(57)【要約】【課題】異なる電位の電源を単体で充電することのできる、省スペース・低コストな構成のモータジェネレータを提供する。【解決手段】永久磁石埋込型集中巻きモータジェネレータにおいて、機械的・電気的に独立した第１および第２の巻線群のうち、第１の巻線群を卷回した複数の第１のティースをたとえば３つのグループに分け、同じグループ内において隣り合う第１のティースの巻線の巻線方向を互いに反対方向とした。そして、各グループの間に、第１の巻線群の巻線使用とは相違なる巻線使用の第２の巻線群を卷回した第２のティースを１つずつ設けた。これによって、第１の巻線群における発電電圧と第２の巻線群における発電電圧を相違なる大きさにすることができるので、２種類の電位を単体で充電することができる省スペース・低コストな構成を実現できるとともに、逆起電圧波形の歪が低減されて、鉄損を低減でき、モータ効率を高められ、２種類の電位の電源を効率よく充電することが可能となる。【選択図】  図１
2004215483.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の永久磁石を保持したロータと、複数のティースを有するステータとを備え、
前記複数のティースに別々に卷回されてなる、互いに機械的、電気的に独立した構成の巻線群を２つ以上有することを特徴とするモータジェネレータ。
【請求項２】
前記複数のティースを第１のティースと第２のティースとに区分するとともに、前記巻線群を第１の巻線群と第２の巻線群とに区分して、前記第１の巻線群を卷回した前記第１のティース複数個を備えたグループを前記ステータ全体において複数備え、同じグループ内にある前記複数の第１のティースには、同相の電圧が印加される第１の巻線群が、隣接するものとは卷回方向が互いに逆方向となるようにそれぞれ卷回され、隣接する前記複数のグループにはそれぞれ異相の電圧が印加されるとともに、グループとグループの間には前記第２の巻線群を卷回した前記第２のティースが配置されていることを特徴とする請求項１に記載のモータジェネレータ。
【請求項３】
前記複数のグループは、それぞれ第１の巻線群を卷回したｎ個（ただし、ｎ≧２の整数）の第１のティースにて構成されたことを特徴とする請求項２に記載のモータジェネレータ。
【請求項４】
前記ロータの極数をｐ、前記第１のティースの総数をｔとし、Ｕ・Ｖ・Ｗの３相の第１の巻線群１式を１組とした巻線組数をｓ（ただし、ｐ、ｔ、ｓはともに正の整数）としたときに、
ｐ＝２×ｓ×（±１＋３×ｋ）  かつ  ｐ＞ｔ  （ただし、ｋ≧０の整数）
となる関係を満たす構成であることを特徴とする請求項２または請求項３のいずれかに記載のモータジェネレータ。
【請求項５】
前記第１の巻線群を卷回した前記第１のティースにて構成されるそれぞれのグループにおいて、グループ内の１つ以上の第１のティースの先端部に、１つ以上の凹部を設けたことを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれかに記載のモータジェネレータ。
【請求項６】
前記第２の巻線群を卷回した前記第２のティースの先端部に、１つ以上の凹部を設けたことを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれかに記載のモータジェネレータ。
【請求項７】
前記凹部の形状は、矩形状あるいは円弧状であることを特徴とする請求項５または請求項６のいずれかに記載のモータジェネレータ。
【請求項８】
前記第１の巻線群を卷回した前記複数の第１のティースにて構成されたグループとグループの間には、前記第２の巻線群を卷回した前記第２のティースが複数個設けられたことを特徴とする請求項２〜請求項７のいずれかに記載のモータジェネレータ。
【請求項９】
前記第１の巻線群を卷回した前記複数の第１のティースにて構成されたグループとグループの間に、前記複数の第２のティースがロータの磁極ピッチに合った間隔で設けられたことを特徴とする請求項８に記載のモータジェネレータ。
【請求項１０】
前記第１の巻線群を卷回した前記複数の第１のティースにて構成されたグループとグループの間に、前記第２の巻線群を卷回した前記複数の第２のティースが等間隔に配置されていることを特徴とする請求項８に記載のモータジェネレータ。
【請求項１１】
前記ロータのステータ対向面に対向する、前記ステータを構成する前記複数の第１のティースのそれぞれの先端部の周方向端部の近傍に、前記ロータのステータ対向面から離れるように、切除部がそれぞれ設けられたことを特徴とする請求項２〜請求項１０のいずれかに記載のモータジェネレータ。
【請求項１２】
ロータ極数を１０ｑ極、前記第１のティース同士の間に形成されるスロット総数を９ｑ個、前記第２のティース同士の間に形成されるスロット総数を３ｑ個として（ただし何れも、ｑ＝正の整数）、前記第１のティースのロータ対向部角度をθ１［ｒａｄ］、前記第２のティースのロータ対向部角度をθ２［ｒａｄ］とした場合に、
π／１０ｑ＜θ１＜π／５ｑ        および
π／４５ｑ＜θ２＜π／１０ｑ
の関係を満たすことを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれかに記載のモータジェネレータ。
【請求項１３】
前記第１の巻線群を卷回した前記第１のティースｎ個にて構成されたグループが、前記ステータ全体において合計３ｎ個（ただし何れも、ｎ＝正の整数）構成され、かつ、前記第２の巻線群を卷回した前記第２のティースが３ｍ個構成されたことを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれかに記載のモータジェネレータ。
【請求項１４】
前記第２の巻線群を卷回した前記第２のティースｍ個にて構成されたグループが、前記ステータ全体において合計３ｍ個（ただし何れも、ｍ＝正の整数）構成されたことを特徴とする請求項１３に記載のモータジェネレータ。
【請求項１５】
前記ロータは、複数の永久磁石が埋め込まれた構成であることを特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれかに記載のモータジェネレータ。
【請求項１６】
前記ロータは、複数の永久磁石が表面に配置された構成であることを特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれかに記載のモータジェネレータ。
【請求項１７】
前記ロータは、前記複数の永久磁石と、前記永久磁石とほぼ同じ形状を有し、かつ、前記永久磁石の厚さより小さな幅を有する複数のスリットが前記複数の永久磁石のステータ側とは反対側に設けられたロータコアとからなる構成であることを特徴とする請求項１〜請求項１６のいずれかに記載のモータジェネレータ。
【請求項１８】
前記複数の永久磁石を備える前記ロータにおいて、それぞれの永久磁石のステータ側側面と前記ロータのステータ対向面との間の距離が、前記複数の永久磁石のそれぞれの端部よりも中央部の方が大きい形状であることを特徴とする請求項１〜請求項１７のいずれかに記載のモータジェネレータ。
【請求項１９】
前記ロータを構成する前記複数の永久磁石の形状は、前記ロータの前記ステータ対向面側とは反対の方向に突出したほぼＶ字状であることを特徴とする請求項１８に記載のモータジェネレータ。
【請求項２０】
前記ロータを構成する前記複数の永久磁石の形状は、前記ロータの半径方向に垂直な直線状であることを特徴とする請求項１８に記載のモータジェネレータ。
【請求項２１】
前記ロータを構成する前記複数の永久磁石の形状は、前記ロータのステータ対向面側とは反対の方向に突出した円弧状であることを特徴とする請求項１８に記載のモータジェネレータ。
【請求項２２】
前記ロータを構成する前記複数の永久磁石の形状は、前記ロータの半径よりも大きな半径を有して前記ロータのステータ対向面側に突出した円弧状であることを特徴とする請求項１８に記載のモータジェネレータ。
【請求項２３】
前記２つ以上の巻線群の出力端が、各々独立した電力変換装置を介して、それぞれ異なる電位の電源と電気負荷に接続されたことを特徴とする請求項１に記載のモータジェネレータ。
【請求項２４】
前記２つ以上の巻線群を有するモータジェネレータであって、
各々独立した電力変換装置のうち少なくとも２つの電力変換装置が、スイッチング素子で構成されたインバータと、前記インバータのスイッチング素子を駆動するゲートドライブ回路と、前記インバータを制御する制御部と、モータ電流を検出する電流検出センサと、モータの磁極位置を検出する磁極位置検出センサと、電源部とを備え、
前記少なくとも２つの電力変換装置が、前記制御部と前記磁極位置検出センサと前記電源部とを共有したことを特徴とする請求項２３に記載のモータジェネレータ。
【請求項２５】
前記２つ以上の巻線群を有するモータジェネレータであって、
少なくとも１つの巻線群に対しては、当該巻線群の出力端に発生する発電電圧を最高回転時に定格電圧となるよう設定し、かつ各々の巻線の出力端に接続された電力変換装置を昇圧モードで駆動させることを特徴とする請求項２３に記載のモータジェネレータ。
【請求項２６】
前記２つ以上の巻線群を有するモータジェネレータであって、
