JPH10117451A - 集中巻回転電機とそれを用いた電動車両 - Google Patents

集中巻回転電機とそれを用いた電動車両

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JPH10117451A
JPH10117451A JP8269633A JP26963396A JPH10117451A JP H10117451 A JPH10117451 A JP H10117451A JP 8269633 A JP8269633 A JP 8269633A JP 26963396 A JP26963396 A JP 26963396A JP H10117451 A JPH10117451 A JP H10117451A
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electric machine
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gap
rotary electric
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Fumio Tajima
文男 田島
Yutaka Matsunobu
豊 松延
Shoichi Kawamata
昭一 川又
Suetaro Shibukawa
末太郎 渋川
Osamu Koizumi
小泉  修
Katsuyuki Izumisawa
克幸 和泉沢
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Abstract

(57)【要約】 【課題】小形軽量,高効率の集中巻回転電機及びそれを
備えた電動車両を提供する。 【解決手段】固定子巻線5と、固定子巻線5が集中的に
巻回された固定子巻線突極42と、突極の磁束の流路を
構成する固定子ヨーク部41とを備えた固定子2と、ほ
ぼ等間隔に極性を有する回転子3とからなる集中巻回転
電機1で、固定子鉄心4の固定子巻線突極42に周方向
の磁束を抑制する空隙部45を設け、周方向の磁束を抑
制する空隙部44を固定子鉄心4の外周部に設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は集中巻回転電機に係
り、特に、小形軽量,高効率の集中巻回転電機及びそれ
を備えた電動車両に関する。
【0002】
【従来の技術】電気自動車等の電動車両用に用いる電動
機は小形軽量,高効率であることが望まれる。このため
には第1には永久磁石式、第2にはリラクタンスを利用
したブラシレスモータが最適である。特に上記のブラシ
レスモータ等は小型機の分野では固定子巻線磁極に固定
子巻線を巻回する集中巻方式を採用している。
【0003】この従来例は特開平7−298522 号公報(開
示例1)で開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】開示例1では、周方向
の分割された固定子磁極に固定子巻線を集中的に巻回す
ることによって固定子巻線のコイルエンド部も短く、か
つコイルの占積率を向上でき、従って電動機の体格を小
さくすることができる。しかし、固定子巻線突極を固定
するのに固定子鉄心の内外周部を溶接によって固定して
いるために、鉄損の増加、不要な部分まで鉄心があるた
めに軽量化できない、そして、固定子巻線突極の内周部
が分離されていないため高調波磁束を許し、脈動トルク
の発生、及び鉄損の増加を引き起こす等の問題点があっ
た。
【0005】本発明の目的は、以上示した従来例の欠点
を除き、小形軽量,高効率の集中巻回転電機及びそれを
備えた電動車両を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は固定子巻線と、前記固定子巻線が集中的
に巻回された固定子巻線突極と、前記突極の磁束の流路
を構成する固定子ヨーク部とを備えた固定子と、ほぼ等
間隔に極性を有する回転子とからなる集中巻回転電機
で、固定子鉄心の固定子巻線突極に周方向の磁束を抑制
する空隙部を設ける構成とする。さらには、周方向の磁
束を抑制する空隙部を固定子鉄心の外周部に設ける。
【0007】また、固定子鉄心は固定子巻線突極中心で
分割された構成とする。
【0008】以上の構成によれば、固定子鉄心の固定子
巻線突極に周方向の磁束を抑制する空隙部を設ける構成
とすることによって外周部に設けた場合、固定子鉄心の
溶接位置を再内周部まですることによって損失の発生を
最小に押さえ、精度の良い固定をすることができる。一
方内周に設けることによって内周を循環する高調波磁束
を抑制でき、これによって高調波鉄損の抑制及び脈動磁
束の抑制を達成することができる。さらに固定子鉄心は
固定子巻線突極中心で分割された構成とすることで上記
の効果を最大に発揮することができる。
【0009】以上の構成によって、小型軽量,高効率の
集中巻回転電機及びそれを備えた電動車両を提供するこ
とができる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について説
明する。
【0011】図1に本発明の集中巻回転電機の説明図
を、図2にその断面図を示す。
【0012】ここでは永久磁石回転電機で、かつ永久磁
石の極数が10,固定子巻線突極が9の構成の一実施例
について説明する。
【0013】図で電動機1は固定子2と回転子3とから
なり、固定子2は固定子鉄心4と固定子巻線5とで構成
される。ここで、固定子鉄心4は固定子巻線突極42と
その磁束の通路を形成する固定子ヨーク41とからな
り、固定子巻線突極42は固定子巻線5を構成する二つ
