(57)【要約】【課題】結合コンデンサを介した非接触の電力伝送を好適に行うことができる非接触電力伝送装置及びその非接触電力伝送装置を備えた回転電機を提供すること。【解決手段】非接触電力伝送装置５０は、回転体３０に固定され、回転体３０の回転に伴って回転する筒状のｕ相回転電極５１ｕと、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ものであって、ｕ相回転電極５１ｕに対して径方向に対向する位置に配置されたｕ相保持電極５２ｕとを備えている。そして、非接触電力伝送装置５０は、ｕ相回転電極５１ｕとｕ相保持電極５２ｕとの間に設けられ、空気よりも高い誘電率を有する複数の転動体９１を備えている。【選択図】図４
2016025698.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能な回転体に固定され、当該回転体の回転に伴って回転する筒状の回転電極と、
前記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、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保持電極と、
前記回転電極と前記保持電極との間の位置にて前記回転電極及び前記保持電極の周方向に沿って配列されているものであって、空気よりも高い誘電率を有するように構成された複数の転動体と、
を備え、
前記回転電極、前記保持電極及び前記複数の転動体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非接触電力伝送装置。
【請求項２】
前記回転電極における前記保持電極と対向する回転対向面、及び、前記保持電極における前記回転電極と対向する保持対向面の少なくとも一方には、空気よりも高い誘電率を有する誘電部が設けられており、
前記回転電極と前記保持電極との間には、前記誘電部及び前記複数の転動体が配置されている請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
【請求項３】
前記複数の転動体は球形状であり、
前記誘電部は、前記回転対向面及び前記保持対向面の双方に設けられており、
前記回転対向面に設けられた前記誘電部である回転誘電部は、前記転動体の球面に対応させて湾曲した内軌道面を有し、
前記保持対向面に設けられた前記誘電部である保持誘電部は、前記転動体の球面に対応させて湾曲した外軌道面を有し、
前記複数の転動体は、前記内軌道面と前記外軌道面との間の位置にて、転動可能な状態で保持されている請求項２に記載の非接触電力伝送装置。
【請求項４】
回転軸と、
コイルが設けられたロータと、
請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の非接触電力伝送装置と、
を備えた回転電機であって、
前記回転電極は、前記コイルに接続されていることを特徴とする回転電機。
【請求項５】
前記非接触電力伝送装置は、前記回転軸を軸支するのに用いられる請求項４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４又は請求項５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、非接触電力伝送装置及び回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
非接触の電力伝送を行う非接触電力伝送装置として、例えば回転体の回転に伴って回転する回転電極と、回転体の回転に伴って回転しないように保持された保持電極とを備えたものが知られている（例えば特許文献１参照）。このような非接触電力伝送装置においては、２つの電極が対向配置することによって構成された結合コンデンサを介して、非接触で電力伝送が行われる。また、特許文献１には、２つの電極間に、空気よりも高い誘電率を有する境界層が配置されていることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１９２９３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、特許文献１に示すように、境界層として流体の潤滑油などを用いる場合、例えば回転電極と保持電極との位置ずれ等によって回転電極と保持電極とが接触する場合がある。一方、境界層として固体の潤滑性樹脂を用いる場合、境界層の層面全体が２つの電極の双方に接触しているため、摺動によって摩耗が生じるおそれがある。以上のことから、結合コンデンサを介して非接触の電力伝送を行う構成には未だ改善の余地がある。
【０００５】