少なくとも１つの巻線群に対しては、当該巻線群の出力端に発生する発電電圧を最高回転数の略半分の回転数時に定格電圧となるよう設定し、かつ各々の巻線の出力端に接続された電力変換装置を弱め界磁と強め界磁とを切り替えて駆動させることを特徴とする請求項２３または請求項２４のいずれかに記載のモータジェネレータ。
【請求項２７】
前記２つ以上の巻線群を有するモータジェネレータであって、
永久磁石からの磁路形成部に巻線される制御巻線によって、少なくとも１つの巻線群の出力端に発生する発電電圧を制御することを特徴とする請求項２３に記載のモータジェネレータ。
【請求項２８】
前記２つ以上の巻線群を有するモータジェネレータであって、
少なくとも１つの巻線群に印加する電圧を調整してモータの回転数を制御し、その結果に応じて他の巻線群の出力端に発生する発電電圧を制御することを特徴とする請求項２３に記載のモータジェネレータ。
【請求項２９】
請求項１〜請求項２８のいずれかに記載のモータジェネレータを発電用の電気モータとして内部に具備したことを特徴とする電気自動車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＰＥＶ（Ｐｕｒｅ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ：純粋電気自動車）や、ＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ：ハイブリッド電気自動車）、ＦＣＥＶ（Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ：燃料電池自動車）等の電気自動車に好適なモータジェネレータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジンと電気モータを駆動部とするハイブリッド電気自動車には、電気モータ駆動のための高電圧系バッテリと、ランプ、オーディオ等の補機用低電圧系バッテリの２種を備えている。車両に搭載されるバッテリは、メンテナンスを考慮し、バッテリの充電は車両に搭載されたモータジェネレータで充電する構成を採用している。
【０００３】
図１６に従来のハイブリッド電気自動車の構成を示す。８はエンジン、９は電気モータで、１０の動力切替機構を介してタイヤにエンジンもしくは電気モータあるいはエンジンと電気モータ両方の動力を伝達している。電気モータ９は高電圧バッテリ７０から、電力変換装置３０を介して制御される。８０はオルタネータでエンジン回転により、低電圧バッテリ９０を充電するシステム構成をとっている。高電圧バッテリの充電は、電気モータ９を発電機として動作させ、電力変換装置３０を介して高電圧バッテリ７０を充電する仕組みを採用している。
【０００４】
また、図１７は別の従来のハイブリッド電気自動車の構成図である。図１６と異なるのは、低電圧バッテリ９０を充電するには、オルタネータ８０ではなく、高電圧バッテリ７０からＤＣ−ＤＣコンバータ１００を介して充電する構成をとっている点である（非特許文献１参照）。
【０００５】
なお、モータジェネレータに関しては、界磁巻線方式のモータジェネレータが数多く提案されており、高電圧系バッテリに接続される巻線と低電圧系バッテリに接続される巻線との２つの巻線を有したものが知られている（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−１０５５１２号公報（第１頁、第３頁、図１）
【０００７】
【非特許文献１】
「ＴＯＹＯＴＡ  ＥＳＴＩＭＡ  ＨＹＢＲＩＤ  新型車解説書  品番６１９９４」，トヨタ自動車株式会社サービス部，２００１年６月発行，ｐ０−９，ｐ１−３１
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような従来の電気自動車駆動システムの場合、メインの高圧系と補機用の低圧系とモータジェネレータを２種類備えるか、もしくは１種のモータジェネレータにＤＣ／ＤＣコンバータを別途備える必要がある。従って、取付けスペースが大きくなるほか、コストが高くなるといった問題がある。
【０００９】
さらに界磁巻線方式で２巻線で構成した場合、車両の動力用とし巻線を卷回した場合、モータジェネレータの体格が非常に大きくなり、車両に搭載できないといった問題がある。さらに、界磁巻線方式のため、それぞれの巻線を同時に制御することは難しいという問題も有していた。
【００１０】
そこで、本発明は、磁石界磁方式で、２種類のモータジェネレータを一体化して、省スペース、低コストな電気自動車駆動システムを提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明のモータジェネレータは、複数の永久磁石を保持したロータと、複数のティースを有するステータとを備え、前記複数のティースに別々に卷回されてなる、互いに機械的、電気的に独立した構成の巻線群を２つ以上有することを特徴としている。そして、前記複数のティースは第１のティースと第２のティースとに区分され、前記複数の巻線群は第１の巻線群と第２の巻線群とに区分され、前記第１の巻線群を卷回した前記複数の第１のティース複数個を構成したグループが前記ステータ全体において複数グループ設けられている。さらに、同じグループ内にある前記複数の第１のティースには、同相の電圧が印加される第１の巻線群が、隣接するものとは卷回方向が互いに逆方向となるようにそれぞれ卷回され、隣接する前記複数のグループにはそれぞれ異相の電圧が印加されるとともに、グループとグループの間には前記第２の巻線群を卷回した前記第２のティースが配置されている。
【００１２】
このとき、第２の巻線群の巻線仕様を第１の巻線群の巻線仕様とは相違なる仕様とし、ターン数を第１の巻線群よりも少なくすることによって、第２の巻線群における回生時の発電電圧を第１の巻線群における回生時の発電電圧よりも低くすることができる。よって、例えば、定格回転時において発生する発電電圧を、第１の巻線群では高圧系の高電圧バッテリの電圧とし、第２の巻線群では低圧系の低電圧バッテリの電圧とするようにできる。従って、従来のように高電圧バッテリのためのモータジェネレータの他に、低電圧バッテリのための別のモータジェネレータを備える必要がなく、１種の電圧のみを回生時に発電するモータジェネレータに、ＤＣ／ＤＣコンバータを別途備える必要もなくなる。
【００１３】
また、高電圧バッテリによって第１の巻線群の方で力行をし、モータジェネレータを駆動させ、第２の巻線群の方で回生をし、低電圧バッテリを充電することも可能である。
【００１４】
また、前記２つ以上の巻線群を有するモータジェネレータであって、各々独立した電力変換装置のうち少なくとも２つの電力変換装置が、スイッチング素子で構成されたインバータと、前記インバータのスイッチング素子を駆動するゲートドライブ回路と、前記インバータを制御する制御部と、モータ電流を検出する電流検出センサと、モータの磁極位置を検出する磁極位置検出センサと、電源部とを備え、前記少なくとも２つの電力変換装置が、前記制御部と前記磁極位置検出センサと前記電源部とを共有する。
【００１５】
また、低電圧巻線の発電電圧を最高回転時に定格電圧となるよう設定し、かつ各々の巻線の出力端に接続された電力変換装置を昇圧モードで駆動させる。
【００１６】
また、低電圧巻線の発電電圧を最高回転数の略半分の回転数時に定格電圧となるよう設定し、かつ各々の巻線の出力端に接続された電力変換装置を弱め界磁と強め界磁とを切り替えて駆動させる。
【００１７】
さらに、磁石からの磁路形成部に巻線される制御巻線によって、少なくとも１つの巻線群の出力端に発生する発電電圧を制御する。
【００１８】
さらには、第１の巻線群でモータの回転数を可変し、第２の巻線群の出力端に発生する発電電圧を制御する。
【００１９】
なお、本発明のモータジェネレータは、永久磁石埋込型のロータを用いており、その構造上逆突極性を具備しているので、通電する電流の電流位相を進角させることによって、マグネットトルクに加えて、リラクタンストルクを発生させることができ、より高トルクなモータジェネレータとしている。すなわち、同一出力のモータジェネレータでは、より小型化することができる。
【００２０】
さらに、１つ１つの巻線を集中巻の巻線としており、コイルエンドを分布巻のものに比べて大幅に小さくすることが可能であり、モータジェネレータをより小型化することができる。
【００２１】
また、本発明モータジェネレータの第１の巻線群に発生する電圧については、Ｕ・Ｖ・Ｗ相のそれぞれのグループ内においてその巻線仕様が、隣接する第１のティースと互いに異なる極性となるよう卷回されているので、磁界分布の偏重を緩和することができ、モータジェネレータ駆動時に主巻線に誘起される逆起電圧の波形の歪を低減することができる。このため、ステータコアやロータコアにおける鉄損を低減することができ、また、ロータコア中の永久磁石についても、渦電流の発生が抑えられるため、それによる熱発生が軽減され、永久磁石の減磁を抑止することができ、効率のよいモータジェネレータを実現することができる。
【００２２】
さらに、本発明のモータジェネレータにおいて、前記複数のグループが、それぞれ第１の巻線群を卷回したｎ個（ただし、ｎ≧２の整数）の第１のティースにて構成されており、さらに前記ロータの極数をｐ、前記第１のティースの総数をｔとし、Ｕ・Ｖ・Ｗの３相の第１の巻線群１式を１組とした巻線組数をｓ（ただし、ｐ、ｔ、ｓはともに正の整数）としたときに、
