横向磁通型电机和车辆的制作方法
【专利摘要】一种横向磁通型电机包括具有沿旋转方向卷绕的环状线圈的定子和布置成跨过间隙面对所述第一铁磁体的转子。所述定子具有沿所述旋转方向间隔地围绕所述环状线圈的一部分布置的多个第一铁磁体。所述转子绕所述环状线圈的中心轴线相对于所述定子可旋转。所述转子具有沿所述旋转方向间隔地布置的多个第二铁磁体。第一元件和第二元件插入相邻各所述第二铁磁体之间。所述第一元件和所述第二元件产生沿圆周方向彼此相反的两个磁场。
【专利说明】横向磁通型电机和车辆
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请基于2012年11月20日提交的日本专利申请价).2012-254749并且要求其优先权，其全部内容以引用方式并入本申请。
【技术领域】
[0003]这里描述的各种实施方式总体上涉及横向磁通型电机和使用其的车辆。
【背景技术】
[0004]横向磁通型电机具有绕轴线可旋转的转子和围绕转子的定子。定子具有与转子同轴卷绕的环状线圈，和围绕线圈且布置在圆周上的多个I形磁芯。I形磁芯在两端具有磁极。转子具有在圆周上交互分布的永磁体和磁芯。永磁体和磁芯被布置成面对II形磁芯的磁极。
【发明内容】
[0005]根据本发明的一个方面，提供了一种横向磁通型电机，包括:
[0006]定子，其具有沿旋转方向卷绕的环状线圈、沿所述旋转方向围绕所述环状线圈的一部分布置的多个第一铁磁体；和
[0007]转子，其布置成跨过间隙面对所述第一铁磁体，所述转子绕所述环状线圈的中心轴线相对于所述定子可旋转；
[0008]其中，所述转子具有:
[0009]沿所述旋转方向布置的多个第二铁磁体；
[0010]插入相邻的各所述第二铁磁体之间的第一元件和第二元件，所述第一元件和所述第二元件相应地产生沿相对于所述中心轴线的圆周方向彼此相反的两个磁场。
[0011]根据本发明的可行实施方式，横向磁通型电机进一步包括:
[0012]布置在所述第一元件和所述第二元件之间的第三铁磁体。
[0013]根据本发明的可行实施方式，所述第三元件产生沿相对于所述中心轴线的径向的磁场。
[0014]根据本发明的可行实施方式，横向磁通型电机进一步包括:
[0015]布置在所述第一元件和所述第二元件的外周中的第三元件，所述第三元件产生沿相对于所述中心轴线的径向的磁场。
[0016]根据本发明的可行实施方式，所述定子被布置成面对所述转子的内周。
[0017]根据本发明的可行实施方式，所述定子为第一定子，所述横向磁通型电机进一步包括:
[0018]第二定子，其布置成面对所述转子的外周。
[0019]根据本发明的可行实施方式，所述第一定子和所述第二定子被布置成使得在所述旋转方向上所述第一定子的所述第一铁磁体的相对相位不同于所述第二定子的所述第一铁磁体的相对相位。
[0020]根据本发明的可行实施方式，所述第一铁磁体和所述第二铁磁体中的任意一个铁磁体部分地具有各向异性特性。
[0021]根据本发明的可行实施方式，所述第三铁磁体部分地具有各向异性特性。
[0022]根据本发明的可行实施方式，横向磁通型电机进一步包括:
[0023]检测器，其用于检测所述转子的旋转位置，并且产生位置数据；
[0024]控制单元，其被构造成获取所述位置数据，并且基于所述位置数据控制输入所述环状线圈的电流量。
[0025]根据本发明的另一个方面，提供了一种横向磁通型电机，包括:
[0026]多个定子，每个具有沿旋转方向的卷绕环状线圈，和沿所述旋转方向围绕所述环状线圈的一部分的多个第一铁磁体；和
[0027]多个转子，每个布置成跨过间隙面对所述第一铁磁体，每个所述转子绕所述环状线圈的中心轴线相对于相应的一个所述定子可旋转；
[0028]其中，每个所述定子和所述转子在所述旋转方向上的相对相位不同。
[0029]根据本发明的另一个方面，提供了一种车辆，包括:
[0030]前面描述的横向磁通型电机。
[0031]根据本发明的可行实施方式，所述横向磁通型电机进一步包括:
[0032]检测器，其用于所述转子的旋转位置，并且产生位置数据；和
[0033]控制单元，其被构造成获取所述位置数据，并且基于所述位置数据控制输入所述环状线圈的电流量。
[0034]根据本发明的可行实施方式，车辆进一步包括:
[0035]用于输出电能的电源；和
[0036]用于转换所述电能的逆变器；
[0037]其中，所述横向磁通型电机由所述逆变器转换的电能操作。
[0038]根据本发明的另一个方面，提供了一种横向磁通型电机，包括:
[0039]第一定子；
[0040]第二定子；
[0041]每个所述第一和第二定子包括沿旋转方向卷绕的环状线圈、沿所述旋转方向围绕所述环状线圈的一部分的多个第一铁磁体；和
[0042]转子，其布置成跨过间隙面对所述第一铁磁体，所述转子绕所述环状线圈的中心轴线相对于所述第一和第二定子可旋转；
[0043]所述转子包括:
[0044]多个第二铁磁体，它们沿所述旋转方向布置成使得所述第二铁磁体沿平行于所述旋转轴线的方向面对所述第一铁磁体；和
[0045]插入相邻的各所述第二铁磁体之间的第一元件和第二元件，所述第一元件和所述第二元件相应地产生沿相对于所述中心轴线的圆周方向彼此相反的两个磁场。
[0046]根据本发明的可行实施方式，横向磁通型电机进一步包括:
[0047]布置在所述第一元件和所述第二元件之间的第三铁磁体。
[0048]根据本发明的可行实施方式，所述第三元件产生沿相对于所述中心轴线的径向的磁场。
[0049]根据本发明的可行实施方式，所述第一定子和所述第二定子被布置成使得在所述旋转方向上所述第一定子的所述第一铁磁体的相对相位不同于所述第二定子的所述第一铁磁体的相对相位。
[0050]根据本发明的可行实施方式，所述第一铁磁体和所述第二铁磁体中的任意一个铁磁体部分地具有各向异性特性。
[0051]根据本发明的可行实施方式，横向磁通型电机进一步包括:
[0052]检测器，其用于所述转子的旋转位置，并且产生位置数据；
[0053]控制单元，其被构造成获取所述位置数据，并且基于所述位置数据控制输入所述环状线圈的电流量。
【专利附图】
【附图说明】
[0054]图1示出了根据第一实施方式的横向磁通型电机的斜视图。
[0055]图2八示出了图1中的驱动元件的斜视图。
[0056]图28示出了图1中的驱动元件的正视图。
[0057]图3八示出了图2中的驱动元件的局部图。
[0058]图38、30和30示出了图3八中的驱动元件的剖视图。
[0059]图4示出了根据第一实施方式的磁通流的示意图。
`[0060]图5八、58,5(^51^52和5？示出了图2中的插入件的改型的图示。
[0061]图6示出了图2中的定子和转子的磁芯的改型的图示。
[0062]图7、8、9、10和11示出了根据第二实施方式的横向磁通型电机的图示。
[0063]图12、13、14、15和16不出了根据第三实施方式的横向磁通型电机的图不。
[0064]图17示出了根据第四实施方式的横向磁通型电机的驱动系统的框图。
[0065]图18示出了图17中的驱动电路的框图。
[0066]图19示出了根据第四实施方式的正弦波形式的多相电流的图示。
[0067]图20示出了根据第四实施方式的方波形式的多相电流的图示。
[0068]图21示出了根据第五实施方式的串联混合动力车辆的示意图。
[0069]图22示出了根据第五实施方式的并联混合动力车辆的示意图。
[0070]图23示出了根据第五实施方式的串联-并联混合动力车辆的示意图。
[0071]图24示出了根据第五实施方式的电动车辆的示意图。
[0072]图25八和258不出了根据第一实施方式的横向磁通型电机的对比例的图不。
【具体实施方式】
[0073]在横向磁通型电机中，通过施加多相电流至环状线圈产生扭矩。这里，一般来说，利用多个永磁体和磁芯产生多极磁场可实现高扭矩。然而，进一步更高的扭矩是希望的。
[0074]在下面展示的一个实施方式的一个方面，可提供一种实现高扭矩的横向磁通型电机和使用其的车辆。
[0075]根据某些实施方式的一个方面，提供了一种横向磁通型电机，其包括:定子，具有沿旋转方向卷绕的环状线圈和沿旋转方向间隔地围绕环状线圈一部分布置的多个第一铁磁体；和转子，布置成以一间隙面对第一铁磁体，并且转子绕环状线圈的中心轴线相对于定子可旋转；其中，转子具有沿旋转方向间隔地布置的多个第二铁磁体，以及插入相邻的第二铁磁体之间的第一元件和第二元件，第一元件和第二元件产生沿圆周方向彼此相反的两个磁场。
[0076]根据其它实施方式的一个方面，提供了一种包括横向磁通型电机的车辆。