本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、その目的は結合コンデンサを介した非接触の電力伝送を好適に行うことができる非接触電力伝送装置及びその非接触電力伝送装置を備えた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非接触電力伝送装置は、回転可能な回転体に固定され、当該回転体の回転に伴って回転する筒状の回転電極と、前記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、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保持電極と、前記回転電極と前記保持電極との間の位置にて前記回転電極及び前記保持電極の周方向に沿って配列されているものであって、空気よりも高い誘電率を有するように構成された複数の転動体と、を備え、前記回転電極、前記保持電極及び前記複数の転動体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、回転電極、保持電極及び複数の転動体によって構成された結合コンデンサを介して非接触の電力伝送が行われる。この場合、複数の転動体が、回転電極と保持電極との間に介在しているため、回転電極と保持電極との接触を回避することができる。また、回転電極が回転した場合、複数の転動体が回転する。これにより、摺動による摩耗を好適に抑制することができる。さらに、複数の転動体は、空気よりも高い誘電率を有しているため、結合コンデンサの静電容量の向上を図ることができ、それ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。
【０００８】
上記非接触電力伝送装置について、前記回転電極における前記保持電極と対向する回転対向面、及び、前記保持電極における前記回転電極と対向する保持対向面の少なくとも一方には、空気よりも高い誘電率を有する誘電部が設けられており、前記回転電極と前記保持電極との間には、前記誘電部及び前記複数の転動体が配置されているとよい。かかる構成によれば、回転電極と保持電極との間には、空気よりも高い誘電率を有する誘電部及び複数の転動体が配置されているため、結合コンデンサの静電容量の更なる向上を図ることができる。また、誘電部によって、回転電極と保持電極とが接触することが規制される。これにより、回転電極と保持電極との絶縁性の向上を図ることができる。
【０００９】
上記非接触電力伝送装置について、前記複数の転動体は球形状であり、前記誘電部は、前記回転対向面及び前記保持対向面の双方に設けられており、前記回転対向面に設けられた前記誘電部である回転誘電部は、前記転動体の球面に対応させて湾曲した内軌道面を有し、前記保持対向面に設けられた前記誘電部である保持誘電部は、前記転動体の球面に対応させて湾曲した外軌道面を有し、前記複数の転動体は、前記内軌道面と前記外軌道面との間の位置にて、転動可能な状態で保持されているとよい。かかる構成によれば、各軌道面は転動体の球面に対応させて湾曲しているため、各軌道面と転動体との接触面積の向上を図ることができる。これにより、電荷の集中の緩和を図ることができる。
【００１０】
上記目的を達成する回転電機は、回転軸と、コイルが設けられたロータと、上記非接触電力伝送装置と、を備え、前記回転電極は、前記コイルに接続されていることを特徴とする。かかる構成によれば、コイルに対して非接触で電力供給を行うことが可能となる。これにより、ロータを回転させることができる。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。なお、回転体は、回転軸であってもよいし、回転軸の回転に伴って回転するものであってもよい。
【００１１】
上記回転電機について、前記非接触電力伝送装置は、前記回転軸を軸支するのに用いられるとよい。かかる構成によれば、回転軸を軸支する軸受を別途設ける必要がないため、構成の簡素化を図ることができる。
【００１２】
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】
【００１３】
この発明によれば、結合コンデンサを介した非接触の電力伝送を好適に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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】別例の回転電機を示す模式図。
【図８】図７の８−８線断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、非接触電力伝送装置を適用した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。当該回生電力は、蓄電装置の充電などに用いられる。
【００１６】
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。
【００１７】
最初に、回転電機１１の概要を説明する。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。
【００１８】
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）を備えている。本実施形態では、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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
