JP2000050584A

JP2000050584A - 電動機

Info

Publication number: JP2000050584A
Application number: JP10210615A
Authority: JP
Inventors: Norisada Nishiyama; 典禎西山; Shinichirou Kawano; 慎一朗川野; Yasufumi Ichiumi; 康文一海
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-07-27
Filing date: 1998-07-27
Publication date: 2000-02-18

Abstract

(57)【要約】【課題】ハイブリッドエンジンでは、車輪軸に直結し
た電気モータの回転子が回転すると、回転子に設けた永
久磁石により、電気モータの固定子に鉄損が発生し、出
力の低下やモータが発熱していしまう。【解決手段】本願発明は、永久磁石６を備える第１の
回転体部２、及び突極性を備えるよう磁束遮蔽溝１１を
設けた第２の回転体部３を回転軸方向に連結した回転子
と、電流を供給することで回転子を駆動する界磁を発生
する固定子２１とを備え、回転子の回転軸が外部の回転
駆動手段により回転する電動機であり、回転子の一部を
リラクタンスモータとすることで永久磁石量を減らし、
誘起電圧の発生を抑え鉄損を減少した高出力・高効率モ
ータを提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は同期電動機に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車の原動機として、内燃機関
を用いるものが一般的であった。近頃は、大気汚染、地
球環境温暖化等が問題となり、地球環境との共存といっ
た観点から、原動機としてガソリン／ディーゼルエンジ
ンと電気モータとを組み合わせたハイブリッド自動車の
研究が進められている。このようなハイブリッド自動車
は、起動時、加減速時など負荷が大きく変動する時に、
モータでエンジンをアシストする。または、モータのみ
で駆動することにより、エンジンの負荷を低減する。エ
ンジンの負荷が定常となる走行状態では、モータの通電
を止め、エンジンを効率良く用いることで低燃費駆動を
行うことができる。また、排気ガスもクリーンとなる。

【０００３】

【発明が解決しょうとする課題】しかし、このようなハ
イブリッドエンジンとして、小型・高出力・高効率な永
久磁石埋め込みモータを用いることが適しているが、駆
動軸に直結した電気モータの回転子が回転すると、回転
子に設けた永久磁石により誘起電圧が発生する。この誘
起電圧、すなわち固定子に鎖交する磁束により、電気モ
ータの固定子に鉄損が発生する。特にモータに通電して
いなくても鉄損が生じるため、エンジン出力の低下や、
モータが発熱するために定格出力の低下といった課題が
ある。

【０００４】特に、ガソリンエンジンの効率が良い定負
荷走行中は、電気モータへの供給電源をＯＦＦにし、ガ
ソリンエンジンのみで回転駆動するので、エンジンの回
転駆動に合せて電気モータの回転子も高速回転する。こ
のような動作では、誘起電圧の発生が大きく、電気モー
タの固定子の鉄損を大きくしてしまう。

【０００５】また、誘起電圧を抑えることのみに鑑みれ
ば、クラッチのようなものを用いて、電気モータを駆動
させないときは、駆動軸と電気モータの回転子とを切り
離して、車輪が回転しても電気モータの回転子は停止し
ているような状態にすることも考えられるが、機構とそ
の制御が複雑となり、このような機構を設けるためのス
ペースを必要とする。電気自動車は電気自動車自身の大
きさ、重さを小さくするに反して、電気自動車の室内ス
ペースを広く取るという相反する課題があり、電気モー
タを含めた駆動装置を大きくすることは困難である。

【０００６】本願発明はこのような課題を解決するもの
であり、外部の力により回転軸が回転した時に、電気モ
ータで発生する誘起電圧を抑え、鉄損を減少させた小型
高出力高効率なモータを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願発明は、永久磁石を
備える第１の回転体部、及び突極性を備えるよう磁束遮
断部を設けた第２の回転体部を回転軸方向に連結した回
転子と、電流を供給することで前記回転子を駆動する界
磁を発生する固定子とを備え、前記回転子の回転軸が外
部の回転駆動手段により回転させられる場合がある電動
機であり、回転子の一部をリラクタンスモータとするこ
とで永久磁石量を減らし、誘起電圧の発生を抑えること
がきる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本願発明の電動機は、永久磁石を
備える第１の回転体部、及び突極性を備えるよう磁束遮
断部を設けた第２の回転体部を回転軸方向に連結した回
転子と、電流を供給することで前記回転子を回転駆動す
るための界磁を発生する固定子とを備え、前記回転子の
回転軸が外部の回転駆動手段により回転する。つまり、
回転軸が外部の力により回転したとしても、回転子の一
部をリラクタンスモータとすることで永久磁石量を減ら
し、誘起電圧の発生を抑え、鉄損の減少が実現できる。
また、電動機が固定子に供給される電流により回転磁界
を形成し、回転子が回転駆動する場合であっても、永久
磁石を備えているので高出力・高効率な電動機とするこ
とができる。なお、この磁束遮断部は非磁性体、電機子
反作用による無効磁束を打ち消すための低磁性体等の磁
束抵抗である。

