(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を中心として回転方向に巻かれた環状の巻線と、前記巻線を取り囲むＬ個（Ｌは整数）の磁極を備える第１の強磁性体ユニットと、を有する固定子と、
前記回転軸を中心として前記固定子に対して相対的に回転可能であって、前記第１の強磁性体ユニットと対向するＬ個の磁極を備える第２の強磁性体ユニットを有する回転子とを備え、
低減すべきトルク脈動の高調波成分の次数をＮ×１、Ｎ×２、…、Ｎ×（Ｍ−１）とすると（ＭとＮは整数でＭ≦Ｌ）、前記第１と第２の強磁性体ユニットの磁極のうちＭ個の磁極が、回転方向における相対位置関係が角度Θ１（ただし、（１８０°／Ｎ／Ｍ）＜Θ１＜（５４０°／Ｎ／Ｍ））ずつ順にずれるように構成され、
前記第１または第２の強磁性体ユニットの少なくとも一方の磁極が、回転軸方向又は径方向にＩ個（Ｉは整数）に分割され、
低減すべきトルク脈動の高調波成分の次数をＮ×１、Ｎ×２、…、Ｎ×（Ｊ−１）とすると（Ｊは整数でＪ≦Ｉ）、前記Ｉ個に分割された磁極のうちＪ個の磁極が、回転方向における相対位置関係が角度Θ２（ただし、（１８０°／Ｎ／Ｊ）＜Θ２＜（５４０°／Ｎ／Ｊ））ずつ順にずれるように構成される横方向磁束型回転電機。
【請求項２】
前記Ｍ個の磁極が、回転方向における相対位置関係が角度Θ１＝（３６０°／Ｎ／Ｍ）ずつ順にずれるように構成される、請求項１に記載の横方向磁束型回転電機。
【請求項３】
前記Ｊ個の磁極が、前記回転方向における相対位置関係が角度Θ２＝（３６０°／Ｎ／Ｊ）ずつ順にずれるように構成される、請求項１に記載の横方向磁束型回転電機。
【請求項４】
前記第１または第２の強磁性体ユニットは回転軸方向に積層される電磁鋼板を備え、
前記電磁鋼板の中に前記回転方向に磁化している第１および第２の永久磁石ならびに半径方向に磁化している第３および第４の永久磁石が埋め込まれ、
前記第１および第２の永久磁石の磁化方向は逆であり、
前記第３および第４の永久磁石の磁化方向は逆であり、
前記第３および第４の永久磁石は第１および第２の永久磁石より前記回転子と固定子の対向面に対して離れた位置にあり、
前記回転子と固定子の対向面から前記第１および第２の永久磁石より離れた位置に穴を備え、
前記電磁鋼板はその内周面が前記第３および第４の永久磁石ならびに前記穴を介して前記第１およびと第２の永久磁石と囲まれる、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の横方向磁束型回転電機。
【請求項５】
前記回転子と前記固定子の組を複数有し、これらは回転子と固定子との回転方向の相対位置関係において複数の異なる組となるように構成される、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の横方向磁束型回転電機。
【請求項６】
前記第１または第２の強磁性体ユニットの少なくとも一方が、少なくとも一部に磁気的な異方性を有する強磁性体を備える請求項１ないし５のいずれか１項に記載の横方向磁束型回転電機。
【請求項７】
前記回転子の前記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、
を備える請求項１ないし６のいずれか１項に記載の横方向磁束型回転電機。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機の分野において、トルクの脈動分の低減に対する要求は高い。トルクの脈動分
は、その周囲に振動を発生する要因になるからである。
【０００３】
従来の横方向磁束型回転電機では、トルクの脈動分が大きい問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許４７４３７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、無通電時および通電時に回転位置に対するトルクの
