JP2018113785A - 回転電機、回転電機システム、および機械 - Google Patents

Abstract

【課題】例えば、永久磁石における渦電流損失が比較的小さい回転電機を得る。【解決手段】実施形態の回転電機は、例えば、固定子と、回転中心回りに回転可能な回転子と、を備える。回転子は、第一回転子鉄心と、第二回転子鉄心と、磁石と、を含む。第一回転子鉄心は、周方向に互いに離間して配置されそれぞれ第一固定子磁極と対向する複数の第一回転子磁極を有し、かつ環状である。第二回転子鉄心は、周方向に互いに離間して配置されそれぞれ第二固定子磁極と対向する複数の第二回転子磁極を有し、かつ環状である。磁石は、第一回転子鉄心と第二回転子鉄心との間に位置され、少なくとも一部を周方向に分離するスリット状の磁石分離部が設けられ、かつ環状である。【選択図】図３

Description

実施形態は、回転電機、回転電機システム、および機械に関する。

従来、回転電機として、例えば、横方向磁束型回転電機が知られている。

特表２００３−５３３１６２号公報

永久磁石における渦電流損失がより小さい回転電機が得られるのは、有益である。

実施形態の回転電機は、例えば、固定子と、回転中心回りに回転可能な回転子と、を備える。固定子は、巻線と、複数の第一固定子磁極および複数の第二固定子磁極を有し巻線に沿って配置された固定子鉄心と、を含む。巻線は、回転中心を中心とする環状である。複数の第一固定子磁極は、回転中心の周方向に互いに離間して配置される。複数の第二固定子磁極は、周方向に互いに離間して配置される。回転子は、第一回転子鉄心と、第二回転子鉄心と、磁石と、を含む。第一回転子鉄心は、周方向に互いに離間して配置されそれぞれ第一固定子磁極と対向する複数の第一回転子磁極を有し、かつ環状である。第二回転子鉄心は、周方向に互いに離間して配置されそれぞれ第二固定子磁極と対向する複数の第二回転子磁極を有し、かつ環状である。磁石は、第一回転子鉄心と第二回転子鉄心との間に位置され、少なくとも一部を周方向に分離するスリット状の磁石分離部が設けられ、かつ環状である。

図１は、第１実施形態の回転電機の模式的かつ例示的な斜視図である。 図２は、第１実施形態の回転電機の断面を示す模式的かつ例示的な斜視図である。 図３は、第１実施形態の回転電機の回転子の模式的かつ例示的な斜視図である。 図４は、第１実施形態の回転電機の回転子の１相分の構成の断面を示す模式的かつ例示的な斜視図である。 図５は、第１実施形態の回転電機の磁石および支持部材を示す模式的かつ例示的な正面図である。 図６は、第１実施形態の回転電機の磁石および支持部材の変形例を示す模式的かつ例示的な正面図である。 図７は、第１実施形態の回転電機を含む回転電機システムの模式的かつ例示的なブロック図である。 図８は、第１実施形態の回転電機および駆動回路の模式的かつ例示的な回路図である。 図９は、第２実施形態の回転電機の模式的かつ例示的な斜視図である。 図１０は、第２実施形態の回転電機の断面を示す模式的かつ例示的な斜視図である。 図１１は、実施形態の回転電機を含む車両の模式的かつ例示的な構成図である。 図１２は、実施形態の車両に搭載された回転電機の模式的かつ例示的な構成図である。 図１３は、実施形態の回転電機を含む風力発電装置の模式的かつ例示的な構成図である。 図１４は、実施形態の回転電機を含むエレベータの模式的かつ例示的な構成図である。 図１５は、実施形態の回転電機を含むロボットの模式的かつ例示的な構成図である。

以下、本発明の例示的な実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成や制御（技術的特徴）、ならびに当該構成や制御によってもたらされる作用および結果（効果）は、一例である。また、以下に例示される実施形態および変形例には、同様の構成要素が含まれている。以下、同様の構成要素には共通の符号が付与され、重複する説明が省略される。

また、各図には、方向を示す矢印が示されている。回転中心Ａｘの軸方向（のうち一方）が方向Ｘ（図１等）で示され、回転中心Ａｘの径方向外方が方向Ｒ（図５等）で示され、回転中心Ａｘの周方向が方向Ｃ（図１等、ただし方向Ｘに見た場合の時計回り方向）で示されている。なお、以下の説明では、回転中心Ａｘの軸方向は単に軸方向と称され、回転中心Ａｘの径方向は単に径方向と称され、回転中心Ａｘの周方向は単に周方向と称される。なお、軸方向は、回転中心Ａｘと平行な方向であり、径方向は、回転中心Ａｘと直交する方向であり、周方向は、回転中心Ａｘを中心とする円周に沿う方向である。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の回転電機１００を示す斜視図である。本実施形態の回転電機１００は、横方向磁束型回転電機である。

