(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の固定子巻線突極部のぞれぞれに固定子巻線を集中的に巻回した固定子鉄心を有する固定子と、
この固定子の内周に回転可能に保持され、ほぼ等間隔に極性を有する回転子とから構成された集中巻回転電機において、
一つの上記固定子巻線突極部に巻回される上記固定子巻線は、予めコイル状に成形された複数の成形コイルからなることを特徴とする集中巻回転電機。
【請求項２】
請求項１記載の集中巻回転電機において、
上記回転子は、周方向にほぼ等間隔の極性を有する永久磁石で構成さ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記載の集中巻回転電機において、
上記複数の成形コイルは、それぞれ、上記固定子鉄心に形成された複数の固定子巻線収納スロット内に収納されていることを特徴とする集中巻回転電機。
【請求項４】
請求項１記載の集中巻回転電機において、
上記複数の成形コイルは、上記固定子鉄心に形成された固定子巻線収納スロット内に収納されているとともに、
上記固定子鉄心は、上記固定子巻線収納スロットの入口を狭くする形状の突出部を備えることを特徴とする集中巻回転電機。
【請求項５】
請求項４記載の集中巻回転電機において、
上記固定子鉄心は、分割部において上記固定子巻線突極部を複数単位で分割して構成するとともに、分割した上記固定子巻線突極部を同相に接続することを特徴とする集中巻回転電機。
【請求項６】
請求項１記載の集中巻回転電機において、
上記固定子鉄心は、円環状の固定子ヨ−クと、この固定子ヨークの内周側に位置するとともに、その内周側をブリッジ部で結合された固定子巻線突極部から構成さ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１記載の集中巻回転電機において、
上記固定子巻線は、断面形状がほぼ方形状を有する整形コイルであることを特徴とする集中巻回転電機。
【請求項８】
複数個の固定子巻線突極部のぞれぞれに固定子巻線を集中的に巻回した固定子鉄心を有する固定子と、この固定子の内周に回転可能に保持され、ほぼ等間隔に極性を有する回転子とから構成された集中巻回転電機を備え、
この永久磁石回転電機により車輪の駆動される永久磁石回転電機を用いた電動車両において、
上記回転電機の一つの上記固定子巻線突極部に巻回される上記固定子巻線は、予めコイル状に成形された複数の成形コイルからな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、集中巻回転電機及びそれを用いた電動車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動車両，特に、電気自動車において使用される駆動電動機は、電気自動車として積載されるバッテリーの量が限定され、かつ、そのバッテリー容量で十分な一充電走行距離を確保することが必要なために、小型軽量、高効率であることが望まれている。
【０００３】
電動機を小型軽量化するためには、高速回転に適していることが要望される。また、高効率電動機としては、直流電動機や誘導電動機よりも永久磁石式が適している。さらに、リラクタンスを利用したブラシレスモ−タが最適である。
【０００４】
小型機の分野では、ブラシレスモータ等は、例えば、特開平７−２９８５２２号公報に記載されているように、固定子巻線突極部に固定子巻線を巻回する集中巻方式を採用している。
【０００５】
さらに、電気自動車用駆動電動機としては、例えば、実開昭６１―７２０６３号公報に記載されているように、電動機を水冷却することが知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特開平７−２９８５２２号公報に記載されているようなブラシレスモータにおいては、周方向に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、従って電動機の体格を小さくすることができる。
【０００７】
しかし、固定子巻線突極部に直接固定子巻線を巻回するため、コイル巻回に要する時間が長く、かつ、一つ固定子巻線突極部に巻回するターン数が多いため、コイルを整列に巻回するのが困難であり、占積率を低下する。一つ固定子巻線突極部に巻回する固定子巻線のターン数を一定とし、かつ、固定子巻線を巻回できるスペースが一定とすると、占積率が低下する場合には、固定子巻線の径を小さくせざるを得ないものである。固定子巻線の径が小さくなると、固定子巻線の抵抗値が大きくなるため、回転電機の効率が低下するという第１の問題があった。
【０００８】
また、実開昭６１―７２０６３号公報に記載されている水冷却の方式は、回転電機のフレーム内を冷媒である水を通すためにフレーム及び固定子鉄心間の熱抵抗が大きくなって、冷却効果を十分に得ることができないため、回転電機の小型軽量化が十分ではないという第２の問題があった。
【０００９】
本発明の第１の目的は、高効率な集中巻回転電機を提供し、また、かかる集中巻回転電機を用いることにより、一充電走行距離の長い電動車両を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために、本発明は、複数個の固定子巻線突極部のぞれぞれに固定子巻線を集中的に巻回した固定子鉄心を有する固定子と、この固定子の内周に回転可能に保持され、ほぼ等間隔に極性を有する回転子とから構成された集中巻回転電機において、一つの上記固定子巻線突極部に巻回される上記固定子巻線は、予めコイル状に成形された複数の成形コイルによって構成するようにしたものであり、かかる構成により、集中巻回転電機の効率を向上し得るものとなる。
