しながら電気接点を有することができるスリップリング（図示せず）が設けられている。
【００１３】
ある磁極１３５Ａは軸方向に対向している磁極１３５Ｂと対を成す。磁極１３５Ａ及び対を成す磁極１３５Ｂの一方は直線的に径方向に延び、他方は先端が回転子１３０と固定子１４０との対向面の中央部に対向するように曲がっている。具体的には、曲っている方の磁極は、環状部１３３から直線的に径方向に延びる第１部分と、第１部分の先端から対向面の中央部に向かって直線的に延びる第２部分と、を含む。なお、曲がっている方の磁極は、図２に示すように所定の角度で折れ曲がった形状に形成される例に限らず、他の形状（例えば、滑らかに湾曲した形状）に形成されていてもよい。
【００１４】
回転子１３０では、直線状の磁極と曲がった磁極が周方向に交互に配置されている。すなわち、磁極１３５Ａが直線状の磁極であり且つ磁極１３５Ｂが曲がった磁極である第１の磁極形状パターンと、磁極１３５Ａが曲がった磁極であり且つ磁極１３５Ｂが直線状の磁極である第２の磁極形状パターンとが、周方向に交互に繰り返されている。図２に示す断面から極ピッチ分だけ傾いた断面を図３に示す。図２及び図３に示すように、ある断面において強磁性体１３１が第１の磁極形状パターンを示す場合、極ピッチ分だけ異なる断面では、強磁性体１３１は第２の磁極形状パターンを示す。また、ある断面において強磁性体１３１が第２の磁極形状パターンを示す場合、極ピッチ分だけ異なる断面では、強磁性体１３１は第１の磁極形状パターンを示す。
【００１５】
一方、固定子１４０は、回転方向に巻かれた巻線（電機子巻線もしくは界磁巻線とも称する。）１４２と、巻線１４２を取り囲む強磁性体１４１と、を備える。強磁性体１４１は、環状部１４３と、環状部１４３の一端部から回転子１３０に向かって延びる複数の磁極１４５Ａと、環状部１４３の他端部から回転子１３０に向かって延びる複数の磁極１４５Ｂと、を含む。複数の磁極１４５Ａは軸方向に巻線１３２を介して複数の磁極１４５Ｂにそれぞれ対向している。
【００１６】
ある磁極１４５Ａは軸方向に対向している磁極１４５Ｂと対を成す。磁極１４５Ａ及び対を成す磁極１４５Ｂの一方は直線的に径方向に延び、他方は先端が回転子１３０と固定子１４０との対向面の中央部に対向するように曲がっている。具体的には、曲っている方の磁極は、環状部１４３から直線的に径方向に延びる第１部分と、第１部分の先端から対向面の中央部に向かって直線的に延びる第２部分と、を含む。なお、曲がっている方の磁極は、図２に示すように所定の角度で折れ曲がった形状に形成される例に限らず、他の形状（例えば、滑らかに湾曲した形状）に形成されていてもよい。
【００１７】
固定子１４０では、直線状の磁極と曲がった磁極が周方向に交互に配置されている。すなわち、磁極１４５Ａが直線状の磁極であり且つ磁極１４５Ｂが曲がった磁極である第３の磁極形状パターンと、磁極１４５Ａが曲がった磁極であり且つ磁極１４５Ｂが直線状の磁極である第４の磁極形状パターンとが、周方向に交互に繰り返されている。図２及び図３に示すように、ある断面において強磁性体１４１が第３の磁極形状パターンを示す場合、極ピッチ分だけ異なる断面では、強磁性体１４１は第４の磁極形状パターンを示す。また、ある断面において強磁性体１４１が第４の磁極形状パターンを示す場合、極ピッチ分だけ異なる断面では、強磁性体１４１は第３の磁極形状パターンを示す。
【００１８】
各駆動要素１２０では、巻線１３２及び１４２に電流を供給することによりトルクが発生する。トルクが発生するメカニズムは後述する。発生したトルクによって回転子１３０が回転され、それにより回転軸１１０が回転される。本実施形態では、３つの駆動要素１２０は、回転方向の相対的な位相が異なる。そのため、これらの駆動要素１２０の巻線１３２及び１４２に供給する電流の割合を調整することで、トルクを制御することができる。  
なお、駆動要素１２０は、図１に示すような３つ設けられる例に限らず、１つ、２つ、又は４つ以上設けられていてもよい。
【００１９】
次に、図４（ａ）及び（ｂ）並びに図５（ａ）及び（ｂ）を参照して各駆動要素１２０がトルクを発生するメカニズムについて説明する。  
ある回転角度では、図４（ａ）に示すような回転子１３０の曲がった磁極１３５Ｂと固定子１４０の曲がった磁極１４５Ａが対向する部分と、図４（ｂ）に示すような回転子１３０の曲がった磁極１３５Ａと固定子１４０の曲がった磁極１４５Ｂが対向する部分と、が隣り合って存在する。他の回転角度では、図５（ａ）に示すように、回転子１３０の曲がった磁極１３５Ａと固定子１４０の曲がった磁極１４５Ａが対向し、且つ、回転子１３０の直線状の磁極１３５Ｂと固定子１４０の直線状の磁極１４５Ｂが対向する。図５（ａ）に示す部分と隣り合う部分では、図５（ｂ）に示すように、回転子１３０の直線状の磁極１３５Ａと固定子１４０の直線状の磁極１４５Ａが対向し、且つ、回転子１３０の曲がった磁極１３５Ｂと固定子１４０の曲がった磁極１４５Ｂが対向する。
【００２０】