ｐ＝２×ｓ×（±１＋３×ｋ）  かつ  ｐ＞ｔ  （ただし、ｋ≧０の整数）となる関係を満たす構成とすることで、前記第１の巻線群にて構成される各グループ内において隣接する前記複数の第１のティースのそれぞれの巻線が互いに異なる極性となり、磁界分布の偏重を緩和することができ、モータジェネレータ駆動時の第１の巻線群の端子間発生電圧波形の歪を低減することができる。したがって、鉄損の発生を抑制することができ、モータジェネレータの効率を向上させることができる。
【００２３】
さらに、本発明のモータジェネレータにおいて、上記に基づきロータ極数を１０ｑ極、前記第１のティース同士の間に形成されるスロット総数を９ｑ個、前記第２のティース同士の間に形成されるスロット総数を３ｑ個として（ただし何れも、ｑ＝正の整数）、前記第１のティースのロータ対向部角度をθ１［ｒａｄ］、前記第２のティースのロータ対向部角度をθ２［ｒａｄ］とした場合に、
π／１０ｑ＜θ１＜π／５ｑ        および
π／４５ｑ＜θ２＜π／１０ｑ
の関係を満たすことを構成とすることによって、磁束が飽和も少なくより流れやすくなり、トルクがより向上し、一方、巻線に誘起される逆起電圧の波形歪も低減することができ、鉄損を低減し、かつ、永久磁石での渦電流による発熱も抑えて永久磁石の減磁を抑止することができ、モータジェネレータの効率を向上させることができる。
【００２４】
さらにまた本発明のモータジェネレータにおいて、前記ロータのステータ対向面に対向する、前記複数の第１のティースの先端部の周方向端部の近傍に、前記ロータのステータ対向面から離れるように、切除部がそれぞれ設けられた構成とする。このような構成とすることによって、それぞれのティースにおいて急激な磁界変化を緩和することができ、モータジェネレータ駆動時に巻線に発生する逆起電圧の波形を一層正弦波に近づけることが可能となり、トルクリップルおよびコギングトルクを低減させることができる。
【００２５】
本発明のモータジェネレータにおいて、さらにまた、前記第１の巻線群を卷回した前記第１のティースにて構成されるそれぞれのグループにおいて、グループ内の１つ以上の第１のティースの先端部に、１つ以上の凹部を設けた構成とする。また、凹部の形状をほぼ矩形状あるいは円弧状とする。無論、それ以外の形状としてもよい。
【００２６】
この構成によって、第１のティースの先端部における磁極が、見掛け上Ｓ極，Ｎ極，Ｓ極というように細分化されるため、高トルクが得られるとともに、トルクリップルを小さく抑えることができる。
【００２７】
同様に前記第２の巻線群を卷回した前記第２のティースの先端部に、１つ以上の凹部を設けた構成とすることもできる。また、前記第１の巻線群を卷回した前記複数の第１のティースにて構成されたグループとグループの間に、前記複数の第２のティースがロータの磁極ピッチに合った間隔で設けられた構成、あるいは、前記第１の巻線群を卷回した前記複数の第１のティースにて構成されたグループとグループの間に、前記第２の巻線群を卷回した前記複数の第２のティースが等間隔に配置された構成として、第１のティースを多ティース化することで、磁束を有効に活用することができ、高トルク化すなわち高出力化することが可能となる。
【００２８】
さらにまた本発明のモータジェネレータにおいて、前記ロータを、前記複数の永久磁石と、前記永久磁石とほぼ同じ形状を有し、かつ、前記永久磁石の厚さより小さな幅を有する複数のスリットが前記複数の永久磁石のステータ側とは反対側に設けられたロータコアとからなる構成とする。
【００２９】
この構成によって、スリット部において永久磁石により生じる磁束を通過させにくくし、すなわち磁気抵抗を高め、磁気抵抗の低いところとの差をより大きくし、より大きなリラクタンストルクを生じさせることになり、発生トルクを向上させることができる。
【００３０】
さらにまた本発明のモータジェネレータにおいて、前記ロータに備えられる前記複数の永久磁石のそれぞれのステータ側側面と前記ロータのステータ対向面との間の距離が、前記複数の永久磁石のそれぞれの端部よりも中央部の方が大きい形状となる構成として、前記ロータを構成する前記複数の永久磁石の形状を、前記ロータの前記ステータ対向面側とは反対の方向に突出したほぼＶ字状としたり、前記ロータの半径方向に垂直な直線状としたり、前記ロータのステータ対向面側とは反対の方向に突出した円弧状としたりするほか、前記ロータの半径よりも大きな半径を有して前記ロータのステータ対向面側に突出した円弧状とすることもできる。
【００３１】
この構成によって、ロータのステータ対向部において磁束の通りやすい部分と通りにくい部分、すなわち磁気抵抗の比較的低い部分とそれに比べて磁気抵抗の高い部分とを設けることによって、リラクタンストルクを発生させることができ、発生トルクを向上することができる。
【００３２】
また、本発明のモータジェネレータを用いた電気自動車を構成することで、従来のように高圧系と低圧系の２種類のモータジェネレータを備える必要や、１種の電圧のみを回生時に発電するモータジェネレータにＤＣ／ＤＣコンバータを別途備える必要がないので、省スペースでかつ低コストな電気自動車駆動システムを構成することができ、従って、低コストで、車室内をより広く活用することのできる電気自動車を提供することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００３４】
（実施の形態１）
図１〜図３は、本発明の実施の形態１のモータジェネレータを説明するための図であり、図１はモータ主要部を説明するための回転中心軸に垂直な面で断面にした主要部断面図、図２は第１の巻線群のティースに卷回される巻線の卷回方向を説明する展開図、図３は第１および第２の巻線群のそれぞれの結線状態を表す結線図である。
【００３５】
図１において、電磁鋼板を積層して構成したステータコア１は、第１の巻線群４を卷回したティース２と第２の巻線群５を卷回したティース３とを具備している。一方、電磁鋼板を積層して構成したロータコア６に永久磁石７が埋め込まれており、ロータを構成しており、回転中心Ｏの周りに自由に回転可能な状態で第１および第２のティース２，３と僅かなギャップを介して配置されている。このとき、永久磁石７の向きは、それぞれ隣り合うものと異なる磁界方向を向くようにそれぞれ配置されている。
【００３６】
そして、第１の巻線群４を卷回した第１のティース２は全部で９個あるが、Ｕ相の電圧が印加されるグループＩ、Ｖ相の電圧が印加されるグループＩＩ、Ｗ相の電圧が印加されるグループＩＩＩに分けられており、各グループＩ，ＩＩ，ＩＩＩにはそれぞれ３個の第１のティース２が設けられている。また、各グループＩ，ＩＩ，ＩＩＩの間には、第２の巻線群５を卷回した第２のティース３が設けられている。図２において、各グループにおける第１の巻線群４の卷回方向を示す。グループ内両端に位置する第１のティース２に卷回される第１の巻線群４の卷回方向２１に対して、グループ内真中の第１のティース２に卷回される第１の巻線群４の卷回方向２２が逆方向になるようにしている。すなわち、各グループＩ，ＩＩ，ＩＩＩ内の第１のティース２に巻かれる第１の巻線群４の卷回方向は、その属するグループ内において、隣接する第１のティース２とは互いに逆方向になるように第１の巻線群４が卷回され、隣接する第１のティース２の第１の巻線群の極性が互いに反転するようになっている。それぞれの第１のティース２に対する第１の巻線群４は直列に接続されているが、並列に接続することも可能である。同様に、他のグループのそれぞれの第１のティース２に対しても同じ方法で第１の巻線群４が卷回され、各グループは各々Ｕ相，Ｖ相およびＷ相の３相巻線を形成し、電気角で１２０度の位相差で配置されており、スター結線がなされている。よって、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相それぞれのグループＩ，ＩＩ，ＩＩＩ内において、互いに隣接する第１のティース２が互いに異なる極性となっているため、磁界分布の偏重を緩和することができ、モータ駆動時に端子間に発生する逆起電圧の波形の歪を低減することができ、したがって、鉄損を低減することができる。
【００３７】
本実施の形態１においては、各グループＩ，ＩＩ，ＩＩＩはそれぞれ第１の巻線群４を卷回した第１のティース２を３個ずつ備え（つまり、第１のティース２が３叉となり）、Ｕ相・Ｖ相・Ｗ相の巻線一式を１組とした巻線組数が１組となっている。
【００３８】
上記構成において、１つのグループ内における第１のティース２の数（叉数）をｎ（ただし、ｎ≧２の整数）、巻線組数をｓ（ただし、ｓ≧１の整数）、第１のティース２の総本数をｔ、ロータの極数をｐとすると、
ｐ＝２×ｓ（±１＋３×ｋ）      ただし  ｐ＞ｔ                    ・・・（１）
の関係が成り立つ。
【００３９】
上記（１）式を用いると、本実施の形態１のロータ極数ｐは、
ｐ＝２×１（−１＋３×ｋ）
となり、ｋ＝２とすると、
ｐ＝２×１（−１＋３×２）
＝１０
となる。このときのロータ極数ｐと、第１の巻線群４を卷回した第１のティース２の総本数ｔとの関係が
ｐ（＝１０）＞ｔ（＝９）