非接触電力伝送装置５０は、ｕ相コイル２４ｕに対応するｕ相ユニット５０ｕ、ｖ相コイル２４ｖに対応するｖ相ユニット５０ｖ及びｗ相コイル２４ｗに対応するｗ相ユニット５０ｗを備えている。各相ユニット５０ｕ〜５０ｗは、ロータ１３の内側に配置された回転体３０の縮径部３２に取り付けられている。各相ユニット５０ｕ〜５０ｗ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。これら各相ユニット５０ｕ〜５０ｗは基本的には同一の構成であるため、以下ｕ相ユニット５０ｕについて詳細に説明し、ｖ相ユニット５０ｖ及びｗ相ユニット５０ｗの詳細な説明を省略する。
【００２９】
図３及び図４に示すように、ｕ相ユニット５０ｕは、回転体３０の回転に伴って回転するｕ相回転電極５１ｕを備えている。ｕ相回転電極５１ｕは、縮径部３２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。
【００３０】
ｕ相回転電極５１ｕの内周面５１ｕａには、空気よりも高い誘電率を有する第１回転誘電層６１が設けられており、ｕ相回転電極５１ｕの外周面５１ｕｂには、空気よりも高い誘電率を有する第２回転誘電層６２が設けられている。つまり、ｕ相回転電極５１ｕは、第１回転誘電層６１及び第２回転誘電層６２によって径方向から挟まれている。第１回転誘電層６１及び第２回転誘電層６２は、例えばチタン酸バリウム等の誘電体セラミックスで構成されている。
【００３１】
ｕ相回転電極５１ｕ、第１回転誘電層６１及び第２回転誘電層６２は、焼結等によってユニット化されている。そして、第１回転誘電層６１は、回転体３０の縮径部３２の外周面に固定されている。このため、ｕ相回転電極５１ｕは、回転体３０に固定されており、回転体３０の回転に伴って回転することとなる。
【００３２】
なお、回転体３０への第１回転誘電層６１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。
【００３３】
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。
【００３４】
図３及び図４に示すように、ｕ相ユニット５０ｕは、ｕ相回転電極５１ｕと径方向に対向する位置に配置されたｕ相保持電極５２ｕを備えている。ｕ相保持電極５２ｕは、ｕ相回転電極５１ｕよりも径が大きい筒状（詳細には円筒状）であって、ｕ相回転電極５１ｕの外側に配置されている。この場合、ｕ相回転電極５１ｕとｕ相保持電極５２ｕとは同心円状であり、ｕ相回転電極５１ｕの外周面５１ｕｂとｕ相保持電極５２ｕの内周面５２ｕａとが径方向に離間して対向している。
【００３５】
ｕ相保持電極５２ｕの内周面５２ｕａには、空気よりも高い誘電率を有する第１保持誘電層７１が設けられており、ｕ相保持電極５２ｕの外周面５２ｕｂには、空気よりも高い誘電率を有する第２保持誘電層７２が設けられている。ｕ相保持電極５２ｕは、第１保持誘電層７１及び第２保持誘電層７２によって径方向から挟まれている。各保持誘電層７１，７２は、例えばチタン酸バリウム等の誘電体セラミックスで構成されている。ｕ相保持電極５２ｕ、第１保持誘電層７１及び第２保持誘電層７２は、焼結等によってユニット化されている。
【００３６】
本実施形態では、ｕ相回転電極５１ｕの外周面５１ｕｂが「回転対向面」に対応し、ｕ相保持電極５２ｕの内周面５２ｕａが「保持対向面」に対応する。そして、ｕ相回転電極５１ｕの外周面５１ｕｂに設けられた第２回転誘電層６２が「回転誘電部」に対応し、ｕ相保持電極５２ｕの内周面５２ｕａに設けられた第１保持誘電層７１が「保持誘電部」に対応する。
【００３７】
ｕ相保持電極５２ｕ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、非接触電力伝送装置５０は、ｕ相保持電極５２ｕを回転しないように保持する保持部材８１を備えている。保持部材８１は、例えば樹脂などの絶縁性を有する材料で構成されている。保持部材８１は、第２保持誘電層７２の外径と同一径の内径を有する筒状であり、各相ユニット５０ｕ〜５０ｗを、回転体３０の径方向外側から覆っている。保持部材８１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、第２保持誘電層７２は、第２保持誘電層７２の外周面と保持部材８１の内周面とが接触した状態で保持部材８１に固定されている。これにより、ｕ相保持電極５２ｕは、回転体３０が回転した場合であっても回転しないようになっている。
【００３８】
ちなみに、図３に示すように、第２保持誘電層７２及び保持部材８１には、ｕ相保持電極５２ｕに接続されたｕ相ステータ配線８２ｕが埋設されている。ｕ相ステータ配線８２ｕ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。
【００３９】
図３及び図４に示すように、ｕ相ユニット５０ｕは、ｕ相保持電極５２ｕとｕ相回転電極５１ｕとの間に配置された複数の転動体９１を備えている。各転動体９１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体セラミックスで構成されている。複数の転動体９１は、球形状であり、ｕ相回転電極５１ｕ及びｕ相保持電極５２ｕの周方向に沿って配列されている。
【００４０】
