(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と、
該固定子に空隙を介して回転可能に配置された回転子とを有し、
前記固定子は、
複数のスロットが形成された固定子鉄心と、
前記複数のスロットに収納され、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相から構成された固定子巻線とを備えており、
前記回転子は、
回転子鉄心と、
該回転子鉄心の内部に埋め込まれ、かつ周方向に隣り合ったものが互いに逆極性になるように、前記回転子鉄心に対して円周状に配置されて、複数の磁極を構成する複数の永久磁石とを備えており、
前記固定子巻線のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相に対応する前記スロットはそれぞれ前記磁極の各々に対して対向するように配置されており、
前記回転子鉄心の前記永久磁石間には、リラクタンストルクを発生させるための補助突極が形成されており、
前記複数の永久磁石は、それぞれ、前記回転子の回転によって発生する誘起電圧の波形が正弦波に近似するように、前記固定子の側の面の周方向の長さが設定されていることを特徴とする永久磁石回転電機。
【請求項２】
固定子と、
該固定子に空隙を介して回転可能に配置された回転子とを有し、
前記固定子は、
複数のスロットが形成された固定子鉄心と、
前記複数のスロットに収納され、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相から構成された固定子巻線とを備えており、
前記回転子は、
回転子鉄心と、
該回転子鉄心の内部に埋め込まれ、かつ周方向に隣り合ったものが互いに逆極性になるように、前記回転子鉄心に対して円周状に配置されて、複数の磁極を構成する複数の永久磁石とを備えており、
前記固定子巻線のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相に対応する前記スロットはそれぞれ前記磁極の各々に対して対向するように配置されており、
前記回転子鉄心の前記永久磁石間には、リラクタンストルクを発生させるための補助突極が形成されており、
前記スロットのピッチをτｓ（度）とし、前記永久磁石の前記固定子の側の面の周方向の幅が前記回転子の軸に対してなす角度をθ（度）としたとき、
θ≒（ｎ＋０.５）×τｓ  （ｎは自然数）
であることを特徴とする永久磁石回転電機。
【請求項３】
固定子と、
該固定子に空隙を介して回転可能に配置された回転子とを有し、
前記固定子は、
複数のスロットが形成された固定子鉄心と、
前記複数のスロットに収納され、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相から構成された固定子巻線とを備えており、
前記回転子は、
回転子鉄心と、
該回転子鉄心の内部に埋め込まれ、かつ周方向に隣り合ったものが互いに逆極性になるように、前記回転子鉄心に対して円周状に配置されて、複数の磁極を構成する複数の永久磁石とを備えており、
前記固定子巻線のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相に対応する前記スロットはそれぞれ前記磁極の各々に対して対向するように配置されており、
前記回転子鉄心の前記永久磁石間には、リラクタンストルクを発生させるための補助突極が形成されており、
前記スロットのピッチをτｓ（度）とし、前記永久磁石の前記固定子の側の面の周方向の幅が前記回転子の軸に対してなす角度をθ（度）とし、前記固定子におけるティース部が前記回転子の軸に対してなす角度をα（度）とし、前記スロットが前記回転子の軸に対してなす角度をβ（度）とし、前記スロットの開口部が前記回転子の軸に対してなす角度をγ（度）としたとき、
θ≒ｎ×τｓ＋α  （ｎは自然数）
または
θ≒ｎ×τｓ＋β  （ｎは自然数）
もしくは
θ≒ｎ×τｓ＋γ  （ｎは自然数）
のいずれかであることを特徴とする永久磁石回転電機。
【請求項４】
固定子と、
該固定子に空隙を介して回転可能に配置された回転子とを有し、
前記固定子は、
複数のスロットが形成された固定子鉄心と、
前記複数のスロットに収納され、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相から構成された固定子巻線とを備えており、
前記回転子は、
回転子鉄心と、
該回転子鉄心の内部に埋め込まれ、かつ周方向に隣り合ったものが互いに逆極性になるように、前記回転子鉄心に対して円周状に配置されて、複数の磁極を構成する複数の永久磁石とを備えており、
前記固定子巻線のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相に対応する前記スロットはそれぞれ前記磁極の各々に対して対向するように配置されており、
前記回転子鉄心の前記永久磁石間には、リラクタンストルクを発生させるための補助突極が形成されており、
前記スロットの数は４８であり、
前記永久磁石の数は８であり、
前記永久磁石の前記固定子の側の面の周方向の幅が前記回転子の軸に対してなす角度は２６±１度の範囲内にあることを特徴とする永久磁石回転電機。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の永久磁石回転電機において、
前記永久磁石の両端には磁気的な空隙が形成されていることを特徴とする永久磁石回転電機。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれかに記載の永久磁石回転電機において、
前記永久磁石の断面形状は、長方形形状、台形形状、アーチ形状、アーク形状、Ｖ字形状、Ｕ字形状のいずれかであることを特徴とする永久磁石回転電機。
【請求項７】
永久磁石回転電機と、
該永久磁石回転電機を制御するための制御回路とを搭載する車両であって、
前記永久磁石回転電機は、
磁石によるトルクとリラクタンストルクとの和のトルクを出力するものであって、