脈動分を低減することができる横方向磁束型回転電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態に係る横方向磁束型回転電機は、固定子と回転子とを備える。固定子は、回転軸を中心として巻かれた環状の巻線と、巻線を取り囲むＬ個（Ｌは整数）の磁極を備える第１の強磁性体ユニットとを有する。回転子は、回転軸を中心として固定子に対して相対的に回転可能であり、第１の強磁性体ユニットと対向するＬ個の磁極を備える第２の強磁性体ユニットを有する。低減すべきトルク脈動の高調波成分の次数をＮ×１、Ｎ×２、…、Ｎ×（Ｍ−１）とすると（ＭとＮは整数でＭ≦Ｌ）、第１と第２の強磁性体ユニットの磁極のうちＭ個の磁極が、回転方向における相対位置関係が電気角Θ１（ただし、（１８０°／Ｎ／Ｍ）＜Θ１＜（５４０°／Ｎ／Ｍ））ずつ順にずれるように構成する。第１または第２の強磁性体ユニットの少なくとも一方の磁極が、回転軸方向又は径方向にＩ個（Ｉは整数）に分割される。低減すべきトルク脈動の高調波成分の次数をＮ×１、Ｎ×２、…、Ｎ×（Ｊ−１）とすると（Ｊは整数でＪ≦Ｉ）、Ｉ個に分割された磁極のうちＪ個の磁極が、回転方向における相対位置関係が角度Θ２（ただし、（１８０°／Ｎ／Ｊ）＜Θ２＜（５４０°／Ｎ／Ｊ））ずつ順にずれるように構成する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係る横方向磁束型回転電機を示す斜視図。
【図２】第１の実施形態に係る横方向磁束型回転電機を示す斜視断面図。
【図３】第１の実施形態に係る横方向磁束型回転電機を示す正面図。
【図４】第２の実施形態に係る横方向磁束型回転電機を示す斜視図。
【図５】第２の実施形態に係る横方向磁束型回転電機を示す正面図。
【図６】第２の実施形態に係る横方向磁束型回転電機を示す斜視断面図。
【図７】第３の実施形態に係る横方向磁束型回転電機を示す斜視図。
【図８】第３の実施形態に係る横方向磁束型回転電機を示す斜視断面図。
【図９】第３の実施形態に係る横方向磁束型回転電機の固定子鉄心を示す斜視断面図。
【図１０】第３の実施形態に係る横方向磁束型回転電機を示す正面図。
【図１１】回転電機駆動系を概略的に示すブロック図。
【図１２】駆動回路部の構成例を示すブロック図。
【図１３】リングコイルに流れる電流の一例を示すグラフ。
【図１４】リングコイルに流れる電流の他の例を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。以下の実施形態では、同一の構成要素に
同一の参照符号を付して、重ねての説明を省略する。
【０００９】
（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回転電機を示す斜視図である。図２は、第１
の実施形態に係る横方向磁束型回転電機を示す斜視断面図である。
【００１０】
横方向磁束型回転電機１００は２相構成であり、固定子１１０ａ〜ｂ、および回転子１２
０ａ〜ｂを有する。すなわち、一の固定子と一の回転子の組が一の「相」に対応する。符
号aで示される固定子１１０ａおよび回転子１２０ａが「ａ相」、符号ｂで示される固定
子１１０ｂおよび回転子１２０ｂが「ｂ相」であり、これらにより「２相構成」をなして
いる。
【００１１】
固定子１１０ａ〜ｂは、それぞれリングコイル（巻線）１１２ａ〜ｂおよびＥ字型鉄心１
１１ａ〜ｂを有する。
【００１２】
リングコイル１１２ａ〜ｂは、回転軸１２４を中心として回転方向に巻かれた環状の巻線
である。リングコイル１１２ａ〜ｂは各相に２つ、合計で４つ有る。同じ相の２つのリン
グコイル１１２ａ〜ｂには、位相が１８０°異なる電流を供給することが望ましい。
【００１３】
Ｅ字型鉄心１１１ａ〜ｂは、それぞれ２つのリングコイル１１２ａ〜ｂの環状外側からＥ
字の２つの凹部で取り囲み、Ｅ字の両端と中央がそれぞれ磁極となっており、かつ、リン