図３に示すように、複数の転動体９１は、第２回転誘電層６２と第１保持誘電層７１との双方に接触している。第２回転誘電層６２と第１保持誘電層７１とは、転動体９１の形状に対応させて形成されている。詳細には、第２回転誘電層６２は、転動体９１の球面に対応させて湾曲した内軌道面６２ａを有しており、第１保持誘電層７１は、転動体９１の球面に対応させて湾曲した外軌道面７１ａを有している。内軌道面６２ａは、径方向内側に凸となるように湾曲しており、外軌道面７１ａは、径方向外側に凸となるように湾曲している。各軌道面６２ａ，７１ａの曲率は、転動体９１の曲率と同一である。各転動体９１は、各軌道面６２ａ，７１ａの間の位置にて、転動可能な状態で保持されている。
【００４１】
かかる構成によれば、第２回転誘電層６２、複数の転動体９１及び第１保持誘電層７１を介してｕ相回転電極５１ｕとｕ相保持電極５２ｕとが対向配置されていることによって、ｕ相結合コンデンサＣｕが構成されている。この場合、ｕ相結合コンデンサＣｕの静電容量は、第２回転誘電層６２、転動体９１及び第１保持誘電層７１の誘電率と、ｕ相回転電極５１ｕとｕ相保持電極５２ｕとの径方向の離間距離である電極間距離ｄｘとに依存する。
【００４２】
ちなみに、第２回転誘電層６２、第１保持誘電層７１及び転動体９１は、ｕ相回転電極５１ｕ及びｕ相保持電極５２ｕと比較して、滑り易く構成されている。詳細には、第２回転誘電層６２、第１保持誘電層７１及び転動体９１の構成材料である誘電体セラミックスの摩擦係数は、ｕ相回転電極５１ｕ及びｕ相保持電極５２ｕの摩擦係数よりも小さい。
【００４３】
なお、図３に示すように、ｕ相ユニット５０ｕと同様に、ｖ相ユニット５０ｖは、ｖ相回転電極５１ｖ及びｖ相保持電極５２ｖと、その両者の間に配置された転動体９１等とから構成されるｖ相結合コンデンサＣｖを有している。ｖ相回転電極５１ｖは、ｖ相ロータ配線４４ｖ及びｖ相バスバー４２ｖを介して、ｖ相コイル２４ｖに接続されている。ｖ相保持電極５２ｖは、保持部材８１に埋設されたｖ相ステータ配線８２ｖ（図４参照）を介してインバータ１００に接続されている。
【００４４】
同様に、ｗ相ユニット５０ｗは、ｗ相回転電極５１ｗ及びｗ相保持電極５２ｗと、その両者の間に配置された転動体９１等とから構成されるｗ相結合コンデンサＣｗを有している。ｗ相回転電極５１ｗは、ｗ相ロータ配線４４ｗ及びｗ相バスバー４２ｗを介して、ｗ相コイル２４ｗに接続されている。ｗ相保持電極５２ｗは、保持部材８１に埋設されたｗ相ステータ配線（図示略）を介してインバータ１００に接続されている。
【００４５】
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、各結合コンデンサＣｕ〜Ｃｗの静電容量は同一である。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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に供給される。これにより、ロータ１３及び回転体３０が回転する。この場合、ｕ相回転電極５１ｕが回転するとともに、各転動体９１が回転する。一方、ｕ相保持電極５２ｕは回転しない。
【００５５】
以上詳述した本実施形態によれば以下の効果を奏する。なお、説明の便宜上、一部の効果については、ｕ相についてのみ説明するが、ｖ相及びｗ相についても同様の効果を奏する。
【００５６】
（１）非接触電力伝送装置５０は、回転体３０に固定され、回転体３０の回転に伴って回転する筒状のｕ相回転電極５１ｕと、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ものであって、ｕ相回転電極５１ｕに対して径方向に対向する位置に配置されたｕ相保持電極５２ｕとを備えている。そして、非接触電力伝送装置５０は、ｕ相回転電極５１ｕとｕ相保持電極５２ｕとの間に位置にてｕ相回転電極５１ｕ及びｕ相保持電極５２ｕの周方向に配列されているものであって、空気よりも高い誘電率を有する複数の転動体９１を備えている。そして、ｕ相回転電極５１ｕ、ｕ相保持電極５２ｕ及び複数の転動体９１によってｕ相結合コンデンサＣｕが構成され、当該ｕ相結合コンデンサＣｕを介して非接触の電力伝送が行われる。これにより、ｕ相回転電極５１ｕとｕ相保持電極５２ｕとの間に、誘電率が高い複数の転動体９１が配置されているため、両者の接触を回避しつつ、ｕ相結合コンデンサＣｕの静電容量の向上を図ることができ、ｕ相結合コンデンサＣｕを介して伝送される電力値の向上を図ることができる。また、ｕ相回転電極５１ｕが回転した場合、各転動体９１が回転するため、摺動による摩耗を好適に抑制できる。
【００５７】
また、ｕ相回転電極５１ｕとｕ相保持電極５２ｕとの間に複数の転動体９１が介在している分だけ、電極間距離ｄｘが大きくなっている。これにより、ｕ相回転電極５１ｕとｕ相保持電極５２ｕとの間に高電圧が印加された場合であっても、絶縁破壊が生じにくい。よって、ｕ相結合コンデンサＣｕの静電容量の向上を図りつつ、耐圧性の向上を図ることができる。換言すれば、耐圧性の向上を図るべく電極間距離ｄｘを大きくすることによって生じ得る不都合である静電容量の低下を、高誘電率を有する複数の転動体９１を採用することによって軽減していると言える。
【００５８】
