JP2001251827A - 永久磁石式回転電機及びそれを用いたハイブリット電気自動車 - Google Patents

永久磁石式回転電機及びそれを用いたハイブリット電気自動車

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハイブリット電気自動車にも好適な永久磁石
回転電機のトルク脈動又はコギングトルクを低減し、も
しくは、無負荷誘起電圧波形を正弦波とする。 【解決手段】 突極集中巻線を有する固定子１と、回転
ギャップ５を介して配置され、複数の永久磁石８が内部
に周方向に配置固定され、かつ、その間に補助突極６１
を有する回転子とからなる永久磁石回転電機であって、
その回転子の極数と前記固定子のスロット数との比が
２：３であり、かつ、固定子のスロットピッチをτs
（電気角）としたとき、永久磁石の固定子側の面の周方
向幅が前記回転子の軸に対してなす角度θ（電気角）
を、θ≒ｎ×τs／２＋８×ｍ （ｎ＝１もしくは２、
ｍ＝１、２もしくは３）とし、適宜、脈動トルク、コギ
ングトルク、あるいは、無負荷誘起電圧の波形歪みを、
選択的に低減することを可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、突極集中巻線を有
する固定子と、永久磁石を周方向に配置固定した回転子
とからなり、特に、ハイブリット電気自動車に適用する
に好適な永久磁石式回転電機における磁極構造に関し、
さらには、かかる永久磁石式回転電機を利用したハイブ
リット電気自動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、電気自動車用の回転電機に関し
ては、荷役運搬車などの産業車両の駆動源として使用さ
れる、所謂、電気自動車用の車両用ホイールモータが、
例えば特開平８−９９５３８8号公報により既に知られ
ており、これは突極集中巻線を有する永久磁石式回転電
動機からなる。なお、この技術では、極低速時における
騒音の発生を抑制するため、回転子磁極の磁極数と固定
子のスロット数との比を所定の値に設定するものであ
り、その一例として、上記従来技術では、回転子極数が
８で、固定子スロット数が１２の例が示されている。し
かしながら、この技術は、磁石が回転子の表面に配置さ
れた表面磁石型回転電機において、所謂、スキュー着磁
を行うことにより騒音の発生を抑制するものであり、な
お、この磁石の回転子表面への装着は、具体的には示さ
れていないが、その構造から、接着剤等によって固定さ
れるものである。
【０００３】また、例えば特開平１１−２９９１９９号
公報によれば、本発明者等により提案された永久磁石式
回転電機と、かかる回転電機を用いた電動車両が知られ
ている。なお、この回転電機では、本発明が関わる突極
集中巻線を有する固定子からなるものとは異なり、固定
子鉄心を三相８極／４８スロット（１：６）の、所謂、
分布巻線とするものであり、そして、各永久磁石の固定
子側の外周面の周方向幅と回転子の軸芯とのなす角度θ
（機械角）を、固定子のスロットピッチをτｓ（機械
角）、極数をＰとしたとき、θ≒ｎ×τｓ＋１６／Ｐ
（ｎは自然数）に設定することが示されている。
【０００４】加えて、車両用以外の電動機では、例えば
特開平７−２５５１３８号公報により知られるように、
永久磁石式同期回転電機であって、その回転子極数が６
であり、固定子のスロット数が９の構造が示されてい
る。しかしながら、この技術では、断面凸レンズ形状の
磁石を利用したものであり、さらに、極間には漏洩磁束
防止用の三角形の溝を設けた構造を有するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、地球
環境を保護する観点から、自動車からの有害な排気を低
減する試みとして、ガソリンエンジンと電動機とを備え
た、所謂、ハイブリッド電気自動車が提案され、かつ、
その実用化が期待されている。しかしながら、いわゆ
る、一般のガソリンエンジンと電動機とが同一の駆動軸
に直結される構造（すなわち、車体内の狭い場所に搭載
される）が予想されるハイブリッド電気自動車では、上
記従来技術になる電動機では、以下のような問題点が指
摘される。
【０００６】すなわち、まず、上記特開平８−９９５３
８8号公報に開示された従来技術の表面磁石型回転電機
