(57)【要約】【課題】コイルが設けられたロータを有するものであって、ブラシレス化を図ることができる回転電機を提供すること。【解決手段】回転電機１１は、コイルが設けられたロータと、ロータの回転に伴って回転するものであって、コイルに接続されている筒状の回転電極５１ｕ〜５１ｗと、ロータの回転に伴って回転しないように保持されているものであって、回転電極５１ｕ〜５１ｗに対して径方向に対向する位置に配置された筒状の保持電極５２ｕ〜５２ｗとを備えている。そして、回転電極５１ｕ〜５１ｗと保持電極５２ｕ〜５２ｗとによって結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗが構成されている。【選択図】図３
2016025696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルが設けられたロータと、
前記ロータの回転に伴って回転するものであって、前記コイルに接続されている筒状の回転電極と、
前記ロータの回転に伴って回転しないように保持されているものであって、前記回転電極に対して径方向に対向する位置に配置された筒状の保持電極と、
を備え、
前記回転電極及び前記保持電極によって結合コンデンサが構成され、当該結合コンデンサを介して非接触の電力伝送が行われることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記コイルは複数設けられており、
前記複数のコイルに対応させて、前記回転電極と前記保持電極とによって構成される前記結合コンデンサは複数設けられており、
前記複数の結合コンデンサは、所定の間隔を隔てて配列されており、
隣り合う前記結合コンデンサ同士の間に設けられ、隣り合う前記結合コンデンサ同士を絶縁する絶縁部を備えている請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記絶縁部は、空気よりも高い誘電率を有する材料で構成されており、
前記絶縁部は、前記結合コンデンサの配列方向に延びており、前記複数の結合コンデンサを構成する複数の前記回転電極と複数の前記保持電極との間、及び、隣り合う前記結合コンデンサ同士の間の双方に介在している請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記絶縁部は、前記ロータの回転に伴って回転するものであり、
前記絶縁部と前記複数の保持電極との間には、隙間が形成されている請求項３に記載の回転電機。
【請求項５】
前記ロータは筒状であり、
前記結合コンデンサは、前記ロータの内側に配置されている請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項６】
前記ロータは筒状の第１ロータであり、
前記第１ロータに対して径方向外側に設けられたステータと、
前記第１ロータと前記ステータとの間に設けられ、前記第１ロータと対向する内周面及び前記ステータと対向する外周面を有する筒状の第２ロータと、
を備え、
前記第２ロータは永久磁石を有している請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、コイルが設けられたロータを有する回転電機が知られている。このような回転電機は、例えばスリップリングを用いてコイルに電力を供給する（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０９−０５６０１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、スリップリングを用いた電力伝送は、ブラシの摩耗が懸念される。また、スリップリングが対応可能な回転速度が予め定められている場合、回転電機の回転速度が制限される場合がある。さらに、回転電機の回転数の変動によって電力伝送が行われる電力値が変動する場合がある。
【０００５】
本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、その目的はコイルが設けられたロータを有するものであって、ブラシレス化を図ることができる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】
上記目的を達成する回転電機は、コイルが設けられたロータと、前記ロータの回転に伴って回転するものであって、前記コイルに接続されている筒状の回転電極と、前記ロータの回転に伴って回転しないように保持されているものであって、前記回転電極に対して径方向に対向する位置に配置された筒状の保持電極と、を備え、前記回転電極及び前記保持電極によって結合コンデンサが構成され、当該結合コンデンサを介して非接触の電力伝送が行われることを特徴とする。
【０００７】
かかる構成によれば、結合コンデンサを介して非接触の電力伝送が行われる。これにより、例えば、ロータに設けられたコイルに対して非接触で電力供給を行うことを通じてロータを回転させることが可能となる。また、例えば、結合コンデンサを介して、コイルにて発生した電力を取得することができる。よって、コイルが設けられたロータを有する回転電機のブラシレス化を図ることができる。
【０００８】
また、結合コンデンサを構成する回転電極はコイルに接続されている。これにより、コイルと結合コンデンサとによって共振回路が形成されている。この場合、共振現象を利用することにより、大きな電力値の電力伝送が可能となる。よって、ロータを回転させるのに用いられるコイルを用いて、非接触の電力伝送を好適に行うことができる。
【０００９】
上記回転電機について、前記コイルは複数設けられており、前記複数のコイルに対応させて、前記回転電極と前記保持電極とによって構成される前記結合コンデンサは複数設けられており、前記複数の結合コンデンサは、所定の間隔を隔てて配列されており、隣り合う前記結合コンデンサ同士の間に設けられ、隣り合う前記結合コンデンサ同士を絶縁する絶縁部を備えているとよい。かかる構成によれば、隣り合う結合コンデンサ同士の間には、隣り合う結合コンデンサ同士を絶縁する絶縁部が設けられているため、隣り合う結合コンデンサ同士が短絡しにくい。これにより、隣り合う結合コンデンサ同士の絶縁性の向上を図ることができる。
【００１０】