図４（ａ）及び（ｂ）に示す部分では、回転子１３０の巻線１３２に電流４０１を流すことによって磁気回路４０２が形成され、矢印４０３で示される向きに磁束が流れる。この磁束は回転子１３０の環状部１３３及び固定子１４０の環状部１４３において周方向（図４（ａ）及び（ｂ）では紙面に垂直な方向に対応する。）にも流れ、それにより、図４（ａ）及び（ｂ）に示す２つの部分にわたって磁気回路４０２が形成される。磁気回路４０２は励磁した巻線１３２に鎖交するように形成される。具体的には、巻線１３２を励磁すると、環状部１３３、磁極１３５Ｂ、空隙４１１、磁極１４５Ａ、環状部１４３、磁極１４５Ｂ、空隙４１２、磁極１３５Ａ、環状部１３３の経路で磁束が流れる。固定子１４０の巻線１４２を励磁する場合にも、磁気回路４０２と同様の経路を磁束が流れる。巻線１３２の励磁によって発生する磁束と巻線１４２の励磁によって発生する磁束とが相互作用し、その結果、トルクが発生する。
【００２１】
図５（ａ）に示す部分では、回転子１３０の巻線１３２に電流５０１を流すことによって磁気回路５０２が形成される。磁気回路５０２では、磁束は矢印５０３で示される向きに流れる。この場合、磁束は、回転子１３０の環状部１３３及び固定子１４０の環状部１４３において周方向（図５（ａ）では紙面に垂直な方向に対応する。）には流れず、励磁した巻線１３２に鎖交するように、断面内で閉じた磁気回路５０２が形成される。具体的には、巻線１３２を励磁すると、環状部１３３、磁極１３５Ｂ、空隙５１１、磁極１４５Ｂ、環状部１４３、磁極１４５Ａ、空隙５１２、磁極１３５Ａ、環状部１３３の経路で磁束が流れる。固定子１４０の巻線１４２を励磁する場合にも、磁気回路５０２と同様の経路を磁束が流れる。巻線１３２の励磁によって発生する磁束と巻線１４２の励磁によって発生する磁束とが相互作用し、その結果、トルクが発生する。
【００２２】
図５（ｂ）に示す部分では、回転子１３０の巻線１３２に電流５０１を流すことによって磁気回路５０４が形成される。磁気回路５０４では、磁束は矢印５０５で示される向きに流れる。この場合、磁束は、回転子１３０の環状部１３３及び固定子１４０の環状部１４３において周方向（図５（ｂ）では紙面に垂直な方向に対応する。）には流れず、励磁した巻線１３２に鎖交するように、断面内で閉じた磁気回路５０４が形成される。具体的には、巻線１３２を励磁すると、環状部１３３、磁極１３５Ｂ、空隙５１３、磁極１４５Ｂ、環状部１４３、磁極１４５Ａ、空隙５１４、磁極１３５Ａ、環状部１３３の経路で磁束が流れる。固定子１４０の巻線１４２を励磁する場合にも、磁気回路５０４と同様の経路を磁束が流れる。巻線１３２の励磁によって発生する磁束と巻線１４２の励磁によって発生する磁束とが相互作用し、その結果、トルクが発生する。
【００２３】
本実施形態では、回転子１３０に関して、磁極１３５Ａが直線状の磁極であり且つ磁極１３５Ｂが曲がった磁極である第１の磁極形状パターンと、磁極１３５Ａが曲がった磁極であり且つ磁極１３５Ｂが直線状の磁極である第２の磁極形状パターンと、が周方向に周期的に交互に繰り返されている。さらに、固定子１４０に関して、磁極１４５Ａが直線状の磁極であり且つ磁極１４５Ｂが曲がった磁極である第３の磁極形状パターンと、磁極１４５Ａが曲がった磁極であり且つ磁極１４５Ｂが直線状の磁極である第４の磁極形状パターンと、が周方向に周期的に交互に繰り返されている。これにより、巻線１３２及び１４２を励磁した場合には、回転電機１００のいずれの断面においても、図４（ａ）及び（ｂ）に示した磁気回路４０２、図５（ａ）に示した磁気回路５０２、及び図５（ｂ）に示した磁気回路５０４のいずれかが形成される。
【００２４】
具体的には、ある断面において、図５（ａ）に示すように、回転子１３０と固定子１４０との位置関係がそれらの対向面に対して対称となっている場合に、磁極１３５Ａと磁極１４５Ａが対向し且つ磁極１３５Ｂと磁極１４５Ｂが対向する。これにより、その断面内で閉じた磁気回路５０２が形成される。同様に、他の断面において、図５（ｂ）に示すように、回転子１３０と固定子１４０との位置関係がそれらの対向面に対して対称となっている場合に、磁極１３５Ａと磁極１４５Ａが対向し且つ磁極１３５Ｂと磁極１４５Ｂが対向する。これにより、その断面内で閉じた磁気回路５０４が形成される。さらに、閉じた磁気回路５０２及び５０４が発生しない断面では、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、屈曲した磁極１３５Ａと１４５Ｂの組、屈曲した磁極１３５Ｂと磁極１４５Ａの組、並びに、環状部１３３及び１４３を通じて磁気回路４０２が形成される。このように、本実施形態では、いずれの断面においても磁気回路が形成されるので、磁界の漏れを低減することができ、大きな磁極面積を確保することができる。その結果、高トルク化を実現することができる。
【００２５】
さらに、本実施形態では、回転子１３０及び固定子１４０それぞれを一体成形することができるので、機械的強度を向上させることができる。また、回転子１３０及び固定子１４０それぞれに環状に巻かれた巻線１３２及び１４２を取り付ける構造とすることで、組み立て工数を低減することができる。また、界磁巻線（巻線１３２又は１４２）を設けることにより、駆動速度に適した界磁磁界を制御する際に、永久磁石を用いた従来の回転電機とは異なり、電機子巻線１３２の負の直軸電流による銅損、その電流から発生する逆磁場による永久磁石の減磁がなく、可変速領域の広い駆動も可能になる。