となることから、本実施の形態１のモータジェネレータは上記（１）式を満たす構成であることがわかる。
【００４０】
ここで、第１の巻線群４を卷回した第１のティース２の１個あたりの角度は、１０極ロータの磁極１個分の角度に合わせて３６度としている。従って、各グループ内には第１のティース２が３個並んでいるので、グループ１つで１０８度となり、それぞれのグループの間には１２度の隙間ができることになる。そこで、この隙間に第２の巻線群５を卷回した第２のティース３を配置した構成としているが、第１の巻線群４によるモータ基本特性の低下は特に起こらない。
【００４１】
第２の巻線群５は、第１の巻線群４の各相の間に電気角で１２０度の位相差で配置され、スター結線がなされており、第１の巻線群４とは独立した状態で、こちらも３相巻線を形成している。しかし、その巻線仕様は第１の巻線群４とは相違なる仕様とし、ターン数を第１の巻線群４よりも少なくし、例えば、第１の巻線群４のターン数を２８８ターン、第２の巻線群５のターン数を１２ターンとし、それぞれの出力は第１の巻線群４においては１０〜３０ｋＷ、第２の巻線群５においては１〜３ｋＷとなるように設定する。
【００４２】
なお、本実施の形態１における、第１の巻線群４および第２の巻線群５の結線状態を図３に示す。図３において、１５ｕ・１５ｖ・１５ｗはそれぞれ第１の巻線群４のＵ・Ｖ・Ｗ相の各出力点であり、１５ｒ・１５ｓ・１５ｔはそれぞれ第２の巻線群５のＵ・Ｖ・Ｗ相の各出力点である。第１の巻線群４は、第１の巻線群４同士が配線１７ａで接続され、第２の巻線群５は、第２の巻線群５同士が配線１７ｂで接続されていることにより、第１の巻線群４と第２の巻線群５はそれぞれ機械的にも電気的にも独立した構成となっている。なお図中の１６ａ、１６ｂは各中性点を示す。
【００４３】
このような構成とすることにより、高電圧バッテリによって第１の巻線群４の方で力行をし（電圧を印可して）、モータジェネレータを駆動させ、第２の巻線群５の方で回生をし（電圧を発生させ）、低電圧バッテリを充電することも可能である。
【００４４】
ここで、第２の巻線群５は第１の巻線群４と比較して、巻線を卷回した第２のティース３の数が少なく設定されているが、第１の巻線群４と比較して出力が小さいので、発電特性は十分確保できる。
【００４５】
また、第１の巻線群４と第２の巻線群５の双方を回生用としたときにも、回生時の発電電圧が第１の巻線群４で高電圧の場合でも、第２の巻線群５の方は低電圧にすることができ、例えば、定格回転時において発生する発電電圧を、第１の巻線群４では高圧系の高電圧バッテリの電圧とし、第２の巻線群５を低圧系の低電圧バッテリの電圧とするようにできる。従って、従来のように低電圧バッテリのためのモータジェネレータを別途備える必要や、モータジェネレータに加えＤＣ／ＤＣコンバータを別途備える必要がない。
【００４６】
また、第２の巻線群５を卷回した第２のティース３のティース幅を適切な幅に設定することで、第２のティース３内の磁束がある程度まで大きくなると、磁気飽和により磁束量が抑えられるので、高速回転時でも第２の巻線群５に発生する発電電圧を低く抑えることができる。
【００４７】
さらに、より高速回転の時でも、第１の巻線群４の方で弱め界磁制御をすることにより、第１の巻線群４の電圧を高圧系の高電圧バッテリの許容電圧まで抑えるとともに、第２の巻線群５の電圧を低電圧バッテリの許容電圧まで抑えることも可能である。
【００４８】
なお、本実施の形態１においては、ロータ極数（ｐ）が１０極、第１の巻線群４を卷回した第１のティース総本数（ｔ）が９（すなわち、９個のスロット）、第２の巻線群５を卷回した第２のティース総本数が３の場合で説明したが、本発明はその場合に限るものではなく、第１のティース総本数（ｔ）とロータの極数（ｐ）の組み合わせは、後述の表１の組み合わせの構成をとってもよい。
【００４９】
さらに、第１の巻線群４を卷回した第１のティース２にて構成される各グループＩ，ＩＩ，ＩＩＩ間の隙間に設ける第２の巻線群５を卷回した第２のティース３の数を、本実施の形態１の構成にて説明したような１個とすることに限らず、複数個備えた構成とする組み合わせも考えられる。その際、第１のティース２同士のピッチを磁石ピッチに合わせるとともに、第２のティース３同士のピッチも磁石ピッチに合わせることも可能であるが、この構成の場合には、互いに隣接し合う第１のティース２と第２のティース３との間隔が、必ずしも磁石ピッチと同一のピッチになるとは限らない。あるいは、第１のティース２同士の間隔、第２のティース同士の間隔、および隣接し合う第１のティース２と第２のティース３との間隔の全てを等間隔に分割することも可能である。
【００５０】
第１の巻線群４を卷回した第１のティース２総本数（ｔ）と、第２の巻線群５を卷回した第２のティース３の総本数と、磁石極数（ｐ）との組み合わせは、第１の巻線群４における電力と、第２の巻線群における電力とのバランスに応じて、最適な組み合わせを設計すればよい。なお、組み合わせの一例を表１に示す。
【００５１】
【表１】
2004215483.tif 000003
【００５２】
図４は、第１のティース２をそれぞれ５個備えたグループＩ，ＩＩ，ＩＩＩの間に、それぞれ２個の第２のティース３が設けられた構成の、第１および第２のティース２，３全てが等間隔のピッチに分割されたモータジェネレータの主要部概略断面図である。なお、この図４においては、第１および第２の巻線群は省略されているが、上述の構成のモータジェネレータと同様に、Ｕ相の電圧が印可されるグループとＶ相の電圧が印可されるグループとＷ相の電圧が印可されるグループとに分けられており、第１の巻線群と第２の巻線群は機械的にも電気的にも独立した構成となっている。ここで図示した構成は、上記表１におけるＮｏ．１５の組み合わせであるが、磁石の極数（ｐ）を大きくした結果、各グループ間の隙間が大きくなり、第２のティース３を設けるためのスペースを大きく取れることがわかる。
【００５３】
本実施の形態１において、ロータ極数は１０極であり、第１の巻線群４を卷回した第１のティース２同士の間に形成されるスロット総数は９個（すなわち第１のティースの総本数）であり、第２の巻線群５を卷回した第２のティース３同士の間に形成されるスロット総数は３個（すなわち第２のティースの総本数）である。
【００５４】
この構成をさらに検討した結果、ロータ極数を１０ｑ極、第１のティース２同士の間に形成されるスロット総数を９ｑ個、第２のティース３同士の間に形成されるスロット総数を３ｑ個として（ただし何れも、ｑ＝正の整数）、第１のティース２のロータ対向部角度をθ１［ｒａｄ］、第２のティース３のロータ対向部角度をθ２［ｒａｄ］とした場合に、
π／１０ｑ＜θ１＜π／５ｑ
π／４５ｑ＜θ２＜π／１０ｑ                            ・・・（２）
となる関係を満足するように設定すれば、磁束が飽和も少なくより流れやすくなり、トルクがより向上するほか、巻線に誘起される逆起電圧の波形歪も低減することができ、鉄損を低減し、かつ、永久磁石での渦電流による発熱も抑えて永久磁石の減磁を抑止することができ、モータジェネレータの効率を向上させることができる。
【００５５】
（実施の形態２）
図５〜図６は、本発明の実施の形態２のモータジェネレータを説明するための図であり、図５は回転中心軸に垂直な面で断面にしたステータコアとその内周面に対向するロータの概略断面図、図６はステータコアを構成するティース形状を説明するためのステータコアの部分拡大図である。
【００５６】
図５に示すように、前述の実施の形態１と同様に、ステータコア３１は、第１の巻線群３４を卷回した第１のティース３２と、第２の巻線群３５を卷回した第２のティース３３とを具備している。第１の巻線群３４を卷回した第１のティース３２は全部で９個あるが、Ｕ相の電圧が印可されるグループＩ、Ｖ相の電圧が印可されるグループＩＩ、Ｗ相の電圧が印可されるグループＩＩＩに分けられており、各グループＩ，ＩＩ，ＩＩＩの間には、第２の巻線群３５を卷回した第２のティース３３が設けられている。また、前述の実施の形態１と同様に、各グループＩ，ＩＩ，ＩＩＩの第１のティース３２に卷回される第１の巻線群３４の卷回方向は、その属するグループ内において、隣接する第１のティース３２とは互いに逆方向になるように第１の巻線群３４が卷回され、隣接する第１のティース３２の第１の巻線群の極性が互いに反転するようになっている。このとき、それぞれの第１のティース３２に対する第１の巻線群３４は直列に接続されているが、並列に接続することも可能である。同様に、他のグループのそれぞれの第１のティース３２に対しても同じ方法で第１の巻線群３４が卷回され、各グループは各々Ｕ相，Ｖ相およびＷ相の３相巻線を形成し、電気角で１２０度の位相差で配置されており、スター結線がなされている。そして、永久磁石埋込型ロータ３６が回転中心Ｏの周りに自由に回転可能な状態で第１および第２のティースと僅かなギャップを介して配置されている。なお、このとき、永久磁石７の向きはそれぞれ隣り合うものと異なる磁界方向を向くようにそれぞれ配置されている。
【００５７】
そして、前述の実施の形態１と同様に、ロータ極数を１０ｑ極、第１のティース３２同士の間に形成されるスロット総数を９ｑ個、第２のティース３３同士の間に形成されるスロット総数を３ｑ個として（ただし何れも、ｑ＝正の整数）、第１のティース３２のロータ対向部角度をθ１［ｒａｄ］、第２のティース３３のロータ対向部角度をθ２［ｒａｄ］とした場合に、前述の（２）式を満足するように設定されている。