グコイル１１２ａ〜ｂの環状を、回転方向に間隔をあけて複数設けられている。リングコ
イル１１２ａ〜ｂにおいてＥ字型鉄心１１１ａ〜ｂに取り囲まれていない部分は空隙に面
している。
【００１４】
本実施形態では、固定子１１０ａ〜ｂにおいて、リングコイル１１２ａ〜ｂの一部を取り
囲むこれらのＥ字型鉄心１１１ａ〜ｂにより回転方向に複数の磁極を備えたものを、第１
の強磁性体ユニットと称する。
【００１５】
回転子１２０ａ〜ｂは、それぞれ固定子１１０ａ〜ｂの第１の強磁性体ユニットと空隙を
もって内部に設けられ、回転軸１２４を中心として固定子１１０ａ〜ｂに対して相対的に
回転可能である。
【００１６】
回転子１２０ａ〜ｂは、それぞれ回転軸１２４を囲む非磁性リング１２３ａ〜ｂと、その
環状外側に複数のＩ字型鉄心１２１ａ〜ｂおよび永久磁石１２２ａ〜ｂを交互に有してい
る。
【００１７】
同じ相の永久磁石１２２ａ〜ｂの磁化方向は、回転方向もしくは軸方向に隣り合うもの同
士で位相が１８０°異なることが望ましい。
【００１８】
本実施形態では、回転子１２０ａ〜ｂにおけるこれらのＩ字型鉄心１２１ａ〜ｂおよび永
久磁石１２２ａ〜ｂにより、固定子１１０ａ〜ｂの第１の強磁性体ユニットとそれぞれ対
向する複数の磁極を回転方向に備えたものを、第２の強磁性体ユニットと称する。
【００１９】
図３は、第１の実施形態に係る横方向磁束型回転電機を示す正面図である。
【００２０】
本実施形態において、固定子１１０ａ〜ｂのＥ字型鉄心１１１ａ〜ｂは、回転軸１２４に
対して傾いて設けられている。つまり、Ｅ字型鉄心１１１ａ〜ｂのそれぞれ３個の磁極の
回転方向に対する位置をずらしている。この回転位置のずれの機械角をスキュー角といい
、角度φで表す。機械角θ周期のトルクの脈動分を低減するには、３個の磁極でそれぞれ
角度をθ／３ずつずらせばよい。
【００２１】
より一般化すれば、固定子鉄心の磁極が軸方向にＬ個（Ｌは整数）ある場合に、電気角の
基本次数に対するＮ×１、Ｎ×２、…、Ｎ×（Ｍ−１）次の脈動分（ＭとＮは整数、Ｍ≦
Ｌ）を低減するには、Ｌ個のうちＭ個の磁極の中心の回転方向における相対位置関係が、
電気角でΘ１＝（３６０°／Ｎ／Ｍ）ずつ順にずれるように構成する。これが、本実施形
態においてトルクの脈動を低減する原理である。
【００２２】
Ｅ字型鉄心１１１ａ〜ｂの軸方向の磁極の数がそれぞれＬ＝３個である。例えば積層鋼板
で構成されれば、形状的な制約よりＬ＝ＭとなるためＭ＝３となる。そして、２相構成の
ため４次の高調波成分（Ｎ＝４）の脈動を低減するためには、これらを上記の式にあては
めると、電気角Θ１＝（３６０°／４／３）＝３０°のずれである。なお、電気角表現で
は、２極分（すなわち磁極ピッチの２倍）を３６０°としている。
【００２３】
これを、機械角φで考えると、例えば、磁極を一周３６極（すなわち、極対数１８）で設
計するならば、φ＝（３６０°／１８／４／３）＝１．６７°ずれるようにスキュー角を
決定する。図３において、φ＝φ１＝φ２に対応する。なお、スキュー角φはＥ字型鉄心
１１１ａ〜ｂの傾き角Ψとは異なる。両者の関係は、Ｅ字型鉄心１１１ａ〜ｂの最内周部
の回転軸中心からの距離ｒと磁極間距離ｄにより、ｒφ＝ｄ・ｓｉｎ（Ψ）と表せる（こ
の式ではφとΨはラジアン表記）。
【００２４】
なお、電気角と機械角の関係は回転電機の極数により変化する。例えば、４８極であれば
，極対数は２４となり、上記の機械角φはφ＝（３６０°／２４／４／３）＝１．２５°
になる。また、ａ相とｂ相の双方が機械角φのずれがあることが望ましく、ａ相とｂ相と
の間の位相差は電気角で９０°であることが望ましい。
【００２５】
ここで、上記式の電気角Θ１＝（３６０°／Ｎ／Ｍ）について３６０°としたのは最適な
角度を指定した場合であるが、より角度に幅をもたせてもよい。つまり、回転方向の電気
角における基本次数に対して低減したいトルク脈動の高調波成分の次数をＮ×１、Ｎ×２