[0077]下面将参照附图更详细地解释各实施方式。
[0078]〔第一实施方式〕
[0079]根据第一实施方式的横向磁通型电机10将利用图1至6进行解释。在图1和2中，横向磁通型电机10沿着驱动轴5具有多个驱动元件1，其中定子2和转子3在旋转方向上的相对相位不同。在这种情况下，三组驱动元件1借助于支承件6与驱动轴5相连。这里，机械输出(扭矩)通过驱动轴5被传递。
[0080]在图2八和28中，每个驱动元件1具有定子2，和布置成以间隙(1面对定子2的内周的转子3。转子3绕作为旋转轴线的驱动轴5相对于定子2可旋转。
[0081]定子2具有沿圆周方向(旋转方向)卷绕的环状线圈4，在其上限定的虚拟圆柱面与旋转轴线相隔一段距离和定子2的多个磁芯(第一铁磁体)21,沿圆周方向(旋转方向)间隔地围绕线圈4的一部分布置。每个磁芯21具有I形形状。此外，磁芯21具有第一磁极部21八和第二磁极部218， 构成V形形状的臂部。磁芯21将线圈保持在第一磁极部21八和第二磁极部218之间。
[0082]转子3具有转子3的沿圆周方向(旋转方向)间隔地布置的多个磁芯31 (第二铁磁体),在其上限定的虚拟圆柱面与旋转轴线相隔一段距离(^。此外，转子3具有第一插入件32和第二插入件33，它们插入相邻磁芯31之间。第一插入件32被布置成使得第一插入件32在旋转轴线的方向上的位置对应于第一磁极部21八。对应于转子3的旋转，第一磁极部21八面对磁芯31。这里，磁芯21和磁芯31之间的闭合磁路借助于第一插入件32被形成，如后文所述。第二插入件33被布置成使得第二插入件33在旋转轴线的方向上的位置对应于第二磁极部218。对应于转子3的旋转，第二磁极部218面对磁芯31。这里，磁芯21和磁芯31之间的闭合磁路借助于第二插入件33被形成，如后文所述。
[0083]图3八-30示出了随着转子3的旋转当磁芯21和磁芯31彼此面对时驱动元件1的例子。图3八是驱动元件1的局部图。图38、3(:和30是驱动元件1沿着图3八中的线八-八、8-8和0(:的剖视图。第一插入件32形成沿圆周方向彼此相反的两个磁场。第一插入件32具有第一磁体(第一兀件)32八和第二磁体(第二兀件)328，它们沿圆周方向间隔地布置。此外，第一插入件32具有布置在第一磁体32八和第二磁体328之间的铁磁体(第三铁磁体)320。第一磁体32八和第二磁体328是固定在相邻磁芯31的侧面上的永磁体，例如，通过粘合剂固定。第二插入件33形成沿圆周方向彼此相反的两个磁场。第二插入件33具有第三磁体(第三磁场产生元件)33八和第四磁体(第四磁场产生元件)338，它们沿圆周间隔地布置。此外，第二插入件33具有布置在第三磁体33八和第四磁体338之间的铁磁体(第四铁磁体)3300第三磁体33八和第四磁体338是固定在相邻磁芯31的侧面上的永磁体，例如，通过粘合剂固定。
[0084]在图中，第一磁体32八产生沿从相邻磁芯31的侧面至铁磁体32?:的磁化方向1032八的磁场。第二磁体328产生沿从相邻磁芯31的侧面至铁磁体32?:的磁化方向10328的磁场。磁化方向1032八和磁化方向10328是沿圆周方向彼此相反的方向。
[0085]在图30中，第三磁体33八产生沿从铁磁体330至相邻磁芯31的侧面的磁化方向1033八的磁场。第四磁体338产生沿从铁磁体33?:至相邻磁芯31的磁化方向10338的磁场。磁化方向1033八和磁化方向10338是沿圆周方向彼此相反的方向。
[0086]此外，每个第一磁体32八、第二磁体328、第三磁体33八和第四磁体338优选地产生沿大致垂直于磁芯31侧面的磁化方向的磁场。然而，各磁体的磁化方向并不局限于上面描述的。
[0087]此外，预先磁化的永磁体可以用作第一磁体32八、第二磁体328、第三磁体33八和第四磁体338的材料。作为示例，磁芯和围绕磁芯卷绕的线圈的组合体也可以用作第一磁体32八、第二磁体328、第三磁体33八和第四磁体338的材料。在这些磁体32八、328、33八、338中，可以通过施加电流至线圈而产生磁场。
[0088]〔第一实施方式的操作〕
[0089]第一实施方式中产生扭矩的操作将参照图4进行描述。在驱动元件1沿着图4中的线八的剖视图中，环状线圈4中的电流沿着由图面向外的方向流动。