【００１２】
上記集中巻回転電機において、好ましくは、上記回転子は、周方向にほぼ等間隔の極性を有する永久磁石で構成するようにしたものである。
【００１３】
上記集中巻回転電機において、好ましくは、上記複数の成形コイルは、それぞれ、上記固定子鉄心に形成された複数の固定子巻線収納スロット内に収納するようにしたものであり、かかる構成により、脈動トルクを低減し得るものとなる。
【００１４】
上記集中巻回転電機において、好ましくは、上記複数の成形コイルは、上記固定子鉄心に形成された固定子巻線収納スロット内に収納されているとともに、上記固定子鉄心は、上記固定子巻線収納スロットの入口を狭くする形状の突出部を備えるようにしたものであり、かかる構成により、脈動トルクを低減し得るものとなる。
【００１５】
上記集中巻回転電機において、好ましくは、上記固定子鉄心は、分割部において上記固定子巻線突極部を複数単位で分割して構成するとともに、分割した上記固定子巻線突極部を同相に接続するようにしたものであり、かかる構成により、作業性を向上し得るものとなる。
【００１６】
上記集中巻回転電機において、好ましくは、上記固定子鉄心は、円環状の固定子ヨ−クと、この固定子ヨークの内周側に位置するとともに、その内周側をブリッジ部で結合された固定子巻線突極部から構成するようにしたものであり、かかる構成により、作業性を向上し得るものとなる。
【００１７】
上記集中巻回転電機において、好ましくは、上記固定子巻線は、断面形状がほぼ方形状を有する整形コイルにより構成するようにしたものであり、かかる構成により、占積率を向上し得るものとなる。
【００２３】
さらに、上記第１の目的を達成するために、本発明は、複数個の固定子巻線突極部のぞれぞれに固定子巻線を集中的に巻回した固定子鉄心を有する固定子と、この固定子の内周に回転可能に保持され、ほぼ等間隔に極性を有する回転子とから構成された集中巻回転電機を備え、この永久磁石回転電機により車輪の駆動される永久磁石回転電機を用いた電動車両において、上記回転電機の一つの上記固定子巻線突極部に巻回される上記固定子巻線は、予めコイル状に成形された複数の成形コイルから構成するようにしたものであり、かかる構成により、電動車両の一充電走行距離を長くし得るものとなる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図４を用いて、本発明の一実施形態による集中巻回転電機について、説明する。
最初に、図１及び図２を用いて、本発明の一実施形態による集中巻回転電機の全体的な構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による集中巻回転電機の正面側から見た部分断面図であり、図２は、本発明の一実施形態による集中巻回転電機の固定子及び回転子を側面から見た図であり、図１のＡ−Ａ矢視図である。
【００２６】
図１において、回転電機１０の固定子２０は、固定子鉄心２２と、この固定子鉄心２２に巻回された多相の固定子巻線２４とから構成されている。回転子３０は、回転子鉄心３２と、回転子鉄心３２に固定された永久磁石３６と、シャフト３８とから構成されている。シャフト３８は、ベアリング４２，４４によって回転自在に保持されている。ベアリング４２，４４は、エンドブラケット４６，４８によって支持されており、エンドブラケット４６，４８は、固定子鉄心２２の両端にそれぞれ固定されている。
【００２７】
固定子鉄心２２の内部には、複数の冷却パイプ５２が配設されている。複数の冷却パイプ５２の一端は、冷却水を蓄えるための水箱５４に接続され、他端も、水箱５６に接続されている。回転電機１０の外部から流入した冷却水は、一旦、水箱５４に溜まった後、複数の冷却パイプ５２にそれぞれ並列的に分配される。固定子巻線２４に通電した時に発生する熱は、固定子鉄心２２を介して、冷却パイプ５２中の冷却水に伝達される。加熱された冷却水は、水箱５６に溜まった後、回転電機１０の外部に流出する。
【００２８】
また、回転子３０の永久磁石３６の位置を検出する磁極位置検出器ＰＳ及び回転子３０の位置を検出するエンコーダＥが、回転子３０の側面側に配置されている。回転電機１０は、磁極位置検出器ＰＳの信号と、エンコーダＥの出力信号によって、図示しない制御装置によって運転制御される。
【００２９】
図２は、図１のＡ−Ａ矢視の断面図であるが、エンドブラケットの図示は省略してある。
図２において、回転電機１０は、固定子２０と回転子３０とから構成されている。
回転子３０は、高透磁率磁性材料である，例えば、複数枚の珪素鋼板が積層されている回転子鉄心３２と、極性が互いに反対方向になるように、回転子鉄心３２の周方向に等間隔で配置されている１０個の永久磁石３６と、シャフト３８から構成されている。
【００３０】
固定子２０は、固定子鉄心２２と固定子巻線２４から構成される。固定子鉄心２２は、円環状の固定子ヨ−ク部２２１と９個の固定子突極部２２２とからなり、固定子突極部２２２には、固定子巻線２４が集中的に巻回される構成である。各固定子巻線２４は、空隙面での磁路を共有することのない構成である。
【００３１】