上記回転電機について、前記絶縁部は、空気よりも高い誘電率を有する材料で構成されており、前記絶縁部は、前記結合コンデンサの配列方向に延びており、前記複数の結合コンデンサを構成する複数の前記回転電極と複数の前記保持電極との間、及び、隣り合う前記結合コンデンサ同士の間の双方に介在しているとよい。かかる構成によれば、複数の結合コンデンサを構成する複数の回転電極と複数の保持電極との間に、空気よりも高い誘電率を有する絶縁部が介在しているため、結合コンデンサの静電容量の向上を図ることができる。これにより、非接触の電力伝送が行われる電力値の向上を図ることができる。
【００１１】
上記回転電機について、前記絶縁部は、前記ロータの回転に伴って回転するものであり、前記絶縁部と前記複数の保持電極との間には、隙間が形成されているとよい。かかる構成によれば、ロータが回転した場合に、絶縁部と複数の保持電極との間で摺動が生じることを抑制できる。
【００１２】
上記回転電機について、前記ロータは筒状であり、前記結合コンデンサは、前記ロータの内側に配置されているとよい。かかる構成によれば、デッドスペースとなり易いロータの内側に結合コンデンサが配置されている。これにより、省スペース化を図ることができる。この場合、仮にロータの内側にて、電磁誘導方式や磁場共鳴方式等といった磁場を介した非接触の電力伝送が行われると、当該磁場と、コイルにて発生する磁場とが干渉する可能性が高くなり易い。これに対して、結合コンデンサを介して非接触の電力伝送を行う構成では、磁場が発生しない。よって、非接触の電力伝送に起因してロータの回転が阻害されるということを回避できる。
【００１３】
上記回転電機について、前記ロータは筒状の第１ロータであり、前記第１ロータに対して径方向外側に設けられたステータと、前記第１ロータと前記ステータとの間に設けられ、前記第１ロータと対向する内周面及び前記ステータと対向する外周面を有する筒状の第２ロータと、を備え、前記第２ロータは永久磁石を有しているとよい。かかる構成によれば、第１ロータと第２ロータとが第１の回転電機として機能し、第２ロータとステータとが第２の回転電機として機能する。ここで、回転制御等の観点から、第１ロータ又は第２ロータのいずれか一方には、磁界を発生させるものとしてコイルを設ける必要がある。また、第１ロータとステータとの間に第２ロータが設けられている構造の関係上、第２ロータにコイルを設けることは構成の複雑化となり易い。これに対して、本構成によれば、第１ロータにコイルを設けることによって、第２ロータとしては、磁界を発生させるものとしてコイルではなく永久磁石を採用することができる。そして、上述した非接触電力伝送装置を用いて第１ロータのコイルに対して非接触の電力伝送を行うことにより、ブラシレス化と構成の複雑化の抑制とを図りつつ、好適に２つのロータを有する回転電機を駆動させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、コイルが設けられたロータを有する回転電機においてブラシレス化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】回転電機のロータ等を示す斜視図。
【図２】回転電機のロータ等の断面斜視図。
【図３】非接触電力伝送装置の断面図。
【図４】図３の４−４線端面図。
【図５】インバータ及び回転電機の回路図。
【図６】別例の回転電機を示す模式図。
【図７】別例の非接触電力伝送装置の断面図。
【図８】図７の８−８線端面図。
【図９】別例の非接触電力伝送装置を模式的に示す断面図。
【図１０】図９の１０−１０線端面図。
【図１１】別例の回転電機を示す模式図。
【図１２】図１１の１２−１２線断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、回転電機の一実施形態について説明する。ちなみに、回転電機は、例えばバッテリなどの蓄電装置を有する車両に搭載されており、当該蓄電装置の電力を用いて車両を走行させるのに用いられる。また、当該回転電機は、車両の減速時などにおいては回生電力を生成する。回生電力は、蓄電装置の充電などに用いられる。
【００１７】
なお、図示の都合上、図１及び図２については、３つのコイル２４ｕ〜２４ｗのうちｕ相コイル２４ｕの一部のみを図示する。また、図１においては、ステータ１４を２点鎖線で一部のみ示す。
【００１８】
図１に示すように、回転電機１１は、回転軸１２と、当該回転軸１２が固定され、回転軸１２と一体回転するロータ１３と、ロータ１３の外側に配置されたステータ１４とを備えている。回転電機１１は、所謂三相交流モータである。
【００１９】
回転電機１１は、回転軸１２、ロータ１３及びステータ１４が収容されたハウジング（図示略）を備えており、当該ハウジング内には回転軸１２を支持する軸受等が収容されている。ステータ１４とハウジングとは熱的に結合している。このため、ステータ１４はハウジングによって冷却され得る。
【００２０】
ロータ１３は、全体として有底円筒状であって、底部に回転軸１２が挿通される挿通孔２１ａが形成された本体部２１と、当該本体部２１の外周面に固定されたコア２２とを備えている。コア２２は、全体として略円筒状であり、当該コア２２の外周面には、ロータ１３の軸線方向に延びたスロット２３が当該コア２２の周方向に複数並設されている。そして、複数のスロット２３には、複数のコイル２４ｕ〜２４ｗが捲回されている。
【００２１】
ステータ１４は、例えば永久磁石である。ステータ１４は、湾曲形状であり、ロータ１３のコア２２の外周面と対向する位置に配置されている。すなわち、本回転電機１１は、ステータ１４の内側に配置されたロータ１３に複数のコイル２４ｕ〜２４ｗが設けられているタイプのものである。
【００２２】
図２に示すように、回転電機１１は、ロータ１３の回転に伴って回転する回転体３０を備えている。回転体３０は、絶縁性を有する材料（例えば樹脂）で構成されている。回転体３０は、ロータ１３の本体部２１の内側に設けられている。回転体３０は、回転軸１２と同一径の内径を有する筒状であり、回転体３０の軸線方向とロータ１３の軸線方向とは一致している。そして、回転軸１２は、回転体３０と一体回転する状態で回転体３０に挿通されている。この場合、回転軸１２の軸線方向、回転体３０の軸線方向及びロータ１３の軸線方向は一致している。すなわち、回転軸１２、回転体３０、及びロータ１３（詳細にはロータ１３の本体部２１の側部）は、同一軸線上であって径方向に並んで配置されている。