【００２６】
以上のように、第１の実施形態に係る回転電機１００では、回転子１３０に設けられる磁極１３５Ａ及び１３５Ｂの一方の先端部が回転子１３０と固定子１４０との対向面の中央側に曲がり、固定子１４０に設けられる磁極１４５Ａ及び１４５Ｂの一方の先端部が回転子１３０と固定子１４０との対向面の中央側に曲がっている。これにより、巻線１３２及び１４２を励磁した場合には、いずれの断面においても磁気回路が形成される。その結果、高いトルクを発生することが可能になる。
【００２７】
（第２の実施形態）  
第２の実施形態に係る回転電機の基本的な構成は、第１の実施形態に係る回転電機と同様である。第２の実施形態は、電機子巻線が回転子から機械的に分離されている点が第１の実施形態と異なる。  
図６は、第２の実施形態に係る回転電機６００を概略的に示す斜視図であり、図７及び図８は、回転子１３０及び固定子１４０の概略構造を示す断面斜視図である。図８に示す断面は、図７に示す断面から極ピッチ分だけ傾いた断面である。さらに、図９（ａ）及び（ｂ）並びに図１０（ａ）及び（ｂ）は、回転電機６００の部分断面図である。
【００２８】
図６に示す回転電機６００では、図７及び図８に示すように、回転子１３０は、環状の強磁性体７３１、７３２、及びこれらの強磁性体７３１、７３２を機械的に結合する環状の非磁性体７３３を備える。強磁性体７３１は、環状部１３３、及び環状部１３３から固定子１４０に向かって延びる複数の磁極１３５Ｂを含む。強磁性体７３２は、固定子１４０に向かって延びる複数の磁極１３５Ａを含む。磁極１３５Ａは非磁性体７３３によって磁極１３５Ｂに結合されている。
【００２９】
強磁性体７３１及び７３２間には、強磁性体７３４と強磁性体７３４に取り付けられた巻線１３２とが介挿されている。より具体的には、強磁性体７３４は、強磁性体７３２と環状部１３３との間に配置され、巻線１３２は、強磁性体７３１、非磁性体７３３、強磁性体７３４により囲まれる空間に配置されている。強磁性体７３４及び巻線１３２は、回転中の回転子１３０に接触することがないように、回転軸１１０を中心とした環状に形成されている。強磁性体７３４は、非磁性の連結部材６０１及び連結部材１５０を介して固定子１４０に固定されている。本実施形態では、巻線１３２は回転子１３０から分離されているので、スリップリングを設ける必要がない。
【００３０】
ある回転角度では、図９（ａ）に示すような曲がった磁極１３５Ｂと曲がった磁極１４５Ａが対向する部分と、図９（ｂ）に示すような曲がった磁極１３５Ａと曲がった磁極１４５Ｂが対向する部分と、が隣り合って存在する。他の回転角度では、図１０（ａ）に示すように、曲がった磁極１３５Ａと曲がった磁極１４５Ａが対向し、且つ、直線状の磁極１３５Ｂと直線状の磁極１４５Ｂが対向する。図１０（ａ）に示す部分と隣り合う部分では、図１０（ｂ）に示すように、直線状の磁極１３５Ａと直線状の磁極１４５Ａが対向し、且つ、曲がった磁極１３５Ｂと曲がった磁極１４５Ｂが対向する。
【００３１】
図９（ａ）及び（ｂ）に示す部分では、巻線１３２に電流９０１を流すことによって磁気回路９０２が形成され、矢印９０３で示される向きに磁束が流れる。この磁束は回転子１３０の環状部１３３及び固定子１４０の環状部１４３において周方向（図９（ａ）及び（ｂ）では紙面に垂直な方向に対応する。）にも流れ、それにより、図９（ａ）及び（ｂ）に示す２つの部分にわたって磁気回路９０２が形成される。磁気回路９０２は励磁した巻線１３２に鎖交するように形成される。具体的には、巻線１３２を励磁すると、環状部１３３、磁極１３５Ｂ、空隙９１１、磁極１４５Ａ、環状部１４３、磁極１４５Ｂ、空隙９１２、磁極１３５Ａ、空隙９１３、強磁性体７３４、空隙９１４、環状部１３３の経路で磁束が流れる。巻線１４２を励磁する場合にも、磁気回路９０２と同様の経路を磁束が流れる。巻線１３２の励磁によって発生する磁束と巻線１４２の励磁によって発生する磁束とが相互作用し、その結果、トルクが発生する。
【００３２】
図１０（ａ）に示す部分では、巻線１３２に電流１００１を流すことによって磁気回路１００２が形成される。磁気回路１００２では、磁束は矢印１００３で示される向きに流れる。この場合、磁束は、回転子１３０の環状部１３３及び固定子１４０の環状部１４３において周方向（図１０（ａ）では紙面に垂直な方向に対応する。）には流れず、励磁した巻線１３２に鎖交するように、断面内で閉じた磁気回路１００２が形成される。具体的には、巻線１３２を励磁すると、環状部１３３、磁極１３５Ｂ、空隙１０１１、磁極１４５Ｂ、環状部１４３、磁極１４５Ａ、空隙１０１２、磁極１３５Ａ、空隙１０１３、強磁性体７３４、空隙１０１４、環状部１３３の経路で磁束が流れる。巻線１４２を励磁する場合にも、磁気回路１００２と同様の経路を磁束が流れる。巻線１３２の励磁によって発生する磁束と巻線１４２の励磁によって発生する磁束とが相互作用し、その結果、トルクが発生する。