の図1(b)で示した大小の固定子巻線コイル51,5
2が集中的に巻回する構成であり、これは固定子巻線収
納部47に収納される。各巻線は空隙面での磁路を共有
することが無い構成である。この集中巻固定子構造は一
般の大型機に使用されている分布巻構造の固定子に対し
て、エンドコイル部の長さを短くすることができるた
め、回転電機の体格を小さくすることができる利点があ
る。
【0014】一方、回転子3はほぼ等間隔のピッチで隣
り合う永久磁石6が互いに異なる極性に配置した構成
で、その内周には永久磁石の磁束を通す回転子ヨーク7
を有し、シャフト8,ベアリング9を介してエンドブラ
ケット10に回転可能に保持される構成である。ここで
は固定子鉄心4の外周にフレームが無い構成で示した
が、必要によってはフレームを用いてもよい。回転子の
シャフト8上には永久磁石6の位置を検出する磁極位置
検出器PS,位置検出器Eを備える。
【0015】さらに固定子巻線5のU相にはU1+,U2
-,U3+、V相にはV1+,V2-,V3+、W相にはW1+,
W2-,W3+がそれぞれ接続される。ここで、添字の1は
固定子巻線番号、+,−は固定子巻線5の巻き方向を示
すものである。
【0016】本発明では固定子鉄心4を図示のように固
定子巻線5と同数の個数に分割し、それぞれに2個の固
定子巻線突極42,ブリッジ部43と、1個の固定子ヨ
ーク部41とを有する構成である。ここで各分割された
固定子鉄心の間には外周部には、外周部の周方向磁束を
抑制する空隙部44が、内周部には内周部の周方向磁束
を抑制する空隙部45を備える構成である。
【0017】ここで、外周部の周方向磁束を抑制する空
隙部44には軸方向に積層された磁性鉄板(一般的には
珪素鋼板によって構成される)を周方向に溶接部46に
よって接合するとともに、隣の分割固定子鉄心とを連結
せしめる。分割固定子鉄心4の積層鉄板はそれぞれ打ち
抜き積層時に既に一般的に用いられている様な打ち抜き
かしめ等によって一体に積層するものとする。
【0018】一般的には固定子巻線と、前記固定子巻線
が集中的に巻回された固定子巻線突極と、前記突極の磁
束の流路を構成する固定子ヨーク部とを備えた固定子
と、ほぼ等間隔に極性を有する回転子とからなる集中巻
回転電機で、固定子鉄心の固定子巻線突極に周方向の磁
束を抑制する空隙部を設ける構成とする。
【0019】固定子鉄心4の固定子巻線突極42に周方
向の磁束を抑制する空隙部44を外周部に設ける構成と
することによって固定子鉄心の溶接位置を再内周部まで
することによって溶接による固定子鉄心4の短絡回路を
形成しないですむ。これによって損失の発生を最小に押
さえることができる。一方、溶接箇所を再内周部に配置
することによって固定子鉄心4の内周部の軸方向の膨ら
みを低減することができ、精度の良い電動機とすること
ができる。これは騒音の減少,コギングトルク等の減少
につながる。また、以上の分割構成によって固定子巻線
磁極42の各部に磁束密度は径方向の磁束が支配的とな
り、磁束は交番磁束となる。一般の集中巻回転電機では
固定子巻線磁極では径方向の磁束と周方向の磁束の存在
により楕円磁界となっている。従って同一の磁束密度に
対して交番磁界である本発明の鉄損は減少する。さら
に、本発明では周方向の磁束が無い分磁束密度が減少
し、さらに鉄損を減少することができる。
【0020】さらに内周部の周方向磁束を抑制する空隙
部45の存在によって固定子巻線磁極42の空隙側の周
方向磁束を抑制する。これは主に周期の短い高調波磁束
を低減する効果を発揮する。これによって、トルク発生
への寄与率が低いにもかかわらず鉄損を増加せしめる高
調波磁束を低減する効果を発揮する。また、電気自動車
用の駆動電動機として使用される場合には積載バッテリ
のエネルギーが限られているために軽量化が重要とな
る。図1で示す構成によって電動機の重量を軽量化する
ことができる。
【0021】図3には本発明の他の実施例を示す。
【0022】ここでも永久磁石回転電機で、かつ永久磁
石の極数が10,固定子巻線突極が9の構成の一実施例
について説明する。
【0023】本発明は図1に示した構成に対して外周部
に冷却パイプ9を配置した。図1と同様固定子鉄心4を
分割することによって鉄損を低減することが可能であ
る。さらに冷却パイプ9を固定子鉄心4の外周に配置
し、さらにパイプの内部に圧力をかけて冷却パイプ9と
固定子鉄心との熱抵抗を下げて冷却効果をよくする。こ
れによって小型軽量,高効率にすることができる。ま
た、冷却パイプ9の外周部には固定子鉄心4が無いので
冷却パイプ9と交わる磁束がなく、冷却パイプ9内をな
がれる渦電流損(鉄損)を低減することができる。
【0024】図4に本発明の他の実施例を示す。
【0025】ここでは永久磁石回転電機で、かつ永久磁
石の極数が10,固定子巻線突極が12の構成の一実施
例について説明する。
【0026】コギングトルクは永久磁石の極数と固定子
巻線突極数の最小公倍数に反比例する。従って図1は図
4の実施例に比較してコギングトルクは低くなる。図1
では永久磁石の極数が10,固定子巻線突極が9で90
/回転の脈動が発生する。その数は大きく、コギングト
ルクは低いが、内周部の周方向磁束を抑制する空隙部4
5をつけることによって、永久磁石の極数が10,固定
子巻線突極の見かけが18で同様に90/回転の脈動が
発生する。空隙部の数は2倍になるのでコギングトルク
は周方向磁束を抑制する空隙部45が無い場合に比較し
て2倍となる。一方、本実施例の久磁石の極数が10,
固定子巻線突極が12の構成では最小公倍数が60であ
るが、周方向磁束を抑制する空隙部45の存在によって
永久磁石の極数が10,固定子巻線突極の見かけが24
で同様に120/回転の脈動となる。この場合は周方向