【００２３】
回転体３０は、本体部２１の底部寄りに配置された拡径部３１と、拡径部３１よりも外径が小さい縮径部３２とで構成されている。拡径部３１は、ロータ１３の本体部２１の底部に固定されている。これにより、回転体３０は、ロータ１３の回転に伴って回転する。
【００２４】
回転電機１１は、回転体３０の縮径部３２に取り付けられているものであって、複数のコイル２４ｕ〜２４ｗに対して非接触の電力伝送を行う非接触電力伝送装置５０を備えている。
【００２５】
回転電機１１は、非接触電力伝送装置５０とコイル２４ｕ〜２４ｗとを電気的に接続するための構成を備えている。非接触電力伝送装置５０の具体的な構成の説明の前に上記構成について簡単に説明する。
【００２６】
図１及び図２に示すように、回転電機１１は、ｕ相コイル２４ｕのコイルエンドから引き出されたｕ相リード線４１ｕと電気的に接続されたｕ相バスバー４２ｕと、ｕ相バスバー４２ｕを保持するバスバー保持部４３とを備えている。バスバー保持部４３は、絶縁性を有しており、本体部２１の底部に対して外側から取り付けられている。
【００２７】
また、図２に示すように、回転体３０には、回転体３０の軸線方向に延びた棒状のｕ相ロータ配線４４ｕが埋設されている。ｕ相ロータ配線４４ｕは、本体部２１の底部及びバスバー保持部４３を貫通しており、ｕ相ロータ配線４４ｕの一部は、バスバー保持部４３から突出している。ｕ相バスバー４２ｕは、ｕ相ロータ配線４４ｕとｕ相リード線４１ｕとを接続した状態で、バスバー保持部４３に固定（詳細には締結）されている。
【００２８】
なお、ｕ相にかかる構成と同様に、回転電機１１は、ｖ相コイル２４ｖのコイルエンドから引き出されたｖ相リード線（図示略）と、回転体３０に埋設されたｖ相ロータ配線４４ｖ（図４参照）とを接続するｖ相バスバー４２ｖとを備えている。そして、回転電機１１は、ｗ相コイル２４ｗのコイルエンドから引き出されたｗ相リード線（図示略）と、回転体３０に埋設されたｗ相ロータ配線４４ｗ（図４参照）とを接続するｗ相バスバー４２ｗとを備えている。バスバー保持部４３は、各バスバー４２ｕ，４２ｖ，４２ｗを保持している。
【００２９】
次に、非接触電力伝送装置５０の具体的な構成について説明する。
図３に示すように、非接触電力伝送装置５０は、回転体３０の回転に伴って回転する複数の回転電極５１ｕ〜５１ｗを備えている。各回転電極５１ｕ〜５１ｗはそれぞれ、筒状（詳細には円筒状）であって、回転体３０の縮径部３２の外周面に固定されている。複数の回転電極５１ｕ〜５１ｗは、回転体３０の軸線方向に所定の間隔を隔てて並んで配置されている。
【００３０】
なお、回転体３０への各回転電極５１ｕ〜５１ｗの固定態様は任意であり、例えば接着剤を用いてもよいし、縮径部３２の外周面に溝を形成し、当該溝に嵌め込むことによって固定する態様でもよい。
【００３１】
ｕ相回転電極５１ｕは、回転体３０に埋設されたｕ相ロータ配線４４ｕに接続されている。これにより、ｕ相回転電極５１ｕは、ｕ相ロータ配線４４ｕ、ｕ相バスバー４２ｕ及びｕ相リード線４１ｕを介して、ｕ相コイル２４ｕに接続されている。他の回転電極５１ｖ，５１ｗについても同様である。
【００３２】
非接触電力伝送装置５０は、回転電極５１ｕ〜５１ｗと径方向に対向する位置に配置された保持電極５２ｕ〜５２ｗを備えている。保持電極５２ｕ〜５２ｗは、回転電極５１ｕ〜５１ｗよりも径が大きい筒状（詳細には円筒状）であって、回転電極５１ｕ〜５１ｗの外側に配置されている。この場合、回転電極５１ｕ〜５１ｗと保持電極５２ｕ〜５２ｗとは同心円状であり、回転電極５１ｕ〜５１ｗの外周面と保持電極５２ｕ〜５２ｗの内周面とが径方向に離間して対向している。
【００３３】
保持電極５２ｕ〜５２ｗは、回転体３０の回転に伴って回転しないように保持されている。詳細には、回転電機１１は、各保持電極５２ｕ〜５２ｗが埋設された固定部材５３を備えている。固定部材５３は、例えば樹脂等の絶縁性を有する材料で構成されている。固定部材５３は、縮径部３２の外径よりも大きい内径を有する円筒状であり、各回転電極５１ｕ〜５１ｗを外側から覆うように配置されている。固定部材５３の軸線方向の一端部は、図示しないハウジングに固定されている。そして、保持電極５２ｕ〜５２ｗは、固定部材５３の内周面のうち回転電極５１ｕ〜５１ｗと対向する位置にて、当該保持電極５２ｕ〜５２ｗの内周面が露出した状態で埋設されている。
【００３４】
この場合、既に説明した通り、各回転電極５１ｕ〜５１ｗが回転体３０の軸線方向に所定の間隔を隔てて配列されていることに対応させて、各保持電極５２ｕ〜５２ｗは、回転体３０の軸線方向に所定の間隔を隔てて配列されている。回転電極５１ｕ〜５１ｗと保持電極５２ｕ〜５２ｗとが互いに対向配置されていることによって結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗが構成されている。この場合、複数の結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗは、回転体３０の軸線方向に所定の間隔を隔てて配列されていると言える。なお、各結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗは、ロータ１３の内側に配置されている。
【００３５】
ちなみに、図３に示すように、固定部材５３には、保持電極５２ｕ〜５２ｗに接続されたステータ配線５４ｕ〜５４ｗが埋設されている。当該ステータ配線５４ｕ〜５４ｗは、回転電機１１を駆動させる駆動回路としてのインバータ１００（図５参照）に接続されている。
【００３６】
図３及び図４に示すように、非接触電力伝送装置５０は、隣り合う結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗの間に設けられ、隣り合う結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗ同士を絶縁する絶縁部としての絶縁カバー部材５５を備えている。絶縁カバー部材５５は、空気よりも高い誘電率を有する材料、例えばチタン酸バリウム等の誘電性セラミックスで構成されている。絶縁カバー部材５５の摩擦係数は、回転電極５１ｕ〜５１ｗの摩擦係数よりも小さい。
【００３７】
