JP5805046B2 - 車両用電動機および車両用発電機 - Google Patents

Description

この発明は、例えば、電気自動車やハイブリッド車などに適用される車両用電動機および発電機に関し、特に、永久磁石を回転子鉄心の外周側に埋め込んだ永久磁石埋込型の車両用電動機および発電機に関するものである。

一般に、回転電機においては、高出力・高効率のみならず、小型化が求められている。そして、高出力化および小型化を実現するには、巻線の占積率を高めることが求められる。また、磁力を高めて大きな出力を得るには、巻線に大きな電流を流す必要がある。占積率を高め、大電流を流すために、長方形断面を有する平角線が採用されている。特に、平角線の短辺をコイル軸に向けて巻回して構成されるエッジワイズコイルは、丸線に比べ、占積率を高めることができる。

しかしながら、エッジワイズコイルは、導体幅が広く、かつ短辺をコイル軸に向けて巻回されているので、大きな渦電流が発生しやすく、損失が大きくなるという問題があった。

このような状況を鑑み、エッジワイズコイルにおける渦電流損失を低減する試みが種々提案されている。例えば、特許文献１，２では、固定子鉄心のティースに巻回されたコイルの回転子側に低透磁率材を配設し、回転子からコイルに向かう磁束を低透磁率材を介してティースに誘導して、コイルを鎖交する磁束量を低減し、渦電流損失を低減していた。また、特許文献３では、エッジワイズコイルをコイルの半径方向に分割して複数の筒状コイル部材により構成し、渦電流損失を低減していた。

特開２０１１−１３０５５６号公報 特開２０１０−２６８６１９号公報 特開２００９−２５４００１号公報

特許文献１，２では、固定子鉄心のティースに巻回されたコイルの回転子側に低透磁率材を配設するので、低透磁率材の位置決め精度を高める必要があるとともに、低透磁率材の固定が困難となるという課題があった。
また、特許文献３では、エッジワイズコイルをコイルの半径方向に複数に分割した形状の筒状コイル部材を作製する必要があり、筒状コイル部材の工作性が悪化するという課題があった。

この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、車両の走行のほとんどが前進走行であることから、回転子の回転方向がほとんど一方向となる点に着目し、エッジワイズコイルとティース先端との間の径方向距離を主回転方向の遅れ側を主回転方向の進み側に対して長くして、コイルを鎖交する磁束量を少なくし、渦電流損失を低減する車両用電動機を得ることを目的とする。
また、エッジワイズコイルとティース先端との間の径方向距離を主回転方向の遅れ側を主回転方向の進み側に対して短くして、コイルを鎖交する磁束量を少なくし、渦電流損失を低減する車両用発電機を得ることを目的とする。

この発明による車両用電動機は、ティースがそれぞれ円環状のコアバックから径方向内方に延設されて周方向に等角ピッチで配列された固定子鉄心、およびそれぞれ、上記ティースにエッジワイズ巻きに巻回された複数の集中巻コイルを有する固定子と、上記固定子の内周側に上記固定子鉄心との間に所定に隙間を確保して同軸に、かつ回転可能に配設された回転子鉄心、およびそれぞれ、上記回転子鉄心の外周側に埋設されて周方向に配列され、磁極を構成する複数の永久磁石を有する回転子と、を備え、車両の前進走行時の上記回転子の回転方向を主回転方向とする。上記集中巻コイルの主回転方向の遅れ側コイル部分と上記ティースの先端面との間の距離が、上記集中巻コイルの主回転方向の進み側コイル部分と上記ティースの先端面との間の距離より長い。

車両用電動機においては、集中巻コイルにより発生する磁束が集中巻コイルの回転方向の遅れ側、かつ回転子側のコイル部分に集中する。そして、車両の走行のほとんどが前進走行であり、回転子の回転方向は、ほとんど車両の前進走行時の回転方向、すなわち主回転方向となる。

この発明によれば、集中巻コイルの主回転方向の遅れ側コイル部分とティースの先端面との間の距離が長くなっているので、回転子が主回転方向に回転する際、磁束が集中巻コイルの回転方向の遅れ側、かつ回転子側のコイル部分を鎖交しにくくなる。したがって、車両の走行時のほとんどで、コイルを鎖交する磁束量が少なくなり、渦電流損失を低減できる

また、集中巻コイルの回転子側に低透磁率材を配設する必要がないので、部品点数が削減されるとともに、低透磁率材の位置決めが不要となり、固定子の組立が容易となる。さらに、集中巻コイルを複数の筒状コイル部材に分割構成する必要がないので、集中巻コイルの作製が容易となるとともに、集中巻コイルのティースへの装着が容易となる。