【００３３】
図１０（ｂ）に示す部分では、巻線１３２に電流１００１を流すことによって磁気回路１００４が形成される。磁気回路１００４では、磁束は矢印１００５で示される向きに流れる。この場合、磁束は、回転子１３０の環状部１３３及び固定子１４０の環状部１４３において周方向（図１０（ｂ）では紙面に垂直な方向に対応する。）には流れず、励磁した巻線１３２に鎖交するように、断面内で閉じた磁気回路１００４が形成される。具体的には、巻線１３２を励磁すると、環状部１３３、磁極１３５Ｂ、空隙１０１５、磁極１４５Ｂ、環状部１４３、磁極１４５Ａ、空隙１０１６、磁極１３５Ａ、空隙１０１７、強磁性体７３４、空隙１０１８、環状部１３３の経路で磁束が流れる。巻線１４２を励磁する場合にも、磁気回路１００４と同様の経路を磁束が流れる。巻線１３２の励磁によって発生する磁束と巻線１４２の励磁によって発生する磁束とが相互作用し、その結果、トルクが発生する。
【００３４】
本実施形態では、巻線１３２及び１４２を励磁した場合には、回転電機６００のいずれの断面においても、図９（ａ）及び（ｂ）に示した磁気回路９０２、図１０（ａ）に示した磁気回路１００２、及び図１０（ｂ）に示した磁気回路１００４のいずれかが形成される。その結果、高トルク化を実現することができる。
【００３５】
第２実施形態に係る回転電機６００は、第１実施形態と同様に高いトルクを発生することができる。さらに、巻線１３２への電源供給のためのスリップリングを設けなくてよいため、スリップリングの磨耗などの保守作業が不要となり、長期間回転動作の信頼性が向上させることができる。また、スリップリングを設けない分、回転電機６００を小型にすることができる。
【００３６】
（第３の実施形態）  
第３の実施形態に係る回転電機の基本的な構成は、第１の実施形態に係る回転電機と同様であるが、第３の実施形態は、回転子の構造が第１の実施形態と異なる。  
図１１は、第３の実施形態に係る回転電機１１００を概略的に示す斜視図であり、図１２及び図１３は、回転子１３０及び固定子１４０の概略構造を示す断面斜視図である。図１３に示す断面は、図１２に示す断面から極ピッチ分だけ傾いた断面である。さらに、図１４（ａ）及び（ｂ）並びに図１５（ａ）及び（ｂ）は、回転電機１１００の部分断面図である。
【００３７】
図１１に示される回転電機１１００では、図１２及び図１３に示すように、回転子１３０は、環状の磁界発生部１２３１、磁界発生部１２３１の一端部から固定子１４０に向かって延びる複数の磁極１２３５Ａと、磁界発生部１２３１の他端部から固定子１４０に向かって延びる複数の磁極１２３５Ｂと、を備える。磁界発生部１２３１は磁極１２３５Ａ及び１２３５Ｂ間に介挿されている。複数の磁極１２３５Ａは軸方向に複数の磁極１２３５Ｂにそれぞれ対向している。ある磁極１２３５Ａは軸方向に対向している磁極１２３５Ｂと対を成す。磁極１２３５Ａ及び対を成す磁極１２３５Ｂの一方は直線的に径方向に延び、他方は先端が回転子１３０と固定子１４０との対向面の中央部に対向するように曲がっている。磁界発生部１２３１は、例えば永久磁石であり、軸方向に磁束を発生する。磁界発生部１２３１で発生する磁束は界磁磁界として利用される。磁極１２３５Ａ及び１２３５Ｂは強磁性体で形成される。第３の実施形態の回転子１３０は、第１の実施形態の回転子１３０において、環状部１３３の中央部に磁界発生部１２３１を設け、巻線１３２を除去したものに対応する。
【００３８】
ある回転角度では、図１４（ａ）に示すような回転子１３０の曲がった磁極１２３５Ｂと固定子１４０の曲がった磁極１４５Ａが対向する部分と、図１４（ｂ）に示すような回転子１３０の曲がった磁極１２３５Ａと固定子１４０の曲がった磁極１４５Ｂが対向する部分が隣り合って存在する。磁界発生部１２３１は、矢印１４０３に示される方向に磁界を発生し、それにより、磁気回路１４０２が形成される。磁気回路１４０２では、磁束は矢印１４０４で示される向きに流れる。具体的には、磁極１２３５Ｂ、空隙１４１１、磁極１４５Ａ、環状部１４３、磁極１４５Ｂ、空隙１４１２、磁極１２３５Ａ、磁界発生部１２３１、磁極１２３５Ｂの経路で磁束が流れる。磁気回路１４０２は、第１の実施形態のような巻線１３２の励磁により形成される磁気回路４０２（図４（ａ）及び（ｂ））に相当する。第３の実施形態では、磁界発生部１２３１で発生する磁束と巻線１４２の励磁によって発生する磁束が相互作用し、その結果、トルクが発生する。
【００３９】
他の回転角度では、図１５（ａ）に示すように、回転子１３０の曲がった磁極１２３５Ａと固定子１４０の曲がった磁極１４５Ａが対向し、且つ、回転子１３０の直線状の磁極１２３５Ｂと固定子１４０の直線状の磁極１４５Ｂが対向する。図１５（ａ）に示す部分と隣り合う部分では、図１５（ｂ）に示すように、直線状の磁極１２３５Ａと直線状の磁極１４５Ａが対向し、且つ、曲がった磁極１２３５Ｂと曲がった磁極１４５Ｂが対向する。
【００４０】