、…、Ｎ×（Ｍ−１）とすると（ＭとＮは整数でＭ≦Ｌ）、第１の強磁性体ユニットおよ
び第２の強磁性体ユニットにおける軸方向にＬ個の対向する磁極のうち、Ｍ個の磁極の中
心の回転方向における相対的な位置関係が電気角で（１８０°／Ｎ／Ｍ）＜Θ１＜（５４
０°／Ｎ／Ｍ）ずつ順にずれるように構成してもよい。
【００２６】
以上のように、第１の実施形態に係る横方向磁束型回転電機１００によれば、無通電時お
よび通電時に回転位置に対するトルクの脈動分を低減することができる。
【００２７】
（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る横方向磁束型回転電機を示す斜視図である。図５は、第２
の実施形態に係る横方向磁束型回転電機を示す斜視断面図である。
【００２８】
横方向磁束型回転電機２００は３相構成であり、固定子２１０ａ〜ｃ、および回転子２２
０ａ〜ｃを有する。符号aで示される固定子２１０ａおよび回転子２２０ａが「ａ相」、
符号ｂで示される固定子２１０ｂおよび回転子２２０ｂが「ｂ相」、符号ｃで示される固
定子２１０ｃおよび回転子２２０ｃが「ｃ相」であり、これらにより「３相構成」をなし
ている。
【００２９】
固定子２１０ａ〜ｃは、それぞれリングコイル２１２ａ〜ｃとＵ字型鉄心２１１ａ〜ｃと
を有する。リングコイル２１２ａ〜ｃは、回転軸２２４を中心として回転方向に巻かれた
環状の巻線である。リングコイル２１２ａ〜ｃは各相に１つ、合計で３つ有る。Ｕ字型鉄
心２１１ａ〜ｃは、リングコイル２１２ａ〜ｃの環状外側からＵ字の凹部で取り囲み、Ｕ
字の両端がそれぞれ磁極となっており、かつ、リングコイル２１２ａ〜ｃの環状を、回転
方向に間隔をあけて複数設けられている。リングコイル２１２ａ〜ｃにおいてＵ字型鉄心
２１１ａ〜ｃに取り囲まれていない部分は空隙に面している。本実施形態では、固定子２
１０ａ〜ｃにおいて、リングコイル２１２ａ〜ｃの一部を取り囲むこれらのＵ字型鉄心２
１１ａ〜ｃにより回転方向に複数の磁極を備えたものを、第１の強磁性体ユニットと称す
る。
【００３０】
回転子２２０ａ〜ｃは、それぞれ固定子２１０ａ〜ｃの第１の強磁性体ユニットと空隙を
もって内部に設けられ、回転軸２２４を中心として固定子２１０ａ〜ｃに対して相対的に
回転可能である。
【００３１】
回転子２２０ａ〜ｃは、それぞれ回転軸２２４を囲む非磁性リング２２３ａ〜ｃと、その
環状外側に複数のＩ字型鉄心２２１ａ〜ｃおよび永久磁石２２２ａ〜ｃを交互に有してい
る。同じ相の永久磁石２２２ａ〜ｃの磁化方向は、回転方向もしくは軸方向に隣り合うも
の同士で位相が１８０°異なることが望ましい。
【００３２】
本実施形態では、回転子２２０ａ〜ｃにおけるこれらのＩ字型鉄心２２１ａ〜ｃおよび永
久磁石２２２ａ〜ｃにより、固定子２１０ａ〜ｃの第１の強磁性体ユニットとそれぞれ対
向する複数の磁極を回転方向に備えたものを、第２の強磁性体ユニットと称する。
【００３３】
図６は、第２の実施形態に係る横方向磁束型回転電機を示す正面図である。
【００３４】
本実施形態において、固定子２１０ａ〜ｃのＵ字型鉄心２１１ａ〜ｃは、回転軸２２４に
対して傾いて設けられている。つまり、Ｕ字型鉄心２１１ａ〜ｃのそれぞれ２個の磁極の
回転方向に対する位置をずらしている。トルクの脈動分を低減する原理は、第１の実施形
態で説明したものと同様である。機械角θ周期のトルクの脈動分を低減するには、２個の
磁極で角度をθ／２ずらせばよい。
【００３５】
Ｕ字型鉄心２１１ａ〜ｃの軸方向の磁極の数がそれぞれＬ＝２個である。例えば積層鋼板
で構成されれば、形状的な制約よりＬ＝ＭとなるためＭ＝２となる。そして、３相構成の
ため６次の高調波成分（Ｎ＝６）の脈動を低減するためには、これらを上記の式にあては
めると、電気角Θ１＝（３６０°／６／２）＝３０°のずれである。
【００３６】
これを、機械角φで考えると、例えば、磁極を一周３６極（すなわち、極対数１８）で設