固定子と、
該固定子に空隙を介して回転可能に配置された回転子とを有し、
前記固定子は、
複数のスロットが形成された固定子鉄心と、
前記複数のスロットに収納され、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相から構成された固定子巻線とを備えており、
前記回転子は、
回転子鉄心と、
前記磁石によるトルクを出力するためのものであって、前記回転子鉄心の内部に埋め込まれ、かつ周方向に隣り合ったものが互いに逆極性になるように、前記回転子鉄心に対して円周状に配置されて、複数の磁極を構成する複数の永久磁石とを備えており、
前記固定子巻線のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相に対応する前記スロットはそれぞれ前記磁極の各々に対して対向するように配置されており、
前記回転子鉄心の前記永久磁石間には、前記リラクタンストルクを発生させるための補助突極が形成されており、
前記複数の永久磁石は、それぞれ、前記回転子の回転によって発生する誘起電圧の波形が正弦波に近似するように、前記固定子の側の面の周方向の長さが設定されており、
前記制御回路は、車両のブレーキ時或いは降坂時には、前記回転子の回転によって前記永久磁石回転電機に発生した誘起電圧による電流が流れることを特徴とする電動車両。
【請求項８】
永久磁石回転電機と、
該永久磁石回転電機を制御するための制御回路とを搭載する車両であって、
前記永久磁石回転電機は、
磁石によるトルクとリラクタンストルクとの和のトルクを出力するものであって、
固定子と、
該固定子に空隙を介して回転可能に配置された回転子とを有し、
前記固定子は、
複数のスロットが形成された固定子鉄心と、
前記複数のスロットに収納され、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相から構成された固定子巻線とを備えており、
前記回転子は、
回転子鉄心と、
前記磁石によるトルクを出力するためのものであって、前記回転子鉄心の内部に埋め込まれ、かつ周方向に隣り合ったものが互いに逆極性になるように、前記回転子鉄心に対して円周状に配置されて、複数の磁極を構成する複数の永久磁石とを備えており、
前記固定子巻線のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相に対応する前記スロットはそれぞれ前記磁極の各々に対して対向するように配置されており、
前記回転子鉄心の前記永久磁石間には、前記リラクタンストルクを発生させるための補助突極が形成されており、
前記スロットのピッチをτｓ（度）とし、前記永久磁石の前記固定子の側の面の周方向の幅が前記回転子の軸に対してなす角度をθ（度）としたとき、
θ≒（ｎ＋０.５）×τｓ  （ｎは自然数）
であり、
前記制御回路は、車両のブレーキ時或いは降坂時には、前記回転子の回転によって前記永久磁石回転電機に発生した誘起電圧による電流が流れることを特徴とする電動車両。
【請求項９】
永久磁石回転電機と、
該永久磁石回転電機を制御するための制御回路とを搭載する車両であって、
前記永久磁石回転電機は、
磁石によるトルクとリラクタンストルクとの和のトルクを出力するものであって、
固定子と、
該固定子に空隙を介して回転可能に配置された回転子とを有し、
前記固定子は、
複数のスロットが形成された固定子鉄心と、
前記複数のスロットに収納され、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相から構成された固定子巻線とを備えており、
前記回転子は、
回転子鉄心と、
前記磁石によるトルクを出力するためのものであって、前記回転子鉄心の内部に埋め込まれ、かつ周方向に隣り合ったものが互いに逆極性になるように、前記回転子鉄心に対して円周状に配置されて、複数の磁極を構成する複数の永久磁石とを備えており、
前記固定子巻線のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相に対応する前記スロットはそれぞれ前記磁極の各々に対して対向するように配置されており、
前記回転子鉄心の前記永久磁石間には、前記リラクタンストルクを発生させるための補助突極が形成されており、
前記スロットのピッチをτｓ（度）とし、前記永久磁石の前記固定子の側の面の周方向の幅が前記回転子の軸に対してなす角度をθ（度）とし、前記固定子におけるティース部が前記回転子の軸に対してなす角度をα（度）とし、前記スロットが前記回転子の軸に対してなす角度をβ（度）とし、前記スロットの開口部が前記回転子の軸に対してなす角度をγ（度）としたとき、
θ≒ｎ×τｓ＋α  （ｎは自然数）
または
θ≒ｎ×τｓ＋β  （ｎは自然数）
もしくは
θ≒ｎ×τｓ＋γ  （ｎは自然数）
のいずれかであり、
前記制御回路は、車両のブレーキ時或いは降坂時には、前記回転子の回転によって前記永久磁石回転電機に発生した誘起電圧による電流が流れることを特徴とする電動車両。
【請求項１０】
永久磁石回転電機と、
該永久磁石回転電機を制御するための制御回路とを搭載する車両であって、
前記永久磁石回転電機は、
磁石によるトルクとリラクタンストルクとの和のトルクを出力するものであって、
固定子と、
該固定子に空隙を介して回転可能に配置された回転子とを有し、
前記固定子は、
複数のスロットが形成された固定子鉄心と、
前記複数のスロットに収納され、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相から構成された固定子巻線とを備えており、
前記回転子は、
回転子鉄心と、
前記磁石によるトルクを出力するためのものであって、前記回転子鉄心の内部に埋め込まれ、かつ周方向に隣り合ったものが互いに逆極性になるように、前記回転子鉄心に対して円周状に配置されて、複数の磁極を構成する複数の永久磁石とを備えており、
前記固定子巻線のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相に対応する前記スロットはそれぞれ前記磁極の各々に対して対向するように配置されており、