固定子巻線を集中巻とする固定子構造とすることにより、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。エンドコイル部は、図１において、固定子鉄心２２の左右から固定子巻線２４が飛び出ている部分であり、このエンドコイル部を短くできるため、回転電機の長さを短くでき、小型化できる。また、大型機で使用されている分布巻構造の固定子に対して、コイル数を少なくできるため、回転電機の体格を小さくすることができる。
【００３２】
固定子巻線２４のＵ相には、Ｕ1+，Ｕ1-，Ｕ2+がそれぞれ接続され、Ｖ相には、Ｖ1+，Ｖ1-，Ｖ2+がそれぞれ接続され、Ｗ相には、Ｗ1+，Ｗ1-，Ｗ2+がそれぞれ接続される。ここで、添字の数字は固定子巻線番号を示し、＋、―は固定子巻線２４の巻き方向を示すものである。
【００３３】
ここで、本実施形態においては、一つの固定子巻線２４は、二つの固定子巻線コイルによって構成されている。例えば、Ｖ2+の固定子巻線突極部２２２に巻回される固定子巻線２４は、二つの固定子巻線コイル２４１，２４２によって構成されている。固定子巻線コイル２４１，２４２は、予め、所定のターン数だけ巻回されて矩形のコイル形状に成形されている成形コイルである。
【００３４】
また、一つの固定子巻線突極部２２２の両側には、それぞれ、固定子巻線収納スロット２２３が形成されている。固定子巻線収納スロット２２３は、二つの固定子巻線収納スロットによって構成されている。例えば、Ｖ1-の固定子巻線突極部２２２の両側には、それぞれ、二つの固定子巻線収納スロット２２３１，２２３２が形成されている。
【００３５】
予め成形された固定子巻線コイル２４１は、固定子巻線収納スロット２２３１に収納され、固定子巻線コイル２４２は、固定子巻線収納スロット２２３２に収納される。
【００３６】
ここで、図３を用いて、固定子巻線突極部２２２に対する固定子巻線収納スロット２２３１，２２３２と固定子巻線コイル２４１、２４２との関係について説明する。
図３は、本発明の一実施形態による集中巻回転電機における固定子巻線の収納状態を示す説明図であり、図２のＢ矢視図である。
【００３７】
一つの固定子巻線突極部２２２の両側には、それぞれ、二つの固定子巻線収納スロット２２３１，２２３２が形成されている。固定子巻線コイル２４１は、図示するように、予め、所定のターン数だけ巻回されて矩形のコイル形状に成形されている。固定子巻線コイル２４２は、図示するように、予め、所定のターン数だけ巻回されており、固定子巻線コイル２４１より矩形のコイル形状に成形されている。
【００３８】
予め成形された固定子巻線コイル２４１は、固定子巻線収納スロット２２３１に収納され、固定子巻線コイル２４２は、固定子巻線収納スロット２２３２に収納される。
【００３９】
同じ固定子巻線突極部２２２に巻回される固定子巻線コイル２４のうち、中心側の固定子巻線コイル２４１を小さく、外側の固定子巻線コイル２４２を大きくすると両者は重なることなく配置することが可能である。
【００４０】
以上説明したように、一つの固定子巻線２４を、予め巻回成形した二つの固定子巻線コイル２４１，２４２から構成することによって、一つの固定子巻線２４を一つの固定子巻線コイルで構成する場合に比較して、固定子巻線の製作精度を向上させることができる。即ち、コイル形状に製作する場合に、製作に要する力が小さくて済むため、製作が容易となり、固定子巻線の製作精度が向上するものである。従って、固定子巻線収納スロット２２３の断面積が同じであれば、固定子巻線２４の占積率を高めることができる。従って、必要なターン数の固定子巻線を巻回する際に、径の小さい巻線を使用することができるため、抵抗を小さくでき、回転電機の効率を向上することができる。
【００４１】
さらに、固定子巻線収納スロット２２３１と固定子巻線収納スロット２２３２との間には、固定子巻線収納スロット２２３１と固定子巻線収納スロット２２３２との隔壁部となる補助突極２２４が形成されている。この補助突極２２４は、補助磁極として作用することになるため、脈動トルクを低減することができる。
【００４２】
一方、図２において説明したように、固定子巻線コイル２４１，２４２の固定子巻線収納スロット２２３を二つに分散して配置することによって、第１には、巻線を分布して配置するために、合計の高調波成分が少なくなって脈動トルクが小さくすることができる。
また、第２には、コギングトルクについても分散されるので小さくすることができる。
さらに、第３には、コイルを分散配置しているので、固定子コイルと固定子鉄心間の熱抵抗が小さくすることができ、固定子巻線で発生する熱を効果的に移動させることができる。
【００４３】
次に、図４を用いて、固定子巻線の断面形状について説明する。
図４は、本発明の一実施形態による集中巻回転電機の固定子巻線の断面図であり、図３のＣ−Ｃ矢視断面図である。なお、図４においては、所定のターン数の巻線が層状に成形されている内の一層分だけを図示している。
【００４４】
本実施形態においては、集中巻固定子巻線を整形コイルとしている。ここで、整形コイルとは、例えば，断面形状が円形の線材を、図４に示すように、形状を変化せしめて、ほぼ方形状にまで変形させたものを意味している。
【００４５】
整形コイルを製作する際には、固定子巻線２４１，２４２としては自己融着線等を使用し、巻回した後、固定子巻線収納スロットに入る部分のみを型に入れて、図４に示した形状に圧力を加えて変形させるようにしている。さらに加熱することによって、図示する５本の固定子巻線を、一体に固着させることができる。これを固定子巻線収納スロットに装着することによって、固定子巻線突極部への固定子巻線の巻回組立が終了する。