回転電機１００は、シャフト１０１と、シャフト１０１を回転駆動する複数（例えば３つ）の駆動要素１１０（１１０Ｕ，１１０Ｖ，１１０Ｗ）と、を備える。回転電機１００は、複数（例えば３つ）の相を有し、駆動要素１１０は、各相に対応している。また、回転電機１００は、不図示の筐体を備える。筐体は、複数の駆動要素１１０を収容するとともに、シャフト１０１を回転可能に支持する。回転電機１００は、モータまたはジェネレータとして機能する。

図２は、回転電機１００の回転中心Ａｘを通る断面の斜視図であって、図１のII−II断面図である。図２に示されるように、複数の駆動要素１１０は、それぞれ、固定子１２０（１２０Ｕ，１２０Ｖ，１２０Ｗ）と、回転子１３０（１３０Ｕ，１３０Ｖ，１３０Ｗ）と、を備える。すなわち、回転電機１００は、軸方向に並んだ固定子１２０と回転子１３０との複数（例えば３つ）の組を、備えている。

（固定子）
図１，２に示されるように、固定子１２０は、巻線１２１と、複数の鉄心１２２とを有する。

巻線１２１は、回転中心Ａｘを中心として複数回環状に巻かれた導線を有している。巻線１２１の形状は、回転中心Ａｘを中心として周方向に沿った円環状である。巻線１２１は、固定子巻線とも称されうる。

巻線１２１は、固定子１２０毎に、すなわち各相に、設けられている。複数の巻線１２１には、位相が互いに異なる交流電力が印加される。本実施形態では、一列として、三つの巻線１２１のそれぞれには、他の二つとの位相差が＋１２０°および−１２０°の交流電力が印加される。なお、複数の相の巻線１２１に印加される交流電力は、この例には限定されない。

複数の鉄心１２２は、周方向に略一定の間隔をあけて並んでいる。鉄心１２２の形状は、径方向内方に開放されたＵ字状である。鉄心１２２は、巻線１２１を間隔をあけて径方向外方向から取り囲んでいる。鉄心１２２は、固定子鉄心の一例である。

図２に示されるように、鉄心１２２は、第一部分１２２ａ、第二部分１２２ｂ、および第三部分１２２ｃを有している。第一部分１２２ａは、巻線１２１の径方向外方に離れて位置され、軸方向に略沿って延びている。第一部分１２２ａは、底部とも称されうる。第二部分１２２ｂは、巻線１２１の軸方向一方（Ｘ方向の後方）に離れて位置され、第一部分１２２ａの径方向一方の端部から、径方向内方に突出している。第三部分１２２ｃは、巻線１２１の軸方向他方（Ｘ方向の前方）に離れて位置され、第一部分１２２ａの径方向他方の端部から、径方向内方に突出している。第二部分１２２ｂおよび第三部分１２２ｃは、アーム部とも称されうる。

第二部分１２２ｂの径方向内方の端部は、磁極１２３であり、第三部分１２２ｃの径方向内方の端部は、磁極１２４である。すなわち、鉄心１２２は、磁極１２３と磁極１２４との間に渡り、巻線１２１を取り囲んでいる。これら磁極１２３，１２４は、回転子１３０に面する磁極である。磁極１２３は、第一固定子磁極の一例であり、磁極１２４は、第二固定子磁極の一例である。

（回転子）
図３は、回転子１３０の斜視図である。また、図４は、回転子１３０の１相分の構成の断面図である。図２〜４に示されるように、回転子１３０は、磁石１３１、第一鉄心１３２、および第二鉄心１３３を有する。

回転子１３０は、シャフト１０１と固定されている。すなわち、回転子１３０は、シャフト１０１とともに回転中心Ａｘ回りに回転する。シャフト１０１の軸心は、回転中心Ａｘと一致している。シャフト１０１の形状は、円柱状かつ棒状である。シャフト１０１は、一例としては、非磁性体によって構成されている。また、シャフト１０１と、磁石１３１、第一鉄心１３２、および第二鉄心１３３との間には、絶縁層や絶縁性の介在物が挿入されうる。なお、シャフト１０１は、回転子１３０の一部でもあるとも言える。