[0090]首先，通过在环状线圈4中施加电流引起的激励，在磁芯21、磁芯31、磁芯21的路径中形成激励(磁路)51这里，通过第一磁体32八和第二磁体328的磁场，在第一磁体32八、铁磁体32?:、磁芯21、磁芯31、第一磁体32八的路径中和在第二磁体328、铁磁体32?:、磁芯
21、磁芯31和第二磁体328的路径中的激励(磁路)52八被形成。另外，通过第三磁体33八和第四磁体338的磁场，在第三磁体33八、磁芯31、磁芯21、铁磁体33?:和第三磁体33八的路径中和在第四磁体338、磁芯31、磁芯21和第四磁体338的路径中的激励(磁路)528被形成。磁路51、52八、528彼此相互作用，结果是在转子3中产生扭矩。
[0091]在横向磁通型电机10中产生的扭矩表示为存储在定子2和转子3之间的间隙中的磁能(872 相对于转子3的转角(0 )的偏微分公式。另外，8为磁通密度，为真空绝对透磁率。这里，通过产生多极磁场，高扭矩可实现，因为上述偏微分公式中的分母(30)减小了。
[0092]图25八示出了第一实施方式，而图258示出了对比例。在图25八中，第一磁体32八(或第三磁体33八)和第二磁体328 (或第四磁体338)每个磁通密度为8工，这些磁体每个表面面积为第一插入件32 (或第二插入件33)的靠近定子2的表面面积为32。这里，在第一插入件32 (或第二插入件33)靠近定子2的表面的平均磁通密度82表示为28^/4。根据横向磁通型电机10，因为产生大致垂直于磁芯31侧面的磁场的每个磁体32八、328、33八、338布置在相邻磁芯31之间，因此垂直于磁体32八、328、33八、338每个磁化方向的表面面积
扩展至磁芯31侧面积。因此，相比于图258中所示的对比例，平均磁通密度82增加，且更高的扭矩可实现。[0093]此外，根据横向磁通型电机10，因为第一磁体32八(或第三磁体33八)和第二磁体328 (或第四磁体338)形成沿圆周方向彼此相反的两个磁场，因此通过两个磁场的排斥作用，磁场沿径向被形成在铁磁体32(:(或铁磁体330中。因此，基本上全部激励沿径向形成，并且高磁通密度可在定子2和转子3之间的间隙中实现。
[0094]此外，根据横向磁通型电机10，磁路52八、528比根据图258中所示的对比例的磁路短，并且基本上全部激励形成在铁磁体中。因此，磁阻低，并且高磁通密度可实现，即使是磁动势低时，结果是扭矩强度可被提高。
[0095]〔改型〕
[0096]图5八至5？示出了插入件32、33的改型。在图5八至5？中，第一插入件32的改型作为示例被示出。
[0097]在图5八中，插入件73具有第一磁体32八和第二磁体328，它们彼此接触。磁通在第一磁体32八和第二磁体328的接触表面集中，且第一磁体32八和第二磁体328的磁通朝向定子2或背离定子2泄漏。因此，在第二定子布置成面对转子3的内周的情况下，漏磁通有助于改进扭矩。
[0098]在图58中，插入件74具有第五磁体320而非第一插入件32的铁磁体320。第五磁体320产生磁场沿从转子3的内周至转子3的外周的磁化方向。第一磁体32八、第二磁体328和第五磁体320的磁通流被强化，并且强磁场产生在第五磁体320的外周。
[0099]在图5(:中，插入件75具有第一磁体32八和第二磁体328，它们每个的外周宽度小于内周宽度，且第五磁体320具有更大的外周表面面积，例如，相比于插入件74的第五磁体320。因此，第一磁体32八、第二磁体328和第五磁体320的磁通分布是沿沿旋转方向分布，因此分布的谐波失真减小。
[0100]在图50中，插入件76具有铁磁体322，其相比于第一插入件32的铁磁体320具有更宽的内周。因此，第一磁体32八和第二磁体328容易安装到铁磁体322，并且由铁磁体322牢固地保持。这里，第一磁体32八和第二磁体328的磁通背离定子2泄漏。因此，在第二定子布置成面对转子3的内周情况下，漏磁通有助于改进扭矩。
[0101]在图52中，插入件77具有沿插入件77的外周布置的第六磁体32？。第六磁体32？产生沿从转子3的内周至转子3的外周的磁化方向的磁场。第六磁体32？布置在相邻磁芯31之间。因此，第六磁体32？的磁通分布是`沿旋转方向均匀地分布。另外，第一磁体32八和第二磁体328的磁通流动通过铁磁体32?:，并且在第六磁体32？中心处的磁通密度增加。