【００４６】
以上のように、断面形状がほぼ方形状の整形コイルを使用することによって、固定子巻線収納スロットの面積にしめる導体断面の大きさが大きくなり、占積率が向上する。占積率は、断面形状が円形の場合に比べて、約２０％向上する。占積率が向上することによって、固定子巻線抵抗の低減と固定子巻線と固定子鉄心間の熱抵抗も低減し、高効率，小型軽量，温度上昇の少ない回転電機を提供することができる。
【００４７】
なお、組立終了後、固定子巻線の左右のコイルエンド部を、両側から回転子の軸方向に押圧することによって、回転電機は一層コンパクトにすることができる。
【００４８】
ここで、図２に戻って、本発明の一実施形態による回転電機の冷却構造について説明する。
図２に示したように、本実施形態においては、冷却パイプ５２は、各固定子巻線突極部２２２の中心に配置するようにしている。冷却パイプ５２は、固定子ヨーク部２２１の中心径よりも内周側に設けられている。このように固定子鉄心２２の中に冷却パイプ５２を配置することによって、固定子巻線２４の冷却効果を高めることができる。
【００４９】
従来の分布巻の回転電機においては、固定子巻線がコイルエンド部において重ねる必要があるため、固定子巻線のコイルエンド部が半径方向に膨らむ構造となっていた。その結果、従来の分布巻の回転電機においては、固定子鉄心の中に冷却パイプを配置することができないものであった。
【００５０】
それに対して、本実施形態においては、集中巻回転電機とすることにより、固定子巻線２４の接続に場所をとらず、また、固定子巻線がコイルエンド部において重ならないために、固定子巻線のコイルエンド部が半径方向に膨らむことがなくなる。このため、冷却パイプ５２を、固定子鉄心２２のより内周側に配置することが可能となり、冷却効果を一層高めることができる。特に、冷却パイプ５２を固定子鉄心２２の固定子ヨーク部２２１の中心位置より内径側に配置することで、より固定子巻線２４の位置に冷却パイプの位置が近くなり、冷却効果を高めることができるものである。
【００５１】
次に、図５を用いて、本発明の第２の実施形態による回転電機について説明する。
図５は、本発明の第２の実施形態による集中巻回転電機の固定子及び回転子を側面から見た図である。
本実施形態による集中巻回転電機の全体構成は、図１に示したとおりである。また、図２と同一符号は、同一部分を示している。
【００５２】
本実施形態においても、一つの固定子巻線２４は、二つの固定子巻線コイル２４１，２４２によって構成している。固定子巻線コイル２４１，２４２は、予め、所定のターン数だけ巻回されて矩形のコイル形状に成形されている成形コイルである。
また、本実施形態による集中巻回転電機は、永久磁石回転電機で、かつ、永久磁石の極数が１０個であり、固定子巻線突極部が９個の構成としている。
【００５３】
図２に示した実施形態と相違する点は、固定子巻線２４の固定子巻線コイル２４１，２４２が、同一の固定子巻線収納スロット２２３に配置された点にある。固定子巻線突極部２２２の先端の両側には、突出部２２５が設けられている。従って、固定子巻線収納スロット２２３の入口は、狭くなっている構造となっている。
【００５４】
固定子巻線収納スロット２２３の入口の幅は、固定子巻線収納スロット２２３に挿入される固定子巻線コイル２４１，２４２の幅よりも、僅かに広く形成してある。従って、固定子巻線コイル２４１，２４２は、それぞれ、固定子巻線収納スロット２２３の入口から固定子巻線収納スロット２２３内に順次挿入することができる。
【００５５】
以上説明したように、一つの固定子巻線２４を、予め巻回成形した二つの固定子巻線コイル２４１，２４２から構成することによって、一つの固定子巻線２４を一つの固定子巻線コイルで構成する場合に比較して、固定子巻線の製作精度を向上させることができ、固定子巻線２４の占積率を高めることができる。従って、必要なターン数の固定子巻線を巻回する際に、径の小さい巻線を使用することができるため、抵抗を小さくでき、回転電機の効率を向上することができる。
【００５６】
さらに、固定子巻線収納スロット２２３の入口の両側には、突出部２２５が形成されている。この突出部２２５は、補助磁極として作用することになるため、脈動トルクを低減することができる。
【００５７】
なお、図５に示す例においては、永久磁石の極数が１０個であり、固定子巻線突極部が９個の構成について示している。しかしながら、永久磁石の極数と固定子巻線突極数とは前記の例に限るものでなく、例えば、永久磁石の極数が１０個、固定子巻線突極部が１２個の構成でも可能である。
【００５８】
また、図５に示す例においては、一つの固定子巻線収納スロット２２３に偶数（４個）の固定子巻線コイルを収納する例について示している。しかしながら、固定子巻線収納スロット２２３に配置される固定子巻線コイルは奇数でも良い。例えば、Ｖ2+の固定子巻線突極部２２２には、２つの固定子巻線コイルを挿入し、Ｖ1-の固定子巻線突極部２２２には、３つの固定子巻線コイルを挿入する場合には、Ｖ2+の固定子巻線突極部２２２とＶ1-の固定子巻線突極部２２２の間に位置する固定子巻線収納スロット２２３には、５個の固定子巻線コイルが挿入されることになる。この場合、固定子巻線収納スロット２２３に挿入される固定子巻線コイルの中で、最後に挿入される固定子巻線コイルは固定子巻線収納スロット２２３の中心に配置されるので入れやすくなるものである。もちろんこの場合には、すべての固定子巻線突極部２２２が同数の固定子巻線コイルを巻回する構成にはならないが、それは特性に悪い影響は与えないものである。