【０００９】更に、固定子に電流を流さない状態で、回
転子の回転軸が回転駆動手段により回転するので、回転
軸に固定された回転子が前記回転駆動手段に従い回転す
る。

【００１０】更に、第１の回転体部は永久磁石を埋め込
むことで突極性を備えており、第１の回転体本部はマグ
ネットトルクに加えてリラクタンストルクを利用でき
る。

【００１１】更に、電動機と、回転駆動手段として内燃
機関とを備えたハイブリッドエンジンとすることで、電
動機と内燃機関の利点を使い分けることにより低燃費の
よいエンジンを提供することができる。

【００１２】更に、第１の回転体部と第２の回転体部は
回転軸方向に連結し、第１の回転体部と第２の回転体部
との間には非磁性体を介在することで、第１の回転体部
と第２の回転体部とは磁気特性が独立するので、回転子
の設計が容易に行われる。

【００１３】更に、複数の第２の回転体部の間に、第１
の回転体部を介在すると磁気的、機械的バランスも良く
なる。

【００１４】更に、第１の回転体部の最大トルクの発生
する位相と、第２の回転体部の最大トルクの発生する位
相が同じになるように組み合せることで、高トルクが可
能となる。

【００１５】更に、磁性抵抗層は回転軸側より回転子外
径側の方が狭いので、第１の回転体部が有する永久磁石
から、磁束遮断部に沿って第２の回転体部外周へ磁束を
流すことにより、第２の回転体部外周へ出力する磁束分
布は正弦波状となり、トルク変動も小さし、制御性も向
上できる。

【００１６】また、突極性を備えるように磁束遮断部を
設けた回転子と、電流を供給することで前記回転子を駆
動する界磁を発生する固定子とを備え、この固定子に電
流を供給しない状態で、前記回転子の回転軸が内燃機関
により回転する。回転子は永久磁石を備えていないため
無通電時には誘起電圧を発生せず、モータが無通電時に
は鉄損を発生しないハイブリッドモータを提供すること
ができる。なお、この磁束遮断部は非磁性体、電機子反
作用による無効磁束を打ち消すための低磁性体等の磁束
抵抗である。

【００１７】更に、車輪の駆動軸に電動機の回転子を直
結することで、部品点数を増加することなく、小型高出
力な電気自動車のハイブリッドエンジを提供することが
できる。

【００１８】

【実施例】（実施例１）実施例１で、電気自動車で利用
するガソリンエンジンと電気モータとを組み合せたハイ
ブリッドエンジンを示す。このようなハイブリッドエン
ジンを有する電気自動車は、起動時や加減速時では電気
モータ、又は電気モータとガソリンエンジン、一定負荷
となる安定走行ではガソリンエンジに切替え、ガソリン
エンジン、電気モータの各長所を利用して低燃費の電気
自動車を提供する。

【００１９】まず、電気モータは、永久磁石により突極
性を備えた第１の回転体部２と、複数のスリットにより
突極性を備えた第２の回転体部３とを回転軸方向に連結
した回転子を有し、固定子の鉄損が少なく且つ電気モー
タを小型にすることを可能としたものである。

【００２０】図１に示すように、第１の回転体部２と二
つの第２の回転体部３は同一の回転軸４に固定してお
り、第２の回転体部３は第１の回転体部２を挟むような
構成としている。また、第１の回転体部２と第２の回転
体部の間は、非磁性体５を介在し、第１の回転体部２と
第２の回転体部３が磁気的に独立するように連結してい
る。