[0102]在图5？中，插入件78具有布置在第一磁体32八的外周中的第七磁体32匕和布置在第二磁体328的外周中的第八磁体321铁磁体32(:布置在第七磁体32(}和第八磁体32?之间。因此，第一磁体32八和第二磁体328的磁通流动通过铁磁体32?:，并且第七磁体326和第八磁体32?的磁通分布是沿旋转方向均匀地分布。
[0103]此外，在图6中，磁芯21包括多个元件21八、218、210，且磁芯31包括多个元件31八、318?3100每个元件具有沿着磁通方向的易磁化轴线1021八、10218,1021(^和1031八、10318、103100因此，相比于作为磁芯的各向同性铁磁体，磁芯21和磁芯31之间的间隙处的磁通密度增加，并且磁芯21、31的铁损减小。
[0104][第二实施方式]
[0105]图7至11是用于解释根据第二实施方式的横向磁通型电机110的图示。横向磁通型电机110具有多个驱动元件101。每个驱动元件101具有转子103、外侧定子102八和内侧定子1028。
[0106]图7是横向磁通型电机110的斜视图，图8是图7中的横向磁通型电机110沿着驱动轴108所作的剖视图。在这种情况下，三组驱动元件101借助于支承件107连接着驱动轴108。这里，机械输出(扭矩)通过驱动轴108被传递。
[0107]图9和图10示出了驱动元件101。外侧定子102八被布置成面对转子103的外周。外侧定子102八具有沿圆周方向(旋转方向)卷绕的环状线圈104八，且外侧定子102八的多个磁芯121八沿圆周方向(旋转方向)间隔地围绕线圈104八的一部分布置。内侧定子1028被布置成面对转子103的内周。内侧定子1028具有沿圆周方向(旋转方向)卷绕的环状线圈1048，且内侧定子1028的多个磁芯1218沿圆周方向(旋转方向)间隔地围绕线圈1048的一部分布置。此外，外侧定子102八和内侧定子1028被布置成使得磁芯121八和磁芯1218在旋转方向上的相对相位不同。
[0108]转子103具有转子103的沿圆周方向(旋转方向)间隔地分布的多个磁芯131，在其上限定的虚拟圆柱面与旋转轴线相隔一段距离。此外，转子103具有第一插入件132和第二插入件133，它们插入相邻磁芯131之间。第一插入件132具有第一磁体132八和第二磁体1328。第二插入件133具有第三磁体133八和第四磁体1338。这里，转子103与转子3相同，并且不再对转子103详细解释。
[0109]〔第二实施方式的操作〕
[0110]第二实施方式中产生扭矩的操作将参照图11进行描述。图11示出了驱动元件101的剖视图和激励的图示。
[0111]首先，通过施加在环状线圈104八(或1048)中的电流所引起的激励，激励(磁路)151六(或1518)在磁芯121八(或1218〉、磁芯131和磁芯121八(或1218)的路径中被形成。这里，通过第一磁体132八、第二磁体1328、第三磁体133八和第四磁体1338的磁场，激励(磁路)105八(或1058)被形成。磁路151八、1518、105八、1058彼此相互作用，结果是在转子103
中产生扭矩。
[0112]根据横向磁通型电机110，因为第一磁体132八(或第三磁体133八)和第二磁体1328(或第四磁体1338)形成沿圆周方向彼此相反的两个磁场，因此通过两个磁场的排斥作用沿径向形成磁场。因此，形成朝向转子102八或转子1028的激励。这里，激励从每个磁体朝向最近磁芯121八(或磁芯1218)形成，并且激励程度取决于转子103的旋转位置。相比于第一实施方式，磁路105的磁阻可以减小。另外，磁动势可被提高，并且更高的扭矩可实现，因为横向磁通型电机110具有两个环状线圈104八、1048。
[0113][第三实施方式]
[0114]图12至16是用于解释根据第三实施方式的横向磁通型电机210的图不。横向磁通型电机210具有多个驱动元件201。每个驱动元件201具有转子203，和两个定子202八、2028。也就是说，横向磁通型电机210形式为轴向间隙马达，而每个横向磁通型电机10(或110)形式为径向间隙马达。