絶縁カバー部材５５は、円筒状であり、その内周面には、回転電極５１ｕ〜５１ｗに対応させて凹凸が形成されている。詳細には、絶縁カバー部材５５の内周面には、回転体３０の周方向に延びた凹部５５ａが、回転体３０の軸線方向に所定の間隔を隔てて、回転電極５１ｕ〜５１ｗと同一数（詳細には３つ）形成されている。当該凹部５５ａの幅（すなわち回転体３０の軸線方向の長さ）は、回転電極５１ｕ〜５１ｗの幅と同一であり、凹部５５ａの深さは、回転電極５１ｕ〜５１ｗの厚さと同一である。複数の回転電極５１ｕ〜５１ｗはそれぞれ、絶縁カバー部材５５の凹部５５ａに嵌り込んでいる。このため、各回転電極５１ｕ〜５１ｗは、絶縁カバー部材５５によって、回転体３０の軸線方向の移動が規制されている。換言すれば、絶縁カバー部材５５は、各回転電極５１ｕ〜５１ｗを、位置ずれしないように保持しているとも言える。
【００３８】
絶縁カバー部材５５は、結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗの配列方向である回転体３０の軸線方向に延びており、複数の回転電極５１ｕ〜５１ｗと複数の保持電極５２ｕ〜５２ｗとの間、及び、隣り合う結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗ同士の間の双方に介在している。この場合、絶縁カバー部材５５は、複数の回転電極５１ｕ〜５１ｗの全体を径方向外側から覆っているとも言える。なお、本実施形態では、絶縁カバー部材５５と各回転電極５１ｕ〜５１ｗとは密着している。
【００３９】
ちなみに、本実施形態では、絶縁カバー部材５５は回転体３０に取り付けられており、絶縁カバー部材５５は、回転体３０の回転に伴って回転するようになっている。
図３に示すように、絶縁カバー部材５５における凹部５５ａに対応する部分の厚さ（詳細には回転電極５１ｕ〜５１ｗと保持電極５２ｕ〜５２ｗとの対向方向の長さ）ｄ１は、回転電極５１ｕ〜５１ｗと保持電極５２ｕ〜５２ｗとの離間距離である電極間距離ｄｘよりも薄く設定されている。このため、絶縁カバー部材５５と保持電極５２ｕ〜５２ｗとの間には隙間ｄ２が形成されている。当該隙間ｄ２は、上記厚さｄ１よりも小さい。
【００４０】
すなわち、結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗは、絶縁カバー部材５５及び隙間ｄ２を間に挟んだ回転電極５１ｕ〜５１ｗと保持電極５２ｕ〜５２ｗとによって構成されている。この場合、結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗの静電容量は、絶縁カバー部材５５の誘電率及び電極間距離ｄｘ等に依存する。
【００４１】
ここで、結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗの静電容量は、非接触の電力伝送が行われる電力値を規定している１パラメータである。詳細には、結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗの静電容量が大きいほど非接触で電力伝送される電力値を大きくすることができる。なお、本実施形態では、各結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗは同一形状であるため、各結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗの静電容量は同一である。
【００４２】
次に、本回転電機１１の電気的構成及びインバータ１００について詳細に説明する。
図５に示すように、インバータ１００は、ｕ相コイル２４ｕに対応するｕ相スイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｕ２と、ｖ相コイル２４ｖに対応するｖ相スイッチング素子Ｑｖ１，Ｑｖ２と、ｗ相コイル２４ｗに対応するｗ相スイッチング素子Ｑｗ１，Ｑｗ２と、を備えている。各スイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｕ２，Ｑｖ１，Ｑｖ２，Ｑｗ１，Ｑｗ２（以降単に各スイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２と示す）は例えばＩＧＢＴで構成されている。
【００４３】
各ｕ相スイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｕ２は接続線を介して互いに直列に接続されており、その接続線は、ｕ相保持電極５２ｕに接続されている。そして、各ｕ相スイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｕ２の直列接続体に対して、車両に搭載されたバッテリＢから直流電力が入力されている。なお、他のスイッチング素子Ｑｖ１，Ｑｖ２，Ｑｗ１，Ｑｗ２については、対応する保持電極が異なる点を除いて、ｕ相スイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｕ２と同様の接続態様であるため、詳細な説明を省略する。なお、各コイル２４ｕ〜２４ｗは、例えばデルタ結線されている。
【００４４】
インバータ１００は、各スイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２のスイッチング動作を制御する制御回路１０１を備えている。制御回路１０１は、各スイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２を周期的にＯＮ／ＯＦＦさせることにより、直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力を各保持電極５２ｕ〜５２ｗに対して供給する。当該交流電力は、各結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗを介して、各コイル２４ｕ〜２４ｗに非接触で供給される。これにより、ロータ１３が回転する。
【００４５】
また、複数のスイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２はそれぞれボディダイオード（寄生ダイオード）Ｄｕ１〜Ｄｗ２を有している。各コイル２４ｕ〜２４ｗにて発生した回生電力は、ボディダイオードＤｕ１〜Ｄｗ２によって整流されて、バッテリＢに入力される。これにより、バッテリＢが充電される。すなわち、本インバータ１００は、直流電力と交流電力との双方向変換が可能な電力変換部である。