前記回転子鉄心の前記永久磁石間には、前記リラクタンストルクを発生させるための補助突極が形成されており、
前記スロットの数は４８であり、
前記永久磁石の数は８であり、
前記永久磁石の前記固定子の側の面の周方向の幅が前記回転子の軸に対してなす角度は２６±１度の範囲内にあり、
前記制御回路は、車両のブレーキ時或いは降坂時には、前記回転子の回転によって前記永久磁石回転電機に発生した誘起電圧による電流が流れることを特徴とする電動車両。
【請求項１１】
請求項７乃至１０のいずれかに記載の電動車両において、
前記永久磁石の両端には磁気的な空隙が形成されていることを特徴とする電動車両。
【請求項１２】
請求項７乃至１０のいずれかに記載の電動車両において、
前記永久磁石の断面形状は、長方形形状、台形形状、アーチ形状、アーク形状、Ｖ字形状、Ｕ字形状のいずれかであることを特徴とする電動車両。
【請求項１３】
固定子と、
該固定子に空隙を介して回転可能に配置された回転子とを有し、
前記固定子は、
複数のスロットが形成された固定子鉄心と、
前記複数のスロットに収納され、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相から構成された固定子巻線とを備えており、
前記回転子は、
回転子鉄心と、
該回転子鉄心の内部に埋め込まれ、前記回転子鉄心に対して円周状に配置された複数の永久磁石とを備えており、
前記回転子鉄心の内部には、リラクタンストルクを発生させるための複数の補助突極が形成されており、
前記複数の永久磁石は、
前記回転子の複数の磁極を構成するものであって、
前記補助突極を挟んで周方向に隣り合ったものが互いに逆極性になるように、前記回転子鉄心に対して設けられており、
前記固定子巻線のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相に対応する前記スロットはそれぞれ前記磁極の各々に対して対向するように配置されており、
前記複数の磁極のそれぞれにおける前記永久磁石は、前記回転子の回転によって発生する誘起電圧の波形が正弦波に近似するように、前記固定子の側でかつ前記補助突極の側の周方向端部間の長さが設定されていることを特徴とする永久磁石回転電機。
【請求項１４】
固定子と、
該固定子に空隙を介して回転可能に配置された回転子とを有し、
前記固定子は、
複数のスロットが形成された固定子鉄心と、
前記複数のスロットに収納され、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相から構成された固定子巻線とを備えており、
前記回転子は、
回転子鉄心と、
該回転子鉄心の内部に埋め込まれ、前記回転子鉄心に対して円周状に配置された複数の永久磁石とを備えており、
前記回転子鉄心の内部には、リラクタンストルクを発生させるための複数の補助突極が形成されており、
前記複数の永久磁石は、
前記回転子の複数の磁極を構成するものであって、
前記補助突極を挟んで周方向に隣り合ったものが互いに逆極性になるように、前記回転子鉄心に対して設けられており、
前記固定子巻線のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相に対応する前記スロットはそれぞれ前記磁極の各々に対して対向するように配置されており、
前記スロットのピッチをτｓ（度）とし、前記複数の磁極のそれぞれにおける前記永久磁石の前記固定子の側でかつ前記補助突極の側の周方向端部間の幅が前記回転子の軸に対してなす角度をθ（度）としたとき、
θ≒（ｎ＋０.５）×τｓ  （ｎは自然数）
であることを特徴とする永久磁石回転電機。
【請求項１５】
固定子と、
該固定子に空隙を介して回転可能に配置された回転子とを有し、
前記固定子は、
複数のスロットが形成された固定子鉄心と、
前記複数のスロットに収納され、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相から構成された固定子巻線とを備えており、
前記回転子は、
回転子鉄心と、
該回転子鉄心の内部に埋め込まれ、前記回転子鉄心に対して円周状に配置された複数の永久磁石とを備えており、
前記回転子鉄心の内部には、リラクタンストルクを発生させるための複数の補助突極が形成されており、
前記複数の永久磁石は、
前記回転子の複数の磁極を構成するものであって、
前記補助突極を挟んで周方向に隣り合ったものが互いに逆極性になるように、前記回転子鉄心に対して設けられており、
前記固定子巻線のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相に対応する前記スロットはそれぞれ前記磁極の各々に対して対向するように配置されており、
前記スロットのピッチをτｓ（度）とし、前記複数の磁極のそれぞれにおける前記永久磁石の前記固定子の側でかつ前記補助突極の側の周方向端部間の幅が前記回転子の軸に対してなす角度をθ（度）とし、前記固定子におけるティース部が前記回転子の軸に対してなす角度をα（度）とし、前記スロットが前記回転子の軸に対してなす角度をβ（度）とし、前記スロットの開口部が前記回転子の軸に対してなす角度をγ（度）としたとき、
θ≒ｎ×τｓ＋α  （ｎは自然数）
または
θ≒ｎ×τｓ＋β  （ｎは自然数）
もしくは
θ≒ｎ×τｓ＋γ  （ｎは自然数）
のいずれかであることを特徴とする永久磁石回転電機。
【請求項１６】
固定子と、
該固定子に空隙を介して回転可能に配置された回転子とを有し、
前記固定子は、
複数のスロットが形成された固定子鉄心と、
前記複数のスロットに収納され、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相から構成された固定子巻線とを備えており、
前記回転子は、
回転子鉄心と、
該回転子鉄心の内部に埋め込まれ、前記回転子鉄心に対して円周状に配置された複数の永久磁石とを備えており、
前記回転子鉄心の内部には、リラクタンストルクを発生させるための複数の補助突極が形成されており、