図１５（ａ）に示す部分では、磁界発生部１２３１は、矢印１５０３に示される方向に磁界を発生し、それにより、磁気回路１５０２が形成される。磁気回路１５０２では、磁束は矢印１５０４で示される向きに流れる。具体的には、磁極１２３５Ｂ、空隙１５１１、磁極１４５Ｂ、環状部１４３、磁極１４５Ａ、空隙１５１２、磁極１２３５Ａ、磁界発生部１２３１の経路で磁束が流れる。磁気回路１５０２は、第１の実施形態のような巻線１３２の励磁により形成される磁気回路５０２（図５（ａ））に相当する。磁界発生部１２３１で発生する磁束と巻線１４２の励磁によって発生する磁束が相互作用し、その結果、トルクが発生する。
【００４１】
図１５（ｂ）に示す部分では、磁界発生部１２３１は、矢印１５０３に示される方向に磁界を発生し、それにより、磁気回路１５０５が形成される。磁気回路１５０５では、磁束は矢印１５０６で示される向きに流れる。具体的には、磁極１２３５Ｂ、空隙１５１３、磁極１４５Ｂ、環状部１４３、磁極１４５Ａ、空隙１５１４、磁極１２３５Ａ、磁界発生部１２３１の経路で磁束が流れる。磁気回路１５０５は、第１の実施形態のような巻線１３２の励磁により形成される磁気回路５０４（図５（ｂ））に相当する。磁界発生部１２３１で発生する磁束と巻線１４２の励磁によって発生する磁束が相互作用し、その結果、トルクが発生する。
【００４２】
本実施形態では、巻線１４２を励磁した場合には、回転電機１１００のいずれの断面においても、図１４（ａ）及び（ｂ）に示した磁気回路１４０２、図１５（ａ）に示した磁気回路１５０２、及び図１５（ｂ）に示した磁気回路１５０５のいずれかが形成される。その結果、高トルク化を実現することができる。
【００４３】
第３の実施形態に係る回転電機１１００は、第１の実施形態と同様に高いトルクを発生することができる。さらに、回転子１３０に磁界発生部１２３１を設けることにより、回転子１３０に取り付ける巻線及びこの巻線に電源供給するためのスリップリングを設けなくてよくなる。そのため、スリップリングの磨耗などの保守作業が不要となり、長期間回転動作の信頼性が向上させることができる。また、スリップリングを設けない分、回転電機１１００を小型にすることができる。
【００４４】
（第４の実施形態）  
第４の実施形態に係る回転電機の基本的な構成は、第１の実施形態に係る回転電機と同様であるが、第４の実施形態は、固定子の構造が第１の実施形態と異なる。  
図１６は、第４の実施形態に係る回転電機１６００を概略的に示す斜視図であり、図１７及び図１８は、回転子１３０及び固定子１４０の概略構造を示す断面斜視図である。図１７に示す断面は、図１８に示す断面から極ピッチ分だけ傾いた断面である。さらに、図１９（ａ）及び（ｂ）並びに図２０（ａ）及び（ｂ）は、回転電機１６００の部分断面図である。
【００４５】
図１６に示される回転電機１６００では、図１７及び図１８に示すように、固定子１４０は、環状の磁界発生部１６４１、磁界発生部１６４１の一端部から回転子１３０に向かって延びる複数の磁極１６４２Ａと、磁界発生部１６４１の他端部から回転子１３０に向かって延びる複数の磁極１６４２Ｂと、を備える。磁界発生部１６４１は磁極１６４２Ａ及び１６４２Ｂ間に介挿されている。複数の磁極１６４２Ａは軸方向に複数の磁極１６４２Ｂにそれぞれ対向している。ある磁極１６４２Ａは軸方向に対向している磁極１６４２Ｂと対を成す。磁極１６４２Ａ及び対を成す磁極１６４２Ｂの一方は直線的に径方向に延び、他方は先端が回転子１３０と固定子１４０との対向面の中央部に対向するように曲がっている。磁界発生部１６４１は、例えば永久磁石であり、軸方向に磁束を発生する。磁界発生部１６４１で発生する磁束は界磁磁界として利用される。磁極１２３５Ａ及び１２３５Ｂは強磁性体で形成される。第４の実施形態の固定子１４０は、第１の実施形態の固定子１４０において、環状部１４３の中央部に磁界発生部１６４１を設け、巻線１４２を除去したものに対応する。
【００４６】
ある回転角度では、図１９（ａ）に示すような回転子１３０の曲がった磁極１３５Ｂと固定子１４０の曲がった磁極１６４２Ａが対向する部分と、図１４（ｂ）に示すような回転子１３０の曲がった磁極１３５Ａと固定子１４０の曲がった磁極１６４２Ｂが対向する部分が隣り合って存在する。磁界発生部１６４１は、矢印１９０３で示される方向に磁界を発生し、それにより、磁気回路１９０２が形成される。磁気回路１９０２では、磁束は矢印１９０４で示される向きに流れる。具体的には、磁界発生部１６４１、磁極１６４２Ａ、空隙１９１１、磁極１３５Ｂ、環状部１３３、磁極１３５Ａ、空隙１９１２、磁極１６４２Ｂ、磁界発生部１６４１の経路で磁束が流れる。磁気回路１９０２は、第１の実施形態のような巻線１４２の励磁により形成される磁気回路４０２（図４（ａ）及び（ｂ））に相当する。第３の実施形態では、磁界発生部１６４１で発生する磁束と巻線１３２の励磁によって発生する磁束が相互作用し、その結果、トルクが発生する。
【００４７】
他の回転角度では、図２０（ａ）に示すように、回転子１３０の曲がった磁極１３５Ａと固定子１４０の曲がった磁極１６４２Ａが対向し、且つ、回転子１３０の直線状の磁極１３５Ｂと固定子１４０の直線状の磁極１６４２Ｂが対向する。図２０（ａ）に示す部分と隣り合う部分では、図２０（ｂ）に示すように、直線状の磁極１３５Ａと直線状の磁極１６４２Ａが対向し、且つ、曲がった磁極１３５Ｂと曲がった磁極１６４２Ｂが対向する。