【００４６】
ここで、例えば第１ｕ相スイッチング素子Ｑｕ１がＯＮ状態であり、第２ｕ相スイッチング素子Ｑｕ２がＯＦＦ状態であり、第１ｖ相スイッチング素子Ｑｖ１がＯＦＦ状態であり、第２ｖ相スイッチング素子Ｑｖ２がＯＮ状態である場合、ｕ相結合コンデンサＣｕ→ｕ相コイル２４ｕ→ｖ相結合コンデンサＣｖという経路で電力伝送が行われる。この場合、ｕ相結合コンデンサＣｕ、ｕ相コイル２４ｕ及びｖ相結合コンデンサＣｖによって直列共振回路が構成されている。つまり、ｕ相コイル２４ｕは、ｕ相結合コンデンサＣｕ及びｖ相結合コンデンサＣｖと協働して、上記直列共振回路を構成している。
【００４７】
なお、上述したスイッチング態様とは別のスイッチング態様においても、各結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗのうち２つの結合コンデンサと、各コイル２４ｕ〜２４ｗのうち１つのコイルとによって直列共振回路が構成されている。
【００４８】
ここで、各コイル２４ｕ〜２４ｗのインダクタンスは同一である。そして、既に説明した通り、各結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗの静電容量は同一である。このため、いずれの直列共振回路が構成された場合であっても、共振周波数は同一である。
【００４９】
制御回路１０１は、上記共振周波数に対応させて、各スイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。すなわち、制御回路１０１は、上記共振周波数と同一周波数の交流電力が出力されるように各スイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。なお、制御回路１０１は、各スイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２のＯＮ／ＯＦＦのデューティ比を可変制御することにより、ロータ１３の回転数を可変制御する。
【００５０】
次に本実施形態の作用について説明する。
インバータ１００から出力される交流電力は、各結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗを介して、非接触で各コイル２４ｕ〜２４ｗに伝送される。
【００５１】
以上詳述した本実施形態によれば以下の効果を奏する。
（１）回転電機１１は、コイル２４ｕ〜２４ｗが設けられたロータ１３を備えている。そして、回転電機１１は、ロータ１３の回転に伴って回転するものであって、コイル２４ｕ〜２４ｗに接続されている筒状の回転電極５１ｕ〜５１ｗと、ロータ１３の回転に伴って回転しないように保持されているものであって、回転電極５１ｕ〜５１ｗに対して径方向に対向する位置に配置された筒状の保持電極５２ｕ〜５２ｗとを備えている。回転電機１１は、回転電極５１ｕ〜５１ｗと保持電極５２ｕ〜５２ｗとによって構成された結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗを介して、非接触の電力伝送が行われるように構成されている。かかる構成によれば、各コイル２４ｕ〜２４ｗに対して非接触で電力伝送が行われるため、ロータ１３に各コイル２４ｕ〜２４ｗが設けられている回転電機１１においてブラシレス化を図ることができる。
【００５２】
ここで、非接触の電力伝送を行う方式として、電磁誘導方式や磁場共鳴方式を採用することも考えられる。しかしながら、上記のような２つの方式では１次側コイル及び２次側コイルによる磁場の形成が必須となる。すると、当該磁場と、ロータ１３とステータ１４との間の磁場とが干渉し、ロータ１３の回転に支障が生じる場合があり得る。
【００５３】
これに対して、本実施形態では、磁場ではなく電界を利用した非接触の電力伝送が採用されているため、上記のような磁場の干渉を考慮する必要がない。これにより、ロータ１３の回転を阻害することなく、非接触の電力伝送を実現できる。
【００５４】
特に、回転電機１１のコイル２４ｕ〜２４ｗが回転電極５１ｕ〜５１ｗに接続されているため、当該コイル２４ｕ〜２４ｗと結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗとによって共振回路が構成されている。これにより、共振現象を利用することができるため、それを通じて結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗを介して電力伝送される電力値の向上を図ることができる。つまり、ロータ１３を回転させるためのコイル２４ｕ〜２４ｗが、結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗを用いた非接触の電力伝送の性能向上に寄与している。よって、回転電機１１の既存の構成を用いて、非接触の電力伝送を好適に行うことができる。
【００５５】
（２）ロータ１３は、ステータ１４の内側に配置されている。この場合、ステータ１４は、ハウジング等と熱交換が可能であるため、ロータ１３よりもステータ１４の方が冷却され易い。
【００５６】
ここで、通常のブラシレス回転電機においては、ステータにコイルが設けられており、ロータが永久磁石となっている。このため、仮にロータがステータの内側に配置されている場合、永久磁石は発熱し易い。すると、永久磁石の磁力低下が懸念される。かといって、発熱に伴う磁力低下を抑制可能な永久磁石は高価なものとなり易い。
【００５７】
これに対して、本実施形態では、ロータ１３に各コイル２４ｕ〜２４ｗが設けられているため、ステータ１４を永久磁石にすることができる。これにより、永久磁石を好適に冷却することができるため、上述した不都合を抑制できる。しかしながら、ロータ１３に各コイル２４ｕ〜２４ｗが設けられている構成では、回転する各コイル２４ｕ〜２４ｗに対して電力供給を行うための構成が必須となる。
【００５８】
この点、本実施形態では、上述した通り、コイル２４ｕ〜２４ｗに対して電力伝送を行うものとして、回転電極５１ｕ〜５１ｗと保持電極５２ｕ〜５２ｗとを有する非接触電力伝送装置５０が採用されている。これにより、摩耗などを抑制しつつ、ロータ１３に設けられている各コイル２４ｕ〜２４ｗに対して好適に電力伝送を行うことができる。