【００５９】
次に、図６を用いて、本発明の第３の実施形態による回転電機について説明する。
図６は、本発明の第３の実施形態による集中巻回転電機の固定子及び回転子を側面から見た図である。
本実施形態による集中巻回転電機の全体構成は、図１に示したとおりである。また、図２と同一符号は、同一部分を示している。
【００６０】
本実施形態においても、一つの固定子巻線２４は、二つの固定子巻線コイル２４１，２４２によって構成している。固定子巻線コイル２４１，２４２は、予め、所定のターン数だけ巻回されて矩形のコイル形状に成形されている成形コイルである。
また、本実施形態による集中巻回転電機は、永久磁石回転電機で、かつ、永久磁石の極数が１０個であり、固定子巻線突極部が９個の構成としている。
【００６１】
図２に示した実施形態と相違する点は、固定子鉄心２２Ａが、円環状の固定子ヨ−ク２２１Ａと、内周側をブリッジ部２２６で結合された固定子巻線突極部２２２Ａとから構成されている点にある。固定子巻線突極部２２２Ａには、その外周側の固定子巻線スロット２２３Ａに固定子巻線コイルを挿入して固定子巻線２４が集中的に巻回される構成であり、固定子巻線２４は固定子巻線コイル２４１，２４２から構成されている。固定子巻線２４の巻回された固定子巻線突極部２２２Ａを、固定子鉄心２２Ａの内側に挿入することによって、固定子鉄心２２Ａを形成する。
【００６２】
以上説明したように、一つの固定子巻線２４を、予め巻回成形した二つの固定子巻線コイル２４１，２４２から構成することによって、一つの固定子巻線２４を一つの固定子巻線コイルで構成する場合に比較して、固定子巻線の製作精度を向上させることができ、固定子巻線２４の占積率を高めることができる。従って、必要なターン数の固定子巻線を巻回する際に、径の小さい巻線を使用することができるため、抵抗を小さくでき、回転電機の効率を向上することができる。
【００６３】
また、固定子巻線２４は、固定子巻線突出部２２２Ａの外周側から固定子巻線コイル２４１，２４２を固定子巻線スロット２２３Ａに挿入する構成としているため、固定子巻線挿入の作業性が向上するものである。
【００６４】
さらに、固定子巻線突極部２２２Ａの内周側はブリッジ部２２６で結合されているため、このブリッジ部２２６は、補助磁極として作用することになるため、脈動トルクを低減することができる。
【００６５】
また、固定子鉄心２２Ａの内部には、冷却パイプ５２が配設される。ここで、冷却パイプ５２は、固定子巻線２４の外周に位置し、かつ固定子鉄心２２Ａの固定子ヨーク部２２１Ａの中心より内径側に配置した構成である。したがって、冷却効果を向上することができる。
【００６６】
次に、図７を用いて、本発明の第４の実施形態による回転電機について説明する。
図７は、本発明の第４の実施形態による集中巻回転電機の固定子及び回転子を側面から見た図である。
本実施形態による集中巻回転電機の全体構成は、図１に示したとおりである。また、図５と同一符号は、同一部分を示している。
【００６７】
本実施形態においても、一つの固定子巻線２４は、二つの固定子巻線コイル２４１，２４２によって構成している。固定子巻線コイル２４１，２４２は、予め、所定のターン数だけ巻回されて矩形のコイル形状に成形されている成形コイルである。
また、本実施形態による集中巻回転電機は、永久磁石回転電機で、かつ、永久磁石の極数が１０個であり、固定子巻線突極部が９個の構成としている。
【００６８】
図５に示した実施形態と相違する点は、固定子鉄心２２が、分割部２２７Ａ，２２７Ｂ，２２７Ｃにおいて３分割された固定子鉄心２２Ｈ，２２Ｉ，２２Ｊから構成されている点にある。固定子鉄心２２は、固定子巻線突極部を複数単位で分割してある。図７に示すように、全周を３分割しており、それぞれ，Ｕ相のＵ1+，Ｕ2-，Ｕ3+，Ｖ相のＶ1+，Ｖ2-，Ｖ3+，Ｗ相のＷ1+，Ｗ2-，Ｗ3+単位として分割してある。さらに、分割した固定子巻線突極部を同相に接続してある。
【００６９】
以上のように構成することによって，固定子巻線コイル２４１，２４２を、それぞれ外部で分割された固定子鉄心の固定子巻線スロット２２３内に挿入した後、分割された固定子鉄心を組み合わせることによって固定子鉄子を構成することができるため、作業性を向上することができる。
【００７０】
以上説明したように、一つの固定子巻線２４を、予め巻回成形した二つの固定子巻線コイル２４１，２４２から構成することによって、一つの固定子巻線２４を一つの固定子巻線コイルで構成する場合に比較して、固定子巻線の製作精度を向上させることができ、固定子巻線２４の占積率を高めることができる。従って、必要なターン数の固定子巻線を巻回する際に、径の小さい巻線を使用することができるため、抵抗を小さくでき、回転電機の効率を向上することができる。
【００７１】
さらに、固定子巻線収納スロット２２３の入口の両側には、突出部２２５が形成されている。この突出部２２５は、補助磁極として作用することになるため、脈動トルクを低減することができる。
【００７２】
次に、図８を用いて、本発明の第５の実施形態による回転電機について説明する。
図８は、本発明の第５の実施形態による集中巻回転電機の固定子及び回転子を側面から見た図である。
本実施形態による集中巻回転電機の全体構成は、図１に示したとおりである。また、図５と同一符号は、同一部分を示している。