この発明の実施の形態１に係る永久磁石埋込型電動機を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る永久磁石埋込型電動機におけるトルク発生時の磁束の流れを説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る永久磁石埋込型電動機における固定子巻線に給電する相電流を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る永久磁石埋込型電動機に発生するトルクを説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る永久磁石埋込型電動機における固定子巻線を構成する集中巻コイルの構造を説明する要部断面図である。 この発明の実施の形態１に係る永久磁石埋込型電動機における固定子鉄心のティース先端部の磁束の流れを説明する断面図である。 この発明の実施の形態２に係る永久磁石埋込型電動機における固定子を示す要部断面図である。 この発明の実施の形態３に係る永久磁石埋込型電動機における固定子を示す要部断面図である。 この発明の実施の形態４に係る永久磁石埋込型電動機における固定子を示す要部断面図である。 この発明の実施の形態５に係る永久磁石埋込型電動機における集中巻コイルを示す斜視図である。 この発明の実施の形態５に係る永久磁石埋込型電動機における集中巻コイルをティースに装着した状態を巻き始め端の延出方向から見た平面図である。 この発明の実施の形態５に係る永久磁石埋込型電動機における集中巻コイルをティースに装着した状態を巻き始め端の延出方向と反対の方向から見た平面図である。 この発明の実施の形態６に係る永久磁石埋込型電動機における集中巻コイルを示す斜視図である。 この発明の実施の形態７に係る永久磁石埋込型電動機における固定子を示す要部断面図である。 この発明の実施の形態８に係る永久磁石埋込型発電機における回生時の磁束の流れを説明する図である。

以下、本発明による車両用電動機および発電機の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る永久磁石埋込型電動機を示す断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る永久磁石埋込型電動機におけるトルク発生時の磁束の流れを説明する図、図３はこの発明の実施の形態１に係る永久磁石埋込型電動機における固定子巻線に給電する相電流を説明する図、図４はこの発明の実施の形態１に係る永久磁石埋込型電動機に発生するトルクを説明する図、図５はこの発明の実施の形態１に係る永久磁石埋込型電動機における固定子巻線を構成する集中巻コイルの構造を説明する要部断面図、図６はこの発明の実施の形態１に係る永久磁石埋込型電動機における固定子鉄心のティース先端部の磁束の流れを説明する断面図である。なお、図１および図２では、便宜上、ハッチングを省略している。

図１において、車両用電動機としての永久磁石埋込型電動機１は、円環状の固定子鉄心３、および固定子鉄心３に装着された固定子巻線４を有し、フレーム（図示せず）に保持される固定子２と、フレームに回転可能に支持された回転軸６に固着され、固定子鉄心３との間に所定のギャップを確保して固定子２の内周側に配設される回転子５と、を備える。

固定子鉄心３は、円環状のコアバック３ａと、それぞれ、コアバック３ａの内周面から径方向内方に延出されて周方向に等角ピッチで配列された１２本のティース３ｂと、を備え、例えば同一形状に打ち抜かれた多数枚の電磁鋼板を積層一体化して作製される。そして、コアバック３ａと隣り合うティース３ｂとにより画成された領域がスロット３ｃを構成している。ここでは、ティース３ｂは先細り形状に作製され、スロット３ｃが長方形断面に構成されている。

ティース３ｂのそれぞれには、集中巻コイル４ａが巻装されている。この集中巻コイル４ａは、平角線をティース３ｂにエッジワイズ巻きに所定回巻回して構成されたエッジワイズコイルである。平角線には、絶縁被覆された長方形断面の銅線、アルミ線などが用いられる。固定子巻線４は、１２本の集中巻コイル４ａから構成される。１２本の集中巻コイル４ａは、回転子の主回転方向１１にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の順に４回繰返して配列されている。なお、永久磁石埋込型電動機１を電気自動車やハイブリッド自動車に搭載した場合、回転子５の回転方向は、ほとんど、自動車の前進走行時の回転方向となるので、本発明における主回転方向１１は、自動車の前進走行時の回転子５の回転方向を意味するものとする。

回転子５は、回転子鉄心７と、回転子鉄心７の軸心位置を貫通するように形成された回転軸挿通穴８に圧入、固定された回転軸６と、それぞれ回転子鉄心７の外周側を貫通するように装着された１６個の永久磁石９と、を備える。周方向に隣り合う永久磁石９の８対は、それぞれ、周方向に交互に磁極が異なるように配置されている。

回転子鉄心７は、例えば、所定形状に打ち抜かれた電磁鋼板を積層一体化して、回転軸挿通穴８が軸心位置に形成された円筒体に作製されている。そして、磁石挿入穴１０ａ，１０ｂの対が、それぞれ、同じ長方形断面の穴形状を有し、回転子鉄心７の外周側を軸方向に貫通して、周方向に等角ピッチで８対形成されている。磁石挿入穴１０ａ，１０ｂの対は、軸心Ｏから径方向外方に向かって開いたＶ字形状に配置されている。永久磁石９が、磁石挿入穴１０ａ，１０ｂのそれぞれに挿入、固着されている。周方向に隣り合う永久磁石９の８対が、それぞれ、周方向に交互に磁極が異なるように着磁配向されている。なお、図１中、矢印１２は永久磁石９の着磁配向方向である。