においては、永久磁石を軸方向にスキューすることによ
り低騒音（コギングトルクやトルク脈動の低減）を達成
しているが、しかしながら、その表面磁石型回転電機は
磁石の保持に課題がある。具体的には、上記従来技術に
記載のように３０００ｒｐｍ程度の回転数までで駆動さ
れる回転電機では、回転子外周の永久磁石は接着剤など
で装着することも可能であるが、しかしながら、上述し
たハイブリット電気自動車では、回転電機とエンジンが
駆動軸に直列に接続されることとなる。そのため、エン
ジンと同じ回転数（例えば、６０００ｒｐｍ）で回転駆
動された場合、かかる高速回転においても磁石を確実に
保持するこが必要となる。その場合、非磁性品（例え
ば、ステンレスや強化プラスチック材）により磁石をバ
インドすることとなるが、これでは、固定子とのギャッ
プが大きくなってしまい、回転電機自体の体格が大きく
なりと共に、その製造コストも高くなってしまう。
【０００７】また、上記従来技術のような表面磁石型の
磁石回転子を有する回転電機においては、特に、高速回
転時において高周波数となった場合、その磁石表面に渦
電流損が発生するという問題もある。
【０００８】次に、上記特開平１１−２９９１９９号公
報に開示された回転電機は、これにより車両を駆動する
ためのものであり、大きな出力トルクが要求さされるこ
とから、その固定子鉄心を三相８極／４８スロット
（１：６）の分布巻線としたものであり、そのため、回
転電機の軸方向における長さが長くなってしまう。これ
では、上述のようなハイブリッド電気自動車用の回転電
機として好適な構造であるとは言えなかった。
【０００９】さらに、上記特開平０７−２５５１３８号
公報により知られる永久磁石形同期回転電機では、断面
凸レンズ形状の磁石と極間に設けた漏洩磁束防止用の三
角形の溝により、永久磁石のつくる磁束を正弦波とする
ことにより、コギングトルクを低減しているが、しかし
ながら、かかる断面凸レンズ形状の磁石は高コストとな
る。また、磁極間に洩磁束防止用の三角形の溝を設ける
ことにより、回転子の機械耐力が低下してしまい、特
に、上述のようなハイブリット電気自動車等に利用され
る大きな出力を要する回転電機の構造には適さないもの
である。
【００１０】すなわち、本発明は、以上に詳述した従来
技術における問題点に鑑みてなされたものであり、特
に、上述したように、エンジンと電動機とが同一の駆動
軸に直結される構造となるハイブリット電気自動車にお
いて採用するに好適な、永久磁石式回転電機、及び、そ
れを用いたハイブリット電気自動車を提供することをそ
の目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明によれば、突極集中巻線を有する固定子と、
該固定子に回転ギャップをもって配置され、複数個の永
久磁石が回転子鉄心内部に周方向に配置固定されかつそ
の間に補助突極を有する回転子とを備えた永久磁石式回
転電機において、前記回転子の極数と前記固定子のスロ
ット数との比が２：３であり、前記固定子のスロットピ
ッチをτs（電気角）としたとき、前記永久磁石の固定
子側の面の周方向幅が前記回転子の軸に対してなす角度
θ（電気角）を、 θ≒ｎ×τs／２＋８×ｍ （ｎ＝
１もしくは２、ｍ＝１、２もしくは３）としたこと永久
磁石式回転電機が提供される。
【００１２】なお、上記の本発明になる永久磁石式回転
電機によれば、突極集中巻線形の固定子構造から軸方向
の長さが短く、そのため、上述したハイブリッド電気自
動車の車体内部の狭小な空間においても比較的容易に搭
載が可能であり、前記永久磁石の固定子側の面の周方向
長さを設定することにより、成形磁石においてスキュー
をすることなく、トルク脈動の低減し、コギングトルク
低減し、もしくは、誘起電圧を正弦波とすることが可能
となる。
【００１３】また、本発明によれば、前記に記載した永
久磁石式回転電機を、エンジンの駆動軸に直列に接続し
て搭載したハイブリッド電気自動車が提供される。
【００１４】上記の本発明になる永久磁石式回転電機を
搭載したハイブリット電気自動車では、ハイブリット電
気自動車の始動時もしくは停止時の振動が低減され、も
って、より快適なハイブリット電気自動車を提供するこ