[0115]图12是横向磁通型电机210的斜视图，图13是图12中的横向磁通型电机210沿着驱动轴208的剖视图。在这种情况下，三组驱动元件201借助于支承件209连接着驱动轴208。这里，机械输出(扭矩)通过驱动轴208被传递。
[0116]图14和图15示出了驱动元件201。定子202八被布置成沿着旋转轴线的方向面对转子203。定子202八具有沿圆周方向(旋转方向)卷绕的环状线圈204八，且定子202八的多个磁芯221八沿圆周方向(旋转方向)间隔地围绕线圈204八的一部分布置。定子2028被布置成沿旋转轴线的方向面对转子203。定子2028具有沿圆周方向(旋转方向)卷绕的环状线圈2048，且定子2028的多个磁芯2218沿圆周方向(旋转方向)间隔地围绕线圈2048的一部分布置。此外，定子202八和定子2028被布置成使得磁芯221八和磁芯2218在旋转方向上的相对相位不同。
[0117]转子203具有转子203的沿圆周方向(旋转方向)间隔地布置的多个磁芯231，在其上限定的虚拟圆柱面于旋转轴线相隔一段距离。此外，转子203具有第一插入件232和第二插入件233，它们插入相邻磁芯231之间。第一插入件232具有第一磁体232八和第二磁体2328。第二插入件233具有第三磁体233八和第四磁体2338。这里，转子203与转子3相同，并且不再对转子203详细解释。
[0118]〔第三实施方式的操作〕
[0119]第三实施方式中产生扭矩的操作将参照图16进行描述。图16示出了驱动元件201的剖视图和激励的图示。
[0120]首先，通过施加在环状线圈204八(或2048)中的电流所引起激励，激励(磁路)251八(或2518)在磁芯221八(或2218〉、磁芯231和磁芯221八(或2218)的路径中被形成。这里，通过第一磁体232八、第二磁体2328、第三磁体233八和第四磁体2338的磁场，激励(磁路)205八(或2058)被形成。磁路251八、2518、205八、2058彼此相互作用，结果是在转子203中
产生扭矩。
[0121]根据横向磁通型电机210，横向磁通型电机的半径可以增大，并且定子202和转子203的面对面积可以增大，与半径的平方成正比。因此，即使横向磁通型电机是扁型的，更高的扭矩也可实现。
[0122][第四实施方式]
[0123]图17至20是用于解释根据第四实施方式的横向磁通型电机401的驱动系统的图
0`[0124]在图17中，横向磁通型电机401的驱动系统包括第一实施方式的横向磁通型电机(旋转电机)402,以及旋转位置的检测器403，旋转的控制器404，和驱动电路405。这里，控制器404和驱动电路405 —起构成控制单元410。检测器403基于来自安装在旋转电机402的驱动轴上的传感器431的输出检测转子3的旋转位置，或基于来自驱动电路405的输出和旋转电机402的物理型号检测转子的旋转位置。控制器404从检测器403获取位置数据，并且基于执行的控制算法施加电压至驱动电路405。然后，驱动电路405供应电流至环状线圈421 (图18)(第一实施方式的对应于线圈4),结果是在转子中产生扭矩。也就是说，驱动电路405控制输入环状线圈421的电流量。
[0125]在图18中，驱动电路405包括开关电路450和栅极驱动电路453。开关电路450包括开关单元451八-451(:和451八’-4510’，它们通过三相桥电路与每相的环状线圈421八-421(:相连。开关电路450被来自栅极驱动电路453的脉冲信号激励，并且旋转速度可通过脉冲信号频率控制。这里，开关电路450具有例如若干I⑶！' (绝缘栅双极型晶体管)和二极管。
[0126]此外，尽管包括三相线圈421的驱动电路405被显示于图18，包括不同相数线圈的驱动电路405也是可行的。在这种情况下，包括一或多个开关单元(开关单元数量与相数相等)的开关电路450被使用。
[0127]此外，如果转子3以规则(或几乎规则)旋转速度旋转，转子3可通过施加多相电流被驱动，多相电流的频率对应于旋转速度，而不用开关电路450。