磁石１３１は、永久磁石であり、一例としては、高い磁気エネルギー積を有する希土類系の焼結磁石である。磁石１３１の形状は、回転中心Ａｘを中心として周方向に沿った円環状である。

第一鉄心１３２は、磁石１３１と軸方向一方（Ｘ方向の後方）に隣接している。第一鉄心１３２の形状は、回転中心Ａｘを中心として周方向に沿った円環状である。第一鉄心１３２は、第一回転子鉄心の一例である。

図４に示されるように、第一鉄心１３２は、第一部分１３２ａおよび複数の第二部分１３２ｂを有している。第一部分１３２ａの形状は、回転中心Ａｘを中心とした円環状である。第二部分１３２ｂは、第一部分１３２ａの周縁部から、径方向外方に突出している。複数の第二部分１３２ｂは、周方向に略一定の間隔をあけて並んでいる。第二部分１３２ｂは、歯部や突起とも称されうる。

第二鉄心１３３は、磁石１３１と軸方向他方（Ｘ方向の前方）に隣接している。第二鉄心１３３の形状は、回転中心Ａｘを中心として周方向に沿った円環状である。第二鉄心１３３は、第二回転子鉄心の一例である。

第二鉄心１３３は、第一部分１３３ａおよび複数の第二部分１３３ｂを有している。第一部分１３３ａの形状は、回転中心Ａｘを中心とした円環状である。第二部分１３３ｂは、第一部分１３３ａの周縁部から、径方向外方に突出している。複数の第二部分１３３ｂは、周方向に略一定の間隔をあけて並んでいる。第二部分１３３ｂは、歯部や突起とも称されうる。

磁石１３１は、軸方向に着磁されている。本実施形態では、一例として、図４に示されるように、磁石１３１は、全体的に方向Ｍｄ（Ｘ方向の前方）に着磁されている。

図４から明らかとなるように、第一鉄心１３２の第一部分１３２ａ、磁石１３１、および第二鉄心１３３の第一部分１３３ａは、軸方向に隣接し、軸方向に並び、かつ軸方向に重なって、一連の円筒部分を構成している。第一部分１３２ａと磁石１３１とのドーナツ状の接触面と、第一部分１３３ａと磁石１３１とのドーナツ状の接触面とは、略同じ大きさでありかつ略同じ形状である。このような構成により、磁石１３１の磁束の漏れを抑制することができる。

第一鉄心１３２の第二部分１３２ｂの径方向外方の端部は、第一鉄心１３２の磁極１３４として機能し、第二鉄心１３３の第二部分１３３ｂの径方向外方の端部は、第二鉄心１３３の磁極１３５として機能する。そして、図２に示されるように、磁極１３４は、固定子１２０の鉄心１２２の第二部分１２２ｂの磁極１２３と径方向に隙間をあけて面する。また、磁極１３５は、固定子１２０の鉄心１２２の第三部分１２２ｃの磁極１２４と径方向に隙間をあけて面する。磁極１３４，１３５は、固定子１２０と面する磁極であり、突極とも称されうる。磁極１３４は、第一回転子磁極の一例であり、磁極１３５は、第二回転子磁極の一例である。

このような構成により、各相すなわち各駆動要素１１０の各鉄心１２２において、固定子１２０と回転子１３０との間に渡って、図２に示される磁気回路Ｍｃが形成される。磁気回路Ｍｃの方向は、巻線１２１に印加される電力と磁石１３１の着磁方向等との関係によって定まる。

図５は、磁石１３１および支持部材１３７の正面図である。図５に示されるように、支持部材１３７の形状は円環状である。支持部材１３７は、環状部１３７ａと突起１３７ｂとを有している。

環状部１３７ａは、回転中心Ａｘを中心とした円環状である。環状部１３７ａは、シャフト１０１と磁石１３１との間に位置されている。環状部１３７ａの内周面は、シャフト１０１の外周面と接し、環状部１３７ａの外周面は、磁石１３１の内周面と接している。また、突起１３７ｂは、環状部１３７ａの周縁部から径方向外方に突出している。

支持部材１３７は、シャフト１０１と磁石１３１とを一体的に固定する。すなわち、支持部材１３７は、結合部材とも称されうる。支持部材１３７は、一例としては、絶縁性材料、例えば絶縁性の合成樹脂材料等で構成される。シャフト１０１、支持部材１３７、および磁石１３１は、例えば、圧入や、接着、機械的結合等によって互いに結合される。なお、例えば、支持部材１３７の表面に絶縁層のコーティングが設けられるなど、支持部材１３７の少なくとも磁石１３１との接触部位が絶縁性材料で構成されてもよい。