とが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】図１は、本発明の一実施の形態になる永久
磁石式回転電機の一部断面を示しており、特に、そのポ
ールペアの構造を示している。なお、本実施の形態にな
る永久磁石式回転電機は、その回転子極数が１６であ
り、固定子スロット数が２４（２：３）である、所謂、
突極集中巻線方式の永久磁石式回転電機である。そこ
で、以下において、かかる第１の実施の形態につき、そ
の１ポールペアを示した上記図１を参照しながら、その
特徴となる構成について詳細に説明する。
【００１７】まず、図１において、回転電機の固定子１
は、その外形がほぼ環状をなすコアバック２から内周側
に突出して形成された２４個のティース３に、それぞ
れ、Ｕ相固定子巻線Ｕ１、Ｖ相の固定子巻線Ｖ１、及び
Ｗ相の固定子巻線Ｗ１を巻線して構成されている。ま
た、上記固定子１の鉄心の内周部には、各スロットに対
応して、所謂、開口部４が形成されている。なお、上記
Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の固定子巻線の巻線の際には、上記コ
アバック２とティース３とが分割可能な構造とすること
により巻線作業が容易であるが、本発明では、これらコ
アバック２とティース３とは分割可能な構造だけに限ら
ず、分割が不可能な、所謂、非分割構造であっても構わ
ない。
【００１８】上記の固定子構造に対して、本発明になる
回転電機の回転子６は、回転軸９に対して回転子鉄心７
を嵌合固着して構成されている。具体的に説明すると、
この回転子鉄心７の外周部付近には、その周方向に、断
面方形の収納部を形成する孔が複数個形成され、その内
部には、例えば、ネオジウム製の永久磁石８が、図示の
ように、Ｎ極とＳ極とが交互に配置ように着磁され、そ
の軸方向から挿入して組み込まれている。なお、回転子
鉄心７は、上記の磁石収納部を形成する複数の孔と共
に、打抜加工により円盤形状に形成された硅素鋼板を、
多数枚積層して構成されている。また、この回転子６
は、上記固定子１の内部において、上記コアバック２か
ら内周に向かって延びたティース３の先端部に対して所
定のギャップ５を有する状態で、回転可能に配置されて
いる。また、この回転子６においては、その隣接する永
久磁石８の間に、所謂、補助突極６１を形成している。
【００１９】そして、本発明は、特に、上記のような構
造を有する、すなわち、特に、回転子の極数と固定子の
スロット数との比が２：３である突極集中巻線方式の永
久磁石式回転電機において、その永久磁石８をその周方
向の断面において変化させた時に現われる、以下の現象
に注目してなされたものである。
【００２０】すなわち、上記永久磁石８の周方向の断面
における固定子１側の辺、すなわち、その外周面の幅が
軸（回転電機の回転軸）に対してなす角度（電気角）を
θとしたとき、この角度θ（電気角）を変化させると、
回転電機（特に、電動機）におけるトルク脈動、コギン
グトルク、誘起電圧波形が変化する。特に、本発明の対
象である埋込磁石型回転電機では、上記永久磁石８間に
形成される上記補助磁極（補助突極）６１に磁束が集中
するため、磁束の粗密の差が大きいくなる。このことか
らも、その特性の変化は、例えば、上記特開平８−９９
５３８8号公報によって知れれる表面磁石型の回転子を
備えた電動機と比較して、非常に大きなものとなる。
【００２１】ここで、添付の図２には、上記のような構
成になる突極集中巻線方式の永久磁石式回転電機であっ
て、その出力が２０ｋＷの回転電機において、上記角度
θを１３６度（電気角）（θ＝１３６度（電気角））と
した場合における、磁場の解析結果を示す。また、上記
角度θを、１３６度を含む種々の値に変化させ（すなわ
ち、この角度θをパラメータとして、４０度、６４度、
８０度，９６度，１１２度，１２８度，１３６度，１４
４度，１５２度，１６０度に変化）、かつ、上記回転電
機に通電した場合におけるトルク脈動を、添付の図３に
示す。また、その時のリップル率を図４示す。なお、図
３において、その横軸は、回転角度（電気角）を示して
おり、このグラフ中の複数の曲線によって、上記角度θ
を１３６度（電気角）以外の種々の角度に設定した場合
におけるトルク脈動が複数示されている。また、上記の
リップル率は、リップル率（％）＝脈動の片振幅／平均