【００２１】図２に示すように第１の回転体部２は電磁
鋼板を積層し、回転軸４に向って凸の形状で、端部が回
転体部２の外周に近接したスリット部を４極に設け、こ
のスリット部の中に永久磁石６を埋め込む。この永久磁
石６はスリット部と同一の大きさではなく、永久磁石６
端部とスリット部端部との間で空隙部７を形成する。こ
の時の空隙部７の中に樹脂等を埋め込んでもよい。第１
の回転体部２は、永久磁石６と空隙部７により突極性を
備え、固定子の発生する磁界に同期して、第１の回転体
部２はリラクタンストルク及びマグネットトルク（マグ
ネットトルク＞リラクタンストルク）を発生する。貫通
穴は回転軸４とスリット部の間に設け、この貫通穴にリ
ベットピン８または、ボルト等の締結手段により、複数
の電磁鋼板を固定する。

【００２２】図３に示すように、第２の回転体部３は電
磁鋼板を積層し、回転軸４に向かって凸の形状であり、
端部が第２の回転体部３の外周に近接した磁束遮蔽溝と
なすスリット１１を複数本備え、第２の回転体部３が突
極性を備えるような構成としている。なお、スリット１
１は回転軸方向に貫通した空隙である。このスリットに
樹脂、低磁性体等の磁束抵抗体を埋め込んでもよい。第
２の回転体部３はスリット１１により突極性を備え、固
定子の発生する磁界に同期してリラクタンストルクのみ
により回転駆動する。第２の回転体部３は磁性体である
永久磁石を備えていないので、マグネットトルクは発生
しない。

【００２３】本実施例の回転子は、第１の回転体部２の
両端面に、第２の回転体部３を非磁性体５を介して連結
しており、第１の回転体部２及び第２の回転体部３は同
一の回転軸に固定しており、第１の回転体部２と第２の
回転体部３は一体となり回転する。

【００２４】回転子の外側には巻線２２を巻回した固定
子２１を配置し、巻線２２に電流を流すことで、回転子
を回転駆動する磁界を発生する。

【００２５】このような構成の電気モータは固定子に電
流を流すことで回転子を回転駆動する。なお、第１の回
転体部２と第２の回転体部３とを、第１の回転体部２の
最大トルク位相と第２の回転体部３の最大トルク位相と
を一致させて連結することで同一電流でのトルクがさら
に増大する。図４で示すように、第１の回転体部の位相
は電気角２０°で最大トルクとなる（ａ）、第２の回転
体部は電気角４５°で最大トルクとなる（ｂ）である
が、第２の回転体部を１５°ずらして３０°で最大トル
クとなるように組み合せた回転子を（ｃ）とした。この
ような構成とすることで電気モータの出力トルクを大き
くすることができる。（ｄ）は第１の回転体部と第２の
回転体部とのスリットの位置がそろう位置で組み合せた
場合、すなわち、最大位相が合わない状態で連結したも
のである。図４から（ｃ）が（ｄ）に比べて最大トルク
が増加していることがわかる。

【００２６】図５には、ハイブリッドエンジンを用いた
電気自動車の駆動装置の構成を示す。電気モータ２１と
内燃機関であるガソリンエンジン２２を連結したハイブ
リッドエンジンは、駆動軸２３と電気モータ２１の回転
軸は直結してあり、この駆動軸２３はガソリンエンジン
２２とクラッチ２４等により連結している。駆動軸２３
が回転するとデフ２５を介して車輪２６が回転する。こ
のような駆動装置は、電気モータ２１と、ガソリンエン
ジン２２とを連結して回転駆動することもできるし、ガ
ソリンエンジン２２を切り放すこともできる。しかし、
ガソリンエンジにより駆動軸２３を回転させたとして
も、駆動軸２３と電気モータの回転軸４は同一であるの
で、ガソリンエンジン２２が回転駆動すると電気モータ
２１の固定子に電気が流れようが、流れまいが、電気モ
ータの回転子は回転する。

【００２７】ハイブリッドガソリンエンジンの燃費がよ
い定負荷走行時はガソリンエンジンのみで回転駆動す
る。この時、電気モータには通電されていない。ただ
し、駆動軸と同一である回転軸４には電気モータの回転
子１が固定されているので、ガソリンエンジンのみで駆
動した時、ガソリンエンジンの回転に従い、電気モータ
の回転子１は回転する。

【００２８】本実施例の電気モータはマグネットだけで
はなく、リラクタンストルクを活用して回転駆動するの
で、出力トルクの大きさのわりに永久磁石６の量は少な
い。つまり、回転子が回転した時の発生誘起電圧は少な
いので、固定子２１で発生する鉄損も少ない。なぜなら
ば、誘起電圧は回転子が備える永久磁石が移動すること
による鎮交磁束の変化により発生するのであるが、本実
施例の電気モータは、従来の永久磁石を回転子の表面に
張り付けたマグネットトルクのみで回転駆動する永久磁
石同期モータと比較して鎮交磁束が少ないという特徴を
有するものである。ただし、鎮交磁束が減っているとい
えども、第２の回転体部３の備える突極比及び、第１の
回転体部２で備える突極比により得られるリラクタンス
トルクにより、従来電気モータと同等の回転駆動トルク
を得ることができる。