このように構成された永久磁石埋込型電動機１は、外部電源から固定子巻線４に給電され、８極１２スロットのインナーロータ型の同期電動機として動作する。ここで、ｄ軸は回転子１０の極中心（例えば、Ｎ極の周方向中央位置）と軸心Ｏを結ぶ軸である。ｑ軸は回転子１０の極間中心（Ｎ極とＳ極との間の周方向中央位置）と軸心Ｏを結ぶ軸である。α軸はティース３ｂの周方向中央位置（例えば、Ｕ相コイルが巻回されたティース３ｂの周方向中央位置：固定子２のＵ相の中心）と軸心Ｏを結ぶ軸である。βはｑ軸とα軸との間の機械角である。また、集中巻コイル４ａは、正の電流が通電されているときに、回転子１０の表面側がＳ極となるように巻回されている。

つぎに、永久磁石埋込型電動機１の動作について説明する。
まず、固定子巻線４の各相コイルには、図３に示される相電流が給電される。図２は、図３の電気角位置Ａにおける回転子５の位置を示している。このとき、Ｕ相コイルはＳ極となり、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルはＮ極となる。そして、図４に示されるように、永久磁石９で発生するマグネットトルクと、回転子表面の鉄部と固定子巻線４による電磁石との相互作用で発生するリラクタンストルクとを合わせたトルクが、永久磁石埋込型電動機１に発生する。つまり、図３の電気角位置Ａにおける永久磁石埋込型電動機１には、図４の機械角βにおけるトルクが発生する。

つぎに、固定子２および回転子５における磁束の流れを説明する。
図２において、Ｕ相コイルはＳ極となり、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルはＮ極となる。そこで、固定子巻線４により発生する磁束は、Ｕ相コイルが巻回されたティース３ｂからコアバック３ａを通ってＶ相コイルが巻回されたティース３ｂに流れ、当該ティース３ｂの先端から回転子鉄心７に入り、回転子鉄心７からＵ相コイルが巻回されたティース３ｂに戻る磁束ループ１３ａと、Ｕ相コイルが巻回されたティース３ｂからコアバック３ａを通ってＷ相コイルが巻回されたティース３ｂに流れ、当該ティース３ｂの先端から回転子鉄心７に入り、回転子鉄心７からＵ相コイルが巻回されたティース３ｂに戻る磁束ループ１３ｂと、を流れる。

磁束ループ１３ａは、永久磁石９により発生する磁束の向きに沿ったループとなり、集中巻コイル４ａを鎖交する磁束はほとんど発生しない。一方、磁束ループ１３ｂは、永久磁石９により発生する磁束の向きに沿っていないので、磁束が密となる領域１４と、磁束が疎となる領域１５とが発生する。

つまり、磁束ループ１３ｂにおいて、回転子５のＮ極の磁極に対し、Ｗ相コイルが巻回されているティース３ｂがＮ極となるので、Ｗ相コイルの主回転方向１１の進み側コイル部分の回転子５側が回転子５のＮ極の磁極と同極となり、磁束がＷ相コイルの主回転方向１１の進み側コイル部分に入り込まない。そのため、磁束が疎となる領域１５が発生する。一方、磁束ループ１３ｂにおいて、回転子５のＮ極の磁極に対し、Ｕ相コイルが巻回されているティース３ｂがＳ極となるので、Ｕ相コイルの主回転方向１１の遅れ側コイル部分の回転子５側が回転子５のＮ極の磁極と異極となり、磁束がＵ相コイルの主回転方向１１の遅れ側コイル部分に集中する。そのため、磁束が密となる領域１４が発生する。

そして、Ｕ相コイルの主回転方向１１の遅れ側コイル部分の回転子５側は、磁束が密となる領域１４に位置し、磁束が集中しているので、ティース３ｂの先端部に入りきらなかった磁束が、Ｕ相コイルの主回転方向１１の遅れ側コイル部分を通ってティース３ｂに流れることになる。その結果、磁束がＵ相コイルの主回転方向１１の遅れ側コイル部分を鎖交し、渦電流が発生する。

なお、相コイルの主回転方向１１の進み側コイル部分とは、ティース３ｂに巻回されている相コイルの、ティース３ｂの主回転方向１１に位置するコイル部分である。また、相コイルの主回転方向１１の遅れ側コイル部分とは、ティース３ｂに巻回されている相コイルの、ティース３ｂの主回転方向１１と反対の回転方向に位置するコイル部分である。

つぎに、実施の形態１による渦電流損失の低減効果について説明する。
実施の形態１では、図５に示されるように、ティース３ｂの先端面と集中巻コイル４ａの主回転方向１１の遅れ側コイル部分との間の径方向距離ｔ２が、ティース３ｂの先端面と集中巻コイル４ａの主回転方向１１の進み側コイル部分との間の径方向距離ｔ１より長くなっている。

ティース３ｂに巻回された集中巻コイル４ａの主回転方向１１の遅れ側コイル部分の回転子５側は、磁束が密となる領域１４に位置し、図６に矢印２１で示されるように、磁束が流れる。図６において、磁束の流れを示す矢印２１は、太いほど磁束量が多いことを示している。磁束の多さは、回転子表面からティースに入るまでの空隙長の長さに関係し、空隙長が長くなるほど、磁束量が少なくなる。そこで、図６では、回転子表面からの磁束が入るティースの位置がティースの先端面から径方向外方に変位するほど、空隙長が長くなるので、矢印を細くし、磁束量が少なくなることを示している。