上述した構成においては、図２に示されるように、磁石１３１は巻線１２１と同軸に配置され、巻線１２１の励磁により発生する磁束の経路に位置している。したがって、磁石１３１が周方向に沿った閉路を構成する場合にあっては、磁石１３１の表面または内部において、周方向であって巻線１２１における励磁磁束を打ち消す方向に、強力な渦電流が誘導される。このような渦電流は、回転電機１００のトルクが低下する要因となる。

そこで、本実施形態では、このような磁石１３１における渦電流の発生を抑制するため、磁石１３１に、図３，５に示されるようなスリット１３６が設けられている。スリット１３６は、径方向および軸方向に沿って広がっており、当該スリット１３６が設けられた位置において、磁石１３１を周方向に分離している。スリット１３６は磁石分離部の一例である。なお、分離は、磁石１３１が繋がっていないことを意味する。すなわち、スリット１３６が設けられた部位では、磁石１３１の周方向の一方の端面と他方の端面とが、スリット１３６を介して、互いに離間している。

以上、説明したように、本実施形態では、スリット１３６（磁石分離部）は、磁石１３１を、当該スリット１３６が設けられた位置において、周方向に電気的に分離（隔絶）している。このような構成によれば、磁石１３１に周方向に沿った渦電流が生じるのを抑制することができ、ひいては、当該渦電流による回転電機１００のトルクの低下を抑制することができる。

また、本実施形態では、磁石１３１の表面（外表面）に、絶縁層１３１ｃ（図５）が設けられてもよい。絶縁層１３１ｃは、例えば、紙等の絶縁体のフィルムや、シート、コーティング等である。仮に、磁石１３１とは別の部材（例えば、第一鉄心１３２や、第二鉄心１３３、支持部材１３７、シャフト１０１等）において、磁石１３１に設けられたスリット１３６を迂回した電流経路を含む渦電流が形成されると、渦電流による回転電機１００のトルクの低下を抑制できない。その点、磁石１３１の表面に絶縁層１３１ｃが設けられた構成によれば、磁石１３１と別の部材との間を、より容易にかつより確実に電気的に遮断できる。よって、スリット１３６を迂回して第一鉄心１３２や、第二鉄心１３３、支持部材１３７、シャフト１０１等を流れる電流経路と磁石１３１内のスリット１３６以外の部分を流れる電流経路とが連なった渦電流が生じるのを、抑制することができる。すなわち、このような構成によれば、磁石１３１を流れる渦電流によって回転電機１００のトルクが低下するのを、抑制することができる。なお、絶縁層１３１ｃは、磁石１３１の表面の一部に設けられてもよいし、全面に設けられてもよい。

また、本実施形態では、図５に示されるように、支持部材１３７に設けられた突起１３７ｂが、スリット１３６内に挿入されている。突起１３７ｂは、スリット１３６の隙間を保持する保持部として機能するとともに、支持部材１３７ひいてはシャフト１０１に対して磁石１３１を位置決めする位置決め部としても機能する。突起１３７ｂ（支持部材１３７）は、スリット１３６内に介在する介在物の一例である。よって、突起１３７ｂにより、磁石１３１の熱変形や外力等によってスリット１３６の両端面が接触して、磁石１３１に周方向に沿った渦電流が生じるのを、抑制することができる。なお、スリット１３６内の介在物は、支持部材１３７とは別個の部材であってもよいし、スリット１３６内の全体に亘る大きさであってもよい。また、介在物は、磁石１３１と平行に着磁された絶縁性の磁石、例えばフェライト磁石等であってもよい。

また、本実施形態では、磁石１３１が、少なくとも磁石１３１との接触部位が絶縁体で構成された支持部材１３７によって支持されている。このような構成によれば、例えば、スリット１３６が設けられた磁石１３１は、支持部材１３７を介して、より容易に、より迅速に、あるいはより強固に、回転子１３０に組み付けられうる。また、例えば、スリット１３６を迂回して支持部材１３７内を流れる電流経路と磁石１３１内のスリット１３６以外の部分を流れる電流経路とが連なった渦電流が生じるのを、抑制することができる。すなわち、このような構成によれば、磁石１３１を流れる渦電流によって回転電機１００のトルクが低下するのを、抑制することができる。