【００２９】なお、誘起電圧の発生を抑えることのみに
鑑みれば、電気モータの回転子は突極性を備えるように
非磁性部を設けた回転子のみにして、リラクタンストル
クのみで回転駆動することが好適である。つまり、モー
タへ無通電の時、ガソリンエンジンにより回転軸が回転
したとしても、回転子には永久磁石がないため誘起電圧
は発生することはない。しかしながら、このような構成
であると、従来のマグネットトルクを利用して回転駆動
する永久磁石同期電動機と同じ出力トルクを得ようとす
ると、電気モータが大きくなってしまう。

【００３０】現在の自動車では、自動車自体の大きさは
小さく、且つ自動車の室内スペースは広くすることが望
まれており、電気モータの大きさが大きくなりすぎて、
室内スペースが削られることは好ましくない。そこで、
永久磁石を備える第１の回転体部２、及び突極性を備え
るよう磁束遮断部を設けた第２の回転体部３を回転軸方
向に連結した回転子を用いることで、電気モータの大き
さを小さく、且つ誘起電圧の発生が少なくすることを可
能とする。

【００３１】なお、本実施例では第２の回転体部３は、
リラクタンスモータであれば、シンクロナスモータとし
てアキシャルラミネーションモータを用いてもよい。ま
た、実施例１では二つの第２の回転体部の間に第１の回
転体部を挟んでいるが、一つの第１の回転体部と一つの
第２の回転体部とを連結した状態でもよい。

【００３２】また、ガソリンエンジンにより回転軸が回
転したとしても、鉄損の発生する課題があり、回転軸を
回転する原因として、下り坂で車輪が回転する場合で
も、本願により鉄損の発生を抑えることができる。ま
た、内燃機関としては、ガソリンエンジンに限らず、デ
ィーゼルエンジン、天然ガスエンジンについても同様で
ある。

【００３３】また、図６には第１の回転体部の他の形状
を示す。図６（ａ）に示すように、表面永久磁石を貼り
付けたものでもよい。また、図７には第１の回転体部と
第２の回転体部との組み合せの他の実施例を示す。

【００３４】（実施例２）実施例２の電気モータは、非
磁性体３１の厚みが回転軸から回転子外側になる従い狭
くなり、第１の回転体部の軸方向の幅は回転軸から回転
子外径側になるに従い幅が広くなっている所が、実施例
１と異なり、他の構成については実施例１と同じであ
る。

【００３５】図８に、第１の回転体部３２と第２の回転
体部３３との連結箇所の部分拡大断面図を示す。第１の
回転体部３２は、第１の回転体部３２の内部に永久磁石
３４を埋め込んでいる。この時、永久磁石３４は回転軸
３５に凸となるような形状で埋め込まれており、第１の
回転体部３２は突極性を有する。第２の回転体部３３は
突極性を備えるように複数の円弧状のスリット３６を回
転軸３５に凸となるような形状で設けている。第１の回
転体部３２と第２の回転体部３３との間に介在した非磁
性体３１は回転軸側は幅広く、回転子外側へ向かうに従
い幅が小さくなっていく。最も外側の磁束通路３７ａと
第１の回転体部３２は直接連結しており、第１の回転体
部３２の磁束が磁束通路３７ａに流れる。

【００３６】本実施例では非磁性体３１の厚みを変える
ことにより、永久磁石３４から第２の回転体部３３の各
々の磁束通路に磁束量を変えて流す。なお、第１の非磁
性体は第１の回転体部と第２の回転体部を独立して設計
するため、第１の回転体部の永久磁石から発生する磁束
が第２の回転体部に流れないよう、非磁性体を厚くして
いるが、実施例２で使用する非磁性体３１は永久磁石３
４で発生する永久磁石の磁束を積極的に利用するため
に、実施例１の非磁性体により厚みが薄い。