計するならば、φ＝（３６０°／１８／６／２）＝１．６７°ずれるようにスキュー角を
決定する。なお、スキュー角φはＵ字型鉄心２１１ａ〜ｃの傾き角Ψとは異なる。両者の
関係は、Ｕ字型鉄心２１１ａ〜ｃの最内周部の回転軸中心からの距離ｒと磁極間距離ｄに
より、ｒφ＝ｄ・ｓｉｎ（Ψ）と表せる（この式ではφとΨはラジアン表記）。
【００３７】
なお、電気角と機械角の関係は回転電機の極数により変化する。例えば、４８極であれば
，極対数は２４となり、上記の機械角φはφ＝（３６０°／２４／６／２）＝１．２５°
になる。また、ａ〜ｃ相のそれぞれに機械角φのずれがあることが望ましく、ａ相とｂ相
、ｂ相とｃ相、ｃ相とａ相との間の位相差はそれぞれ電気角で１２０°であることが望ま
しい。
【００３８】
ここで、上記式の電気角Θ１＝（３６０°／Ｎ／Ｍ）について３６０°としたのは最適な
角度を指定した場合であるが、より角度に幅をもたせてもよい。つまり、回転方向の電気
角における基本次数に対して低減したいトルク脈動の高調波成分の次数をＮ×１、Ｎ×２
、…、Ｎ×（Ｍ−１）とすると（ＭとＮは整数でＭ≦Ｌ）、第１の強磁性体ユニットおよ
び第２の強磁性体ユニットにおける軸方向にＬ個の対向する磁極のうち、Ｍ個の磁極の中
心の回転方向における相対的な位置関係が電気角で（１８０°／Ｎ／Ｍ）＜Θ１＜（５４
０°／Ｎ／Ｍ）ずつ順にずれるように構成してもよい。
【００３９】
（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態に係る横方向磁束型回転電機を示す斜視図である。図８は、第３
の実施形態に係る横方向磁束型回転電機を示す斜視断面図である。図９は、第３の実施形
態に係る横方向磁束型回転電機の固定子鉄心の斜視断面図である。図１０は、第３の実施
形態に係る横方向磁束型回転電機を示す正面図である。
【００４０】
横方向磁束型回転電機３００は３相構成であり、固定子３１０ａ〜ｃと回転子３２０とを
有する。符号aで示される固定子３１０ａおよび回転子が「ａ相」、符号ｂで示される固
定子３１０ｂおよび回転子が「ｂ相」、符号ｃで示される固定子３１０ｃおよび回転子が
「ｃ相」であり、これらにより「３相構成」をなしている。
【００４１】
固定子３１０ａ〜ｃは、円筒状のバルク鉄心３１１ａ〜ｃと、その内部に、各相に１つの
リングコイル３１２ａ〜ｃと、このリングコイル３１２ａ〜ｃの両側を挟むように、２組
の環状の積層鋼板３１３ａ〜ｃ（図９のａ相の場合は３１３ａ１・３１３ａ２と３１３ａ
３・３１３ａ４の２組、ｂ相およびｃ相についても同様。）を有する。この積層鋼板３１
３ａ〜ｃは、図示したごとく環状内側に複数の凹凸が形成されており、その凸部において
リングコイル３１２ａ〜ｃを両側から取り囲み、凹部においてリングコイル３１２ａ〜ｃ
の一部は空隙に面している。したがって、本実施形態の固定子３１０ａ〜ｃでは、この積
層鋼板３１３ａ〜ｃの凸部が磁極に対応する。本実施形態では、固定子３１０ａ〜ｃにお
いて、リングコイル３１２ａ〜ｃの一部を取り囲むこの積層鋼板３１３ａ〜ｃにより回転
方向に複数の磁極を備えたものを、第１の強磁性体ユニットと称する。
【００４２】
リングコイル３１２ａ〜ｃの両側を挟む各組の積層鋼板は、回転軸方向に２種類の鋼板が
積層されている（図９のａ相左側の組では３１３ａ１と３１３ａ２の２種類、その他の組
についても同様。）。よって、各磁極が２個に分割される。
【００４３】
回転子３２０は、固定子３１０ａ〜ｃの第１の強磁性体ユニットと空隙をもって内部に設
けられ、回転軸３２４を中心として固定子３１０ａ〜ｃに対して相対的に回転可能である
。
【００４４】
回転子３２０は、円筒状のバルク鉄心３２１と、このバルク鉄心３２１を環状に取り囲む
積層鋼板３２３ａ〜ｃを有している。この積層鋼板３２３ａ〜ｃには複数の永久磁石３２
２ａ〜ｃが回転方向に埋め込まれている。同じ相の永久磁石３２２ａ〜ｃの磁化方向は、
回転方向もしくは軸方向に隣り合うもの同士で位相が１８０°異なることが望ましい。本
