JPH1094230A - 外転型集中巻回転電機とそれを用いた電動車両 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】小形軽量，高効率の外転型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】固定子巻線と、固定子巻線が集中的に巻回
された固定子巻線突極４２とその外周に磁性体から成る
突極片４７とで構成される固定子磁極と、突極の磁束の
流路を構成する固定子ヨーク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とからなる外転
型集中巻回転電機１で、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、その外周に磁性体から成る
突極片４７，突極の磁束の流路を構成する固定子ヨーク
部４１のいずれか一方を分割した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は外転型集中巻回転電
機に係り、特に、小形軽量，高効率の外転型集中巻回転
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。一方、電気自動車の
駆動方法は一つの電動機により駆動する方法と、各駆動
輪の中に回転機を分散配置する方法とがある。分散配置
する方法では車輪を直接駆動することができ、ギヤが不
要になって高効率になる点、及び４輪を独立に制御でき
るのでその場での旋回ができる等の種々の長所を有す
る。この一般の外転型永久磁石電動機は平成６年電気学
会全国大会（Ｎo.８７２）に開示されている。ここでは
固定子の外周に永久磁石を配置した構成で、かつ固定子
は一般の巻線と同じ分布巻構成の例が開示されている。
また、ＯＡ用の小型永久磁石ブラシレスモータでは突極
に直接固定子巻線を巻回する低圧の外転型集中巻が広く
使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】開示例では、回転子部
に損失の発生が無いためにある程度高効率で、保守等も
容易であるが、分布巻であるために巻線の占積率の向上
もなく、効率の向上，小型軽量化が十分ではなかった。
また、分布巻であるためにエンドリング部の長さが長く
なってしまい、電動機体格の増加とともに、効率の向
上，小型軽量化が十分には達成することができなかっ
た。また、大型機では突極に巻線を直接巻回する方式を
取ることは占積率の低下及び巻線−固定子鉄心間の絶縁
が十分に取れない等の欠点を有していた。

【０００４】本発明の目的は、小形軽量，高効率の外転
型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。

【０００５】

【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その外周に磁性体から
成る突極片とで構成される固定子突極と、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外転型
集中巻回転電機で、固定子巻線が集中的に巻回された固
定子巻線極と、その外周に磁性体から成る突極片，突極
の磁束の流路を構成する固定子ヨーク部のいずれか一方
を分割した。

【０００６】さらに、本発明をより効果的にするには、
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
構成し、固定子巻線を整形して配置する。

【０００７】以上の構成によれば、固定子巻線の固定子
コア内の占積率が向上し、巻線抵抗を下げることが出来
る。かつ固定子巻線のコイルエンドの長さも短くなって
回転電機の体格を一層小さいものにすることができる。
これによって小型軽量，高効率の外転型集中巻回転電機
及びそれを備えた電動車両を提供することができる。

【０００８】

【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。

【０００９】図１に本発明の外転型集中巻回転電機の構
造図を、図２にその断面図を示す。ここでは永久磁石回
転電機で、かつ永久磁石の極数が８、固定子巻線突極が
６で固定子巻線突極間に補助突極を配置した一実施例に
ついて説明する。

【００１０】図で、外転型集中巻永久磁石回転電機１は
固定子２とその固定子２の外周を回転する回転子３とか
らなる。ここで、固定子２は固定子巻線５と、固定子巻
線５を備えた固定子鉄心４と、これを支持する固定子支
持板１１，ハウジング１２とからなる。回転子３は回転
子ヨーク７とその内周に周方向にほぼ等しい間隔に配置
され、かつ交互に異極となるように着磁された永久磁石
６とからなり、これはシャフト８の上にマウントされて
ベアリング９を介して固定子支持板１１，ハウジング１
２によって回転可能に支持される。