【００７３】
本実施形態においても、一つの固定子巻線２４は、二つの固定子巻線コイル２４１，２４２によって構成している。固定子巻線コイル２４１，２４２は、予め、所定のターン数だけ巻回されて矩形のコイル形状に成形されている成形コイルである。
また、本実施形態による集中巻回転電機は、永久磁石回転電機で、かつ、永久磁石の極数が１０個であり、固定子巻線突極部が９個の構成としている。
【００７４】
図５に示した実施形態と相違する点は、固定子鉄心に、固定子巻線を持たない補助突極部２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃを設けた点にある。本実施形態においては、補助突極部２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃを設け，補助突極部２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃの分割部２２７Ｄ，２２７Ｅ，２２７Ｆにおいて、固定子鉄心を分割し、固定子鉄心２２Ｋ，２２Ｌ，２２Ｍから構成するようにしている。分割部２２７Ｄ，２２７Ｅ，２２７Ｆの周方向の接する面が広くなり，分割による磁束量の減少を抑えることができる。
【００７５】
また、分割した固定子巻線突極部を同相に接続してある。即ち、全周を３分割しており、それぞれ，Ｕ相のＵ1+，Ｕ2-，Ｕ3+，Ｖ相のＶ1+，Ｖ2-，Ｖ3+，Ｗ相のＷ1+，Ｗ2-，Ｗ3+単位として分割してある。
【００７６】
以上のように構成することによって，固定子巻線コイル２４１，２４２を、それぞれ外部で分割された固定子鉄心の固定子巻線スロット２２３内に挿入した後、分割された固定子鉄心を組み合わせることによって固定子鉄子を構成することができるため、作業性を向上することができる。
【００７７】
以上説明したように、一つの固定子巻線２４を、予め巻回成形した二つの固定子巻線コイル２４１，２４２から構成することによって、一つの固定子巻線２４を一つの固定子巻線コイルで構成する場合に比較して、固定子巻線の製作精度を向上させることができ、固定子巻線２４の占積率を高めることができる。従って、必要なターン数の固定子巻線を巻回する際に、径の小さい巻線を使用することができるため、抵抗を小さくでき、回転電機の効率を向上することができる。
【００７８】
さらに、固定子巻線収納スロット２２３の入口の両側には、突出部２２５が形成されている。この突出部２２５は、補助磁極として作用することになるため、脈動トルクを低減することができる。
【００７９】
次に、図９を用いて、本発明の第６の実施形態による回転電機について説明する。
図９は、本発明の第６の実施形態による集中巻回転電機の固定子及び回転子を側面から見た図である。
本実施形態による集中巻回転電機の全体構成は、図１に示したとおりである。また、図５と同一符号は、同一部分を示している。
【００８０】
本実施形態においても、一つの固定子巻線２４は、二つの固定子巻線コイル２４１，２４２によって構成している。固定子巻線コイル２４１，２４２は、予め、所定のターン数だけ巻回されて矩形のコイル形状に成形されている成形コイルである。
また、本実施形態による集中巻回転電機は、永久磁石回転電機で、かつ、永久磁石の極数が１０個であり、固定子巻線突極部が１２個の構成としている。
【００８１】
図５に示した実施形態と相違する点は、固定子鉄心２２が、分割部２２７Ｇ，２２７Ｈ，２２７Ｉ，２２７Ｊ，２２７Ｋ，２２７Ｌにおいて６分割された固定子鉄心２２Ｎ，２２Ｏ，２２Ｐ，２２Ｑ，２２Ｒ，２２Ｓから構成されている点にある。固定子鉄心２２は、固定子巻線突極部を複数単位で分割してある。図９に示すように、全周を６分割しており、それぞれ，Ｕ相のＵ1+，Ｕ1-及びＵ2+，Ｕ2-，Ｖ相のＶ1+，Ｖ1-及びＶ2+，Ｖ2-，Ｗ相のＷ1+，Ｗ1-及びＷ2+，Ｗ2-として分割してある。さらに、分割した固定子巻線突極部を同相に接続してある。
【００８２】
以上のように構成することによって，固定子巻線コイル２４１，２４２を、それぞれ外部で分割された固定子鉄心の固定子巻線スロット２２３内に挿入した後、分割された固定子鉄心を組み合わせることによって固定子鉄子を構成することができるため、作業性を向上することができる。
【００８３】
以上説明したように、一つの固定子巻線２４を、予め巻回成形した二つの固定子巻線コイル２４１，２４２から構成することによって、一つの固定子巻線２４を一つの固定子巻線コイルで構成する場合に比較して、固定子巻線の製作精度を向上させることができ、固定子巻線２４の占積率を高めることができる。従って、必要なターン数の固定子巻線を巻回する際に、径の小さい巻線を使用することができるため、抵抗を小さくでき、回転電機の効率を向上することができる。
【００８４】
さらに、固定子巻線収納スロット２２３の入口の両側には、突出部２２５が形成されている。この突出部２２５は、補助磁極として作用することになるため、脈動トルクを低減することができる。
【００８５】
次に、図１０を用いて、本発明の第７の実施形態による回転電機について説明する。
図１０は、本発明の第７の実施形態による集中巻回転電機の固定子及び回転子を側面から見た図である。
本実施形態による集中巻回転電機の全体構成は、図１に示したとおりである。また、図６と同一符号は、同一部分を示している。
【００８６】