また、本実施形態では、磁石１３１と隣接したシャフト１０１は、非磁性体である。このような構成によれば、磁石１３１による磁束の漏れを抑制することができる。

また、本実施形態では、図３，４に示されるように、第一鉄心１３２および第二鉄心１３３には、磁石１３１のスリット１３６と軸方向に隣接したスリット１３８，１３９が設けられている。スリット１３８は、第一鉄心１３２を周方向に分離し、スリット１３９は、第二鉄心１３３を周方向に分離する。このような構成によれば、スリット１３６を迂回して第一鉄心１３２や第二鉄心１３３内を流れる電流経路と磁石１３１内のスリット１３６以外の部分を流れる電流経路とが連なった渦電流が生じるのを、抑制することができる。すなわち、このような構成によれば、磁石１３１を流れる渦電流によって回転電機１００のトルクが低下するのを、抑制することができる。スリット１３８，１３９は、鉄心分離部の一例である。

また、本実施形態では、鉄心１２２（固定子鉄心）、第一鉄心１３２（第一回転子鉄心）、および第二鉄心１３３（第二回転子鉄心）のうち、少なくとも一つは、少なくとも部分的に、圧粉磁心またはフェライト鉄心によって構成されうる。圧粉磁心やフェライト鉄心の電気抵抗率は、鉄心材料として汎用的な積層鋼板やバルク状の電磁軟鉄と比較して格段に高い。よって、このような構成によれば、圧粉磁心やフェライト鉄心の表面または内部での渦電流を、効果的に抑制することができる。

また、本実施形態では、例えば、磁石１３１の表面に不図示の絶縁層が設けられる構成や、第一鉄心１３２または第二鉄心１３３にスリット１３８，１３９が設けられる構成等、上述したような磁石１３１のスリット１３６を迂回した電流が生じ難い構成にあっては、より高い磁束密度を得る観点からは、鉄心１２２、第一鉄心１３２、および第二鉄心１３３のうち少なくとも一つは、圧粉磁心やフェライト鉄心よりも、積層鋼板や、バルク状の電磁軟鉄、磁気異方性を有する強磁性体等によって構成された方がよい場合もある。

（変形例）
図６は、第１実施形態の変形例における、磁石１３１および支持部材１３７の正面図である。図６に示されるように、変形例では、磁石１３１には、複数のスリット１３６が設けられている。図６に示される例では、二つのスリット１３６が、回転中心Ａｘ回りに１８０°毎に設けられている。

このような構成によっても、磁石１３１において周方向に局所的に流れる渦電流による回転電機１００のトルク低下を抑制できる。また、磁石１３１が複数の分割体１３１ａ，１３１ｂを有するため、分割体１３１ａ，１３１ｂが、シャフト１０１および支持部材１３７に、径方向外方から取り付けられやすいという利点がある。なお、支持部材１３７には、三つ以上のスリット１３６が設けられてもよい。

（回転電機システム）
図７は、回転電機１００を含む回転電機システム１のブロック図である。図７に示されるように、回転電機システム１は、角度センサ１０２や、制御部２００、駆動回路３００等を有する。

角度センサ１０２は、例えば、ロータリエンコーダ等を含み、回転電機１００の回転子１３０の回転角度を検出する。なお、回転子１３０の回転角度は、角度センサ１０２による回転角度の検出に替えて、後述する駆動回路３００が出力する電力と、回転電機１００の物理モデルと、に基づいて推定されてもよい。このような推定は、センサレス位置推定と称されうる。

制御部２００は、回転角度測定部２０１と、回転制御部２０２と、を有する。回転角度測定部２０１は、角度センサ１０２の検出結果に基づいて、回転角度情報を出力する。回転制御部２０２は、所定のアルゴリズムに従って、回転角度情報や外部からの要求値等に応じた指令値を取得し、当該指令値に応じた電力を回転電機１００に印加するよう、駆動回路３００を制御する。制御部２００は、角度センサ１０２の検出結果、あるいはセンサレス位置推定に基づいて、回転電機１００の角度フィードバック制御を実行することができる。