また、図６に破線で示されたコイル１６は、ティース３ｂの先端面から径方向外方に径方向距離ｔ１だけ離れた位置のコイルであり、集中巻コイル４ａの主回転方向１１の進み側コイル部分と同じ径方向位置に位置する。図６から、多くの磁束が、コイル１６を通ってティース３ｂに流れ込むことがわかる。このように、集中巻コイル４ａの主回転方向１１の遅れ側コイル部分を、主回転方向１１の進み側コイル部分と同じ径方向位置に位置させると、主回転方向１１の遅れ側コイル部分を鎖交する磁束量が多くなり、渦電流損失が多くなる。これに対し、この実施の形態１では、ティース３ｂに装着された集中巻コイル４ａが、ｔ１＜ｔ２となっているので、集中巻コイル４ａの主回転方向１１の遅れ側コイル部分を鎖交する磁束量が少なくなり、渦電流損失を低減できる。

この実施の形態１によれば、ティース３ｂに装着された集中巻コイル４ａが、ｔ１＜ｔ２となっている。そこで、車両の走行時のほとんどにおいて、集中巻コイル４ａを鎖交する磁束量を少なくでき、渦電流損失を低減できるので、モータの高効率化が図られる。また、集中巻コイル４ａの回転子５側に低透磁率材を配設する必要がないので、部品点数が削減されるとともに、低透磁率材の位置決めが不要となり、固定子２の組立が容易となる。さらに、集中巻コイル４ａを複数の筒状コイル部材に分割構成する必要がないので、集中巻コイル４ａの作製が容易となるとともに、集中巻コイル４ａのティース３ｂへの装着が容易となる。

また、ティース３ｂは先細り形状に作製され、スロット３ｃが長方形断面に構成されている。そこで、一定の幅の平角線を用いて集中巻コイル４ａを作製でき、集中巻コイル４ａの工作性を向上できるとともに、スロット３ｃに集中巻コイル４ａを高密度に収納でき、占積率を高めることができる。

実施の形態２．
図７はこの発明の実施の形態２に係る永久磁石埋込型電動機における固定子を示す要部断面図である。

図７において、固定子鉄心３のコアバック３ａは、外周面を円筒面とし、集中巻コイル４ａの主回転方向１１の進み側コイル部分の径方向外方におけるコアバック部分の径方向幅ｃ１を、集中巻コイル４ａの主回転方向１１の遅れ側コイル部分の径方向外方におけるコアバック部分の径方向幅ｃ２より広くしている。
なお、他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。

この実施の形態２では、コアバック３ａが、ｃ１＞ｃ２を満足するように作製されているので、ティース３ｂの主回転方向１１の進み側に位置するスロット部分のスロット深さがティース３ｂの主回転方向１１の遅れ側に位置するスロット部分のスロット深さより浅くなる。したがって、集中巻コイル４ａをスロット３ｃの底部に接するようにティース３ｂに装着するだけで、ティース３ｂの先端面と集中巻コイル４ａの主回転方向１１の遅れ側コイル部分との間の径方向距離ｔ２を、ティース３ｂの先端面と集中巻コイル４ａの主回転方向１１の進み側コイル部分との間の径方向距離ｔ１より大きくできる。
また、ティース３ｂの主回転方向１１の進み側に位置するコアバック部分の磁路断面積が大きくなるので、ティース３ｂの主回転方向１１の進み側に位置するコアバック部分での磁束密度が低減され、鉄損を低減できる。

実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３に係る永久磁石埋込型電動機における固定子を示す要部断面図である。

図８において、積層された電磁鋼板を一体化するためのカシメ部１７が、ティース３ｂの主回転方向１１の進み側に位置するコアバック部分に形成されている。
なお、他の構成は、上記実施の形態２と同様に構成されている。

この実施の形態３では、カシメ部１７が磁路断面積の大きなコアバック部分に形成されているので、カシメ部１７が磁気的に劣化しても、磁束の流れを妨げることがなく、鉄損の増加を抑制できる。
なお、カシメ部１７の形状は、特に限定されず、例えばＶカシメや丸カシメでもよい。

実施の形態４．
図９はこの発明の実施の形態４に係る永久磁石埋込型電動機における固定子を示す要部断面図である。

図９において、絶縁部材としてのインシュレータ１８ａ，１８ｂが、集中巻コイル４ａとコアバック３ａとの間に介装され、インシュレータ１９が集中巻コイル４ａとティース３ｂとの間に介装され、集中巻コイル４ａと固定子鉄心３との間の電気的絶縁性を確保している。そして、集中巻コイル４ａの主回転方向１１の進み側コイル部分とコアバック３ａとの間に介装されているインシュレータ１８ａの厚みｂ１が、集中巻コイル４ａの主回転方向１１の遅れ側コイル部分とコアバック３ａとの間に介装されているインシュレータ１８ｂの厚みｂ２より厚くなっている。
なお、他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。