前記複数の永久磁石は、
前記回転子の複数の磁極を構成するものであって、
前記補助突極を挟んで周方向に隣り合ったものが互いに逆極性になるように、前記回転子鉄心に対して設けられており、
前記固定子巻線のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相に対応する前記スロットはそれぞれ前記磁極の各々に対して対向するように配置されており、
前記スロットの数は４８であり、
前記磁極の数は８であり、
前記複数の磁極のそれぞれにおける前記永久磁石の前記固定子の側でかつ前記補助突極の側の周方向端部間の幅が前記回転子の軸に対してなす角度は２６±１度の範囲内にあることを特徴とする永久磁石回転電機。
【請求項１７】
請求項１３乃至１６のいずれかに記載の永久磁石回転電機において、
前記磁極のそれぞれにおける前記永久磁石の前記補助突極の側の周方向端部には磁気的な空隙が形成されていることを特徴とする永久磁石回転電機。
【請求項１８】
請求項１３乃至１６のいずれかに記載の永久磁石回転電機において、
前記永久磁石の断面形状は、長方形形状、台形形状、アーチ形状、アーク形状、Ｖ字形状、Ｕ字形状のいずれかであることを特徴とする永久磁石回転電機。
【請求項１９】
永久磁石回転電機と、
該永久磁石回転電機を制御するための制御回路とを搭載する車両であって、
前記永久磁石回転電機は、
磁石によるトルクとリラクタンストルクとの和のトルクを出力するものであって、
固定子と、
該固定子に空隙を介して回転可能に配置された回転子とを有し、
前記固定子は、
複数のスロットが形成された固定子鉄心と、
前記複数のスロットに収納され、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相から構成された固定子巻線とを備えており、
前記回転子は、
回転子鉄心と、
前記磁石によるトルクを発生するためのものであって、前記回転子鉄心の内部に埋め込まれ、前記回転子鉄心に対して円周状に配置された複数の永久磁石とを備えており、
前記回転子鉄心の内部には、前記リラクタンストルクを発生させるための複数の補助突極が形成されており、
前記複数の永久磁石は、
前記回転子の複数の磁極を構成するものであって、
前記補助突極を挟んで周方向に隣り合ったものが互いに逆極性になるように、前記回転子鉄心に対して設けられており、
前記固定子巻線のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相に対応する前記スロットはそれぞれ前記磁極の各々に対して対向するように配置されており、
前記複数の磁極のそれぞれにおける前記永久磁石は、前記回転子の回転によって発生する誘起電圧の波形が正弦波に近似するように、前記固定子の側でかつ前記補助突極の側の周方向端部間の長さが設定されており、
前記制御回路は、車両のブレーキ時或いは降坂時には、前記回転子の回転によって前記永久磁石回転電機に発生した誘起電圧による電流が流れることを特徴とする電動車両。
【請求項２０】
永久磁石回転電機と、
該永久磁石回転電機を制御するための制御回路とを搭載する車両であって、
前記永久磁石回転電機は、
磁石によるトルクとリラクタンストルクとの和のトルクを出力するものであって、
固定子と、
該固定子に空隙を介して回転可能に配置された回転子とを有し、
前記固定子は、
複数のスロットが形成された固定子鉄心と、
前記複数のスロットに収納され、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相から構成された固定子巻線とを備えており、
前記回転子は、
回転子鉄心と、
前記磁石によるトルクを発生するためのものであって、前記回転子鉄心の内部に埋め込まれ、前記回転子鉄心に対して円周状に配置された複数の永久磁石とを備えており、
前記回転子鉄心の内部には、前記リラクタンストルクを発生させるための複数の補助突極が形成されており、
前記複数の永久磁石は、
前記回転子の複数の磁極を構成するものであって、
前記補助突極を挟んで周方向に隣り合ったものが互いに逆極性になるように、前記回転子鉄心に対して設けられており、
前記固定子巻線のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相に対応する前記スロットはそれぞれ前記磁極の各々に対して対向するように配置されており、
前記スロットのピッチをτｓ（度）とし、前記複数の磁極のそれぞれにおける前記永久磁石の前記固定子の側でかつ前記補助突極の側の周方向端部間の幅が前記回転子の軸に対してなす角度をθ（度）としたとき、
θ≒（ｎ＋０.５）×τｓ  （ｎは自然数）
であり、
前記制御回路は、車両のブレーキ時或いは降坂時には、前記回転子の回転によって前記永久磁石回転電機に発生した誘起電圧による電流が流れることを特徴とする電動車両。
【請求項２１】
永久磁石回転電機と、
該永久磁石回転電機を制御するための制御回路とを搭載する車両であって、
前記永久磁石回転電機は、
磁石によるトルクとリラクタンストルクとの和のトルクを出力するものであって、
固定子と、
該固定子に空隙を介して回転可能に配置された回転子とを有し、
前記固定子は、
複数のスロットが形成された固定子鉄心と、
前記複数のスロットに収納され、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相から構成された固定子巻線とを備えており、
前記回転子は、
回転子鉄心と、
前記磁石によるトルクを発生するためのものであって、前記回転子鉄心の内部に埋め込まれ、前記回転子鉄心に対して円周状に配置された複数の永久磁石とを備えており、
前記回転子鉄心の内部には、前記リラクタンストルクを発生させるための複数の補助突極が形成されており、
前記複数の永久磁石は、
前記回転子の複数の磁極を構成するものであって、
前記補助突極を挟んで周方向に隣り合ったものが互いに逆極性になるように、前記回転子鉄心に対して設けられており、