磁束を抑制する空隙部45の存在によってコギングトル
クの脈動数が増加し、従ってコギングトルクは減少させ
ることができる。一般には奇数極対数,偶数固定子突極
の回転電機では周方向磁束を抑制する空隙部45を設け
ることによってコギングトルクを低減することができ
る。
【0027】この構成で、周方向磁束を抑制する空隙部
45は径方向の長さを周方向の幅よりも長くすることが
重要である。径方向の長さを長くすることによって高調
波磁束を抑制する効果を大きくすることができる。
【0028】以上は、集中巻回転電機で、特に永久磁石
回転子構造を有する永久磁石回転電機について説明した
が、リラクタンス回転子でも本発明の効果を発揮するこ
とができる。また、電動機だけでなく、発電機もよく、
外転型,内転型回転子,クローポール型回転子を用いた
回転電機にも適用可能である。また、回転電機のみなら
ず、リニアモータ等への適用も可能である。
【0029】
【発明の効果】本発明によれば小形軽量,高効率の集中
巻回転電機及びそれを備えた電動車両を提供することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の集中巻回転電機を示す一実施例の説明
図。
【図2】本発明の集中巻回転電機の断面図。
【図3】本発明の集中巻回転電機の第二実施例を示す断
面図。
【図4】本発明の集中巻回転電機の第三実施例を示す断
面図。
【符号の説明】
1…集中巻回転電機、2…固定子、3…回転子、4…固
定子鉄心、5…固定子巻線、6…永久磁石、7…回転子
ヨーク、8…シャフト、41…固定子ヨーク部、42…
固定子巻線突極、43…ブリッジ部、44,45…空隙
部、46…溶接部、47…固定子巻線収納部、51,5
2…固定子巻線コイル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渋川 末太郎 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 小泉 修 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 和泉沢 克幸 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】固定子巻線と、前記固定子巻線が集中的に
    巻回された固定子巻線の突極と、前記突極の磁束の流路
    を構成する固定子ヨーク部とを備えた固定子と、ほぼ等
    間隔に極性を有する回転子とからなる集中巻回転電機に
    おいて、固定子鉄心の前記固定子巻線突極に周方向の磁
    束を抑制する空隙部を設けたことを特徴とする集中巻回
    転電機。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記周方向の磁束を抑
    制する空隙部を前記固定子鉄心の外周部でかつ空隙部の
    内周位置を前記固定子ヨーク部の内周部より空隙側とす
    る構成とした集中巻回転電機。
  3. 【請求項3】請求項2において、外周に設けられた前記
    空隙部を前記固定子鉄心の軸方向の固定を行う溶接部と
    した集中巻回転電機。
  4. 【請求項4】請求項2において、外周に設けられた前記
    空隙部に冷却媒体を流した集中巻回転電機。
  5. 【請求項5】請求項4において、外周に設けられた前記
    空隙部に冷却パイプを配置し、液体の冷却媒体を流した
    集中巻回転電機。
  6. 【請求項6】請求項1において、前記突極中心の外周に
    液体もしくは気体通過用であってかつ磁束を抑制する前
    記空隙部を前記固定子鉄心の内、外内周のいずれかに設
    けた集中巻回転電機。
  7. 【請求項7】請求項1において、周方向の磁束を抑制す
    る前記空隙部を前記固定子鉄心の内周部に設けた集中巻
    回転電機。
  8. 【請求項8】請求項7において、周方向の磁束を抑制す
    る前記空隙部の周方向の幅を半径方向の長さよりも小さ
    くした集中巻回転電機。
  9. 【請求項9】請求項7において、前記固定子鉄心を分割
    構造とするとともにこの分割された前記固定子鉄心の補
    強剤を周方向の磁束を抑制する前記空隙部に配置した集
    中巻回転電機。
  10. 【請求項10】請求項1において、前記固定子鉄心は前
    記固定子巻線突極の中心で分割されている集中巻回転電
    機。
  11. 【請求項11】請求項1に記載の集中巻回転電機を備え
    た電動車両。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013215056A (ja) * 2012-04-03 2013-10-17 Denso Corp ステータの冷却構造
JP2020099168A (ja) * 2018-12-19 2020-06-25 川崎重工業株式会社 バーニアモータ
WO2022168302A1 (ja) * 2021-02-08 2022-08-11 三菱電機株式会社 回転電機

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013215056A (ja) * 2012-04-03 2013-10-17 Denso Corp ステータの冷却構造
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WO2022168302A1 (ja) * 2021-02-08 2022-08-11 三菱電機株式会社 回転電機

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