【００５８】
図６は、図５の第１のティース３２の部分拡大図であり、図６について説明する。ステータコア３１を構成する第１のティース３２の先端部４１のそれぞれの周方向端部において、ロータ３６のステータ対向面４２に対向する第１のティース３２の先端部４１のロータ対向面が、それぞれの周方向端部の近傍でロータ３６のステータ対向面４２から離れるような切除部４３，４４を有する形状に形成されている。なお、切除部４３と切除部４４のそれぞれの大きさはほぼ同等になるように形成するのがよい。
【００５９】
本実施の形態２においては、第１のティース３２のすべて先端部が同様な形状を有するように形成されてステータコア３１を構成している。第１のティース３２のそれぞれの先端部をこのような形状にすることにより、それぞれの第１のティース３２における急激な磁界変化を緩和することができるため、逆起電圧の波形を一層正弦波に近づけることになり、トルクリップルおよびコギングトルクを低減させる。
【００６０】
以上のように本実施の形態２によれば、第１のティースの先端部のロータ対向面が、その先端部のそれぞれの周方向端部近傍においてロータ３６のステータ対向面から離れるような形状を有するように形成することによって、それぞれの第１のティース３２における急激な磁界変化を緩和することができるため、高トルクを発生させることができると同時に、発生電圧の波形をより正弦波に近づけ、トルクリップルおよびコギングトルクを低減させることができ、さらに、発生電圧の歪を抑えることができ、したがって、鉄損も抑えられ、非常に効率のよいモータジェネレータを実現することができる。
【００６１】
このような構成とすることにより、上記実施の形態１と同様に、高電圧バッテリによって第１の巻線群３４の方で力行をし（電圧を印可して）、モータジェネレータを駆動させ、第２の巻線群３５の方で回生をし（電圧を発生させ）、低電圧バッテリを充電することも可能である。
【００６２】
ここで、第２の巻線群３５は第１の巻線群３４と比較して、巻線を卷回した第２のティース３３の数が少なく設定されているが、第１の巻線群３４と比較して出力が小さいので、発電特性は十分確保できる。
【００６３】
また、第１の巻線群３４と第２の巻線群３５の双方を回生用としたときにも、回生時の発電電圧が第１の巻線群３４で高電圧の場合でも、第２の巻線群３５の方は低電圧にすることができ、例えば、定格回転時において発生する発電電圧を、第１の巻線群３４では高圧系の高電圧バッテリの電圧とし、第２の巻線群３５を低圧系の低電圧バッテリの電圧とするようにできる。従って、従来のように低電圧バッテリのためのモータジェネレータを別途備える必要や、モータジェネレータに加えＤＣ／ＤＣコンバータを別途備える必要がない。
【００６４】
また、第２の巻線群３５を卷回した第２のティース３３のティース幅を適切な幅に設定することで、第２のティース３３内の磁束がある程度まで大きくなると、磁気飽和により磁束量が抑えられるので、高速回転時でも第２の巻線群３５に発生する発電電圧を低く抑えることができる。
【００６５】
さらに、より高速回転の時でも、第１の巻線群３４の方で弱め界磁制御をすることにより、第１の巻線群３４の電圧を高圧系の高電圧バッテリの許容電圧まで抑えるとともに、第２の巻線群３５の電圧を低電圧バッテリの許容電圧まで抑えることも可能である。
【００６６】
（実施の形態３）
図７（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明の実施の形態３のモータを説明するための図であり、ステータコアの概略上面図である。
【００６７】
図７（ａ）に示すように、前述の実施の形態１と同様に、ステータコア５１は、第１の巻線群５４を卷回した第１のティース５２と、第２の巻線群５５を卷回した第２のティース５３とを具備している。第１の巻線群５４を卷回した第１のティース５２は全部で９個あるが、Ｕ相の電圧が印可されるグループＩ、Ｖ相の電圧が印可されるグループＩＩ、Ｗ相の電圧が印可されるグループＩＩＩに分けられており、各グループＩ，ＩＩ，ＩＩＩの間には、第２の巻線群５５を卷回した第２のティース５３が設けられている。また、前述の実施の形態１と同様に、各グループＩ，ＩＩ，ＩＩＩの第１のティース５２に卷回される第１の巻線群５４の卷回方向は、その属するグループ内において、隣接する第１のティース５２とは互いに逆方向になるように第１の巻線群５４が卷回され、隣接する第１のティース５２の第１の巻線群の極性が互いに反転するようになっている。このとき、それぞれの第１のティース５２に対する第１の巻線群５４は直列に接続されているが、並列に接続することも可能である。同様に、他のグループのそれぞれの第１のティース５２に対しても同じ方法で第１の巻線群５４が卷回され、各グループは各々Ｕ相，Ｖ相およびＷ相の３相巻線を形成し、電気角で１２０度の位相差で配置されており、スター結線がなされている。そして、永久磁石埋込型ロータ（図示せず）が回転中心Ｏの周りに自由に回転可能な状態で第１および第２のティースと僅かなギャップを介して配置されている。なお、このとき、永久磁石（図示せず）の向きは、前記実施の形態１および２と同様に、それぞれ隣り合うものと異なる磁界方向を向くようにそれぞれ配置されている。
【００６８】
そして、前述の実施の形態１と同様に、ロータ極数を１０ｑ極、第１のティース５２同士の間に形成されるスロット総数を９ｑ個、第２のティース５３同士の間に形成されるスロット総数を３ｑ個として（ただし何れも、ｑ＝正の整数）、第１のティース５２のロータ対向部角度をθ１［ｒａｄ］、第２のティース５３のロータ対向部角度をθ２［ｒａｄ］とした場合に、前述の（２）式を満足するように設定されている。
【００６９】
ここで、第１のティース５２の先端部の形状について詳細を説明する。各グループＩ，ＩＩ，ＩＩＩの中央部にある第１のティース５２の先端部のロータ（図示せず）に対向する面に、そのロータ対向面の周方向の長さが概略３等分されるような形でほぼ矩形形状の凹部５６が、略３等分された対向面の中央部分に形成されている。第１のティース５２に凹部５６を形成することによって、第１のティース５２に巻かれた第１の巻線群５４によって第１のティース５２がたとえばＳ極に励磁されたとき、凹部５６は見掛け上Ｎ極であるかのように振舞う。したがって、凹部５６によって第１のティース５２の先端部における磁極が、見掛け上Ｓ極，Ｎ極およびＳ極に細分化されたものとなる。他のグループのそれぞれ中央部にある第１のティース５２にも同様の凹部が形成されており、それぞれについても、それら第１のティースの先端部における磁極が見掛け上Ｓ極，Ｎ極，Ｓ極に細分化される。これによって、高トルクを発生させると同時に、トルクリップルを小さく抑えることができる。
【００７０】
なお、凹部の数は１個に限ることはなく、図７（ｂ）に示すように、第１のティース５７の先端部に２個の凹部５８ａ，５８ｂを形成してもよいし、さらに、３個以上であってもよい。また、凹部の形状は、矩形形状に限るものではなく、図７（ｃ）に示すように、たとえば円弧状の凹部５９であってもよく、当然複数個の円弧状凹部でもよい。また、凹部が形成される第１のティース５２は、それぞれのグループの中央部に位置するものだけに限ることはなく、１つのグループ内の他の第１のティース５２に同様の凹部を設けた構成としてもよいし、第１のティースのみならず、第２のティースの先端部にも同様に凹部を設けた構成としてもよい。
【００７１】
また、前述の実施の形態２における、第１のティース先端部の周方向端部に設けた切除部を、本実施の形態３のそれぞれの第１のティース５２の先端部に凹部と併せて形成することも可能である。
【００７２】
以上のように本実施の形態３によれば、３つのグループＩ，ＩＩ，ＩＩＩのそれぞれの中央部にある第１のティース５２の先端部に１個または複数の矩形状あるいは円弧状の凹部を形成することによって、前述の実施の形態１と同様に、マグネットトルク以外にリラクタンストルクも活用して、高トルクを発生させることができ、同時に、トルクリップルも抑えることができ、さらに、発生電圧の歪を抑えることができ、したがって、鉄損を抑え、永久磁石の減磁も抑止することができて、非常に効率のよいモータジェネレータを実現することができる。
【００７３】
このような構成とすることにより、上記実施の形態１ならびに実施の形態２と同様に、高電圧バッテリによって第１の巻線群５４の方で力行をし（電圧を印可して）、モータジェネレータを駆動させ、第２の巻線群５５の方で回生をし（電圧を発生させ）、低電圧バッテリを充電することも可能である。
【００７４】
ここで、第２の巻線群５５は第１の巻線群５４と比較して、巻線を卷回した第２のティース５３の数が少なく設定されているが、第１の巻線群５４と比較して出力が小さいので、発電特性は十分確保できる。
【００７５】
また、第１の巻線群５４と第２の巻線群５５の双方を回生用としたときにも、回生時の発電電圧が第１の巻線群５４で高電圧の場合でも、第２の巻線群５５の方は低電圧にすることができ、例えば、定格回転時において発生する発電電圧を、第１の巻線群５４では高圧系の高電圧バッテリの電圧とし、第２の巻線群５５を低圧系の低電圧バッテリの電圧とするようにできる。従って、従来のように低電圧バッテリのためのモータジェネレータを別途備える必要や、モータジェネレータに加えＤＣ／ＤＣコンバータを別途備える必要がない。