前記固定子巻線のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相に対応する前記スロットはそれぞれ前記磁極の各々に対して対向するように配置されており、
前記スロットのピッチをτｓ（度）とし、前記複数の磁極のそれぞれにおける前記永久磁石の前記固定子の側でかつ前記補助突極の側の周方向端部間の幅が前記回転子の軸に対してなす角度をθ（度）とし、前記固定子におけるティース部が前記回転子の軸に対してなす角度をα（度）とし、前記スロットが前記回転子の軸に対してなす角度をβ（度）とし、前記スロットの開口部が前記回転子の軸に対してなす角度をγ（度）としたとき、
θ≒ｎ×τｓ＋α  （ｎは自然数）
または
θ≒ｎ×τｓ＋β  （ｎは自然数）
もしくは
θ≒ｎ×τｓ＋γ  （ｎは自然数）
のいずれかであり、
前記制御回路は、車両のブレーキ時或いは降坂時には、前記回転子の回転によって前記永久磁石回転電機に発生した誘起電圧による電流が流れることを特徴とする電動車両。
【請求項２２】
永久磁石回転電機と、
該永久磁石回転電機を制御するための制御回路とを搭載する車両であって、
前記永久磁石回転電機は、
磁石によるトルクとリラクタンストルクとの和のトルクを出力するものであって、
固定子と、
該固定子に空隙を介して回転可能に配置された回転子とを有し、
前記固定子は、
複数のスロットが形成された固定子鉄心と、
前記複数のスロットに収納され、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相から構成された固定子巻線とを備えており、
前記回転子は、
回転子鉄心と、
前記磁石によるトルクを発生するためのものであって、前記回転子鉄心の内部に埋め込まれ、前記回転子鉄心に対して円周状に配置された複数の永久磁石とを備えており、
前記回転子鉄心の内部には、前記リラクタンストルクを発生させるための複数の補助突極が形成されており、
前記複数の永久磁石は、
前記回転子の複数の磁極を構成するものであって、
前記補助突極を挟んで周方向に隣り合ったものが互いに逆極性になるように、前記回転子鉄心に対して設けられており、
前記固定子巻線のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相に対応する前記スロットはそれぞれ前記磁極の各々に対して対向するように配置されており、
前記スロットの数は４８であり、
前記磁極の数は８であり、
前記複数の磁極のそれぞれにおける前記永久磁石の前記固定子の側でかつ前記補助突極の側の周方向端部間の幅が前記回転子の軸に対してなす角度は２６±１度の範囲内にあり、
前記制御回路は、車両のブレーキ時或いは降坂時には、前記回転子の回転によって前記永久磁石回転電機に発生した誘起電圧による電流が流れることを特徴とする電動車両。
【請求項２３】
請求項１９乃至２２のいずれかに記載の電動車両において、
前記磁極のそれぞれにおける前記永久磁石の前記補助突極の側の周方向端部には磁気的な空隙が形成されていることを特徴とする電動車両。
【請求項２４】
請求項１９乃至２２のいずれかに記載の電動車両において、
前記永久磁石の断面形状は、長方形形状，台形形状，アーチ形状，アーク形状，Ｖ字形状，Ｕ字形状のいずれかであることを特徴とする電動車両。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は永久磁石回転電機および電動車両に係り、特に複数個の永久磁石を回転子の周方向に配置固定することによって構成される永久磁石回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から回転電機の一種として、回転子の磁界発生手段として永久磁石を用いた永久磁石回転電機が使用されている。
【０００３】
従来の永久磁石回転電機としては、高トルク化及び高効率化を図ったものとして、永久磁石埋め込み型の回転子を用いた永久磁石回転電機が特開平5−76146号公報に記載されている。
【０００４】
この公報には、固定子として、環状の固定子鉄心に形成された複数個のスロットに三相の固定子巻線を配置したものが開示されている。また回転子としては、回転軸に嵌合固着された略円形の回転子鉄心の内周部に軸方向に伸びる収納部を複数個形成し、この収納部に断面が長方形をなす永久磁石を、隣り合った任意の永久磁石同士が回転子表面に向かって互いに逆極性の磁束を発生するように挿入する構成が開示されている。またこの回転子は、環状の固定子の中に固定子鉄心の内周部と所定の回転空隙を有する状態で回転可能に配置されている。
【０００５】
上記のような長方形の永久磁石を用いた回転電機は、高速回転時に弱め界磁が効き易く、効率が良い。よって、性質上高速回転を要求されるもの、例えば電動車両用の駆動モータ等に有効である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような従来の永久磁石回転電機においては、誘起電圧波形に関し次のような問題点がある。
【０００７】
外力によって回転子が回転されると、回転電機内に誘起電圧が発生し、通電回路または制御回路に電流が流れる。よって、制御回路をより安全に保護するために、所定の回転速度における誘起電圧の実効値をあらかじめ測定し、その値に耐え得るよう、またはその値を抑制するよう制御回路が設計される。
【０００８】
しかし、実際の誘起電圧は、正弦波にいくつかの波形が重畳された形で現れる。実効値はその波形の平均値であることから、必ず実効値の√２倍を上回るピーク値が存在する。よって、実効値の√２倍に対応するよう設計されている制御回路をより確実に保護するためには、ピーク値を実効値の√２倍に近づける必要がある。
【０００９】
ピーク値を下げるためには、永久磁石によって発生する磁束量自体を低減することが考えられるが、磁束量が低減すれば当然に回転電機を電動機として動作させたときの駆動トルクも低下する。
【００１０】
そこで本発明は、上記の事情に鑑み、永久磁石回転電機において駆動トルクを下げることなく、実効値に対する誘起電圧のピーク値を抑えることを目的とする。
【００１１】