実施形態では、回転子３２０におけるこれらの積層鋼板３２３ａ〜ｃおよび永久磁石３２
２ａ〜ｃにより、固定子３２０の第１の強磁性体ユニットと対向する複数の磁極を回転方
向に備えたものを、第２の強磁性体ユニットと称する。
【００４５】
本実施形態において、リングコイル３１２ａ〜ｃを挟む２組の積層鋼板３１３ａ〜ｃ（図
９のａ相の場合は３１３ａ１・３１３ａ２と３１３ａ３・３１３ａ４の２組、ｂ相および
ｃ相についても同様。）は、回転子３２０の回転軸３２４に対して傾いて設けられている
。つまり、固定子鉄心３１３ａ〜ｃの２個の磁極の回転方向に対する位置をずらしている
。トルクの脈動分を低減する原理は、第１の実施形態で説明したものと同様である。
【００４６】
スキュー角φ１、φ２、φ３については、例えば横方向磁束型回転電機３００を３６極で
設計する場合は、一周３６０°／３６極＝１０°、つまり２極あたり２０°となり、また
、３相構成であるため、最も大きい脈動成分は６次（Ｎ＝６）であり、２０°／６＝３．
３３°周期となる。
【００４７】
つまり、３．３３°周期（６次の高調波成分）の脈動を低減するためには、２個の磁極の
回転方向の角度はφ３＝（３．３３°／２）＝１．６７°ずらすとよい。
【００４８】
さらに、本実施形態では、各組の積層鋼板３１３ａ〜ｃ（図９のａ相左側の組では３１３
ａ１と３１３ａ２の２種類、他の組についても同様。）による磁極が、２種類の積層鋼板
３１３ａ〜ｃにより２個に分割される。つまり、積層鋼板３１３ａ〜ｃの各磁極を２個に
分割して、３．３３°周期（６次の高調波成分）をさらに低減することを意図し、各積層
鋼板３１３をφ１＝φ２＝（３．３３°／２）＝１．６７°ずれるように構成している。
【００４９】
積層鋼板３１３ａ〜ｃの種類を増やせば、各磁極の分割数を増やせ、例えば３分割の場合
では、各鋼板を（３．３３°／３）×１＝１．１１°、（３．３３°／３）×２＝２．２
２°とずらせば、３．３３°周期（６次の高調波成分）と１．６７°周期（１２次の高調
波成分）を同時に低減することができる。このように、分割数を増やすことで、高次の高
調波成分の脈動をも同時に低減することができる。
【００５０】
なお、電気角と機械角の関係は回転電機の極数により変化する。例えば、４８極であれば
，極対数は２４となり、上記のφ１、φ２、φ３はいずれも（３６０°／２４／６／２）
＝１．２５°になる。また、ａ〜ｃ相のそれぞれにφ１、φ２、φ３のずれがあることが
望ましく、ａ相とｂ相、ｂ相とｃ相、ｃ相とａ相との間の位相差はそれぞれ電気角で１２
０°であることが望ましい。
【００５１】
これをより一般化すれば、第１または第２の強磁性体ユニットの少なくとも一つの磁極が
、回転軸方向にＩ個（Ｉは整数）に分割される場合に、回転方向の電気角における基本次
数に対して低減したいトルク脈動の高調波成分の次数をＮ×１、Ｎ×２、…、Ｎ×（Ｊ−
１）とすると（Ｊは整数でＪ≦Ｉ）、Ｉ個の分割された磁極のうち、Ｊ個の磁極の中心の
回転方向における位置が電気角で（１８０°／Ｎ／Ｊ）＜Θ２＜（５４０°／Ｎ／Ｊ）ず
つ順にずれるように構成することができる。
【００５２】
このように角度に幅をもたせることができるが、最適な角度を指定するならば、Ｊ個の磁
極の中心の回転方向における位置が電気角でΘ２＝（３６０°／Ｎ／Ｊ）となる。
【００５３】
図１０において、回転子の積層鋼板には、永久磁石３２２ａが環状に等間隔で埋め込まれ
ており、各永久磁石中に示す矢印は磁化の方向を表している。
【００５４】
環状外側の積層鋼板３２３ａに埋め込まれている永久磁石３２２ａ１と３２２ａ２は、回
転方向に磁化しており、かつ、隣り合う２つの永久磁石３２２ａ１と３２２ａ２は、磁化
方向が逆となっている。これらを第１と第２の永久磁石と称する。
【００５５】
環状内側の積層鋼板３２３ａに埋め込まれている永久磁石３２２ａ３と３２２ａ４は、半