トルクで定義されるものである。
【００２２】上記図３より明らかなように、上記角度θ
が変化すると、発生するトルクの大きさと共に、その脈
動も変化すること（すなわち、角度θが大きい程発生す
るトルクが大きくなると共に、その脈動も変化するこ
と）が判る。
【００２３】加えて、上記の図４によれば、かかる脈動
の度合いを示すリップル率は、所定の周期で変化してお
り、上記角度θが８０度及び１３６度において、すなわ
ち、約６０度の間隔で極小値を示すことが判る。
【００２４】ところで、上述した特開平１１−２９９１
９９号公報により明らかなように、本発明者等によれ
ば、１極当り３ｎ個（ｎは１、２、３・・・）のスロッ
トを持つ、所謂、分布巻固定子の回転電機（具体的に
は、三相８極／４８スロット（１：６）の回転電機）に
おいては、固定子側の外周面の周方向幅と回転子の軸心
とのなす角度θ（但し、ここでは機械角度）がτs（ス
ロットピッチ）間隔で最適点を持つことを既に見出して
いる。
【００２５】これに対して、本発明では、上記の分布巻
固定子の回転電機とは異なる構造を持つ、本発明の対象
となる回転電機、即ち、回転子の極数と固定子スロット
数の比が２：３である突極集中巻回転電機では、そのτ
s（スロットピッチ）間隔は１２０度（電気角）となる
ことから、上記角度θ（但し、ここでは電気角）の最適
点は、上述したようにτs間隔ではなく、むしろ、τs／
２間隔となることを見出し、かかる知見に基づいて、ト
ルク脈動を低減するための角度θ（電気角）の条件を、
以下の式（１）のように定義する。 θ≒ｎ×τs／２＋16（ｎは１もしくは２）…（１）
【００２６】上記の式（１）によれば、上記角度θを、
電気角でほぼ７６度もしくは１３６度に設定することに
より、回転子の極数と固定子スロット数の比が２：３で
ある突極集中巻回転電機におけるトルク脈動を低減する
ことが出来ることが判る。なお、上記角度θの値、７６
度（電気角）と１３６度（電気角）は、機械角度で表現
すれば、それぞれ、９．５度と１７度に対応する。ま
た、ここで、上記式（１）から得られる角度θ＝７６度
（電気角）と、上記図４の測定結果から得られた上記角
度θ＝８０度（電気角）との差異（即ち、４度（電気
角））も、これも機械角では０．５度程度の値となり、
かかる差異は無視できる程度であり、ほぼ一致している
（θ＝７６度≒８０度）ことが判る。
【００２７】なお、ここで、上記角度θがｎ×τs／２
から１６度（電気角）ずれる理由としては、特に、本発
明対象の埋込永久磁石型回転電機の場合、０．３ｍｍ〜
１．０ｍｍ程度の回転ギャップが存在すること、さらに
は、回転子の外周付近に磁石を埋め込むための挿入孔の
形成によって、厚さが１ｍｍ〜２ｍｍ程度の鉄部が存在
していること等の事実が考えられる。
【００２８】次に、上記と同様の回転電機において、上
記角度θ（電気角）を変化させた場合におけるコギング
トルク（ピークからピークまでの値）の変化の情況を、
添付の図５に示す。この図５から明らかなように、上記
角度θの変化に伴って、やはり、コギングトルクも大き
く変化することが判る。そして、このコギングトルクが
小さくなる（極小値）を取る上記角度θは、６４度と１
２８度と、やはり、６０度周期となっている。このこと
から、コギングトルクを低減するためのθの条件は、以
下の式（２）のようになる。 θ≒ｎ×τs／２＋８（ｎは１もしくは２）…（２）
【００２９】すなわち、上記角度θを、電気角で６８度
もしくは１２８度に、一方、機械角では８．５度もしく
は１６度に設定することによれば、特に、回転子の極数
と固定子スロット数の比が２：３である突極集中巻回転
電機において、そのコギングトルクを低減することが出
来ることが判る。
【００３０】さらに、上記と同様の回転電機において、
やはり、上記角度θ（電気角）を変化させた場合におけ
る、無負荷時の誘起電圧の波形の変化の情況について説
明する。なお、ここでは、誘起電圧の波形が正弦波であ
れば、電気角９０度における値は実行値の√２倍となる
ので、波形の尖頭率としては、尖頭率＝電気角９０度に
おける電圧／(実行値×√２)と定義する。すなわち、無
負荷時の誘起電圧の波形は、尖頭率＝１を中心として、
この尖頭率＞１であれば、誘起電圧の波形は凸波形であ
り、他方、尖頭率＜１は凹波形となり、そして、尖頭率