この実施の形態４では、インシュレータ１８ａの厚みｂ１がインシュレータ１８ｂの厚みｂ２より厚くなっているので、集中巻コイル４ａをティース３ｂに装着するだけで、ティース３ｂの先端面と集中巻コイル４ａの主回転方向１１の遅れ側コイル部分との間の径方向距離ｔ２を、ティース３ｂの先端面と集中巻コイル４ａの主回転方向１１の進み側コイル部分との間の径方向距離ｔ１より大きくできる。
したがって、この実施の形態４によれば、固定子鉄心３のティース３ｂの主回転方向１１の進み側と遅れ側のスロット深さを変えるなどの煩雑な対策をとることなく、ｔ２＞ｔ１を実現でき、固定子２の作製が容易となる。

実施の形態５．
図１０はこの発明の実施の形態５に係る永久磁石埋込型電動機における集中巻コイルを示す斜視図、図１１はこの発明の実施の形態５に係る永久磁石埋込型電動機における集中巻コイルをティースに装着した状態を巻き始め端の延出方向から見た平面図、図１１はこの発明の実施の形態５に係る永久磁石埋込型電動機における集中巻コイルをティースに装着した状態を巻き始め端の延出方向と反対の方向から見た平面図である。なお、図１１および図１２では、固定子鉄心を点線で示している。

図１０において、集中巻コイル２０Ａは、平角線をエッジワイズ巻きに１０ターン巻回して作製されている。集中巻コイル２０Ａの一端である巻き始め端２０ａと他端である巻き終わり端２０ｂが、集中巻コイル２０Ａの軸方向から見て同じ方向に延出している。

このように構成された集中巻コイル２０Ａは、２列となって、長方形断面の短辺方向に１０本ずつ配列された第１および第２直線部２０ｃ，２０ｄと、第１および第２直線部２０ｃ，２０ｄの列間で、長さ方向の一端同士と他端同士とを交互に連結する第１および第２コイルエンド２０ｅ，２０ｆと、を備えている。２列に配列された第１および第２直線部２０ｃ，２０ｄの間隔が、ティース３ｂの先細り形状に適合するように、集中巻コイル２０Ａの軸方向一側から他側に向かって漸次狭くなっている。第１および第２コイルエンド２０ｅ，２０ｆにより連結された第１および第２直線部２０ｃ，２０ｄは、互いに、集中巻コイル２０Ａの軸方向に平角線の厚みの半分だけずれている。そして、巻き始め端２０ａは、集中巻コイル２０Ａの軸方向一端に位置する第１直線部２０ｃから長さ方向一側に延出している。巻き終わり端２０ｂは、集中巻コイル２０Ａの軸方向他端に位置する第２直線部２０ｄから長さ方向一側に延出している。

集中巻コイル２０Ａは、図１１および図１２に示されるように、ティース３ｂの中心を通るα軸に集中巻コイル２０Ａの軸心を一致させて、ティース３ｂに装着される。巻き始め端２０ａは、ティース３ｂの主回転方向１１の遅れ側、かつティース３ｂの根元側から固定子鉄心３の軸方向一側に延出する。巻き終わり端２０ｂは、ティース３ｂの主回転方向１１の進み側、かつティース３ｂの先端側から固定子鉄心３の軸方向一側に延出する。そして、第１直線部２０ｃがティース３ｂに沿って径方向に配列され、集中巻コイル２０Ａの主回転方向１１の遅れ側コイル部分を構成する。第２直線部２０ｄがティース３ｂに沿って径方向に配列され、集中巻コイル２０Ａの主回転方向１１の進み側コイル部分を構成する。

ここで、α軸と固定子鉄心３の軸心を含む平面と、集中巻コイル２０Ａの軸方向一端（最外径位置）の第１コイルエンド２０ｅとの間の角度をγとする。α軸と固定子鉄心３の軸心を含む平面と、集中巻コイル２０Ａの最外径位置の第２コイルエンド２０ｆとの間の角度をδとする。最外径位置の第１コイルエンド２０ｅ（第２コイルエンド２０ｆ）とα軸と直交する平面との間の角度をθとする。

この集中巻コイル２０Ａは、γ＋δ≦１８０−θを満足するように作製されており、ティース３ｂの先端面と集中巻コイル４ａの主回転方向１１の遅れ側コイル部分との間の径方向距離ｔ２が、ティース３ｂの先端面と集中巻コイル４ａの主回転方向１１の進み側コイル部分との間の径方向距離ｔ１より長くなっている。

したがって、この実施の形態５によれば、固定子鉄心３のティース３ｂの主回転方向１１の進み側と遅れ側のスロット深さを変えるなどの煩雑な対策が不要となり、固定子の作製が容易となる。
なお、集中巻コイル２０Ａは、巻き始め端２０ａを給電端とするように結線され、巻き始め端２０ａの電圧の実効値が巻き終わり端２０ｂの電圧の実効値より高くなっている。