径方向に磁化しており、かつ、隣り合う２つの永久磁石３２２ａ３と３２２ａ４は、磁化
方向が逆となっている。これらを第３と第４の永久磁石と称する。ここでいう環状内側と
は、第１と第２の永久磁石３２２ａ１と３２２ａ２より回転子３２０ａと固定子３１０ａ
の対向面に対して中心側に離れた位置にあることを意味している。
【００５６】
積層鋼板３２３ａに埋め込まれた永久磁石３２２ａから出る磁束は、永久磁石３２２ａの
側面の積層鋼板３２３ａを通り、永久磁石３２２ａに入り、この間に固定子３１０ａを通
らないために、トルクの発生に寄与しない。そこで、図１０の永久磁石３２２ａ１〜３２
２ａ４の各々の側面に近い部分の積層鋼板３２３ａには、穴（フラックスバリア）３２４
ａ１〜３２４ａ４を備えている。これにより、永久磁石３２２ａの磁束が永久磁石３２２
ａの側面の積層鋼板３２３ａを通りにくくなり、より多くの磁束が固定子３１０ａに作用
するため、トルクの増大に寄与する。
【００５７】
また、回転子鉄心３２３ａの先端部の溝３２５ａは、永久磁石３２２ａ１と３２２ａ２に
近い部分では深くしている。これにより、永久磁石３２２ａ１と３２２ａ２の磁束がそれ
らの近傍に集中することを防ぎ、トルク脈動を低減することができる。なお，全ての回転
子の積層鋼板３２３ａ〜ｃに同様に溝３２５ａ〜ｃを設けることがトルク脈動の低減の観
点から望ましい。
【００５８】
また、固定子の積層鋼板３１３ａ１の先端部の溝３２６ａを設けることで、空隙での永久
磁石３２２による磁束密度が回転方向に正弦波に近い分布になり、トルクの脈動分を低減
することができる。なお、全ての固定子の積層鋼板３１３ａ〜ｃに同様に溝３２６ａ〜ｃ
を設けることがトルク脈動の低減の観点から望ましい。
【００５９】
以上のように、第３の実施形態に係る横方向磁束型回転電機３００によれば、無通電時お
よび通電時に回転位置に対するトルクの脈動分を低減することができる。
【００６０】
なお、第１から第３の実施形態で説明した横方向磁束型回転電機については、さまざまな
応用を付加することができる。
【００６１】
例えば、モータが多相構造である場合に応用することができる。第１の実施形態では２相
構造、第２と第３の実施形態では３相構造について説明したが、本原理はそれ以外の多相
構造にも適用できる。すなわち、第１から第３の実施形態の横方向磁束型回転電機におい
て、回転子と固定子の組を複数有し、これらは回転子と固定子との回転方向の相対位置関
係において複数の異なる組となるように構成することができる。
【００６２】
また、磁気異方性のある鉄心材料を用いてもよい。磁気異方性とは、方向によって磁化の
しやすさが異なる性質をいう。すなわち、第１から第３の実施形態の横方向磁束型回転電
機において、第１または第２の強磁性体ユニットの少なくとも１つが、少なくとも一部に
磁気的な異方性を有する強磁性体を備えるようにしてもよい。
【００６３】
図１１は、回転電機駆動系を概略的に示すブロック図である。図１１に示すように、エン
コーダなどの回転角度センサ４３１からのセンサ出力や、駆動回路部４０５からのセンサ
レス位置推定（出力電圧、出力電流）による角度フィードバック制御を行うことができる
。すなわち、第１から第３の実施形態の横方向磁束型回転電機において、回転子の回転軸
まわりの回転角度を測定する回転角度測定部４０３と、この回転角度測定部４０３からの
信号である位置情報出力に基づいてリングコイルに流す電流量を回転制御アルゴリズムに
基づき制御する回転制御部４０４と、その結果として出力されるパルス出力および電圧出
力に基づき、回転電機４０２に電機子励磁電流を供給する駆動回路部４０５（電源入力を
受けるインバータ回路）と、をさらに備える横方向磁束型の回転電機４０１を構成するこ
とができる。
【００６４】
図１２は、駆動回路部の構成例を示すブロック図である。図１２に示すように駆動回路部
４０５は、例えばＩＧＢＴおよびダイオードなどを含む複数のスイッチング部４５１ａ〜
