(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子鉄心及びこれに装着された３相の固定子巻線を備えた固定子と、
該固定子に対し空隙を介して配置された回転子とを有し、
前記固定子鉄心は、
前記３相の固定子巻線が集中的に巻回された複数の突極と、
該複数の突極の磁束の流路を構成するヨーク部とを備えており、
前記回転子には、隣り合うもの同士の極性が異なるように複数の永久磁石がほぼ等間隔に配置されており、
前記突極の中心には、前記突極に存在する径方向及び周方向の磁束のうち、周方向の磁束を抑制し、前記突極における磁界を交番磁界とするための空隙部が設けられており、
前記空隙部は、その周方向両側にある前記突極を接続するブリッジ部の径方向の幅を狭めるように形成されていることを特徴とする集中巻回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の集中巻回転電機において、
前記空隙部は前記固定子鉄心の外周部に設けられていることを特徴とする集中巻回転電機。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の集中巻回転電機において、
前記空隙部は前記固定子鉄心の内周部に設けられていることを特徴とする集中巻回転電機。
【請求項４】
固定子鉄心及びこれに装着された３相の固定子巻線を備えた固定子と、
該固定子に対し空隙を介して配置された回転子とを有し、
前記固定子鉄心は、
複数の磁性板が軸方向に積層されて構成されたものであって、
前記３相の固定子巻線が集中的に巻回された複数の突極と、
該複数の突極の磁束の流路を構成するヨーク部とを備えており、
前記回転子には、隣り合うもの同士の極性が異なるように複数の永久磁石がほぼ等間隔に配置されており、
前記突極の中心には空隙部が設けられており、
前記空隙部は、
前記突極に存在する径方向及び周方向の磁束のうち、周方向の磁束を抑制し、前記突極における磁界を交番磁界とするためのものであって、
前記固定子鉄心の外周部と内周部に設けられており、
前記固定子鉄心の外周部及び内周部に形成された空隙部は、その周方向両側にある前記突極を接続するブリッジ部の径方向の幅を狭めるように形成されており、
前記固定子鉄心の外周部に設けられた空隙部の最内周部には、前記固定子鉄心を軸方向に固定するための溶接部が設けられていることを特徴とする集中巻回転電機。
【請求項５】
請求項２乃至４に記載の集中巻回転電機において、
前記固定子鉄心の外周部に設けられた空隙部の最内周位置は、前記ヨーク部の内周部よりも回転子側とすることを特徴とする集中巻回転電機。
【請求項６】
請求項２又は３に記載の集中巻回転電機において、
前記固定子鉄心は、複数の磁性板が軸方向に積層されて構成されており、
前記固定子鉄心の外周部に設けられた空隙部には、前記固定子鉄心を軸方向に固定するための溶接部が設けられていることを特徴とする集中巻回転電機。
【請求項７】
請求項３又は４に記載の集中巻回転電機において、
前記固定子鉄心の内周部に設けられた空隙部は周方向の幅が半径方向の長さよりも小さいことを特徴とする集中巻回転電機
【請求項８】
請求項２乃至４のいずれかに記載の集中巻回転電機において、
前記固定子鉄心の外周部に設けられた空隙部には冷却媒体が流れていることを特徴とする集中巻回転電機。
【請求項９】
請求項２乃至４のいずれかに記載の集中巻回転電機において、
前記固定子鉄心の外周部に設けられた空隙部には冷却パイプが配置されており、
前記冷却パイプには液体の冷却媒体が流れていることを特徴とする集中巻回転電機。
【請求項１０】
請求項１又は４に記載の集中巻回転電機において、
前記固定子鉄心は前記突極の中心で分割されていることを特徴とする集中巻回転電機。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかに記載の集中巻回転電機を備えた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】
本発明は、３相の固定子巻線が集中的に巻回された複数の突極の中心に、突極に存在する径方向及び周方向の磁束のうち、周方向の磁束を抑制し、突極における磁界を交番磁界とするための空隙部を設けると共に、その空隙部を、その周方向両側にある突極を接続するブリッジ部の径方向の幅を狭めるように形成することを特徴とする。
【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、固定子鉄心の外周部においては、固定子鉄心の溶接位置をその最内周部とすることができ、これ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、固定子鉄心の内周部においては、突極の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、固定子鉄心を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，
５２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の外周部には、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がそれぞれ設けられている。
【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最内周部とすることができ、これ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。これにより、損失の発生を最小に押さえることができる。一方、溶接箇所を最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の各部の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の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４５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、本実施例の永久磁石の極数が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、５１，５２…固定子巻線コイル。
【図１】
0003800686.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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