実施の形態６．
図１３はこの発明の実施の形態６に係る永久磁石埋込型電動機における集中巻コイルを示す斜視図である。

図１３において、集中巻コイル２０Ｂは、平角線をエッジワイズ巻きに９ターン巻回して作製されている。集中巻コイル２０Ｂの一端である巻き始め端２０ａと他端である巻き終わり端２０ｂが、集中巻コイル２０Ｂの軸方向から見て反対の方向に延出している。
なお、他の構成は、上記実施の形態５と同様に構成されている。

この集中巻コイル２０Ｂは、図示していないが、ティース３ｂの中心を通るα軸に集中巻コイル２０Ｂの軸心を一致させて、ティース３ｂに装着される。巻き始め端２０ａは、ティース３ｂの主回転方向１１の進み側、かつティース３ｂの根元側に位置から固定子鉄心３の軸方向一側に延出する。巻き終わり端２０ｂは、ティース３ｂの主回転方向１１の進み側、かつティース３ｂの先端側から固定子鉄心３の軸方向他側に延出する。これにより、ティース３ｂの先端面と集中巻コイル２０Ｂの主回転方向１１の遅れ側コイル部分との間の径方向距離ｔ２が、ティース３ｂの先端面と集中巻コイル２０Ｂの主回転方向１１の進み側コイル部分との間の径方向距離ｔ１より長くなる。

したがって、この実施の形態６においても、固定子鉄心３のティース３ｂの主回転方向１１の進み側と遅れ側のスロット深さを変えるなどの煩雑な対策が不要となり、固定子の作製が容易となる。

なお、集中巻コイル２０Ｂの平角線の巻回方向が、実施の形態５における集中巻コイル２０Ａの平角線の巻回方向と逆向きとなる。そこで、集中巻コイル２０Ａに給電される電流の向きと逆向きの電流を集中巻コイル２０Ｂに給電することにより、実施の形態６においても、実施の形態５と同じ方向のトルクを発生させることができる。

実施の形態７．
図１４はこの発明の実施の形態７に係る永久磁石埋込型電動機における固定子を示す要部断面図である。

図１４において、鍔部３ｄがティース３ｂの先端から主回転方向１１の遅れ側に延設されている。
なお、他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。

この実施の形態７では、鍔部３ｄが集中巻コイル４ａの主回転方向１１の遅れ側コイル部分の回転子５側に延在している。そこで、回転子鉄心７から集中巻コイル４ａの主回転方向１１の遅れ側コイル部分を通ってティース３ｂに流れ込もうとする磁束は、鍔部３ｄに流れ込み、鍔部３ｄを通ってティース３ｂに導かれる。その結果、集中巻コイル４ａの主回転方向１１の遅れ側コイル部分を鎖交する磁束量が低減され、渦電流損失をさらに低減することができる。

実施の形態８．
図１５はこの発明の実施の形態８に係る永久磁石埋込型発電機における回生時の磁束の流れを説明する図である。なお、図１５では、便宜上、ハッチングを省略している。

図１５において、車両用発電機としての永久磁石埋込型発電機１Ａは、円環状の固定子鉄心３、および固定子鉄心３に装着された固定子巻線４０を有し、フレーム（図示せず）に保持される固定子２Ａと、フレームに回転可能に支持された回転軸６に固着され、固定子鉄心３との間に所定のギャップを確保して固定子２の内周側に配設される回転子５と、を備える。

固定子巻線４０は、ティース３ｂのそれぞれに平角線をエッジワイズ巻きに所定回巻回して作製された１２本の集中巻コイル４０ａから構成される。１２本の集中巻コイル４０ａは、回転子５の主回転方向１１にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の順に４回繰返して配列されている。また、ティース３ｂの先端面と集中巻コイル４０ａの主回転方向１１の進み側コイル部分との間の径方向距離ｔ１が、ティース３ｂの先端面と集中巻コイル４０ａの主回転方向１１の遅れ側コイル部分との間の径方向距離ｔ２より長くなっている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。

このように構成された永久磁石埋込型発電機１Ａは、８極１２スロットのインナーロータ型の発電機として動作する。つまり、車両の減速時に、エンジン（図示せず）の回転トルクが回転軸６に伝達され、回転子５が回転される。これにより、固定子巻線４０に回転磁界が与えられ、固定子巻線４０を構成する集中巻コイル４０ａに順次交流電流が誘起される。この三相の交流電流が三相整流回路（図示せず）により整流され、バッテリや車載の電気負荷に供せられる。

つぎに、固定子２Ａおよび回転子５における磁束の流れを説明する。
図１５において、永久磁石９の磁束が回転子５のＮ極から固定子鉄心３２のＵ相コイルが巻回されているティース３ｂに入り、当該ティース３ｂを径方向外方に流れる。これにより、当該ティース３ｂに巻回されているＵ相コイルに電流が誘起される。電流がＵ相コイルに誘起されることにより発生する磁束は、Ｕ相コイルが巻回されたティース３ｂからコアバック３ａを通ってＶ相コイルが巻回されたティース３ｂに流れ、Ｖ相コイルが巻回されたティース３ｂの先端から回転子鉄心７に入り、回転子鉄心７からＵ相コイルが巻回されたティース３ｂに戻る磁束ループ４１ａと、Ｕ相コイルが巻回されたティース３ｂからコアバック３ａを通ってＷ相コイルが巻回されたティース３ｂに流れ、Ｗ相コイルが巻回されたティース３ｂの先端から回転子鉄心７に入り、回転子鉄心７からＵ相コイルが巻回されたティース３ｂに戻る磁束ループ４１ｂと、を流れる。