【００１１】ここでは、固定子鉄心４は固定子巻線５を
集中的に巻回された固定子巻線突極４２と、固定子巻線
突極４２の空隙側に設けられた突極片４７と、固定子巻
線突極４２の間に位置し、固定子巻線５を持たない補助
突極４３と、以上の突極の磁束を通す固定子ヨーク部４
１とからなる。ここでは、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、その外周に磁性体から成
る突極片４７，突極の磁束の流路を構成する固定子ヨー
ク部４１がすべて分割された実施例について示した。固
定子巻線５は固定子巻線突極４２に集中的に巻回され、
図示のように突極片４７と補助突極４３，固定子ヨーク
部４１とで作られる空間に配置される構成とする。

【００１２】固定子ヨーク部４１と固定子巻線突極４２
と突極片４７と補助突極４３は積層珪素鋼板からなり、
それぞれ図示のような形状に打ち抜かれた薄板を積層固
定するとともに、図示のように一体に打ち抜かれた固定
子ヨーク部４１と補助突極４３とにタブテール等によっ
て突極片４７，固定子巻線突極４２とを一体に固定す
る。

【００１３】さらに分割された固定子巻線突極４２と突
極片４７を固定子ヨーク部４１，補助突極４３に強固に
保持するために固定子巻線突極４２と突極片４７と補助
突極４３と固定子ヨーク部４１の軸方向の位置に薄板よ
りなる固定子突極支持板１０を介してそれぞれに設けら
れた支持穴４５を利用し、ボルトまたはリベット等を介
して一体に強固に支持する。

【００１４】以上の構成の外転型集中巻永久磁石回転電
機１はハウジング１２，固定子支持板１１の上に珪素鋼
板を補助突極４３を含めて図示形状に打ち抜き、かしめ
等によって一体に固定された（必要によっては支持ピン
等で固定する）固定子ヨーク部４１を固定する。さらに
固定子ヨーク部４１に固定子ヨーク部４１と同様に珪素
鋼板からなる固定子巻線突極４２をタブテール４４を介
して固定する。ここで、固定子巻線５は予め図示形状に
集中巻コイルとして巻回後、整形し（必要によっては絶
縁し）、固定子巻線突極４２と補助突極４３との空間に
収納する。また、必要によっては固定子巻線５はボビン
等に巻回された構成とすることもできる。ここで、固定
子巻線５は３相構成を示す。Ｕ，Ｖ，Ｗはそれぞれの相
を表す。固定子巻線５を固定した後、突極片４７をタブ
テール４４を介して固定するとともに軸方向に配置され
た固定子突極支持板１０に補助突極４３，突極片４７に
設けられた支持穴４５を介して補助突極４３，突極片４
７，固定子巻線突極４２，固定子ヨーク部４１を一体に
固定する。以上の構成によれば、固定子巻線５は予め外
部で整列に巻回することができるために巻線の収納空間
に対する占積率を向上でき、かつ固定子巻線の軸方向の
エンドコイル部の長さも短くすることができる。これに
よって、外転型集中巻回転電機１は巻線の抵抗を下げる
ことができ、高効率化することができる。また、エンド
コイルを短くすることや固定子巻線５の占積率の向上は
固定子巻線５と固定子巻線突極４２間の熱抵抗を下げる
効果を発揮し、巻線の温度を下げる効果がある。これに
よっても一層小型軽量化，高効率化が可能となる。

【００１５】図３に本発明の他の実施例を示す。ここで
は、図１で示した構成とほぼ同一であるが、固定子巻線
突極４２と固定子ヨーク部４１と助突極４３とが一体構
造の例で示す。その分図１より強固な構造となる。ここ
では、突極片４７，補助突極４３の空隙側外周に補助溝
４６を有する構成である。この溝を活用し、ボルト１３
等によって突極片４７，固定子巻線磁極４２を固定子鉄
心の軸方向に置かれた固定子突極支持板１０を介して固
定子２に強力に固定する構成を示した。