（２）各転動体９１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。これにより、仮に表面が摩耗した場合であっても、絶縁性と高い誘電率とを確保することができる。よって、転動体９１の摩耗に好適に対応できる。
【００５９】
（３）ｕ相回転電極５１ｕにおけるｕ相保持電極５２ｕと対向する回転対向面としての外周面５１ｕｂには、空気よりも高い誘電率を有する誘電部としての第２回転誘電層６２が設けられている。同様に、ｕ相保持電極５２ｕにおけるｕ相回転電極５１ｕと対向する保持対向面としての内周面５２ｕａには、空気よりも高い誘電率を有する第１保持誘電層７１が設けられている。そして、ｕ相回転電極５１ｕとｕ相保持電極５２ｕとの間には、第２回転誘電層６２、複数の転動体９１及び第１保持誘電層７１が配置されている。これにより、ｕ相結合コンデンサＣｕの静電容量の更なる向上を図ることができる。また、第２回転誘電層６２と第１保持誘電層７１とによって、ｕ相回転電極５１ｕとｕ相保持電極５２ｕとの接触が規制されている。よって、両者の絶縁性の向上を図ることができる。
【００６０】
（４）特に、第２回転誘電層６２、第１保持誘電層７１及び転動体９１の摩擦係数は、ｕ相回転電極５１ｕ及びｕ相保持電極５２ｕの摩擦係数よりも小さい。これにより、ｕ相回転電極５１ｕ及びｕ相保持電極５２ｕと、転動体９１とが接触する構成と比較して、摺動に起因する摩耗や騒音を抑制できる。
【００６１】
（５）各転動体９１はそれぞれ球形状であり、第２回転誘電層６２は、転動体９１の球面に対応させて湾曲した内軌道面６２ａを有し、第１保持誘電層７１は、転動体９１の球面に対応させて湾曲した外軌道面７１ａを有する。各転動体９１は、内軌道面６２ａと外軌道面７１ａとの間の位置にて、転動可能な状態で保持されている。これにより、各軌道面６２ａ，７１ａは、転動体９１の球面に対応させて湾曲しているため、各軌道面６２ａ，７１ａと転動体９１との接触面積の向上を図ることができる。よって、電荷の集中の緩和を図ることができる。
【００６２】
なお、念のため説明すると、上記のように接触面積の向上を図る分だけ、転動体９１と各軌道面６２ａ，７１ａとの摺動による摩耗が生じ易くなる。しかしながら、この場合であっても、第２回転誘電層６２と第１保持誘電層７１とが接触している場合や、第２回転誘電層６２と第１保持誘電層７１との間に中間層が設けられている場合と比較して、摩耗は生じにくい。
【００６３】
（６）ｕ相保持電極５２ｕの外周面５２ｕｂには第２保持誘電層７２が設けられている。これにより、ｕ相保持電極５２ｕは、各保持誘電層７１，７２によって、径方向（ｕ相回転電極５１ｕとｕ相保持電極５２ｕとの対向方向）から挟まれているため、転動体９１から径方向に押圧力が付与された場合であっても、ｕ相保持電極５２ｕが変形しにくい。よって、ｕ相保持電極５２ｕの変形等の抑制を図ることができる。
【００６４】
（７）回転電機１１は、回転軸１２と、コイル２４ｕ〜２４ｗが設けられたロータ１３と、非接触電力伝送装置５０とを備えている。そして、非接触電力伝送装置５０の回転電極５１ｕ〜５１ｗは、コイル２４ｕ〜２４ｗに接続されている。かかる構成によれば、スリップリング等を用いることなく、各コイル２４ｕ〜２４ｗに対して非接触で電力を伝送することができる。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
（８）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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  転動体９１は、空気よりも高い誘電率を有する材料で構成されていたが、これに限られない。例えば、転動体は、導電性を有する材料で構成された本体部と、当該本体部の表面に設けられ、空気よりも高い誘電率を有するコーティング層（例えばチタン酸バリウム等の誘電体セラミックス層）とを有する構成であってもよい。これにより、本体部の材料の自由度の向上を図りつつ、所望の特性（絶縁性及び高誘電率）を得ることができる。要は、転動体は、空気よりも高い誘電率を有するように構成されていればよい。
【００７３】
○  転動体９１は、球形状に限られず、任意である。例えば、転動体は、円筒ころ、針状ころ、円すいころ等であってもよい。
○  内軌道面６２ａは、径方向内側に凸となるように湾曲していたが、これに限られず、平坦であってもよい。外軌道面７１ａについても同様である。
【００７４】
○  転動体９１の材料と、各誘電層６１，６２，７１，７２の材料とは同一であってもよいし、異なっていてもよい。
○  第１回転誘電層６１及び第２保持誘電層７２の少なくとも一方を省略してもよい。
【００７５】
○  第２回転誘電層６２及び第１保持誘電層７１のいずれか一方を省略してもよい。つまり、第２回転誘電層６２及び第１保持誘電層７１の少なくとも一方が設けられている構成でもよい。
【００７６】
○  周方向に所定の間隔を維持した状態で複数の転動体９１を保持する専用の保持器が別途設けられていてもよい。この場合、保持器は、空気よりも高い誘電率を有しているとよい。
【００７７】