ｃ、ａ’〜ｃ’を含むスイッチング回路４５０、およびそれらを駆動するゲートドライブ
回路４５３を備える。スイッチング部４５１ａ〜ｃ、ａ’〜ｃ’は各相のリングコイル４
２１ａ〜ｃにそれぞれブリッジ接続されている。ここでは３相結線を想定しているが、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を適用できる。また、
リングコイル４２１ａ〜ｃに電力増幅回路（図示せず）を適用して電流を供給してもよい
。
【００６５】
図１３は、リングコイルに流れる電流の一例を示すグラフである。図１４は、リングコイ
ルに流れる電流の他の例を示すグラフである。これら両図は、３相結線をした時にリング
コイル４２１に流れる電流の例を示す。図１３では、図１２に示したスイッチング回路４
５０を用いたＰＷＭ制御を適用した場合、或いは、電力増幅回路（図示せず）の出力を適
用した場合における３相電流（Ｕ相電流４６１Ａ、Ｖ相電流４６１Ｂ、Ｗ相電流４６１Ｃ
）を示している。実際は３相電流４６１Ａ〜Ｃにはノイズが含まれるが、図１３には、位
相が１２０度ずつ異なる基本波成分のみが示され、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。図１４では、図１２に示したスイッチング回路４５０を用いたパル
ス制御を行い、それぞれ位相が１２０度異なる矩形波の３相電流（Ｕ相電流４７１Ａ、Ｖ
相電流４７１Ｂ、Ｗ相電流４７１Ｃ）を供給している。
【００６６】
なお、実施形態に係る回転電機は、第１から第３の実施形態のように回転子と固定子との
対向面の法線が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。アキシャル
ギャップモータでは、リングコイルを軸方向から挟むのではなく、径方向から挟み込む構
成になる。さらに、実施形態に係る回転電機は、第１から第３の実施形態のように回転子
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。
【００６７】
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】
【００６８】
１００…横方向磁束型回転電機、
１１０…固定子、
１１１…Ｅ字型鉄心、
１１２…リングコイル、
１２０…回転子、
１２１…Ｉ字型鉄心、
１２２…永久磁石、
１２３…非磁性リング、
１２４…回転軸、
２００…横方向磁束型回転電機、
２１０…固定子、
２１１…Ｕ字型鉄心、
２１２…リングコイル、
２２０…回転子、
２２１…Ｉ字型鉄心、
２２２…永久磁石、
２２３…非磁性リング、
２２４…回転軸、
３００…横方向磁束型回転電機、
３１０…固定子、
３１１…バルク鉄心、
３１２…リングコイル、
３１３…積層鋼板、
３２０…回転子、
３２１…バルク鉄心、
３２２…磁石、
３２３…積層鋼板、
３２４…回転軸、
４０１…回転電機駆動系、
４０２…回転電機、
４０３…回転角度検出部、
４０４…回転制御部、
４０５…駆動回路部、
４３１…回転角度センサ、
４５０…スイッチング回路、
４５３…ゲートドライブ回路、
４５１…スイッチング部、
４２１…リングコイル、
４６１…正弦波３相電流、
４７１…矩形波３相電流。
【図１】
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【図２】
0006539465.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0006539465.tif 000007
【図７】
0006539465.tif 000008
【図８】
0006539465.tif 000009
【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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