【００１６】ここでは、ボルト１３に変わってモールド
材を補助溝４６内に流して固定する方式も十分できる。

【００１７】図４に本発明の他の実施例を示す。

【００１８】ここでも永久磁石回転電機での実施例で、
かつ永久磁石の極数が８，固定子巻線突極は９の実施例
で示した。また、固定子巻線突極４２間に補助突極４３
が空隙面まででない実施例で示した。本実施例では図１
で示した外転型集中巻永久磁石回転電機に比較して空隙
面に補助突極が無い分、固定子巻線の磁束量が増加し、
電動機の特性は向上する。回転子２，電動機の断面構造
は図２とほぼ同様である。

【００１９】図４で、固定子鉄心４は固定子巻線突極４
２と、固定子巻線突極４２の空隙側に設けられた突極片
４７と、固定子巻線突極４２の間に位置した補助突極４
３と、以上の突極の磁束を通す固定子ヨーク部４１とか
らなる。ここでは、固定子巻線５Ａが集中的に巻回され
た固定子巻線極４２と突極の磁束の流路を構成する固定
子ヨーク部４１，補助突極４３とが一体で珪素鋼板より
打ち抜かれた構成で、固定子巻線極４２の外周に配置さ
れた磁性体から成る突極片４７のみが分割された実施例
について示した。

【００２０】また、ここでは固定子巻線５は二つに分割
された実施例で示した。固定子巻線５Ａは固定子巻線突
極４２に集中的に巻回され、図示のように突極片４７と
補助突極４３と固定子ヨーク部４１とで作られる空間に
配置される。一方、固定子巻線５Ｂは補助突極４３，突
極片４７，固定子ヨーク部４１とで作られる空間に配置
される。つまり固定子巻線５は固定子巻線磁極４２に巻
回された小さな集中巻コイルで構成された固定子巻線５
Ａと前記小さな集中巻コイルが中に収容できる大きさで
同じ集中巻コイルより成る固定子巻線５Ｂとを有する構
成である。つまり、集中巻の固定子巻線を多重にして配
置したことが特徴である。

【００２１】図４で、分割された突極片４７は固定子巻
線突極４２の外周に設けられたタブテール等によって固
定子巻線突極４２とを一体に固定する。ここでは磁極片
４７は隣の磁極片とブリッジを介してつながった形状を
示し、ブリッジによって、固定子巻線の作る磁束を増加
させて固定子巻線５のインダクタンスを増加させる欠点
はあるが、部品点数の少ない構成で構造強固な外転型集
中巻回転電機を構成することができる。なお、必要によ
っては固定子鉄心の軸方向に固定子突極支持板１０を設
けて一層強固に固定することもできる。

【００２２】ここで、固定子巻線５Ａ，５Ｂは予め図示
形状に集中巻コイルとして巻回後、整形し（必要によっ
ては絶縁し）、固定子突極４２と補助突極４３との空間
に収納する。また、必要によっては固定子巻線５Ａ，５
Ｂはボビン等に巻回された構成とすることもできる。

【００２３】以上の構成によれば、図１の実施例と同様
に固定子巻線５Ａ，５Ｂは予め外部で整列に巻回するこ
とができるために巻線の収納空間に対する占積率を向上
でき、かつ固定子巻線の軸方向のエンドコイル部の長さ
も短くすることができる。これによって、外転型集中巻
回転電機１は巻線の抵抗を下げることができ、高効率化
することができる。また、エンドコイルを短くするこ
と、固定子巻線５の占積率の向上は固定子巻線５と固定
子巻線突極４２間の熱抵抗を下げる効果を発揮し、巻線
の温度を下げる効果がある。これによっても一層小型軽
量化，高効率化が可能となる。