○  実施形態では、各相ユニット５０ｕ〜５０ｗ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、ロータ１３の軸線方向の両側から一部が突出した状態でロータ１３を貫通している回転体３０が設けられており、当該回転体３０におけるロータ１３から突出している部分に、各相ユニット５０ｕ〜５０ｗが設けられていてもよい。この場合、各相ユニット５０ｕ〜５０ｗのうち１つの相ユニット（例えばｗ相ユニット５０ｗ）が、回転体３０の軸線方向の一端側に配置されており、その他の相ユニット（例えばｕ相ユニット５０ｕ及びｖ相ユニット５０ｖ）が、回転体３０の軸線方向の他端側に配置されているとよい。この場合、各相ユニット５０ｕ〜５０ｗは、回転体３０及び当該回転体３０に挿通される回転軸１２を軸支している。これにより、非接触の電力伝送を行うものと、回転軸１２を軸支するものとが一体化されているため、構成の簡素化を図ることができる。なお、この場合、例えばｕ相ユニット５０ｕの第２保持誘電層７２とハウジングとが固定されており、ｗ相ユニット５０ｗの第２保持誘電層７２とハウジングとが固定されているとよい。
【００７８】
○  ｕ相回転電極５１ｕの外周面５１ｕｂ、及び、ｕ相保持電極５２ｕの内周面５２ｕａに設けられる誘電部は、誘電率が相違する複数の誘電層の積層構造であってもよい。
○  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。
【００７９】
○  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。
【００８０】
○  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。
【００８１】
○  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。
【００８２】
○  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。
【００８３】
○  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７及び図８を用いて簡単に説明する。なお、図７においては、図示の都合上、回転体３０及び保持部材８１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。
【００８４】
図７及び図８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。
【００８５】
ステータ１１０は、円筒状のステータコア１１１を有している。図８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。
【００８６】
図７及び図８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８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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
○  回転電極５１ｕ〜５１ｗの接続先、すなわち負荷は、コイル２４ｕ〜２４ｗに限られず、任意である。
○  実施形態では、三相交流モータに適用した関係上、非接触電力伝送装置５０は、３つのユニット５０ｕ〜５０ｗを有していたが、これに限られず、２つのユニットを有する構成でもよい。要は、ユニット数は、負荷に対応させて設定されているとよい。
【００９１】
○  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。例えば、回転体に設けられた負荷に電力供給を行うのに非接触電力伝送装置５０を適用してもよい。
【００９２】
○  非接触電力伝送装置は、円筒状の回転体の内周面に設けられた回転電極と、回転体の内側に配置された円柱状の保持部材の外周面に設けられ、回転電極と対向する保持電極とを備えている構成でもよい。つまり、回転電極と保持電極とは、互いに径方向に対向していれば、回転電極の内側に保持電極があってもよいし、その逆でもよい。
【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）転動体は、空気よりも高い誘電率を有する材料で構成されているとよい。
（ロ）転動体は、本体部と、当該本体部の表面に設けられ、空気よりも高い誘電率を有するコーティング層とを有しているとよい。
【００９４】
（ハ）回転誘電部、保持誘電部及び転動体の摩擦係数は、回転電極及び保持電極の摩擦係数よりも小さいとよい。
【符号の説明】
【００９５】
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、６２…第２回転誘電層（回転誘電部）、６２ａ…内軌道面、７１…第１保持誘電層（保持誘電部）、７１ａ…外軌道面、９１…転動体、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】
2016025698.tif 000003
【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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