【００７６】
また、第２の巻線群５５を卷回した第２のティース５３のティース幅を適切な幅に設定することで、第２のティース５３内の磁束がある程度まで大きくなると、磁気飽和により磁束量が抑えられるので、高速回転時でも第２の巻線群５５に発生する発電電圧を低く抑えることができる。
【００７７】
さらに、より高速回転の時でも、第１の巻線群５４の方で弱め界磁制御をすることにより、第１の巻線群５４の電圧を高圧系の高電圧バッテリの許容電圧まで抑えるとともに、第２の巻線群５５の電圧を低電圧バッテリの許容電圧まで抑えることも可能である。
【００７８】
（実施の形態４）
図８（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）はそれぞれロータコアに埋め込まれる永久磁石の形状およびロータコアの他の例を示す断面図である。
【００７９】
上記実施の形態１〜３において、ロータは、ロータコアとロータコアに周方向に等間隔に埋め込まれた複数のほぼＶ字状の永久磁石とで構成され、ロータのステータ対向面がステータのロータ対向面（つまり第１および第２のティースのそれぞれの先端部のロータ対向面）に僅かなギャップを有して、回転軸中心Ｏの周りに回転可能な状態で配置されている。
【００８０】
永久磁石の形状は、たとえば、図８（ａ）に示すような、半径方向に垂直な直線状の永久磁石６１、図８（ｂ）に示すような、ステータ側とは反対側の方向に突出した円弧状の永久磁石６２、あるいは、図８（ｃ）に示すような、ステータ側に突出して、かつ、ロータコア６３の半径以上の半径を有する円弧状の永久磁石６４であってもよい。またロータは、図８（ｄ）に示すように、ロータコア６３に埋め込まれる永久磁石６５と、永久磁石６５の位置よりもステータ（図示せず）側とは反対側に永久磁石６５にほぼ同じような形状で、かつ、永久磁石６５の厚さより小さな幅を有するスリット６６が設けられたロータコア６３からなるように構成されてもよい。
【００８１】
図８（ｄ）に示すように、永久磁石６５の近傍にスリット６６を配設することによって、スリット部６６によって磁束を通過させにくくし、ｄ軸インダクタンスを減少させて、ｑ軸インダクタンスとの差をより大きくし、より大きなリラクタンストルクを生じさせることになり、モータとしての発生トルクを増加させることができる。そして、このスリット付ロータコア６３の場合においても、永久磁石の形状は、図８（ａ）〜図８（ｃ）にそれぞれ示された直線状、ステータ側とは反対側の方向に突出した円弧状、あるいは、ステータ側に突出した円弧状であってもよい。
【００８２】
以上のように本実施の形態４によれば、ステータのそれぞれのティースおよびそれに卷回された第１の巻線群をＵ相，Ｖ相およびＷ相の３グループに分け、同じグループ内の隣接する巻線の極性が異なる構成とし、さらに、ロータのステータ対向面とステータ側側面との距離がステータ側側面の端部よりも中央部の方が大きくなるような形状の永久磁石が埋め込まれたロータの構成とすることによって、マグネットトルク以外にリラクタンストルクも活用することになり、高トルクを発生させることができ、同時に、発生電圧の歪を抑え、したがって、鉄損を抑え、永久磁石の減磁も抑止することができ、非常に効率のよいモータジェネレータを実現することができる。
【００８３】
このような構成とすることにより、上記実施の形態１〜実施の形態３と同様に、高電圧バッテリによって第１の巻線群（図示せず）の方で力行をし（電圧を印可して）、モータジェネレータを駆動させ、第２の巻線群（図示せず）の方で回生をし（電圧を発生させ）、低電圧バッテリを充電することも可能である。
【００８４】
このとき、上記第２の巻線群を卷回した第２のティース（図示せず）の数を、上記第１の巻線群を卷回した第１のティース（図示せず）の数と比較して少なく設定しても、上記第２の巻線群は上記第１の巻線群と比較して出力が小さいので、発電特性は十分確保できる。
【００８５】
また、上記第１の巻線群と上記第２の巻線群の双方を回生用としたときにも、回生時の発電電圧が上記第１の巻線群で高電圧の場合でも、上記第２の巻線群の方は低電圧にすることができ、例えば、定格回転時において発生する発電電圧を、上記第１の巻線群では高圧系の高電圧バッテリの電圧とし、上記第２の巻線群を低圧系の低電圧バッテリの電圧とするようにできる。従って、従来のように低電圧バッテリのためのモータジェネレータを別途備える必要や、モータジェネレータに加えＤＣ／ＤＣコンバータを別途備える必要がない。
【００８６】
また、上記第２の巻線群を卷回した上記第２のティースのティース幅を適切な幅に設定することで、上記第２のティース内の磁束がある程度まで大きくなると、磁気飽和により磁束量が抑えられるので、高速回転時でも上記第２の巻線群に発生する発電電圧を低く抑えることができる。
【００８７】
さらに、より高速回転の時でも、上記第１の巻線群の方で弱め界磁制御をすることにより、上記第１の巻線群の電圧を高圧系の高電圧バッテリの許容電圧まで抑えるとともに、上記第２の巻線群の電圧を低電圧バッテリの許容電圧まで抑えることも可能である。
【００８８】
（実施の形態５）
また、上述の実施の形態１〜実施の形態３においては、ロータがステータの内側にある構造のいわゆるインナロータ型モータジェネレータについて説明しているが、ロータがステータの外側にあるいわゆるアウタロータ型モータジェネレータの構造としてもよいのは言うまでもない。以下、図９を用いて、永久磁石埋込型アウタロータ型モータジェネレータについて説明する。
【００８９】
図９において、ステータは、第１の巻線群１１４を卷回した第１のティース１１２を９個備えており、これら第１のティース１１２は３個ずつを１つのグループとしてステータ全体において合計３つのグループが形成されている。各グループには、前述の実施の形態１〜実施の形態３と同様に、１つのグループにＵ相の電圧が印可され、２つ目のグループにＶ相の電圧が印可され、３つ目のグループにはＷ相の電圧が印可されるとともに、各グループ内における第１のティース１１２に卷回させる第１の巻線群１１４の卷回方向は、隣接し合うもの同士が逆方向に卷回される構成となっている。さらに、各グループ間には、第２の巻線群１１５を卷回した第２のティース１１３が形成されており、電気角で１２０度の位相差で配置され、スター結線がなされている。
【００９０】
そしてこのステータにおける第１および第２のティース１１２，１１３のそれぞれの先端部と僅かなギャップを有して、ステータの半径方向外側にほぼＶ字上の形状をした永久磁石１１７が埋め込まれたロータコア１１６が設けられており、回転中心Ｏの周りに自由に回転可能な状態で配置されている。
【００９１】
このような構成のアウタロータ型モータジェネレータを用いれば、上記実施の形態１〜実施の形態３と同様に、高電圧バッテリによって第１の巻線群１１４の方で力行をし（電圧を印可して）、モータジェネレータを駆動させ、第２の巻線群１１５の方で回生をし（電圧を発生させ）、低電圧バッテリを充電することも可能である。
【００９２】
このとき、第２の巻線群１１５を卷回した第２のティース１１３の数を、第１の巻線群１１４を卷回した第１のティース１１２の数と比較して少なく設定しても、第２の巻線群１１５は第１の巻線群１１４と比較して出力が小さいので、発電特性は十分確保できる。
【００９３】
また、第１の巻線群１１４と第２の巻線群１１５の双方を回生用としたときにも、回生時の発電電圧が第１の巻線群１１４で高電圧の場合でも、第２の巻線群１１５の方は低電圧にすることができ、例えば、定格回転時において発生する発電電圧を、第１の巻線群１１４では高圧系の高電圧バッテリの電圧とし、第２の巻線群１１５を低圧系の低電圧バッテリの電圧とするようにできる。従って、従来のように低電圧バッテリのためのモータジェネレータを別途備える必要や、モータジェネレータに加えＤＣ／ＤＣコンバータを別途備える必要がない。
【００９４】
また、第２の巻線群１１５を卷回した第２のティース１１３のティース幅を適切な幅に設定することで、第２のティース１１３内の磁束がある程度まで大きくなると、磁気飽和により磁束量が抑えられるので、高速回転時でも第２の巻線群１１５に発生する発電電圧を低く抑えることができる。
【００９５】
さらに、より高速回転の時でも、第１の巻線群１１４の方で弱め界磁制御をすることにより、第１の巻線群１１４の電圧を高圧系の高電圧バッテリの許容電圧まで抑えるとともに、第２の巻線群１１５の電圧を低電圧バッテリの許容電圧まで抑えることも可能である。
【００９６】
なお、第１のティース１１２の先端部の周方向端部に上記実施の形態２にて説明したのと同様の切除部を設けた構成とすることも可能であり、同先端部に上記実施の形態３にて説明したのと同様の凹部を設けることも可能である。またロータを、上記実施の形態４にて説明したような直線状や円弧状といった形状の永久磁石を備えた構成としてもよい。
【００９７】
（実施の形態６）
図１０は本発明の実施の形態６における、機械的・電気的に独立した構造の２種類の巻線を備えたモータジェネレータを搭載したハイブリッド自動車の構成を示す概略図である。