また本発明の他の目的は、車両のブレーキング時または降坂時に永久磁石回転電機が発生する誘起電圧のピーク値を抑え、より安全な電動車両を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
ここに、本発明は、永久磁石回転電機及び電動車両において、回転子鉄心の内部に埋め込まれ、かつ周方向に隣り合ったものが互いに逆極性になるように、回転子鉄心に対して円周状に配置されて、複数の磁極を構成する複数の永久磁石のそれぞれが、回転子の回転によって発生する誘起電圧の波形が正弦波に近似するように、固定子の側の面の周方向の長さが設定されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、永久磁石回転電機及び電動車両において、回転子の複数の磁極のそれぞれにおける永久磁石が、回転子の回転によって発生する誘起電圧の波形が正弦波に近似するように、固定子側でかつ補助突極側の周方向端部間の長が設定されていることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態である永久磁石回転電機を図を用いて説明する。
【００１６】
図１は、三相８極，４８スロットのインナロータ形永久磁石回転電機に本発明を適用した実施形態の周方向断面図であり、図はそのうち一のポールペアを示している。図２は図１の磁束密度分布図である。
【００１７】
永久磁石回転電機は固定子１および回転子６から構成され、回転子６は固定子１に回転空隙５（ギャップ）をもって図のように回転可能に配置されている。
【００１８】
固定子１は、ほぼ環状をなす固定子鉄心２に形成された４８個のスロット３にＵ相の固定子巻線Ｕ１，Ｖ相の固定子巻線Ｖ１、およびＷ相の固定子巻線Ｗ１が挿入配置される。固定子鉄心の内周部には、各スロットに対応して開口部４が形成されている。
【００１９】
一方回転子６は、回転軸９に回転子鉄心７を嵌合固着し、この回転子鉄心７にネオジウム製の８個の永久磁石８（図では８ａ，８ｂ）を軸方向に挿入，固着する収納部を形成している。永久磁石８は、図のように隣り合ったものが互いに逆極性になるように配置され、また回転子鉄心７は硅素鋼板を多数枚積層して構成されている。
【００２０】
このとき、永久磁石８としては、その周方向の断面において、固定子側の辺すなわち外周面幅が軸に対してなす角度をθ，反固定子側の辺すなわち内周面幅が軸に対してなす角度をφとしたとき、θがφよりも小さくなるような形状のものを用いる。
【００２１】
なお、永久磁石８が図のような台形形状ではなく、他の形状のときも同様にθとφを定義できる。例えばアーチ形のときは、θ，φはそれぞれ固定子側のアーチの端点と他端点が軸に対してなす角度、反固定子側のアーチの端点と他端点が軸に対してなす角度を示す。
【００２２】
この場合、θの大きさを変化させると、回転子が外力によって回転したときに発生する誘起電圧の波形が変化する。またφの大きさを変化させると、φが永久磁石８の周方向最大幅を規定することから、回転電機の駆動トルクの大きさが変化する。
【００２３】
ここでθ（度）は、永久磁石の極数が８であることから、０＜θ＜４５の範囲の値を取り得るが、θが４５度に近いときは、補助突極の周方向幅が極端に小さいことからリラクタンストルクを得ることが困難になる。また逆に０に近いときは、誘起電圧の波形がθでなくφに依存することになるが、後述する理想波形の実現と駆動トルクの最大化の双方を同時に達成するφの値は存在しない。
【００２４】
そこでθをサンプリングすると、θを２４，２６，２８度とした場合、また  ３２，３４，３６度とした場合の最高回転数における誘起電圧波形は、それぞれ図３，図４のようになる。
【００２５】
図を見ると、誘起電圧波形は正弦波に５つの山が重畳された凸波形と、凹凸が比較的少なく正弦波に近似する波形と、５つの谷が重畳された凹波形が以下に述べる規則性をもって現れることがわかる。
【００２６】
すなわち、θが１８.７５＜θ＜２６.２５および３３.７５＜θ＜４１.２５の範囲内にあるとき凹波形が現れ、θが２６.２５＜θ＜３３.７５の範囲内にあるときは凸波形が現れる。またθがおよそ２６.２５度および３３.７５度のとき、凹凸が比較的少なく正弦波に近似する波形が現れる。
【００２７】
さらに詳しく分析すると、τｓを固定子のスロットピッチ、ｎを自然数としたとき、θが
｛(２ｎ−１)＋０.５｝×τｓ＜θ＜（２ｎ＋０.５)×τｓ
の範囲内にあるとき凸波形が現れ、θが
（ｎ＋０.５)×τｓ
のときに凹凸が少なくなり、θが
（２ｎ＋０.５)×τｓ＜θ＜｛(２ｎ＋１)＋０.５｝×τｓ
の範囲内にあるとき凹波形が現れることがわかる。
【００２８】
これらの波形のピーク値は、凸波形のときは電気角が９０度の凸部頂点の値、凹波形のときは電気角が９０度の凹部を挟む２つの凸部頂点の値となる。従って、ピーク値が最小となるのは、凹凸のない波形、すなわち正弦波に近似した波形が現れたときである。
【００２９】
この実施形態では、誘起電圧波形が正弦波にそれぞれ最も近くなるのは、θが約２６度または約３４度のときであることが図より分かる。
【００３０】
次に、実際の誘起電圧波形が正弦波にどの程度近似しているかを定量的に評価するため、波形狂い率を定義し、θによる波形狂い率を図５にグラフとして表す。
【００３１】
ここで波形狂い率は、
【００３２】
【数１】
0003817416.tif 000002
【００３３】
と定義する。この式は、誘起電圧波形が正弦波であれば、電機角９０度における電圧は実効値の√２倍であることに基づいたものである。すなわちこの値が１より大きい場合は凸波形、１より小さい場合は凹波形であり、１に近いほど正弦波に近いということになる。
【００３４】
このグラフからも、θが２６度および３４度付近において、誘起電圧波形が正弦波に近似することがわかる。
【００３５】
ところで、この角度をスロットピッチτｓ＝７.５度のｎ＋０.５倍（ｎは自然数）である２６.２５度，３３.７５度と比較すると、図３，図４、および図５において少なくとも誤差±１度の範囲内にて一致している。
【００３６】