≒１の場合に正弦波となる。そして、上記角度θを変化
させた場合におけるこの尖頭率の変化を、添付の図６に
示す。すなわち、この図６によれば、上記角度θが８４
度もしくは１４４度と、やはり６０度の間隔で、無負荷
時の誘起電圧の波形が正弦波となることが判る。
【００３１】すなわち、回転子の極数と固定子スロット
数の比が２：３である突極集中巻回転電機において、上
記無負荷時の誘起電圧の波形を正弦波とするための上記
角度θの条件は、以下の式（３）により表されることが
判る。θ≒ｎ×τs／２＋24（ｎは１もしくは２）…
（３）なお、これら電気角で８４度及び１４４度は、機
械角では、それぞれ、１０．５度及び１８度となる。
【００３２】そして、以上の検討結果より、すなわち、
上記の式（１）、式（２）及び式（３）を纏めて、特
に、本発明が対象とする、回転子の極数と固定子スロッ
ト数の比が２：３である突極集中巻回転電機における種
々の性能を向上するためには、上記の角度θ、すなわ
ち、固定子における永久磁石外周面の幅が軸（回転電機
の回転軸）に対してなす角度（電気角）を以下の式
（４）で表される角度θに設定すべきことが判る。 θ≒ｎ×τs／２＋８ｍ（ｎ：１もしくは２、ｍ：１、
２もしくは３）…（４）
【００３３】なお、永久磁石外周面の幅が軸（回転電機
の回転軸）に対してなす角度（電気角）を、上記の式
（４）により表される角度θに設定することにより得ら
れる突極集中巻回転電機における種々の性能の向上と
は、上記「ｍ」の値（ｍ：１、２もしくは３）により、
それぞれ、その種類が異なることとなる。すなわち、ｍ
＝２に設定することにより、そのトルク脈動を低減する
ことが可能となり、ｍ＝１に設定することにより、コギ
ングトルクを低減することが可能となり、そして、ｍ＝
３に設定することにより、無負荷時の誘起電圧の波形を
正弦波とすることが可能になる。
【００３４】加えて、上記の式（４）により表される角
度θにおける「ｎ」の値については、特に、回転電機に
おけるトルク脈動を低減を図る場合において、電動機か
ら得られるトルクを調整するため、適宜、選択される。
すなわち、上記図３に示したグラフからも明らかなよう
に、その値を「１」に設定した場合（即ち、θ＝７６度
（電気角））には、その値を「２」に設定した場合（即
ち、θ＝１３６度（電気角））に得られるトルク自体の
の大きさに比較して、その大きさが小さくなる。すなわ
ち、ｎ＝１は、比較的低いトルク出力で十分であるが、
特に、トルク脈動をより低減しようとするする場合に有
利であり、他方、ｎ＝２は、トルク脈動の低減と共に大
きなトルクが必要な場合に有利である。
【００３５】なお、上記に述べた角度は、回転電機の製
作精度上、ある程度の幅を持つことは言うまでもない。
特に、上述したハイブリッド電気自動車等に利用される
突極集中巻回転電機では、その製作コスト上からも、回
転子は珪素鋼板の打抜き加工による大量生産が考えられ
るが、その際の打抜穴や挿入される永久磁石の製作精度
を考慮すると、機械角で±１度（電気角で４〜５度）程
度の幅となる。
【００３６】なお、上記の例では、回転子の極数と固定
子スロット数の比が２：３である突極集中巻回転電機に
おける回転子の永久磁石８は、平板形状（断面矩形）で
あるとして説明した。しかしながら、本発明では、さら
に、上記回転子の永久磁石８の形状による上記角度θへ
の影響を把握するため、上記平板形状の永久磁石８に代
えて、この永久磁石８の形状を断面アーク形状とした回
転電機によっても、上記と同様の検討を行った。この検
討による磁場解析の結果を、添付の図７に示す。この図
７のアーク形状の永久磁石によっても、上記角度θによ
る磁場はほぼ同一であり、その結果、ほぼ同様の効果を
得ることが確認された。
【００３７】さらに、上記式（４）の極数や出力が異な
る場合の汎用性を確認するため（但し、回転子の極数と
固定子スロット数の比が２：３である突極集中巻回転電
機）、出力が１０ｋＷ、半径や積厚が上記とは異なる回
転子で、かつ、その極数が６、そして、固定子のスロッ
ト数が９（この場合、極数は、当然６となる）の回転電
機について、上記と同様の検討を行った。その磁場解析
の結果を添付の図８に示す。この図８からも明らかなよ
うに、この６極の回転電機においても、やはり、上記角