【００５９】
（３）回転電機１１は複数のコイル２４ｕ〜２４ｗを有しており、複数のコイル２４ｕ〜２４ｗに対応させて複数の結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗが設けられている。複数の結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗは所定の間隔を隔てて配列されており、隣り合う結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗの間には、隣り合う結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗ同士を絶縁する絶縁カバー部材５５が設けられている。これにより、隣り合う結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗ同士の短絡を抑制することができる。
【００６０】
（４）絶縁カバー部材５５は、空気よりも高い誘電率を有する材料で構成されている。そして、絶縁カバー部材５５は、複数の回転電極５１ｕ〜５１ｗと複数の保持電極５２ｕ〜５２ｗとの間、及び、隣り合う結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗ同士の間の双方に介在している。これにより、１の部材で、隣り合う結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗ間の絶縁と、各結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗの静電容量の向上とを図ることができる。よって、構成の簡素化を図りつつ、各結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗの静電容量の向上を通じて非接触の電力伝送が行われる電力値の向上を図ることができる。
【００６１】
ここで、各結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗの静電容量の向上を図るためには、電極間距離ｄｘを小さくすることも考えられる。しかしながら、電極間距離ｄｘを小さくすると、高電圧が印加された場合に、絶縁破壊などが生じ得る。
【００６２】
これに対して、本実施形態では、複数の回転電極５１ｕ〜５１ｗと複数の保持電極５２ｕ〜５２ｗとの間に絶縁カバー部材５５が介在しているため、静電容量の低下の抑制又は静電容量の向上を図りつつ、電極間距離ｄｘを大きくすることができ、それを通じて各結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗの耐圧の向上を図ることができる。
【００６３】
（５）絶縁カバー部材５５と各保持電極５２ｕ〜５２ｗとの間には隙間ｄ２が形成されている。これにより、回転体３０の回転に伴う、保持電極５２ｕ〜５２ｗと絶縁カバー部材５５との摺動を回避できる。
【００６４】
（６）隙間ｄ２は、絶縁カバー部材５５の厚さｄ１よりも小さい。これにより、比較的誘電率が低い隙間ｄ２よりも、比較的誘電率が高い絶縁カバー部材５５の方が厚いため、全体として各結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗの静電容量の向上を図ることができる。よって、保持電極５２ｕ〜５２ｗと絶縁カバー部材５５との摺動を回避しつつ、各結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗの静電容量の向上を図ることができる。
【００６５】
（７）結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗは、筒状のロータ１３の内側に配置されている。これにより、省スペース化を図ることができる。ここで、上記のような位置関係において、仮に非接触の電力伝送を行う方式として電磁誘導方式や磁場共鳴方式を採用した場合、磁場の干渉が生じやすい。これに対して、本実施形態では、上述したとおり、非接触の電力伝送方式として電界結合方式が採用されているため、上記のような位置関係であっても、ロータ１３の回転を阻害しにくい。これにより、ロータ１３の回転の阻害の抑制と省スペース化との両立を図りつつ、各コイル２４ｕ〜２４ｗに対する非接触の電力伝送を行うことができる。
【００６６】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  実施形態では、非接触電力伝送装置５０はロータ１３の内側に配置されていたが、これに限られない。例えば、図６に示すように、回転体３０は、ロータ１３よりも軸線方向に長く延びており、回転体３０の一部がロータ１３から突出してもよい。そして、回転体３０におけるロータ１３から突出している部分に、非接触電力伝送装置５０が設けられていてもよい。
【００６７】
○  図７に示すように、回転体３０の縮径部３２の外周面には、該外周面から径方向に突出し、且つ、回転体３０の周方向に延びた絶縁性の壁部６０が複数設けられていてもよい。この場合、複数の壁部６０は、回転電極５１ｕ〜５１ｗの幅（すなわち回転体３０の軸線方向の長さ）と同一間隔を隔てて複数配列されており、各回転電極５１ｕ〜５１ｗ間に介在している。これにより、各回転電極５１ｕ〜５１ｗの位置ずれが抑制されている。また、複数の壁部６０は、隣り合う結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗ同士の間を絶縁している。
【００６８】
また、図７に示すように、複数の結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗの全体を回転体３０の軸線方向の両側から挟むようにシール部材６１が設けられていてもよい。そして、図７及び図８に示すように、シール部材６１、固定部材５３、各回転電極５１ｕ〜５１ｗ及び壁部６０によって区画された領域に、空気よりも高い誘電率を有する流体（例えば潤滑油やロッシェル塩水溶液等）６２が充填されていてもよい。
【００６９】