磁束ループ４１ｂは、永久磁石９により発生する磁束の向きに沿ったループとなり、集中巻コイル４０ａを鎖交する磁束はほとんど発生しない。一方、磁束ループ４１ａは、永久磁石９により発生する磁束の向きに沿っていないので、磁束が密となる領域４２と、磁束が疎となる領域４３とが発生する。

つまり、磁束ループ４１ａにおいて、回転子５のＮ極の磁極に対し、Ｖ相コイルが巻回されているティース３ｂがＮ極となるので、Ｖ相コイルの主回転方向１１の遅れ側コイル部分の回転子５側が回転子５のＮ極の磁極と同極となり、磁束がＶ相コイルの主回転方向１１の遅れ側コイル部分に入り込まない。そのため、磁束が疎となる領域４３が発生する。一方、磁束ループ４１ａにおいて、回転子５のＮ極の磁極に対し、Ｕ相コイルが巻回されているティース３ｂがＳ極となるので、Ｕ相コイルの主回転方向１１の進み側コイル部分の回転子５側が回転子５のＮ極の磁極と異極となり、磁束がＵ相コイルの主回転方向１１の進み側コイル部分に集中する。そのため、磁束が密となる領域４２が発生する。

そして、Ｕ相コイルの主回転方向１１の進み側コイル部分の回転子５側は、磁束が密となる領域４２に位置し、磁束が集中しているので、ティース３ｂの先端部に入りきらなかった磁束が、Ｕ相コイルの主回転方向１１の進み側コイル部分を通ってティース３ｂに流れることになる。その結果、磁束がＵ相コイルの主回転方向１１の進み側コイル部分を鎖交し、渦電流が発生する。

車両用発電機１Ａは、自動車の減速時に動作して発電し、エネルギーを回生する。つまり、車両用発電機１Ａにおいても、自動車の前進走行時に動作し、回転子５の回転方向がほとんど一方向、すなわち主回転方向１１となる。そして、ティース３ｂの先端面と集中巻コイル４０ａの主回転方向１１の進み側コイル部分との間の径方向距離ｔ１が、ティース３ｂの先端面と集中巻コイル４０ａの主回転方向１１の遅れ側コイル部分との間の径方向距離ｔ２より長くなっている。そこで、発電時、集中巻コイル４０ａの主回転方向１１の進み側コイル部分を鎖交する磁束量が少なくなり、渦電流損失を低減できる。

この実施の形態８によれば、ティース３ｂに装着された集中巻コイル４０ａが、ｔ１＞ｔ２となっている。そこで、発電時のほとんどにおいて、集中巻コイル４０ａを鎖交する磁束量を少なくでき、渦電流損失を低減できるので、発電の高効率化が図られる。

ここで、実施の形態８において、ティース３ｂの主回転方向１１の遅れ側におけるコアバック３ａの径方向幅を、ティース３ｂの主回転方向１１の進み側におけるコアバック３ａの径方向幅より広くしてもよい。これにより、実施の形態２と同様の効果が得られる。
また、積層された磁性鋼板のカシメ部を、コアバック３ａのティース３ｂの主回転方向１１の遅れ側の部分に形成してもよい。これにより、実施の形態３と同様の効果が得られる。

絶縁部材を集中巻コイル４０ａとコアバック３ａとの間に介装する場合には、集中巻コイル４０ａの主回転方向１１の遅れ側コイル部分とコアバック３ａとの間に介装される絶縁部材の厚みを、集中巻コイル４０ａの主回転方向１１の進み側コイル部分とコアバック３ａとの間に介装される絶縁部材の厚みより厚くしてもよい。これにより、固定子鉄心３のティース３ｂの主回転方向１１の進み側と遅れ側のスロット深さを変えるなどの煩雑な対策が不要となり、固定子の作製が容易となる。
また、鍔部を、ティース３ｂの先端部から主回転方向１１の進み側に延設してもよい。これにより、集中巻コイル４０ａの進み側コイル部分を鎖交する磁束量をさらに低減できる。

また、集中巻コイルの一端が、ティース３ｂの主回転方向１１の進み側、かつ該ティース３ｂの根元側から固定子鉄心３の軸方向一側に延出し、他端が、ティース３ｂの主回転方向１１の遅れ側、かつ該ティース３ｂの先端側から固定子鉄心３の軸方向一側に延出するように集中巻コイルをティース３ｂに巻装してもよい。これにより、固定子鉄心３のティース３ｂの主回転方向１１の進み側と遅れ側のスロット深さを変えるなどの煩雑な対策が不要となり、固定子の作製が容易となる。