【００４８】
図２０（ａ）に示す部分では、磁界発生部１６４１は、矢印２００３で示される方向に磁界を発生し、それにより、磁気回路２００２が形成される。磁気回路２００２では、磁束は矢印２００４で示される向きに流れる。具体的には、磁極１６４２Ａ、空隙２０１１、磁極１３５Ａ、環状部１３３、磁極１３５Ｂ、空隙２０１２、磁極１６４２Ｂ、磁界発生部１６４１の経路で磁束が流れる。磁気回路２００２は、第１の実施形態のような巻線１４２の励磁により形成される磁気回路５０２（図５（ａ））に相当する。磁界発生部１６４１で発生する磁束と巻線１３２の励磁によって発生する磁束が相互作用し、その結果、トルクが発生する。
【００４９】
図２０（ｂ）に示す部分では、磁界発生部１６４１は、矢印２００３で示される方向に磁界を発生し、それにより、磁気回路２００５が形成される。磁気回路２００５では、磁束は矢印２００６で示される向きに流れる。具体的には、磁極１６４２Ａ、空隙２０１３、磁極１３５Ａ、環状部１３３、磁極１３５Ｂ、空隙２０１４、磁極１６４２Ｂ、磁界発生部１６４１の経路で磁束が流れる。磁気回路２００５は、第１の実施形態のような巻線１４２の励磁により形成される磁気回路５０４（図５（ｂ））に相当する。磁界発生部１６４１で発生する磁束と巻線１３２の励磁によって発生する磁束が相互作用し、その結果、トルクが発生する。
【００５０】
本実施形態では、巻線１３２を励磁した場合には、回転電機１６００のいずれの断面においても、図１９（ａ）及び（ｂ）に示した磁気回路１９０２、図２０（ａ）に示した磁気回路２００２、及び図２０（ｂ）に示した磁気回路２００５のいずれかが形成される。その結果、高トルク化を実現することができる。
【００５１】
第４の実施形態に係る回転電機１６００は、第１の実施形態と同様に高いトルクを発生することができる。さらに、固定子１４０に巻線を設けないので、固定子１４０の巻線への電源供給が不要となる。一般には、第３実施形態のように磁界発生部を回転子側に配置する方がスリップリングを不要とする点で好ましい。
【００５２】
（第５の実施形態）  
第５の実施形態では、回転電機を駆動するシステムについて説明する。
【００５３】
図２１は、第５の実施形態に係る回転電機駆動系２１００を概略的に示している。回転電機駆動系２１００は、図２１に示すように、回転電機２１０１、回転角度検出部２１０２、回転制御部２１０３、及び駆動回路部２１０４を備える。回転電機２１０１は、第１から第４の実施形態のいずれかの実施形態に係る回転電機であり得る。
【００５４】
回転角度検出部２１０２は、回転電機２１０１に含まれる回転子の回転軸周りの回転角度を検出する。一例では、回転角度検出部２１０２は、回転電機２１０１の回転軸に取り付けられた回転角度センサ２１０５の出力信号から回転角度を検出する。他の例では、回転角度検出部２１０２は、駆動回路部２１０４により出力される電圧及び電流と、回転電機２１０１の物理モデルと、を用いて回転角度を検出する。後者の検出方法をセンサレス推定と呼ぶ。
【００５５】
回転制御部２１０３は、回転角度検出部２１０２から出力された回転角度情報（検出信号ともいう）に基づいて駆動回路部２１０４を制御する。具体的には、回転制御部２１０３は、回転角度情報と実装された回転制御アルゴリズムとに基づいて駆動回路部２１０４に印加すべき電圧を決定し、この電圧を駆動回路部２１０４に供給する。
【００５６】
駆動回路部２１０４は、回転制御部２１０３からの電圧供給及び図示しない電源装置からの電源供給を受け、回転電機２１０１の電機子巻線及び界磁巻線に電流を供給する。例えば、回転電機２１０１が第１の実施形態で説明した回転電機１００（図１）である場合、電機子巻線は回転子１３０の巻線１３２に対応し、界磁巻線は固定子１４０の巻線１４２に対応する。電流の供給により回転電機２１０１の回転子にトルクが加わり、回転電機２１０１が駆動される。
【００５７】
図２２は、駆動回路部２１０４の構成例を概略的に示している。図２２に示される駆動回路部２１０４は、スイッチング回路２２０１、電力増幅回路２２０２、及びゲートドライブ回路２２０３を備える。スイッチング回路２２０１は、例えばＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）及びダイオードなどを含む複数のスイッチング部２２０４を含む。スイッチング部２２０４は各相の電機子巻線２２０５にブリッジ接続されている。スイッチング部２２０４は、ゲートドライブ回路２２０３からのパルス信号により駆動される。さらに、各相の界磁巻線２２０６には、電力増幅回路２２０２から電源が供給される。図２２では、回転電機２１０１は三相の回転電機（すなわち、図１に示されるような回転子と固定子を含む駆動要素を３つ含む回転電機）であり、電機子巻線は三相結線を想定している。
【００５８】