【００９８】
図１０において、８はエンジン、１１０は電気モータで、動力切替機構１０を介してタイヤにエンジン８もしくは電気モータ１１０あるいはエンジン８と電気モータ１１０両方の動力を伝達している。電気モータ１１０は２つの独立した巻線を有するモータで、当該モータとしては既に述べた実施の形態１〜５に記載の各モータジェネレータを用いることができる。前記機械的・電気的に独立した２種類の巻線のうち、１つの巻線の端部は電力変換装置１２１を介して高電圧バッテリ７０に接続されており、もう１つの巻線の端部は電力変換装置１２２を介して低電圧バッテリ９０に接続されているが、モータの構造上、２種類の巻線は機械的・電気的に独立していることから、絶縁は容易に確保できる。
【００９９】
１つの巻線は高電圧バッテリ７０に接続されており、この巻線による動力で車両を走行させる。もう１つの巻線は低電圧バッテリ９０に接続されており、低電圧バッテリ７０を充電する発電機として制御する。
【０１００】
このように接続することで、モータで走行中であっても、低電圧バッテリ９０を充電することも可能となり、オルタネータ、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の別部品を用意しなくても低電圧バッテリ９０を充電することが可能となり、低コスト、省スペース化に寄与できる。
【０１０１】
また、図１７に示す従来構成のものにあるように、高電圧バッテリ７０からＤＣ−ＤＣコンバータ１００を介して低電圧バッテリ９０を充電するシステムでは、高電圧バッテリ７０が何らかの原因で故障した場合、低電圧バッテリ９０の負荷状況によっては、低電圧バッテリ９０が放電されてしまい、車両の走行が不能となる可能性がある。しかしながら、本実施の形態６によれば、高電圧系と低電圧系が独立しているため、高電圧系の故障が発生しても、安定して低電圧を供給できるため、低電圧電源のバックアップとしての機能も併せ持つことになる。
【０１０２】
図１０は機械的・電気的に独立した巻線が２つ（２種）の形態で説明したが、図１１は機械的・電気的に独立した巻線が３つ（３種）の形態についての説明図である。図１０において、９０は１２Ｖの電源、１３０は４２Ｖの電源、７０は２４０Ｖの電源であり、これらの複数の異なる電源を搭載した車両において、一番高い電圧の２４０Ｖは車両駆動用のモータとしての電源、４２Ｖはエアコン、パワーステアリング等の比較的消費電力の大きい負荷用の電源、１２Ｖはランプ、オーディオ等の比較的消費電力の小さな負荷用の電源である。負荷容量に応じた電源を設定することで、各機器の効率の良い領域で使用することができ、機器の小型・軽量化につながる。
【０１０３】
各電源に専用の発電機を搭載したのでは、その発電機の搭載スペースや重量増加となり、電源電圧を多様にもつメリットがなくなる。しかし、本実施の形態６によれば、発電機用のスペースを個別に確保する必要がなく、１２Ｖ系、４２Ｖ系、および２４０Ｖを個々に充電制御することが可能となる。
【０１０４】
ここで、機械的・電気的に独立した３つの巻線のうち２つの巻線は、前述の２種類の巻線を備えたモータの構成と同様に、ステータに設けられた２種類のティースに巻線を施し、残りの１巻線を前記機械的・電気的に独立した２つの巻線のうちのいずれかと重ねて巻くものとする。
【０１０５】
（実施の形態７）
図１２は本発明の実施の形態７における、モータジェネレータを搭載したハイブリッド自動車の構成を示す概略図である。
【０１０６】
図１２において、８はエンジン、１１０は電気モータで、動力切替機構１０を介してタイヤにエンジン８もしくは電気モータ１１０あるいはエンジン８と電気モータ１１０両方の動力を伝達している。電気モータ１１０は２つの独立した巻線を有するモータで、当該モータとしては既に述べた実施の形態１〜４に記載の各モータジェネレータを用いることができる。２つの独立した巻線のうち、１つの巻線の端部は電力変換装置１２６を介して高電圧バッテリ７０に接続されている。もう１つの巻線の端部は電力変換装置１２７を介して低電圧バッテリ９０に接続されている。
【０１０７】
図１２のように構成された本実施の形態７のシステムにおいて、それぞれの電力変換装置はインバータで構成されている。本システムは図１３に示したように、スイッチング素子で構成されたインバータ１４１、１４２と、インバータのスイッチング素子を駆動するゲートドライブ回路１５１、１５２と、インバータを制御する制御部１６０と、モータ電流を検出する電流検出センサ１７１、１７２と、モータの磁極位置を検出する位置検出センサ１８０と、電源部１９０とを備えている。
【０１０８】
入出力インターフェイス２００よりモータへの指令が入力され、モータに流れる電流、モータの磁極位置、を電流検出センサ１７１，１７２、位置検出センサ１８０より制御部１６０へ入力し、上記各センサ入力に応じて、先の指令通りにモータを制御するための演算を制御部１６０で行い、その結果をゲートドライブ回路１５１，１５２を介して、インバータ１４１，１４２を構成するスイッチング素子を駆動してモータを制御する。制御部１６０がマイクロプロセッサで構成されていれば、２つ目以上の巻線、すなわちモータを制御するため、図１１のように、制御部１６０と磁極位置センサ１８０と電源部１９０とを共有することができ、２つのモータを独立に制御する場合に比べて構成部品点数が削減でき、コスト低減、サイズの小型化に寄与できる。
【０１０９】
（実施の形態８）
以下、本発明の実施の形態８について説明する。先に述べた実施の形態６，７のシステム構成を前提に説明する。
【０１１０】
モータが発生する発電電圧はモータの回転数に応じて発生する。例えば、１０００ｒ／ｍｉｎで１０Ｖ、モータに電圧が発生していれば、１００００ｒ／ｍｉｎで１００Ｖの電圧が発生することになる。車両駆動用のメインモータ、すなわち高電圧用巻線は車両の高速性能を確保するため、１００００ｒ／ｍｉｎ近くまで回転させなければいけない。一方、低電圧用巻線発電機は一定電圧、例えば、１４Ｖとなるように制御する必要がある。そこで、１００００ｒ／ｍｉｎ時に定格電圧１４Ｖを発生するように低電圧巻線を設計し、電力変換装置をインバータで構成する。そうすれば、１００００ｒ／ｍｉｎより低い回転数では、１４Ｖ以下の発電電圧しか発生しない。そこで、インバータを昇圧モードで制御することで、一定電圧１４Ｖを確保する。図１４に電力変化装置をインバータで構成した一例の構成図を示す。
【０１１１】
上記のように構成することで、インバータのスイッチング素子が従来６個必要としたものが３個で構成でき、部品点数の削減、コスト削減、小型化に寄与することができる。
【０１１２】
（実施の形態９）
以下、本発明の実施の形態９について説明する。先に述べた実施の形態６，７のシステム構成を前提に説明する。
【０１１３】
モータが発生する発電電圧はモータの回転数に応じて発生する。例えば、１０００ｒ／ｍｉｎで１０Ｖ、モータに電圧が発生していれば、１００００ｒ／ｍｉｎで１００Ｖの電圧が発生することになる。車両駆動用のメインモータ、すなわち高電圧用巻線は車両の高速性能を確保するため、１００００ｒ／ｍｉｎ近くまで回転させなければいけない。一方、低電圧用巻線発電機は一定電圧、例えば、１４Ｖとなるように制御する必要がある。しかし、０〜１００００ｒ／ｍｉｎ程度に変化する回転数の中で、仮に１０００ｒ／ｍｉｎで１０Ｖ発生するよう低電圧巻線を設計すれば０Ｖ〜１００Ｖの電圧が発生しその電圧を一定電圧１４Ｖに制御する必要がある。一定電圧に制御するためには、発生電圧のダイナミックレンジは小さいほど制御性がよい。そこで、略半分の回転数５０００ｒ／ｍｉｎで、定格電圧１４Ｖが発生するように巻線を設計し、電力変換装置をインバータで構成する。
【０１１４】
定格電圧を超える回転範囲では弱め界磁制御、下回る回転範囲では強め界磁制御を行う。このように制御状態を切り替えることで、発生電圧が定格電圧より低い範囲では、強め界磁を行って発生電圧を高くし、発生電圧が定格電圧より高い範囲では弱め界磁を行って発生電圧を低く制御することで、ダイナミックレンジを見かけ上半分に抑え、制御性を向上させる。
【０１１５】
ここでは、発生電圧の制御にインバータを用いて界磁制御を行う方法について説明したが、制御巻線に電流を通電して磁石からの磁気抵抗を変化させ、その結果、第２の巻線に発生する電圧を制御しても、同様な効果を得ることができる。
【０１１６】
（実施の形態１０）
以下、本発明の実施の形態１０について説明する。図１５において、４は第１の巻線群で、電力変換装置３０を介して高電圧バッテリ７０へ接続される。５は第２の巻線群で整流器３００を介して低電圧バッテリ９０へと接続されている。
【０１１７】
第１の巻線群４をモータ（力行）、第２の巻き線群５をジェネレータ（回生）として動作させ、低電圧バッテリ９０の電圧が一定になるように、第１の巻線群４の電力を制御してモータの回転数を調整することで、低電圧バッテリ９０の負荷状況にかかわらず、一定電圧に制御することが可能となる。
【０１１８】
なお、第１の巻線群４でモータを回転（力行）させ、回転のエネルギーを利用して発電電力を制御できるため、高速で回転させればさせるほど、小型化できるモータジェネレータを提供することができる。
【０１１９】