また、集中巻コイルの一端が、ティース３ｂの主回転方向１１の遅れ側、かつ該ティース３ｂの根元側から固定子鉄心３の軸方向一側に延出し、他端が、ティース３ｂの主回転方向１１の遅れ側、かつ該ティース３ｂの先端側から固定子鉄心の軸方向他側に延出するように集中巻コイルをティース３ｂに巻装してもよい。これにより、固定子鉄心３のティース３ｂの主回転方向１１の進み側と遅れ側のスロット深さを変えるなどの煩雑な対策が不要となり、固定子の作製が容易となる。

なお、上記各実施の形態では、８極１２スロットの永久磁石埋込型電動機および発電機について説明しているが、極数とスロット数との比は２：３に限定されず、例えば（３±１）：３、（９±１）：９、（１２±２）：１２の場合でも、同様の効果を奏する。
また、上記各実施の形態では、磁極を構成する２つの永久磁石が軸心から径方向外方に向かって開いたＶ字形状に配置されているものとしているが、永久磁石の配置はこれに限定されない。例えば、永久磁石を同一円筒面に接するように周方向に等角ピッチに配置し、永久磁石のそれぞれが磁極を構成するようにしてもよい。

２，２Ａ 固定子、３ 固定子鉄心、３ａ コアバック、３ｂ ティース、３ｃ スロット、３ｄ 鍔部、４ａ 集中巻コイル、５ 回転子、７ 回転子鉄心、９ 永久磁石、１１ 主回転方向、１７ カシメ部、 １８ａ，１８ｂ インシュレータ（絶縁部材）、２０Ａ，２０Ｂ 集中巻コイル、２０ａ 巻き始め部（一端）、２０ｂ 巻き終わり部（他端）、４０ａ 集中巻コイル。

Claims (9)

1. ティースがそれぞれ円環状のコアバックから径方向内方に延設されて周方向に等角ピッチで配列された固定子鉄心、およびそれぞれ、上記ティースにエッジワイズ巻きに巻回された複数の集中巻コイルを有する固定子と、
   上記固定子の内周側に上記固定子鉄心との間に所定に隙間を確保して同軸に、かつ回転可能に配設された回転子鉄心、およびそれぞれ、上記回転子鉄心の外周側に埋設されて周方向に配列され、磁極を構成する複数の永久磁石を有する回転子と、を備え、車両の前進走行時の上記回転子の回転方向を主回転方向とする車両用電動機において、
   上記集中巻コイルの主回転方向の遅れ側コイル部分と上記ティースの先端面との間の距離が、上記集中巻コイルの主回転方向の進み側コイル部分と上記ティースの先端面との間の距離より長いことを特徴とする車両用電動機。
2. 上記ティースは周方向幅が先端側に向かって漸次狭くなる先細り形状に形成され、上記コアバックと周方向に隣り合う上記ティースとにより画成されるスロットが長方形断面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の車両用電動機。
3. 上記ティースの主回転方向の進み側における上記コアバックの径方向幅が、上記ティースの主回転方向の遅れ側における上記コアバックの径方向幅より広いことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両用電動機。
4. 上記固定子鉄心は、磁性鋼板を積層一体化して構成され、
   積層された上記磁性鋼板のカシメ部が、上記コアバックの上記ティースの主回転方向の進み側の部分に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の車両用電動機。
5. 上記集中巻コイルの主回転方向の進み側コイル部分と上記コアバックとの間に介装されている絶縁部材の厚みが、上記集中巻コイルの主回転方向の遅れ側コイル部分と上記コアバックとの間に介装されている絶縁部材の厚みより厚いことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の車両用電動機。
6. 鍔部が、上記ティースの先端部から主回転方向の遅れ側に延設されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の車両用電動機。
7. 上記集中巻コイルの一端が、上記ティースの主回転方向の遅れ側、かつ該ティースの根元側から上記固定子鉄心の軸方向一側に延出し、他端が、上記ティースの主回転方向の進み側、かつ該ティースの先端側から上記固定子鉄心の軸方向一側に延出していることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の車両用電動機。
8. 上記集中巻コイルの一端が、上記ティースの主回転方向の進み側、かつ該ティースの根元側から上記固定子鉄心の軸方向一側に延出し、他端が、上記ティースの主回転方向の進み側、かつ該ティースの先端側から上記固定子鉄心の軸方向他側に延出していることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の車両用電動機。
9. ティースがそれぞれ円環状のコアバックから径方向内方に延設されて周方向に等角ピッチで配列された固定子鉄心、およびそれぞれ、上記ティースにエッジワイズ巻きに巻回された複数の集中巻コイルを有する固定子と、
   上記固定子の内周側に上記固定子鉄心との間に所定に隙間を確保して同軸に、かつ回転可能に配設された回転子鉄心、およびそれぞれ、上記回転子鉄心の外周側に埋設されて周方向に配列され、磁極を構成する複数の永久磁石を有する回転子と、を備え、車両の前進走行時の上記回転子の回転方向を主回転方向とする車両用発電機において、
   上記集中巻コイルの主回転方向の遅れ側コイル部分と上記ティースの先端面との間の距離が、上記集中巻コイルの主回転方向の進み側コイル部分と上記ティースの先端面との間の距離より短いことを特徴とする車両用発電機。

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