この場合、流体６２を循環させるポンプが設けられていてもよい。これにより、流体６２を用いて各回転電極５１ｕ〜５１ｗ及び各保持電極５２ｕ〜５２ｗの温度調整を行うこともできる。
【００７０】
○  隣り合う結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗ同士の間に介在する絶縁部材と、回転電極５１ｕ〜５１ｗと保持電極５２ｕ〜５２ｗとの間に介在する絶縁部材とは別部材であってもよい。例えば、上記別例において、壁部６０と固定部材５３とが当接するまで当該壁部６０の高さを高くしてもよい。この場合、壁部６０が隣り合う結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗ同士の間に介在する絶縁部材に対応し、流体６２が回転電極５１ｕ〜５１ｗと保持電極５２ｕ〜５２ｗとの間に介在する絶縁部材に対応する。
【００７１】
○  実施形態では、１の絶縁部材が、回転電極５１ｕ〜５１ｗ及び保持電極５２ｕ〜５２ｗの間に介在していたが、これに限られず、誘電率が異なる複数の絶縁部材が回転電極５１ｕ〜５１ｗ及び保持電極５２ｕ〜５２ｗの間に介在していてもよい。
【００７２】
○  ｕ相回転電極５１ｕとｕ相保持電極５２ｕとの間に介在している絶縁部材と、ｖ相回転電極５１ｖとｖ相保持電極５２ｖとの間に介在している絶縁部材とが異なっていてもよい。
【００７３】
○  図９及び図１０に示すように、非接触電力伝送装置５０は、回転体３０の外周面から径方向に突出し、且つ、回転体３０の回転に伴って回転する平板リング状の回転ベース部７１と、当該回転ベース部７１の板面から起立し、且つ、同心円状であって互いに径が異なる円筒状の複数の回転電極７２ｕ〜７２ｗとを備えていてもよい。
【００７４】
これに対応させて、非接触電力伝送装置５０は、回転体３０が挿通された挿通孔８１ａを有し、回転ベース部７１に対して回転体３０の軸線方向に対向する位置に設けられた平板リング状の固定ベース部８１を備えている。固定ベース部８１は、軸受８２を介して回転体３０に取り付けられており、回転体３０の回転に伴って回転しないようになっている。回転ベース部７１及び固定ベース部８１は、双方とも絶縁性材料（例えば樹脂）で構成されている。
【００７５】
そして、非接触電力伝送装置５０は、固定ベース部８１の板面から回転ベース部７１に向けて起立し、且つ、同心円状であって互いに径が異なる円筒状の複数の保持電極８３ｕ〜８３ｗを備えている。複数の回転電極７２ｕ〜７２ｗと複数の保持電極８３ｕ〜８３ｗとは、回転体３０の径方向に沿って交互に積層されている。この場合、互いに径方向に対向する回転電極７２ｕ〜７２ｗと保持電極８３ｕ〜８３ｗとによって複数の結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗが構成される。かかる構成によれば、各結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗの静電容量を確保しつつ、省スペース化を図ることができる。
【００７６】
なお、図９においては、図示の都合上、回転体３０、回転ベース部７１及び固定ベース部８１を簡略して示すが、実際には互いに接触しないように配置された複数の配線が埋設されている。
【００７７】
○  実施形態では、１つのコイルに対して、１つの結合コンデンサが設けられていたが、これに限られず、１つのコイルに対して、複数の結合コンデンサが設けられていてもよい。この場合、複数の結合コンデンサを直列又は並列に接続して電力伝送を行うとよい。
【００７８】
○  絶縁カバー部材５５は、回転体３０の回転に伴って回転しないように保持されていてもよい。例えば、絶縁カバー部材５５は、固定部材５３に固定されていてもよい。この場合、絶縁カバー部材５５と各回転電極５１ｕ〜５１ｗとの間に隙間ｄ２が形成されているとよい。要は、絶縁カバー部材５５と各保持電極５２ｕ〜５２ｗとの間、又は、絶縁カバー部材５５と各回転電極５１ｕ〜５１ｗとの間のいずれか一方に隙間ｄ２が形成されているとよい。
【００７９】
○  各回転電極５１ｕ〜５１ｗを覆う絶縁カバー部材と、各保持電極５２ｕ〜５２ｗを覆う絶縁カバー部材との双方が設けられている構成であってもよい。この場合、両絶縁カバー部材の間に隙間ｄ２が形成されているとよい。
【００８０】
○  絶縁カバー部材５５を省略してもよい。
○  回転電極５１ｕ〜５１ｗ及び保持電極５２ｕ〜５２ｗは、円筒状に限られず、方形筒状などであってもよい。
【００８１】
○  回転電極５１ｕ〜５１ｗ及び保持電極５２ｕ〜５２ｗに、回転体３０の軸線方向に延びた切れ目が形成されていてもよい。要は、回転電極５１ｕ〜５１ｗ及び保持電極５２ｕ〜５２ｗの形状は、切れ目のない閉じた状態に限られない。
【００８２】
○  ステータ１４は永久磁石に限られず、コアとコイルとで構成されていてもよい。この場合、永久磁石を省略することができる。
○  インバータ１００と各保持電極５２ｕ〜５２ｗとを接続する接続線上にコイルを別途設けてもよい。
【００８３】
○  隙間ｄ２に潤滑油を充填してもよい。
○  隙間ｄ２が形成されていなくてもよい。この場合、絶縁カバー部材５５と保持電極５２ｕ〜５２ｗとが摺動することとなるが、絶縁カバー部材５５の摩擦係数は、回転電極５１ｕ〜５１ｗの摩擦係数よりも小さいため、回転電極５１ｕ〜５１ｗと保持電極５２ｕ〜５２ｗとが摺動する構成と比較して、摺動による摩耗や騒音を抑制できる。
【００８４】
○  インバータ１００の取付位置は任意であり、例えば回転電機１１に一体化されていてもよいし、回転電機１１とは別に設けられていてもよい。バッテリＢについても同様である。
【００８５】
○  各コイル２４ｕ〜２４ｗの接続態様は、デルタ結線に限られず、例えばＹ結線であってもよい。
○  実施形態では、回転体３０に非接触電力伝送装置５０が取り付けられていたが、これに限られず、ロータ１３の回転に伴って回転するものに取り付けられていればよい。例えば、回転軸１２やロータ１３の本体部２１に非接触電力伝送装置５０が取り付けられていてもよい。
【００８６】
○  回転電機１１は、１つのステータと２つのロータとを有するダブルロータ型であってもよい。ダブルロータ型の構造について図１１及び図１２を用いて簡単に説明する。なお、図１１においては、図示の都合上、回転体３０及び固定部材５３等を側面図で示し、両ロータ１３，１２０及びステータ１１０等を断面図で示す。