【００３７】永久磁石３４から発生する磁束が、第２の
回転体部３３へ磁束通路３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７
ｄ，３７ｅ，３７ｆに流れる磁束量は、非磁性材３１の
厚みと反比例し、図８に示すように矢印の大きさの傾向
に等く、回転軸側の磁束通路３７に流れる磁束は少な
く、回転子外側の磁束通路に流れる磁束量は多い。すな
わち、非磁性体３１の厚みは回転軸側では厚く、この非
磁性体３１の厚みが磁束抵抗となるために、回転子中心
側の磁束通路３７に流れる磁束量は少ない。一方、非磁
性体３１の厚みは回転子外側では薄く、回転子外側の磁
束通路３７に流れる磁束量は多い。つまり、図９に示す
通り、永久磁石３４から発生する磁束が第２の回転体部
の磁束通路３７に流れる時、磁極の中心の３７ａでは大
きく３７ｆでは小さくなる。つまり、第２の回転体部か
ら発生するギャップの磁束の分布は正弦波状となる。

【００３８】第２の回転体部にマグネットトルクを発生
する場合、第２の回転体部からの磁束分布は正弦波状で
あるので、トルク変動も小さく、制御性も向上し、安定
した回転駆動を行うことができる。

【００３９】

【発明の効果】本願請求項１、２、３記載の発明は、誘
起電圧の発生を抑え、鉄損の発生を抑えた小型モータ提
供することができる。

【００４０】請求項４記載の発明は、エンジン駆動して
いる時、無通電モータの誘起電圧の発生を抑えることが
できるので、鉄損を抑えることで低燃費とすることがで
きる。

【００４１】請求項５、６記載の発明は、第１の回転子
と第２の回転子の設計を容易に行うことができる。

【００４２】請求項７記載の発明は、電動機の出力トル
クを更に大きくすることができる。請求項８記載の発明
は、第２の回転体部から発生する磁束は正弦波であり、
トルク変動も小さく、制御性も向上し安定した回転駆動
をすることができる。

【００４３】請求項９記載の発明は、誘起電圧が発生し
ないハイブリッドエンジンを提供することができる。

【００４４】請求項１０、１１記載の発明は、低燃費の
電気自動車を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例１の電動機の断面図

【図２】同第１の回転体部を示す図

【図３】同第２の回転体部を示す図

【図４】同電動機のトルク特性図

【図５】同電気自動車の駆動装置の構成を示す図

【図６】他の実施例の第１の回転体部を示す図

【図７】他の実施例の回転子の断面図

【図８】実施例２の回転子の断面図

【図９】同第２の回転体部の磁束分布を示す図

【符号の説明】

２第１の回転体部３第２の回転体部６永久磁石１１磁束遮蔽溝２１固定子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者一海康文大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 5H111 AA01 BB02 BB06 CC01 CC13 DD05 DD08 DD12 FF05 JJ04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】永久磁石を備える第１の回転体部、及び
突極性を備えるよう磁束遮断部を設けた第２の回転体部
を回転軸方向に連結した回転子と、電流を供給すること
で前記回転子を回転駆動するための界磁を発生する固定
子とを備え、前記回転子の回転軸が回転駆動手段により
回転する電動機。
【請求項２】固定子に電流を流さない状態で、回転子
の回転軸が回転駆動手段により回転する電動機。
【請求項３】第１の回転体部は突極性を備える請求項
１記載の電動機。
【請求項４】請求項１記載の電動機と、回転駆動手段
として内燃機関とを備えたハイブリッドエンジン。
【請求項５】第１の回転体部と第２の回転体部は回転
軸方向に連結し、第１の回転体部と第２の回転体部との
間には非磁性体を介在した請求項１記載の電動機。
【請求項６】複数の第２の回転体部の間に、第１の回
転体部を介在した請求項１記載の電動機。
【請求項７】第１の回転体部の最大トルクの発生する
位相と、第２の回転体部の最大トルクの発生する位相が
同じになるように組み合わせた請求項１記載の電動機。
【請求項８】第１の回転体部と第２の回転体部は回転
軸方向に連結し、第１の回転体部と第２の回転体部との
間には回転軸側より回転子外側の方が狭くなる磁性抵抗
層を介在した請求項１記載の電動機。
【請求項９】突極性を備えるように磁束遮断部を設け
た回転子と、電流を供給することで前記回転子を駆動す
る界磁を発生する固定子とを備え、この固定子に電流を
供給しない状態で、前記回転子の回転軸が内燃機関によ
り回転するハイブリッドエンジン。
【請求項１０】請求項４又は請求項９記載のハイブリ
ッドエンジンを備えた電気自動車。
【請求項１１】車輪の駆動軸に電動機の回転子を固定
した請求項１０の電気自動車。