[0128]图19和图20示出了输入三相线圈421的多相(三相)电流。图19示出了当？丽(脉冲宽度调制)控制被应用于开关电路450时的三相电流相位4614-461(^实际中，尽管三相电流包括杂波，图19仅示出了基波成分，其各相位相对彼此偏移120度。转子被驱动，其中旋转速度对应于基波频率。另外，图20示出了当脉冲控制被应用于开关电路450时的三相电流相位471A-471C。三相电流相位471A-471C为方波，其各相位相对彼此偏移120度。
[0129][第四实施方式的操作]
[0130]根据应用于任意一个前述实施方式中的横向磁通型电机的驱动系统401，转子的稳定旋转可通过控制被实现，也就是说相关于转子的旋转位置。另外，在横向磁通型电机中，相数可根据选项任意设定，并且横向磁通型电机通常可通过PWM控制驱动，或通过与应用于PM (永磁体)马达或混合-步进马达的相同的控制驱动。
[0131][第五实施方式]
[0132]第五实施方式的车辆包括第一实施方式的横向磁通型电机(旋转电机)。这里描述的车辆是指，例如两轮至四轮混合动力车辆两轮至四轮电动车辆，马达助力型自行车，和类似物。
[0133]图21至23示出了混合动力型车辆，其中内燃机和电池供电的旋转电机组合为行驶动力源。图24示出了电动车辆具有电池供电的旋转电机作为行驶动力源。作为车辆的驱动力，具有宽范围的引擎速度并且扭矩取决于行驶条件的动力源是必需的。一般来说，内燃机在实现理想能量效率情况下的扭矩和引擎速度方面是有限的，在上述情况之外的行驶条件下能量效率降低。在混合动力型车辆中，通过内燃机在最佳条件下产生电力，并且以高效率旋转电机驱动车轮，或通过以内燃机和旋转电机的组合动力驱动车辆，整个车辆的能量效率可被提高。此外，通过再生车辆的动能，通过调制转化为电能，同只使用常规内燃机的车辆相比，单位油耗下的行驶里程可以显著增加。
[0134]取决于内燃机和旋转电机的组合方式，混合动力车辆可大体归类于三种类型。
[0135]图21示出了混合动力车辆500，其一般称作串联混合动力车辆。在混合动力车辆500中，内燃机501的全部动力一旦被发电机50转化为电能，该电能即通过逆变器503被充入电池组(电源)504中。电池组504中的电能通过逆变器503被供应至第一实施方式的旋转电机505，并且车轮506被旋转电机505驱动。根据混合动力车辆500，内燃机501可在高效率条件下被驱动，并且电能的再生也是可行的。
[0136]图22示出了混合动力车辆510，其被称作并联混合动力车辆。在图22中，附图标记507表不第一实施方式的旋转电机,其也被用作发电机。内燃机501主要驱动车轮506,取决于具体状况将其动力的一部分通过旋转电机507转化为电能，而电池组504被电能充电。旋转电机507在车辆起步或加速等负荷增大的情况下提供辅助驱动力。根据混合动力车辆510，通过减小内燃机501负载的变化可实现高效率，并且电能的再生也是可行的。另夕卜，由于车轮506的驱动主要由内燃机501执行，旋转电机507的输出可根据所需的辅助驱动力比例优化地确定。混合动力车辆510可被构造出来，即时使用相对小的旋转电机507和电池组504。
[0137]图23示出了混合动力车辆520，其被称作串联-并联混合动力车辆。其具有这样的方案，其中串联和并联二者被组合。动力分割机构508将内燃机501的输出分割以产生电力和用于驱动车轮。同并联方案相比，引擎负荷控制可以更精细地实施，并且能量效率可以增大。
[0138]图24示出了车辆530，其为电动车辆。在图24中，附图标记507表示第一实施方式的旋转电机，其也被用作发电机。旋转电机507驱动车轮506，取决于具体状况作为旋转发电机507转化出电能，并且电池组504被电能充电。
[0139]上面这些实施方式仅仅是作为例子给出的，而不意于限制权利要求的范围。这些实施方式能够以其它各种实现形式实施，并且在不脱离本发明要旨的前提下，其各种省略、替换和改型可被做出。例如，在第五实施方式的车辆中，可以使用其它实施方式的横向磁通型电机，作为第一实施方式的横向磁通型电机的替代。
[0140]此外，这些实施方式及其改型包含在本发明的范围和要旨中，同时，包含在权利要求及其等同范围所限定的发明内。
【权利要求】
1.一种横向磁通型电机，包括: 定子，其具有沿旋转方向卷绕的环状线圈、沿所述旋转方向围绕所述环状线圈的一部分布置的多个第一铁磁体；和 转子，其布置成跨过间隙面对所述第一铁磁体，所述转子绕所述环状线圈的中心轴线相对于所述定子可旋转； 其中，所述转子具有: 沿所述旋转方向布置的多个第二铁磁体； 插入相邻的各所述第二铁磁体之间的第一元件和第二元件，所述第一元件和所述第二元件相应地产生沿相对于所述中心轴线的圆周方向彼此相反的两个磁场。