すなわち、θ（度）が
θ≒(ｎ＋０.５)×τｓ  （ｎは自然数）
で表される値のとき、誘起電圧の波形が正弦波に近似する。
【００３７】
さらに図６にθを変化させた場合の誘起電圧のピーク値と実効値を示す。
【００３８】
図６において実効値はθが大きくなるに従って増加している。これはθが大きくなれば永久磁石が大きくなり、当然に主磁束も大きくなることが原因である。
【００３９】
一方ピーク値は、θが大きくなるに従って階段状の変化を示していることがわかる。すなわちθが２６度よりも小さいときはθが増加するに従って僅かながら下降し、２６度を越えると急激に上昇している。さらに約３２度を頂点としてまた緩やかに下降していることがわかる。
【００４０】
一般的に実効値が大きいほど主磁束は大きくなり、駆動トルクをより多く得ることができる。一方ピーク値は、制御回路等はその永久磁石回転電機特有の実効値に合わせて設計されることから、できるだけ実効値の√２倍に近い方がよい。
【００４１】
従ってθは、図６においてピーク値が実効値の√２倍に近く、しかも実効値が大きいという観点から、２６度付近が最も優れていると考えられる。
【００４２】
次に、θを２６度に固定しながらφを変化させ、磁束量の補正を行うことで主磁束によるトルクとリラクタンストルクの和が最大となる角度φを求める。
【００４３】
回転電機の駆動トルクＴは、永久磁石による磁束をψ，ｑ軸インダクタンスをＬｑ，ｄ軸インダクタンスをＬｄ，ｑ軸巻線電流をＩｑ，ｄ軸巻線電流をＩｄとすると、
Ｔ＝ψＩｑ＋(Ｌｑ−Ｌｄ)Ｉｑ×Ｉｄ
で表される。
【００４４】
この式において右辺の第１項は永久磁石の主磁束によるトルクであり、第２項は隣り合った永久磁石間の回転子部材、すなわち補助突極によるリラクタンストルクである。これら二つの値は、それぞれ永久磁石，補助突極がなす回転子の周方向の角度に依存することから、駆動トルクを最大とする永久磁石の周方向の角度は個々の回転子において一義的に定まる。
【００４５】
図７にφと（モータの使用頻度を考慮した）加重平均効率（インバータ損失含む）の関係を示す。図からφは３６度が最も大きいことがわかる。
【００４６】
従って、本実施形態の場合、θが２６度でφが３６度の永久磁石を用いれば、誘起電圧の波形が正弦波に近似し、誘起電圧のピーク値を抑えながら、かつ最大の駆動トルクを得ることができる永久磁石回転電機の設計が可能である。
【００４７】
さらに、上記のθとφの角度による永久磁石の形状の汎用性を確認するため、半径や積厚，出力などが異なる回転電機について検討した磁束密度分布を図８に、誘起電圧波形を図９に、φと加重平均効率（インバータ損失含む）の関係を図１０に示す。この実施形態においても、図９よりθが２６度のとき誘起電圧波形が正弦波に近く、図１０よりφが３６度のとき駆動トルクが最大になることがわかる。
【００４８】
さらに上記θは、通常よく用いられる固定子ティース部がなす角αと固定子スロット部がなす角βがほぼ等しい場合にはスロットピッチτｓのｎ＋０.５ 倍  （ｎは自然数）の場合が優れているが、αとβが大きく異なる場合には、ｎを自然数として、
θ≒ｎ×τｓ＋α
または
θ≒ｎ×τｓ＋β
とした方が誘起電圧波形は正弦波に近くなる。特に後者がより正弦波に近い。
【００４９】
さらに、固定子スロット部をなす角βと固定子開口部をなす角γが大きく異なる場合、すなわちティースの突起が大きい場合には、
θ≒ｎ×τｓ＋γ
とした方が誘起電圧波形は正弦波に近くなる。
【００５０】
ここで突起部の径方向長さが小さい場合、突起部の磁束が飽和し、γがほとんどθに影響しなくなる。そこでγがθに対して影響する度合いを係数Ａ（０＜Ａ≦１）
とすると、
θ≒ｎ×τｓ＋γ×Ａ
と表わすことができる。
【００５１】
また、永久磁石８はネオジウム磁石以外でもよく、たとえば図５の波形狂い率の検討をフェライト磁石で行った場合を図１１に示す。
【００５２】
ネオジウム磁石を用いて検討した図５と比較するとθが機械角で２度ほど小さくなっているが、この理由はフェライト磁石がネオジウム磁石と比べて磁石の強さが約１／３のため、固定子スロットの突起部を十分に飽和できないからである。よって、フェライト磁石を用いた場合、誘起電圧波形を正弦波に近似させるθは
θ≒ｎ×τｓ＋γ  （ｎは自然数）
となる。
【００５３】
なお、本発明において、誘起電圧波形を正弦波に近似させる角度θは磁石形状によらない。図１２に他の実施形態として磁石形状が長方形の場合の磁束密度分布を、図１３に図１２の実施形態における誘起電圧波形を、図１４に他の実施形態として磁石形状がアーク形の場合の磁束密度分布を、図１５に図１４における誘起電圧波形を、図１６に他の実施形態として磁石形状が円弧状の台形の場合の磁束密度分布を、図１７に図１６における誘起電圧波形を、図１８に他の実施形態として磁石形状がＶ字形の場合の磁束密度分布を、図１９に図１８における誘起電圧波形を、図２０に他の実施形態として磁石形状がＵ字形の場合の磁束密度分布を、図２１に図２０における誘起電圧波形を示す。いずれの場合も図のようなθ＝２６度で誘起電圧波形が正弦波に近似していることがわかる。
【００５４】
一方、永久磁石が回転子内に一部埋め込まれている場合は、永久磁石部と鉄部の磁束の疎密が大きくなるため、
θ≒ｎ×τｓ＋γ  （ｎは自然数）
の場合が誘起電圧波形を正弦波に近似できる。この場合θは、永久磁石８が回転子鉄心７の表面に露出している部分が回転子周方向になす角度となる。
【００５５】
図２２に本発明の他の実施形態として磁石形状がアーク形で一部埋め込まれている場合の磁束密度分布を、図２３に図２２における誘起電圧波形を、図２４に他の実施形態として磁石形状が円弧状の台形で一部埋め込まれている場合の磁束密度分布を、図２５に図２４における誘起電圧波形を、図２６に他の実施形態として磁石形状が概略台形で一部埋め込まれている場合の磁束密度分布を、図２７に図２６における誘起電圧波形を示す。いずれの場合も図のようなθ＝２４度で誘起電圧波形を正弦波に近似できることがわかる。
【００５６】