なお、上記実施の形態１〜１０のモータジェネレータをＰＥＶ（Ｐｕｒｅ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ：純粋電気自動車）や、ＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ：ハイブリッド電気自動車）、ＦＣＥＶ（Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ：燃料電池自動車）等の自動車駆動用モータとして使用することにより、従来のように高圧系と低圧系の２種類のモータジェネレータを備える必要やＤＣ−ＤＣコンバータを別途備える必要がなくなるので、省スペースでかつ低コストな電気自動車駆動システムにすることができ、従って、低コストで、車室内をより広く活用することのできる電気自動車を提供することができる。
【０１２０】
【発明の効果】
以上のように本発明のモータジェネレータは、互いに電気的・機械的に独立した第１の巻線群と第２の巻線群とがそれぞれ卷回された第１のティースと第２のティースを有するステータと、ロータコアに複数の永久磁石が埋め込まれてなるロータとを備え、第１の巻線群を卷回した複数の第１のティースを１つのグループとしてステータ全体において複数のグループに区分し、同じグループ内において隣接する第１のティースの巻線の卷回方向を互いに逆方向とした構成を有する。そして、第２のティースに卷回される第２の巻線群を第１の巻線群とは相違なる巻線仕様にすることによって、回生時の発電電圧が第１の巻線群で高電圧の場合でも、第２の巻線群の方は低電圧にすることができ、例えば、定格回転時において発生する発電電圧を、第１の巻線群では高圧系の高電圧バッテリの電圧とし、第２の巻線群では低圧系の低電圧バッテリの電圧とするようにできるので、高電圧バッテリ用と低電圧バッテリ用の２つのモータジェネレータを備える必要や、単体のモータジェネレータにＤＣ−ＤＣコンバータを別途備えた構成とする必要がなくなり、省スペース、低コストな駆動システムを提供することができる。
【０１２１】
また、高電圧バッテリによって第１の巻線群の方で力行をし、モータジェネレータを駆動させ、第２の巻線群の方で回生をし、低電圧バッテリを充電することも可能である。
【０１２２】
ここで、第２の巻線群を卷回した第２のティースの数は、第１の巻線群を卷回した第１のティースの数と比較して少なく設定されているが、第２の巻線群は第１の巻線群と比較して出力が小さいので、発電特性は十分確保できる。
【０１２３】
また、第１の巻線群を卷回した第１のティースの数と、ロータの磁極数の組み合わせを選択的に最適化することで、第１の巻線群を卷回した第１のティースにて構成される各グループ同士の隙間を大きくとれ、第２の巻線を卷回した第２のティースのティース幅を大きくあるいは、第２のティ−スの数を増やすことができる。このような構成にすることで、第２の巻線群での電力を大きく取り出すことが可能となる。
【０１２４】
また、第２の巻線群を卷回した第２のティースのティース幅を適切な幅に設定することで、高速回転時でも第２の巻線群に発生する発電電圧を低く抑えることができる。
【０１２５】
さらに、より高速回転の時でも、第１の巻線群の方で弱め界磁制御をすることにより、第１の巻線群の電圧を高圧系の高電圧バッテリの許容電圧まで抑えるとともに、第２の巻線群の電圧も低電圧バッテリの許容電圧まで抑えることも可能である。
【０１２６】
さらにまた、永久磁石埋込型集中巻きモータとして高トルクを発生させるとともに、第１の巻線群を卷回した第１のティースを複数個備えた各グループ内において、隣接する第１のティース同士が互いに異なる極性であるため、磁界分布の偏重を緩和することができ、モータ駆動時の端子間発生電圧の歪を抑えることができ、鉄損を低減させることができる。また、永久磁石における渦電流による熱発生が小さくなり、永久磁石の減磁も抑止することができ、非常に効率の高いモータジェネレータを提供することができる。
【０１２７】
また、本発明のモータジェネレータは、機械的・電気的に独立した巻線群を２つ以上有する構成であって、各々独立した電力変換装置のうち少なくとも２つの電力変換装置が、制御部と磁極位置検出センサと電源部とを共有し、また電力変換装置にインバータを用いることで、部品の共有化が図れ、コスト低減、サイズの小型化に寄与できる。
【０１２８】
また、低電圧用の巻線の発電電圧を高速回転数で定格電圧を発生するよう設計することで、インバータを昇圧モードで構成でき、スイッチング素子数を半減でき、コスト低減、サイズの小型化に寄与できる。
【０１２９】
また、低電圧用の巻線の発電電圧を最高回転数の略半分で定格電圧を発生するよう設計することで、弱め界磁、強め界磁と制御を切り替えることで制御するレンジを見かけ上半分にすることができ、発電電圧を一定値に制御しやすく制御性向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるモータジェネレータ主要部を説明するための主要部概略断面図
【図２】同実施の形態における巻線の卷回方向を説明するための概略展開図
【図３】同実施の形態における各巻線群同士の結線状態を示す結線図
【図４】ティース数の組み合わせの一例を示すモータジェネレータの主要部概略断面図
【図５】本発明の実施の形態２におけるモータジェネレータ主要部を説明するための主要部概略断面図
【図６】同実施の形態におけるステータコアを説明するための部分拡大図
【図７】（ａ）は本発明の実施の形態３におけるステータコアを説明するための概略断面図
（ｂ）は同実施の形態における凹部の形成方法の一例を示す部分図
（ｃ）は同実施の形態における凹部の形状の一例を示す部分図
【図８】（ａ）は本発明の実施の形態４における永久磁石の形状の一例を説明するためのロータの概略断面図
（ｂ）は同実施の形態における永久磁石の別の形状を説明するためのロータの概略断面図
（ｃ）は同実施の形態における永久磁石のさらに別の形状を説明するためのロータの概略断面図
（ｄ）は同実施の形態におけるロータコアの形状の一例を示すロータの概略断面図
【図９】本発明の実施の形態５におけるアウタロータ型モータジェネレータを説明するための主要部概略断面図
【図１０】本発明の実施の形態６におけるハイブリッド自動車の構成を示す概略図
【図１１】同実施の形態における別のハイブリッド自動車の構成を示す概略図
【図１２】本発明の実施の形態７におけるハイブリッド自動車の構成を示す概略図
【図１３】同実施の形態における電力変換装置の構成を示すブロック図
【図１４】本発明の実施の形態８における電力変換装置の構成を示すブロック図
【図１５】本発明の実施の形態１０における各巻線群の接続状態を示すブロック図
【図１６】モータジェネレータを搭載した従来のハイブリッド自動車の構成を示す概略図
【図１７】モータジェネレータとＤＣ−ＤＣコンバータを搭載した従来のハイブリッド自動車の構成を示す概略図
【符号の説明】
１  ステータコア
２  第１のティース
３  第２のティース
４  第１の巻線群
５  第２の巻線群
６  ロータコア
７  永久磁石
２１  第１の巻線群の卷回方向を示す矢印
２２  別の第１の巻線群の卷回方向を示す矢印
４１  ティース先端部
４２  ロータにおけるステータとの対向面
４３  切除部
４４  切除部
５６  第１のティース先端部における矩形形状の凹部
５９  第１のティース先端部における円弧状の凹部
６６  スリット
８  エンジン
１０  動力切替機構
７０  高電圧バッテリ（２４０Ｖ）
９０  低電圧バッテリ（１２Ｖ）
１１０  モータジェネレータ
１２１〜１２７  電力変換装置
１３０  高電圧バッテリ（４２Ｖ）
１４１、１４２  インバータ
１５１、１５２  ゲートドライブ回路
１６０  制御部
１７１、１７２  電流検出センサ
１８０  磁極位置検出センサ
１９０  電源部
２００  入出力インターフェイス
３００  整流器
【図１】
2004215483.tif 000004
【図２】
2004215483.tif 000005
【図３】
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【図４】
2004215483.tif 000007
【図５】
2004215483.tif 000008
【図６】
2004215483.tif 000009
【図７】
2004215483.tif 000010
【図８】
2004215483.tif 000011
【図９】
2004215483.tif 000012
【図１０】
2004215483.tif 000013
【図１１】
2004215483.tif 000014
【図１２】
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【図１３】
2004215483.tif 000016
【図１４】
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【図１５】
2004215483.tif 000018
【図１６】
2004215483.tif 000019
【図１７】
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