図８は、駆動回路３００の構成図である。図８に示されるように、駆動回路３００には、電源としてのバッテリ１０３が接続されている。駆動回路３００は、ブリッジ接続された複数のスイッチング部３０１Ｕ，３０２Ｕ，３０１Ｖ，３０２Ｖ，３０１Ｗ，３０２Ｗを含む。スイッチング部３０１Ｕ，３０２Ｕの切り替えによって固定子１２０Ｕの巻線１２１に印加される電力が変化し、スイッチング部３０１Ｖ，３０２Ｖの切り替えによって固定子１２０Ｖの巻線１２１に印加される電力が変化し、スイッチング部３０１Ｗ，３０２Ｗの切り替えによって固定子１２０Ｗの巻線１２１に印加される電力が変化する。スイッチング部３０１Ｕ，３０２Ｕ，３０１Ｖ，３０２Ｖ，３０１Ｗ，３０２Ｗは、それぞれ、スイッチング素子や、ダイオード等を有している。スイッチング素子は、例えば、ＩＧＢＴ等である。なお、回転電機１００における複数の巻線１２１の結線は、図８に示されるようなＹ結線（スター結線）には限定されず、Δ結線等、他の結線であってもよい。また、駆動回路３００は、３相には限定されない。また、巻線１２１には、電力増幅回路が設けられてもよい。このように、回転電機１００は、公知の回転電機システム１を構成しうる。

（第２実施形態）
図９は、第２実施形態の回転電機１００Ａを示す斜視図であり、図１０は、回転電機１００Ａの回転中心Ａｘを通る断面を示す斜視図である。本実施形態の回転電機１００Ａも、横方向磁束型回転電機である。

本実施形態の回転子１３０は、第１実施形態の回転子１３０と同じである。ただし、本実施形態では、固定子１２０Ａの鉄心１２２Ａの構成が、上記第１実施形態の固定子１２０の鉄心１２２の構成と相違する。本実施形態では、固定子１２０Ａ（１２０ＵＡ，１２０ＶＡ，１２０ＷＡ）の鉄心１２２Ａは、回転中心Ａｘを中心とした円盤状に構成され、その径方向に沿った断面の形状は、径方向内方に向けて開放されたＵ字状である。第１実施形態では、複数の鉄心１２２のそれぞれに軸方向に並ぶ磁極１２３および磁極１２４の一組が設けられたが、本実施形態では、一つの鉄心１２２に、複数の磁極１２３および複数の磁極１２４、軸方向に並ぶ磁極１２３および磁極１２４の複数の組が設けられている。軸方向に離間して並ぶ磁極１２３および磁極１２４の複数の組は、周方向に間隔をあけて配置されている。複数の磁極１２３は、周方向に間隔をあけて並び、複数の磁極１２４は、周方向に間隔をあけて並んでいる。すなわち、磁極１２３，１２４の配置は、第１実施形態と同じである。

そして、回転電機１００Ａにも、不図示のスリット１３６，１３８，１３９や、支持部材１３７、磁石１３１の表面や支持部材１３７の絶縁層等、上記第１実施形態と同様の構成が設けられうるとともに、同種の材料で構成されうる。よって、本実施形態によっても、第１実施形態と同様の構成に基づく同様の作用および効果が得られる。

さらに、上述したように、本実施形態によれば、固定子１２０の部品点数が少ないため、上記第１実施形態に比べて製造の手間やコストを低減できるという利点がある。

（他の変形例）
なお、第１および第２実施形態の回転電機１００，１００Ａでは、スリット１３６は、径方向および軸方向と平行であるが、スリット１３６は、径方向および軸方向と平行である必要はない。

また、第１および第２実施形態の回転電機１００，１００Ａでは、スリット１３６は、磁石１３１の周方向と交差する断面の全域を分離したが、これには限定されず、当該断面の大半、好適には３／４以上を分離してもよい。ただし、この場合には、スリット１３６が設けられた位置で、磁石１３１が部分的に連結されるため、渦電流は完全には無くならない。

また、スリット１３６のギャップ長は、狭いのが好適であるが、各部材の温度変化に伴う膨張や収縮等によってスリット１３６の両端が接触するのは好ましくない。よって、スリット１３６の間に介在物や位置決め部材が無い構成にあっては、回転電機１００の使用される温度範囲の上限または下限において、０（ゼロ）より大きい所定のギャップ長が確保されるよう、設定される。

また、第１および第２実施形態の回転電機１００，１００Ａでは、回転子は、固定子の径方向内方に位置された所謂インナーロータであったが、実施形態の構成は、回転子が固定子の径方向外方に位置された所謂アウターロータであってもよい。