本実施形態による集中巻回転電機は、永久磁石回転電機で、かつ、永久磁石の極数が１０個であり、固定子巻線突極部が９個の構成としている。
【００８７】
固定子鉄心２２Ａが、円環状の固定子ヨ−ク２２１Ａと、内周側をブリッジ部２２６で結合された固定子巻線突極部２２２Ａとから構成されている。固定子巻線突極部２２２Ａには、その外周側の固定子巻線スロット２２３Ａに固定子巻線コイルを挿入して固定子巻線２４Ａが集中的に巻回される構成である。
【００８８】
図６に示した実施形態と相違する点は、固定子巻線２４Ａは、ここでは一つの固定子巻線コイルより構成されている。そして、固定子巻線２４Ａの巻回された固定子巻線突極部２２２Ａを、固定子鉄心２２Ａの内側に挿入することによって、固定子鉄心２２Ａを形成する。
【００８９】
さらに、固定子巻線収納スロット２２３Ａ内に冷却パイプ５２を配置してあり、冷却効果がさらに向上している。冷却パイプ５２の挿入位置は、固定子巻線突極部２２２に巻回された固定子巻線２４Ａの間であり、軸方向に冷却パイプ５２を配設するのになんら障害とはならない構成とすることができる。なお、固定子巻線２４Ａは、予め所定のターン数だけ巻回して成形される時に、予め冷却パイプ５２が挿入できるだけの断面が半円形状の空間が形成されるように成形される。従って、固定子巻線突極部２２２Ａの外周側の固定子巻線スロット２２３Ａに固定子巻線コイルを挿入することにより、冷却パイプ５２を挿入できる穴が形成されている。
【００９０】
以上説明したように、固定子巻線２４は、固定子巻線突出部２２２Ａの外周側から固定子巻線コイル２４１，２４２を固定子巻線スロット２２３Ａに挿入する構成としているため、固定子巻線挿入の作業性が向上するものである。
さらに、固定子巻線突極部２２２Ａの内周側はブリッジ部２２６で結合されているため、このブリッジ部２２６は、補助磁極として作用することになるため、脈動トルクを低減することができる。
また、冷却パイプは、固定子巻線の中に挿入される構造となっているため、さらに、冷却効果を高めることができる。
【００９１】
次に、図１１を用いて、 本発明の第８の実施形態による回転電機について説明する。
図１１は、本発明の第８の実施形態による集中巻回転電機の固定子及び回転子を側面から見た図である。
本実施形態による集中巻回転電機の全体構成は、図１に示したとおりである。また、図２と同一符号は、同一部分を示している。
【００９２】
本実施形態による集中巻回転電機は、永久磁石回転電機で、かつ、永久磁石の極数が１０個であり、固定子巻線突極部が９個の構成としている。
【００９３】
固定子鉄心２２Ｔが、円環状の固定子ヨ−ク２２１Ｂと、固定子巻線突極部２２２Ｂとから構成されている。固定子巻線突極部２２２Ｂには、固定子巻線スロット２２３Ｂに固定子巻線コイルを挿入して固定子巻線２４Ｂが集中的に巻回される構成である。
【００９４】
図２に示した実施形態と相違する点は、固定子巻線２４Ａは、ここでは一つの固定子巻線コイルより構成されている。
【００９５】
さらに、固定子鉄心２２Ａは、固定子巻線を持たない補助突極部２２４Ｂが３個設けられている。冷却パイプ５２は、固定子巻線を持たない補助突極部２２４Ｂの中に設けられている。この構成によって、固定子ヨーク部２２１Ｂに冷却パイプ５２が無いこと、及びより内部に冷却パイプ５２を設けることによって冷却効果が高まり、軽量化が図れる。
【００９６】
以上説明したように、冷却パイプは、補助突極の中に挿入される構造となっているため、冷却効果を高めることができ、また、軽量化を図ることができる。
【００９７】
次に、図１２及び図１３を用いて、 本発明の第９の実施形態による回転電機について説明する。
図１２は、本発明の第９の実施形態による集中巻回転電機の固定子及び回転子を側面から見た図である。
本実施形態による集中巻回転電機の全体構成は、図１に示したとおりである。また、図８と同一符号は、同一部分を示している。
【００９８】
本実施形態による集中巻回転電機は、永久磁石回転電機で、かつ、永久磁石の極数が１０個であり、固定子巻線突極部が９個の構成としている。
【００９９】
図８に示した実施形態と相違する点は、固定子巻線２４Ｃは、ここでは一つの固定子巻線コイルより構成されている。
【０１００】
次に、図１３を用いて、固定子巻線２４Ｃとして使用する固定子巻線コイルの形状について説明する。
図１３は、本発明の第９の実施形態による集中巻回転電機の固定子巻線コイルの形状の説明図である。
【０１０１】
図１３（Ａ）に示すように、固定子巻線コイル２４Ｃは、予め、所定のターン数だけ巻回されて長円のコイル形状に成形されている成形コイルである。固定子巻線コイル２４Ｃは、３個の固定子巻線突極部に巻回できるだけの長さを有している。固定子巻線コイル２４Ｃの全体の内の６箇所は、予め整形治具を当てて、断面形状が、図１３（Ｃ）に示すように、ほぼ方形の形状の整形コイル部２４Ｃ１としてある。固定子巻線コイル２４Ｃの全体の内の残りの６箇所は、断面形状が、図１３（Ｄ）に示すように、円形の形状のままの円形コイル部２４Ｃ２である。
【０１０２】
図１３（Ａ）に示す固定子巻線コイル２４Ｃをひねって、図１３（Ｂ）に示す形状とする。即ち、固定子巻線収納スロット２２３に入る直線部は整形し、コイルエンド部でひねる行程を設ける。その後、３個の固定子巻線突極部に対する固定子巻線収納スロット２２３に、固定子巻線コイル２４Ｃの整形コイル部２４Ｃ１を順次挿入することによって、固定子鉄心２２の各固定子巻線突極部に巻回する。
【０１０３】