また、誘起電圧のピーク値を抑えながら、コギングトルクや騒音を低減するためには、磁石の両端に図２８のような磁気的な空隙を設けることが有効である。ここで磁気的な空隙とは、物体が存在しない空間としてもよいし、非磁性体の物質を挿入または充填し、ワニスや接着剤などで固定したものでもよい。
【００５７】
さらに、本発明による永久磁石回転電機は、電動車両の駆動モータとして用いた場合に有効である。
【００５８】
永久磁石回転電機を駆動モータとして用いた電動車両のブレーキ動作時、または降坂時には、回転電機が発電機として動作し、制御回路に誘起電圧が発生する。通常、制御回路は回転電機の誘起電圧の実効値に合わせて設計されているので、波形のピーク値によって誘起電圧が実効値の√２倍を大きく超過しないよう、本発明のように誘起電圧の波形を正弦波に近似させ、ピーク値を抑えることによって、より安全性の高い電動車両を得ることができる。
【００５９】
なお本発明は、永久磁石の個数（極数）は８極以外でもよく、固定子のスロット数も４８個以外でもよい。さらに永久磁石８はネオジウム磁石以外でもよく、永久磁石を構成する角度は製作誤差の範囲内である幅を持つことは言うまでもない。また、波形改善が有効となるものは、内転型，外転型などの回転電機に限らず、リニアモータなどにも応用できる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、誘起電圧の波形が正弦波に近似していることにより、誘起電圧のピーク値を実効値に対して抑えることができる。
【００６１】
また本発明によれば、誘起電圧の波形が正弦波に近似するように、前記永久磁石の固定子側の面の周方向長さを設定したことにより、誘起電圧のピーク値を抑えながら、大きな駆動トルクを得ることができる。
【００６２】
また本発明によれば、誘起電圧の波形を正弦波に近似させることにより、車両のブレーキング時または降坂時に永久磁石回転電機が発生する誘起電圧のピーク値を抑え、より安全な電動車両を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態をなす永久磁石回転電機の周方向断面図の一部を示す。
【図２】図１の磁束密度分布図を示す。
【図３】図１のθを２４，２６，２８度とした場合の最高回転数における誘起電圧波形を示す。
【図４】図１のθを３２，３４，３６度とした場合の最高回転数における誘起電圧波形を示す。
【図５】図１のθと波形狂い率の関係図を示す。
【図６】図１のθと誘起電圧ピーク値および実効値の関係図を示す。
【図７】図１のφと（モータの使用頻度を考慮した）加重平均効率（インバータ損失含む）の関係図を示す。
【図８】図１のθとφを、半径や積厚，出力などが異なる他の実施形態に適用した場合の磁束密度分布図を示す。
【図９】図８における誘起電圧波形を示す。
【図１０】図８におけるφと加重平均効率（インバータ損失を含む）の関係図を示す。
【図１１】フェライト磁石を用いた本発明の他の実施形態をなす永久磁石回転電機のθと波形狂い率の関係図を示す。
【図１２】本発明の他の実施形態をなす永久磁石回転電機の磁束密度分布図を示す。
【図１３】図１２の誘起電圧波形を示す。
【図１４】本発明の他の実施形態をなす永久磁石回転電機の磁束密度分布図を示す。
【図１５】図１４の誘起電圧波形を示す。
【図１６】本発明の他の実施形態をなす永久磁石回転電機の磁束密度分布図を示す。
【図１７】図１６の誘起電圧波形を示す。
【図１８】本発明の他の実施形態をなす永久磁石回転電機の磁束密度分布図を示す。
【図１９】図１８の誘起電圧波形を示す。
【図２０】本発明の他の実施形態をなす永久磁石回転電機の磁束密度分布図を示す。
【図２１】図２０の誘起電圧波形を示す。
【図２２】本発明の他の実施形態をなす永久磁石回転電機の磁束密度分布図を示す。
【図２３】図２２の誘起電圧波形を示す。
【図２４】本発明の他の実施形態をなす永久磁石回転電機の磁束密度分布図を示す。
【図２５】図２４の誘起電圧波形を示す。
【図２６】本発明の他の実施形態をなす永久磁石回転電機の磁束密度分布図を示す。
【図２７】図２６の誘起電圧波形を示す。
【図２８】本発明の他の実施形態をなす永久磁石回転電機の周方向断面図を示す。
【符号の説明】
１…固定子、２…固定子鉄心、３…スロット、４…開口部、５…回転空隙、６…回転子、７…回転子鉄心、８ａ，８ｂ…永久磁石、９…回転軸、１０…空隙。
【図１】
0003817416.tif 000003
【図２】
0003817416.tif 000004
【図３】
0003817416.tif 000005
【図４】
0003817416.tif 000006
【図５】
0003817416.tif 000007
【図６】
0003817416.tif 000008
【図７】
0003817416.tif 000009
【図８】
0003817416.tif 000010
【図９】
0003817416.tif 000011
【図１０】
0003817416.tif 000012
【図１１】
0003817416.tif 000013
【図１２】
0003817416.tif 000014
【図１３】
0003817416.tif 000015
【図１４】
0003817416.tif 000016
【図１５】
0003817416.tif 000017
【図１６】
0003817416.tif 000018
【図１７】
0003817416.tif 000019
【図１８】
0003817416.tif 000020
【図１９】
0003817416.tif 000021
【図２０】
0003817416.tif 000022
【図２１】
0003817416.tif 000023
【図２２】
0003817416.tif 000024
【図２３】
0003817416.tif 000025
【図２４】
0003817416.tif 000026
【図２５】
0003817416.tif 000027
【図２６】
0003817416.tif 000028
【図２７】
0003817416.tif 000029
【図２８】
0003817416.tif 000030