また、第１および第２実施形態の回転電機１００，１００Ａは、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ったが、実施形態の構成は、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にも適用可能である。アキシャルギャップモータでは、固定子の磁極と回転子の磁極とは軸方向に隙間をあけて対向し、固定子鉄心の形状は、軸方向の一方に開放されたＵ字状であり、当該Ｕ字部分を巻線１２１が通る。

また、第１および第２実施形態の回転電機１００，１００Ａは、３相構造であったが、実施形態の構成は、例えば、４相構造や５相構造等の３相構造以外の回転電機にも適用可能である。

（車両への適用例）
図１１は、回転電機１００を含む車両１０の概略構成図である。車両１０（機械）は、上記実施形態または変形例の回転電機１００，１００Ａを有することができる。図１１の例では、車両１０は、いわゆるハイブリッド車両である。車両１０の車体１１は、二つの前輪１２および二つの後輪１３を有している。前輪１２は、駆動輪（作動部）であり、駆動シャフト１４、ディファレンシャルギア１６および駆動シャフト１５を介して回転電機１００に接続されている。駆動シャフト１５は、回転電機１００のシャフト１０１（回転子１３０、図１１には不図示）と連結されている。また、車両１０は、エンジン１７をさらに備え、エンジン１７は、連結シャフト１８を介して回転電機１００または駆動シャフト１５と連結されている。このような構成により、エンジン１７のトルクおよび回転電機１００の動力は、ともに前輪１２に伝達される。

図１２は、車両１０に搭載された回転電機１００の構成図である。図１２に示されるように、回転電機１００の各駆動要素１１０Ｕ，１１０Ｖ，１１０Ｗの巻線１２１（図１２には不図示）には、駆動回路３００の各相の動力線がそれぞれ接続されている。なお、回転電機１００は、車両駆動時にはモータとして動作し、エネルギー回生時には、発電機として動作する。

なお、車両１０は、ハイブリッド車両には限定されず、エンジン１７を有さない電気自動車や、燃料電池自動車等であってもよい。

（風力発電装置への適用例）
図１３は、回転電機１００を含む風力発電装置２０の概略構成図である。風力発電装置２０（機械）は、上記実施形態または変形例の回転電機１００，１００Ａを有することができる。図１３の例では、風力発電装置２０のブレード２１（作動部）は風力によって回転し、回転シャフト２２を介して増速機２４に動力が伝達される。増速機２４の動力は、回転シャフト２３および軸継手２５を介して回転電機１００のシャフト１０１（回転子１３０、図１３には不図示）に伝達され、回転電機１００は当該動力によって発電する。発生した電力は、変圧器２６および系統保護装置２７を介して電力系統２８に供給される。

なお、上記実施形態または変形例の回転電機１００，１００Ａは、このような風力発電装置２０以外の発電装置、例えば水力発電装置を始めとする発電装置全般にも、適用することができる。

（エレベータへの適用例）
図１４は、回転電機１００を含むエレベータ３０の概略構成図である。エレベータ３０（機械）は、上記実施形態または変形例の回転電機１００，１００Ａを有することができる。図１４の例では、エレベータ３０は、巻上機３４、かご３１（作動部）、釣合い錘３２、およびロープ３３を備えている。巻上機３４は、回転電機１００およびシーブ１０４を含む。ロープ３３は、かご３１の滑車、巻上機３４のシーブ１０４（作動部）、および釣合い錘３２の滑車に巻き掛けられる。ロープ３３の両端は、それぞれ建物等の別個の位置に固定されている。巻上機３４のモータとしての回転電機１００が作動すると、回転電機１００の発生トルクによってシーブ１０４が回転する。巻上機３４は、シーブ１０４とロープ３３との間の摩擦力を利用してロープ３３を巻き上げるまたは巻き下げることで、かご３１を上昇または下降することができる。なお、巻上機３４も、機械の一例であると言える。

（ロボットへの適用例）
図１５は、回転電機１００を含むロボット４０の概略構成図である。ロボット４０（機械）は、上記実施形態または変形例の回転電機１００，１００Ａを有することができる。図１５の例では、ロボット４０は、多関節ロボットであり、ベース４１および複数の可動部４２（作動部）を有する。回転電機１００は、二つの可動部４２が回動可能に連結された関節部分のそれぞれに、設けられている。回転電機１００は、関節部分の一方の可動部４２に固定され、他方の可動部４２を一方の可動部４２に対して相対的に回転させる。ロボット４０は、複数の回転電機１００を制御することにより、多関節アームの先端に位置する可動部４２の位置や、姿勢、動作（移動速度等）を制御し、任意の位置の物体４３にアクセスしたり、物体を搬送したりすることができる。