2.根据权利要求1的横向磁通型电机，进一步包括: 布置在所述第一元件和所述第二元件之间的第三铁磁体。
3.根据权利要求2的横向磁通型电机，其中，所述第三元件产生沿相对于所述中心轴线的径向的磁场。
4.根据权利要求1的横向磁通型电机，进一步包括: 布置在所述第一元件和所述第二元件的外周中的第三元件，所述第三元件产生沿相对于所述中心轴线的径向的磁场。
5.根据权利要求1的横向磁通型电机，其中，所述定子被布置成面对所述转子的内周。
6.根据权利要求5的横向磁通型电机，其中，所述定子为第一定子，所述横向磁通型电机进一步包括: 第二定子，其布置成面对所述转子的外周。
7.根据权利要求6的横向磁通型电机，其中，所述第一定子和所述第二定子被布置成使得在所述旋转方向上所述第一定子的所述第一铁磁体的相对相位不同于所述第二定子的所述第一铁磁体的相对相位。
8.根据权利要求1的横向磁通型电机，其中，所述第一铁磁体和所述第二铁磁体中的任意一个铁磁体部分地具有各向异性特性。
9.根据权利要求2的横向磁通型电机，其中，所述第三铁磁体部分地具有各向异性特性。
10.根据权利要求1的横向磁通型电机，进一步包括: 检测器，其用于检测所述转子的旋转位置，并且产生位置数据； 控制单元，其被构造成获取所述位置数据，并且基于所述位置数据控制输入所述环状线圈的电流量。
11.一种横向磁通型电机，包括: 多个定子，每个具有沿旋转方向的卷绕环状线圈，和沿所述旋转方向围绕所述环状线圈的一部分的多个第一铁磁体；和 多个转子，每个布置成跨过间隙面对所述第一铁磁体，每个所述转子绕所述环状线圈的中心轴线相对于相应的一个所述定子可旋转； 其中，每个所述定子和所述转子在所述旋转方向上的相对相位不同。
12.—种车辆，包括: 根据权利要求1的横向磁通型电机。
13.根据权利要求12的车辆，其中，所述横向磁通型电机进一步包括: 检测器，其用于所述转子的旋转位置，并且产生位置数据；和 控制单元，其被构造成获取所述位置数据，并且基于所述位置数据控制输入所述环状线圈的电流量。
14.根据权利要求13的车辆，进一步包括: 用于输出电能的电源；和 用于转换所述电能的逆变器； 其中，所述横向磁通型电机由所述逆变器转换的电能操作。
15.—种横向磁通型电机，包括: 第一定子； 第二定子； 每个所述第一和第二定子包括沿旋转方向卷绕的环状线圈、沿所述旋转方向围绕所述环状线圈的一部分的多个第一铁磁体；和 转子，其布置成跨过间隙面对所述第一铁磁体，所述转子绕所述环状线圈的中心轴线相对于所述第一和第 二定子可旋转； 所述转子包括: 多个第二铁磁体，它们沿所述旋转方向布置成使得所述第二铁磁体沿平行于所述旋转轴线的方向面对所述第一铁磁体；和 插入相邻的各所述第二铁磁体之间的第一元件和第二元件，所述第一元件和所述第二元件相应地产生沿相对于所述中心轴线的圆周方向彼此相反的两个磁场。
16.根据权利要求15的横向磁通型电机，进一步包括: 布置在所述第一元件和所述第二元件之间的第三铁磁体。
17.根据权利要求16的横向磁通型电机，其中，所述第三元件产生沿相对于所述中心轴线的径向的磁场。
18.根据权利要求15的横向磁通型电机，其中，所述第一定子和所述第二定子被布置成使得在所述旋转方向上所述第一定子的所述第一铁磁体的相对相位不同于所述第二定子的所述第一铁磁体的相对相位。
19.根据权利要求15的横向磁通型电机，其中，所述第一铁磁体和所述第二铁磁体中的任意一个铁磁体部分地具有各向异性特性。
20.根据权利要求15的横向磁通型电机，进一步包括: 检测器，其用于所述转子的旋转位置，并且产生位置数据； 控制单元，其被构造成获取所述位置数据，并且基于所述位置数据控制输入所述环状线圈的电流量。
【文档编号】H02K21/14GK103840631SQ201310608322
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年11月7日 优先权日:2012年11月20日
【发明者】上田靖人 申请人:株式会社东芝