なお、回転電機２１０１の相数が異なる場合にも、同様にその相数に対応したスイッチング回路２２０１及び電力増幅回路２２０２を適用できる。また、電機子巻線２２０５に電力増幅回路２２０２を適用し、界磁巻線２２０６にスイッチング回路２２０１を適用してもよい。
【００５９】
図２３は、三相結線をした電機子巻線２２０５に流れる電流の一例を示す。図２３では、スイッチング回路２２０１を用いたＰＷＭ（pulse width modulation）制御を適用した場合、或いは、電力増幅回路２２０２の出力を適用した場合における三相電流を示している。実際は三相電流にはノイズが含まれるが、図２３には、位相が１２０度ずつ異なる基本波成分のみが示されている。この基本波の周波数に対応した速度で回転子は駆動される。
【００６０】
図２４は、三相結線をした電機子巻線２２０５に流れる電流の他の例を示す。図２４では、スイッチング回路２２０１を用いたパルス制御を行い、それぞれ位相が１２０度異なる矩形波状の三相電流を供給している。
【００６１】
第５の実施形態に係る回転電機駆動系２１００では、回転子の位置に対して適切な制御系が組まれているので、安定な回転動作が可能になる。さらに、回転角度検出部２１０２がセンサレス推定を行う場合、回転角度センサ２１０５が不要となり、コストが抑えられる。また、回転電機２１０１は相数を任意に設定でき、その相数に応じて、既存の同期モータのＰＷＭ制御や、既存のＰＭ（permanent magnet）型又はハイブリッド型のステッピングモータと同様の制御を適用して駆動することが可能である。
【００６２】
（第６の実施形態）  
第６の実施形態では、回転電機を備える車輌について説明する。この回転電機は、第１から第４の実施形態のいずれかの実施形態で説明した回転電機であり得る。第６の実施形態に係る車輌の例としては、二輪、三輪、又は四輪のハイブリッド自動車、二輪、三輪、又は四輪の電気自動車、電動アシスト自転車などが挙げられる。
【００６３】
ハイブリッドタイプの車輌は、内燃機関と電池駆動の回転電機とを組み合わせて走行動力源とする。電気自動車は、電池駆動の回転電機を走行原動力とする。車輌の駆動力には、その走行条件に応じ、広範囲な回転数及びトルクの動力源が必要となる。一般的に内燃機関は理想的なエネルギー効率を示すトルク及び回転数が限られているため、それ以外の走行条件ではエネルギー効率が低下する。ハイブリッドタイプの車輌は、内燃機関を最適条件で稼動させて発電するとともに、高効率な回転電機で車輪を駆動することによって、或いは、内燃機関と回転電機の動力を合わせて車輪を駆動することによって、車輌全体のエネルギー効率を向上できる。また、減速時に車輌が持つ運動エネルギーを電力として回生することによって、通常の内燃機関単独走行の車輌と比較して、単位燃料当りの走行距離を飛躍的に増大させることができる。
【００６４】
ハイブリッド自動車は、内燃機関と回転電機の組み合わせ方によって大きく３つに分類することができる。  
図２５は、一般にシリーズハイブリッド自動車と呼ばれるハイブリッド自動車２５００を概略的に示している。このハイブリッド自動車２５００は、図２５に示すように、内燃機関２５０１、発電機２５０２、インバータ２５０３、電源２５０４、回転電機２５０５、及び車輪２５０６を備える。回転電機２５０５は、例えば、第１の実施形態に係る回転電機１００（図１）である。
【００６５】
ハイブリッド自動車２５００では、内燃機関２５０１で発生した動力は一旦全て発電機２５０２で電力に変換される。この電力はインバータ２５０３を通じて電源２５０４に蓄えられる。電源２５０４に蓄えられた電力は、インバータ２５０３を通じて回転電機２５０５に供給され、回転電機２５０５によって車輪２５０６が回転駆動される。このように、シリーズハイブリッド自動車は、電気自動車に発電機が複合されたようなシステムである。内燃機関は高効率な条件で運転でき、電力回生も可能である。その反面、車輪２５０６の駆動は回転電機２５０５によって行われるため、高出力な回転電機２５０５が必要となる。
【００６６】
図２６は、パラレルハイブリッド自動車と呼ばれるハイブリッド自動車２６００を示している。このハイブリッド自動車２６００は、図２６に示すように、内燃機関２５０１、インバータ２５０３、電源２５０４、回転電機２６０１、及び車輪２５０６を備える。回転電機２６０１は、例えば第１の実施形態に係る回転電機１００（図１）であり、車輪２５０６の駆動に使用されるとともに、発電機としても利用される。
【００６７】
ハイブリッド自動車２６００では、車輪２５０６は主に内燃機関２５０１によって駆動される。内燃機関２５０１で発生した動力の一部は、場合によって回転電機２６０１で電力に変換される。この電力はインバータ２５０３を通じて電源２５０４に蓄えられる。負荷が重くなる発進や加速時には、電源２５０４からインバータ２５０３を通じて回転電機２６０１に電力を供給し、回転電機２６０１により駆動力を補助する。ハイブリッド自動車２６００は、通常の自動車がベースになっており、内燃機関２５０１の負荷変動を少なくして高効率化を図り、電力回生なども合わせて行うシステムである。車輪２５０６の駆動は主に内燃機関２５０１によって行うため、回転電機２６０１の出力は、必要な補助の割合によって任意に決定することができる。比較的小さな回転電機２６０１及び電源２５０４を用いてシステムを構築することができる。