【００８７】
図１１及び図１２に示すように、回転電機１１は、ロータ１３（以降第１ロータ１３という）に対して径方向外側に設けられたステータ１１０と、第１ロータ１３とステータ１１０との間に設けられた第２ロータ１２０とを備えている。第２ロータ１２０は、第１ロータ１３よりも一回り大きく形成された筒状（詳細には円筒状）であり、ステータ１１０は、第２ロータ１２０よりも一回り大きく形成された筒状（詳細には円筒状）である。両ロータ１３，１２０及びステータ１１０は、同一軸線上に配置されており、径方向の内側から外側に向かって、第１ロータ１３→第２ロータ１２０→ステータ１１０の順に配置されている。
【００８８】
ステータ１１０は、円筒状のステータコア１１１を有している。図１２に示すように、ステータコア１１１の内周面には、スロット１１２がステータコア１１１の周方向に複数並設されている。そして、ステータ１１０は、複数のスロット１１２に捲回された複数のコイル１１３ｕ〜１１３ｗを有している。各コイル１１３ｕ〜１１３ｗは、インバータ１００とは別のインバータを介してバッテリＢに接続されている。
【００８９】
図１１及び図１２に示すように、第２ロータ１２０は、第１ロータ１３に対して所定の間隔を隔てて径方向に対向する内周面１２０ａ、及び、ステータ１１０に対して所定の間隔を隔てて径方向に対向する外周面１２０ｂを有している。また、図１２に示すように、第２ロータ１２０は、磁界を発生させるものとして永久磁石１２１を有している。永久磁石１２１は第２ロータ１２０に埋設されている。
【００９０】
なお、車両に回転電機１１とエンジンとの双方が搭載されている場合、例えば第１ロータ１３はエンジンの駆動軸に連結され、第２ロータ１２０は車軸に連結される。
かかる構成によれば、第１ロータ１３と第２ロータ１２０とが協働して第１の回転電機として機能し、第２ロータ１２０とステータ１１０とが協働して第２の回転電機として機能する。詳細には、例えば上記のように第１ロータ１３がエンジンの駆動軸に連結され、第２ロータ１２０が車軸に連結されている場合、バッテリＢからステータ１１０の各コイル１１３ｕ〜１１３ｗに対して電力供給を行うことによって、第２ロータ１２０を回転させることができ、それを通じて車両を走行させることができる。一方、エンジンの動力によって第１ロータ１３を回転させることができる。この場合、所定の条件下では、第１ロータ１３の各コイル２４ｕ〜２４ｗに誘導電流が流れ、当該誘電電流と永久磁石１２１の磁束との相互作用によって第２ロータ１２０が回転し、車軸が回転する。すなわち、エンジンの動力は、第２ロータ１２０に伝達され、車両の走行に用いられる。また、各コイル２４ｕ〜２４ｗにて発生した交流電力は、非接触電力伝送装置５０を介して取り出される。取り出された交流電力は、例えばインバータ１００に入力されてバッテリＢの充電に用いられる。
【００９１】
ここで、上記のように、２つのロータ１３，１２０が存在している構成においては、回転制御等を行う関係上、両ロータ１３，１２０のうちいずれか一方にコイルを設ける必要がある。そして、第２ロータ１２０が、第１ロータ１３とステータ１１０との間に配置されている構成では、第２ロータ１２０にコイルを設けることは構成の複雑化となり易く、またそのようなコイルに対して電力伝送を行う装置は複雑なものとなり易い。
【００９２】
これに対して、第１ロータ１３にコイル２４ｕ〜２４ｗを設けることによって、第２ロータ１２０としては、磁界を発生させるものとして永久磁石１２１を採用できる。これにより、構成の複雑化を抑制できる。この場合、回転する第１ロータ１３のコイル２４ｕ〜２４ｗに対して電力伝送を行う構成が必須となる。これに対して、当該コイル２４ｕ〜２４ｗに対して電力伝送を行うものとして非接触電力伝送装置５０を採用することにより、スリップリングやブラシ等を用いることなく電力伝送を行うことができる。これにより、ブラシの摩耗等といった接触式の電力伝送特有の不都合を回避することができる。以上のことから、２つのロータ１３，１２０を有する構成において、ブラシレス化と構成の複雑化の抑制とを図りつつ、好適に回転電機１１を駆動させることができる。
【００９３】
次に、上記実施形態及び別例から把握できる好適な一例について以下に記載する。
（イ）回転体の回転に伴って回転する筒状の回転電極と、回転体の回転に伴って回転しないように保持されているものであって、回転電極に対して径方向に対向する位置に配置された筒状の保持電極と、を備え、回転電極と保持電極とによって結合コンデンサが構成されており、結合コンデンサは、所定の間隔を隔てて複数配列されており、隣り合う結合コンデンサ同士の間に設けられ、隣り合う結合コンデンサ同士を絶縁する絶縁部を備えていることを特徴とする非接触電力伝送装置。
【００９４】
なお、上記構成に着目した場合、非接触電力伝送装置５０の適用対象は、回転電機１１に限られず、任意である。
（ロ）絶縁部は、ロータの回転に伴って回転しないように保持されているものであり、絶縁部と複数の回転電極との間には隙間が形成されているとよい。
【００９５】
（ハ）隙間は、回転電極と保持電極との対向方向における絶縁部の長さよりも小さいとよい。
【符号の説明】
【００９６】
１１…回転電機、１２…回転軸、１３…ロータ（第１ロータ）、１４，１１０…ステータ、２４ｕ〜２４ｗ…コイル、３０…回転体、５０…非接触電力伝送装置、５１ｕ〜５１ｗ…回転電極、５２ｕ〜５２ｗ…保持電極、５５…絶縁カバー部材、１２０…第２ロータ、１２０ａ…第２ロータの内周面、１２０ｂ…第２ロータの外周面、１２１…永久磁石、Ｃｕ〜Ｃｗ…結合コンデンサ。
【図１】
2016025696.tif 000003
【図２】
2016025696.tif 000004
【図３】
2016025696.tif 000005
【図４】
2016025696.tif 000006
【図５】
2016025696.tif 000007
【図６】
2016025696.tif 000008
【図７】
2016025696.tif 000009
【図８】
2016025696.tif 000010
【図９】
2016025696.tif 000011
【図１０】
2016025696.tif 000012
【図１１】
2016025696.tif 000013
【図１２】
2016025696.tif 000014