以上説明したように、固定子巻線コイル２４Ｃに整形コイル部と円形コイル部を設け、これをひねって３個の連続した輪状の固定子巻線コイル２４Ｃを形成し、整形コイル部を順次固定子巻線収納スロット２２３に挿入することによって、固定子巻線の作業性を向上することができる。
【０１０４】
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。
【０１０５】
次に、図１４を用いて、本発明の各実施形態による永久磁石回転電機を用いた電気自動車について説明する。
図１４は、本発明の各実施形態による永久磁石回転電機を搭載した電気自動車のブロック構成図である。
【０１０６】
電気自動車の車体１００は、４つの車輪１１０，１１２，１１４，１１６によって支持されている。この電気自動車は、前輪駆動であるため、前方の車軸１５４には、永久磁石回転電機１２０が直結して取り付けられている。永久磁石回転電機１２０の構成は、図１，図２，図５，図６，図７，図８，図９，図１０，図１１，図１２に示したような構成となっている。永久磁石回転電機１２０は、制御装置１３０によって駆動トルクが制御される。制御装置１３０の動力源としては、バッテリ１４０が備えられ、このバッテリ１４０から電力が制御装置１３０を介して、永久磁石回転電機１２０に供給され、永久磁石回転電機１２０が駆動されて、車輪１１０，１１４が回転する。ハンドル１５０の回転は、ステアリングギア１５２及びタイロッド，ナックルアーム等からなる伝達機構を介して、２つの車輪１１０，１１４に伝達され、車輪の角度が変えられる。
【０１０７】
なお、以上の実施例では、永久磁石回転電機を電気自動車の車輪の駆動に用いるものとして説明したが、電気機関車等の車輪の駆動にも使用できるものである。
【０１０８】
本実施形態によれば、永久磁石回転電機を電動車両、特に電気自動車に適用すれば、小型軽量高効率の永久磁石回転電機駆動装置を搭載でき、一充電走行距離の長い電気自動車を提供することができる。
【０１０９】
【発明の効果】
本発明によれば、集中巻回転電機の効率を向上することができる。
【０１１１】
また、電動車両の一充電走行距離の長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による集中巻回転電機の正面側から見た部分断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による集中巻回転電機の固定子及び回転子を側面から見た図であり、図１のＡ−Ａ矢視図である。
【図３】本発明の一実施形態による集中巻回転電機における固定子巻線の収納状態を示す説明図であり、図２のＢ矢視図である。
【図４】本発明の一実施形態による集中巻回転電機の固定子巻線の断面図であり、図３のＣ−Ｃ矢視断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態による集中巻回転電機の固定子及び回転子を側面から見た図である。
【図６】本発明の第３の実施形態による集中巻回転電機の固定子及び回転子を側面から見た図である。
【図７】本発明の第４の実施形態による集中巻回転電機の固定子及び回転子を側面から見た図である。
【図８】本発明の第５の実施形態による集中巻回転電機の固定子及び回転子を側面から見た図である。
【図９】本発明の第６の実施形態による集中巻回転電機の固定子及び回転子を側面から見た図である。
【図１０】本発明の第７の実施形態による集中巻回転電機の固定子及び回転子を側面から見た図である。
【図１１】本発明の第８の実施形態による集中巻回転電機の固定子及び回転子を側面から見た図である。
【図１２】本発明の第９の実施形態による集中巻回転電機の固定子及び回転子を側面から見た図である。
【図１３】本発明の第９の実施形態による集中巻回転電機の固定子巻線コイルの形状の説明図である。
【図１４】本発明の各実施形態による永久磁石回転電機を搭載した電気自動車のブロック構成図である。
【符号の説明】
１０…永久磁石回転電機
２０…固定子
２２…固定子鉄心
２２…固定子鉄心
２２１…固定子ヨーク部
２２２…固定子巻線突極部
２２３…補助突極部
２２４…固定子巻線収納スロット
２４…固定子巻線
２４１，２４２…固定子巻線コイル
３０…回転子
３２…回転子鉄心
３６…永久磁石
３８…シャフト
４６，４８…エンドブラケット
４２，４４…ベアリング
５２…冷却パイプ
５４，５６…水箱
１００…車体
１１０，１１２，１１４，１１６…車輪
１３０…制御装置
１４０…バッテリ
１５０…ハンドル
１５２…ステアリングギア
１５４…車軸
ＰＳ…位置検出器
Ｅ…エンコーダ
【図１】
0003748299.tif 000002
【図２】
0003748299.tif 000003
【図３】
0003748299.tif 000004
【図４】
0003748299.tif 000005
【図５】
0003748299.tif 000006
【図６】
0003748299.tif 000007
【図７】
0003748299.tif 000008
【図８】
0003748299.tif 000009
【図９】
0003748299.tif 000010
【図１０】
0003748299.tif 000011
【図１１】
0003748299.tif 000012
【図１２】
0003748299.tif 000013
【図１３】
0003748299.tif 000014
【図１４】
0003748299.tif 000015