【００６８】
図２７は、シリーズ・パラレルハイブリッド自動車と呼ばれるハイブリッド自動車２７００を示している。ハイブリッド自動車２７００は、シリーズとパラレルの両方を組み合わせたシステムである。動力分割機構２７０１は、内燃機関２５０１の出力を発電用と車輪駆動用とに分割する。パラレル方式よりもきめ細かくエンジンの負荷制御を行い、エネルギー効率を高めることができる。
【００６９】
図２８は、第６の実施形態に係る電気自動車２８００を概略的に示している。回転電機２６０１は、例えば第１の実施形態に係る回転電機１００（図１）であり、車輪２５０６の駆動に使用されるとともに、発電機としても利用される。
【００７０】
電気自動車２８００では、電源２５０４に蓄えられた電力は、インバータ２５０３を通じて回転電機２５０５に供給され、回転電機２５０５によって車輪２５０６が回転駆動される。回転電機２６０１は、車輪２５０６を駆動する一方で、場合により発電機として機能して電力を生成する。この電力により電源２５０４が充電される。
【００７１】
以上のように、第６の実施形態によれば、上述した実施形態に係る横方向磁束型回転電機を用いた車両が提供される。
【００７２】
以上述べた少なくとも１つの実施形態に係る横方向磁束型回転電機では、いずれの断面でも磁気回路が形成されるように回転子及び固定子に磁極を設けることにより、磁束の漏れを低減でき、磁極面積を大きく確保することができる。その結果、高いトルクを発生することが可能になる。
【００７３】
なお、実施形態に係る回転電機は、図１、図６、図１１、図１６に示したような回転子と固定子との対向面の法線が半径方向となるラジアルギャップモータである例に限らず、回転子と固定子との対向面の法線が軸方向となるアキシャルギャップモータであってもよい。さらに、実施形態に係る回転電機は、図１、図６、図１１、図１６に示したような回転子が固定子の内側に位置するインナーロータである例に限らず、回転子が固定子の外側に位置するアウターロータであってもよい。
【００７４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、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、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７５】
１００…横方向磁束型回転電機、１１０…回転軸、１２０…駆動要素、１３０…回転子、１３１…強磁性体、１３２…巻線、１３３…環状部、１３５Ａ，１３５Ｂ…磁極、１４０…固定子、１４１…強磁性体、１４２…巻線、１４３…環状部、１４５Ａ，１４５Ｂ…磁極、１５０…連結部材、６００…横方向磁束型回転電機、６０１…連結部材、７３１，７３２，７３４…強磁性体、７３３…非磁性体、１１００…横方向磁束型回転電機、１２３１…磁界発生部、１２３５Ａ，１２３５Ｂ…磁極、１６００…横方向磁束型回転電機、１６４１…磁界発生部、１６４２Ａ，１６４２Ｂ…磁極、２１００…回転電機駆動系、２１０１…回転電機、２１０２…回転角度検出部、２１０３…回転制御部、２１０４…駆動回路部、２１０５…回転角度センサ、２２０１…スイッチング回路、２２０２…電力増幅回路、２２０３…ゲートドライブ回路、２２０４…スイッチング部、２２０５…電機子巻線、２２０６…界磁巻線、２５００，２６００、２７００…ハイブリッド自動車、２５０１…内燃機関、２５０２…発電機、２５０３…インバータ、２５０４…電源、２５０５…回転電機、２５０６…車輪、２７０１…動力分割機構、２８００…電気自動車。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年7月15日(2014.7.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
図１６に示される回転電機１６００では、図１７及び図１８に示すように、固定子１４０は、環状の磁界発生部１６４１、磁界発生部１６４１の一端部から回転子１３０に向かって延びる複数の磁極１６４２Ａと、磁界発生部１６４１の他端部から回転子１３０に向かって延びる複数の磁極１６４２Ｂと、を備える。磁界発生部１６４１は磁極１６４２Ａ及び１６４２Ｂ間に介挿されている。複数の磁極１６４２Ａは軸方向に複数の磁極１６４２Ｂにそれぞれ対向している。ある磁極１６４２Ａは軸方向に対向している磁極１６４２Ｂと対を成す。磁極１６４２Ａ及び対を成す磁極１６４２Ｂの一方は直線的に径方向に延び、他方は先端が回転子１３０と固定子１４０との対向面の中央部に対向するように曲がっている。磁界発生部１６４１は、例えば永久磁石であり、軸方向に磁束を発生する。磁界発生部１６４１で発生する磁束は界磁磁界として利用される。磁極１６４２Ａ及び１６４２Ｂは強磁性体で形成される。第４の実施形態の固定子１４０は、第１の実施形態の固定子１４０において、環状部１４３の中央部に磁界発生部１６４１を設け、巻線１４２を除去したものに対応する。