なお、上記実施形態または変形例の回転電機１００，１００Ａは、このようなロボット４０以外のロボット、例えばパラレルリンクロボットや、直交ロボット、走行（歩行）ロボット、補助ロボットを始めとするロボット全般にも、適用することができる。また、上記実施形態または変形例の回転電機１００，１００Ａは、本明細書で例示した機械以外の機械、例えば、一般機械や、電気機械、輸送用機械、精密機械等にも、搭載可能である。

以上、本発明の実施形態を例示したが、上記実施形態は一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、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、組み合わせ、変更を行うことができる。これら実施形態は、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。また、各構成や形状等のスペック（構造や、種類、方向、形状、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数、配置、位置、材質等）は、適宜に変更して実施することができる。

１…回転電機システム、１０…車両（機械）、２０…風力発電装置（機械）、３０…エレベータ（機械）、４０…ロボット（機械）、１００，１００Ａ…回転電機、１０１…シャフト、１２０…固定子、１２１…巻線、１２２…鉄心（固定子鉄心）、１２３…磁極（第一固定子磁極）、１２４…磁極（第二固定子磁極）、１３０…回転子、１３１…磁石、
１３１ｃ…絶縁層、１３２…第一鉄心（第一回転子鉄心）、１３３…第二鉄心（第二回転子鉄心）、１３４…磁極（第一回転子磁極）、１３５…磁極（第二回転子磁極）、１３６…スリット（磁石分離部）、１３７…支持部材、１３７ｂ…突起（介在物）、１３８，１３９…スリット（鉄心分離部）、２００…制御部、３００…駆動回路、Ａｘ…回転中心。

Claims (10)

1. 固定子と、回転中心回りに回転可能な回転子と、を備えた回転電機であって、
   前記固定子は、
   前記回転中心を中心とする環状の巻線と、
   前記回転中心の周方向に互いに離間して配置された複数の第一固定子磁極と、前記周方向に互いに離間して配置された複数の第二固定子磁極と、を有し、前記巻線に沿って配置された固定子鉄心と、
   を含み、
   前記回転子は、
   前記周方向に互いに離間して配置されそれぞれ前記第一固定子磁極と対向する複数の第一回転子磁極を有した環状の第一回転子鉄心と、
   前記周方向に互いに離間して配置されそれぞれ前記第二固定子磁極と対向する複数の第二回転子磁極を有した環状の第二回転子鉄心と、
   前記第一回転子鉄心と前記第二回転子鉄心との間に位置され、少なくとも一部を周方向に分離するスリット状の磁石分離部が設けられた、環状の磁石と、
   を有した、回転電機。
2. 前記磁石の表面に絶縁層が設けられた、請求項１に記載の回転電機。
3. 前記磁石分離部内に、絶縁性の介在物が位置された、請求項１または２に記載の回転電機。
4. 前記磁石を支持し少なくとも前記磁石との接触部位が絶縁体で構成された支持部材を備えた、請求項１〜３のうちいずれか一つに記載の回転電機。
5. 前記磁石と隣接し前記回転子とともに前記回転中心回りに回転する非磁性のシャフトを備えた、請求項１〜４のうちいずれか一つに記載の回転電機。
6. 前記第一回転子鉄心および前記第二回転子鉄心のうち少なくとも一方に、前記磁石分離部と前記回転中心の軸方向および前記回転中心の径方向のうち一方向に隣接して、前記第一回転子鉄心および前記第二回転子鉄心のうち少なくとも一方を周方向に分離するスリット状の鉄心分離部が設けられた、請求項１〜５のうちいずれか一つに記載の回転電機。
7. 前記固定子鉄心、前記第一回転子鉄心、および第二回転子鉄心のうち少なくとも一つが、少なくとも部分的に、圧粉磁心またはフェライト鉄心によって構成された、請求項１〜６のうちいずれか一つに記載の回転電機。
8. 前記固定子鉄心、前記第一回転子鉄心、および第二回転子鉄心のうち少なくとも一つが、少なくとも部分的に、磁気異方性を有した強磁性体によって構成された、請求項１〜６のうちいずれか一つに記載の回転電機。
9. 請求項１〜８のうちいずれか一つに記載の回転電機と、
   前記回転電機に電力を供給する駆動回路と、
   前記駆動回路の動作を制御する制御部と、
   を備えた、回転電機システム。
10. 請求項１〜８のうちいずれか一つに記載の回転電機を備えた、機械。

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