【００２４】さらに、固定子巻線５Ａ，５Ｂが分割され
て固定子鉄心内に収容されているために、固定子巻線５
Ａ，５Ｂ間の補助突極を介して固定子巻線５Ａ，５Ｂ間
の冷却をすることが出来る。そこで、固定子巻線が一体
で製作されているものに比較して、固定子巻線の温度上
昇を低下せしめることができる、特に固定子巻線の中心
部の温度を低減することができる。

【００２５】以上の効果は固定子突極支持板１１等の部
分に例えば水冷却等の強力な冷却システムを備えた構成
の場合には一層強力に効果を発揮することが出来る。

【００２６】特に固定子ヨーク部４１内に冷却管を配置
することによってより冷却を効果的に高めることができ
る。さらに固定子ヨーク４１内への冷却管の配置は従来
分布巻ではコイルエンド部が大きくなり、内径側まで占
有する事によって配置が困難であったが、集中巻方式で
はコイルエンドが短いためにコイルエンド内径側に空間
を生じ、容易に冷却管を配設する事ができる。

【００２７】以上は、永久磁石回転電機で、かつ永久磁
石の極数が８、固定子巻線突極４２が６及び９の場合に
ついて示した。さらに固定子巻線突極４２間に補助突極
４３を配置した一実施例について説明したが、本発明は
以上の構成に限定するものではなく、例えば補助突極を
有しない構成、及び永久磁石極数と固定子巻線突極数と
の比が２：３あるいは６：７及び６：５あるいは８：９
や８：１０等の構成でも有効である。さらに、回転子と
して、永久磁石を磁性体の中に配置した永久磁石回転子
や、永久磁石でなく、突極性を有する磁性材料を配置し
たリラクタンス型回転子等についても本発明は有効な結
果を発揮することが可能である。

【００２８】

【発明の効果】小形軽量，高効率の外転型集中巻回転電
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】本発明の外転型集中巻回転電機の一実施例の説
明図。

【図２】本発明の外転型集中巻回転電機の断面図。

【図３】本発明の外転型集中巻回転電機の第二実施例の
説明図。

【図４】本発明の外転型集中巻回転電機の第三実施例の
説明図。

【符号の説明】

１…外転型集中巻回転電機、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、１１…固定子支持板、４
１…固定子ヨーク部、４２…固定子巻線突極、４３…補
助突極、４４…タブテール、４５…支持孔、４７…突極
片。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 孝司 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 伊藤 元哉 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (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

Claims (8)

【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突極とその外周に磁性体から成る
   突極片とで構成される固定子突極と、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外転型集中巻
   回転電機において、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、その外周に磁性体から成る突極
   片，突極の磁束の流路を構成する固定子ヨーク部のいず
   れかが分割されていることを特徴とする外転型集中巻回
   転電機。
2. 【請求項２】請求項１において、前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外
   転型集中巻回転電機。
3. 【請求項３】請求項１において、前記固定子巻線が集中
   的に巻回された固定子巻線突極の間に固定子巻線を持た
   ない補助突極を突極の磁束の流路を構成する固定子ヨー
   ク部と一体に備えた外転型集中巻回転電機。
4. 【請求項４】請求項３において、前記突極の磁束の流路
   を構成する固定子ヨーク部から分離された固定子巻線突
   極もしくはその外周の突極片を固定子巻線を持たない補
   助突極の軸方向に配置された支持部材を介して固定子ヨ
   ーク部に固定した外転型集中巻回転電機。
5. 【請求項５】請求項１において、前記固定子巻線が集中
   的に巻回された固定子巻線突極の外周に設けられた磁性
   体から成る突極片の空隙面に補助溝を設け、かつその補
   助溝を介して分割された突極を保持した外転型集中巻回
   転電機。
6. 【請求項６】請求項１において、集中巻の固定子巻線を
   多重にして配置した外転型集中巻回転電機。
7. 【請求項７】請求項１において、前記突極片のみ分割し
   た外転型集中巻回転電機。
8. 【請求項８】請求項１に記載の外転型集中巻回転電機を
   備えた電動車両。