度θ（＝１３６度）での磁場の情況は同一であることが
確認される。
【００３８】このように、本発明は、回転子の極数と固
定子スロット数の比が２：３である突極集中巻回転電機
である限りにおいては、その永久磁石８の形状が上記に
示した断面矩形（板状）のものに限られず、さらには、
アーク形等の種々の形状の回転子を備えた回転電機につ
いても適用することができる。かつ、その場合におい
て、上記永久磁石８はネオジウム磁石によるもの以外で
も良い。さらには、これら永久磁石８の個数（極数）
は、６極や１６極以外でも、上記とほぼ同様の効果が得
られるであろうことは、当業者であれば当然であろう。
加えて、本発明が適用できる回転電機は、そのトルク脈
動、コギングトルクの低減、誘起電圧波形を正弦波とす
ることが必要なものについて、内転型や外転型などの回
転電機にのみ限られることなく、リニアモータなどにも
応用できることも、やはり、当業者にとっては明らかな
ところであろう。
【００３９】しかしながら、本発明による永久磁石回転
電機は、上述したように、一般のガソリンエンジンと電
動機とが同一の駆動軸に直結される構造のハイブリット
電気自動車における駆動モータとして用いた場合に、特
に、有効であることを述べた。そこで、本発明の対象で
ある突極集中巻回転電機を、ハイブリット電気自動車に
おいて駆動モータとして搭載した構成の一例を、添付の
図９に示す。
【００４０】この図９に示したハイブリット電気自動車
における駆動システムは、主に、ガソリン等の燃料によ
り駆動されるエンジン１００、本発明になる駆動モータ
２００、発電機３００、バッテリー４００、上記駆動モ
ータと発電機３００とバッテリーとの間で電力変換を行
うための、所謂インバータ／コンバータ５００を備えて
おり、また、上記駆動モータ２００は、クラッチ６００
を介して、上記エンジン１００の出力軸と変速ギア（例
えばＣＶＴ）との間に、すなわち、同一の駆動軸に直結
される構造となっている。なお、図中の符号７００は、
上記駆動システムにより駆動される自動車の車輪であ
る。
【００４１】なお、上記ハイブリット電気自動車におけ
る駆動システムの各々の走行モードにおける動作は、以
下の通りである。 （１）停止時：エンジンは停止、クラッチＯＦＦ、モー
タはアイドル状態（但し、バッテリーが少ない場合は、
エンジンを駆動し発電機を回してバッテリーに充電され
る）
【００４２】（２）低速走行時：エンジンは停止、クラ
ッチOＯＦＦ、モータ駆動（但し、バッテリーが少ない
場合は、エンジンを駆動し発電機を回してバッテリーに
充電される）。
【００４３】（３）中高速走行時：エンジン駆動、クラ
ッチＯＮ、モータ連れ回り（出力はなし）。
【００４４】（４）高速加速時：エンジン駆動、クラッ
チＯＮ、モータ駆動。
【００４５】（５）減速時：エンジン惰性回転、クラッ
チＯＮ、モータ回生（発電機で回生しても良い）。
【００４６】（６）後進時：エンジンは停止、クラッチ
ＯＦＦ、モータ駆動（但し、バッテリーが少ない場合
は、エンジンを駆動し発電機を回してバッテリーに充電
される）。
【００４７】ここで、上記のハイブリット電気自動車
は、その停止時や低速時において、上記本発明になる突
極集中巻回転電機を採用したモータ２００のみで駆動さ
れることなる。この場合、当該モータ２００のトルク脈
動が大きい場合にはその脈動により、そのコギングトル
クが大きい場合にはそのコギングトルクにより、あるい
は、その無負荷誘起電圧が正弦波でない場合においては
その通電正弦波電流とのずれ等によって、それぞれ、振
動や騒音を発生することとなる。
【００４８】ところで、従来技術においては、上述した
ように、スキューによってコギングトルクの低減を図
り、もしくは、モータ出力のトルク脈動やコギングトル
クを低減するため、これらトルク脈動やコギングトルク
を打ち消すようにモータの出力トルクを制御するため手
段、例えば、振動低減制御装置を更に設けることが行わ
れているが、しかしながら、これらの対策は、いずれも
その製造コストを高くする一因となっており、好ましく
ない。
【００４９】これに対して、上記した本発明になる突極
集中巻回転電機の構造によれば、上述のようなスキュー
による電動機の高コスト化や上記振動低減制御装置を設
けることによる高コスト化を伴うことなく、ハイブリッ
ト電気自動車の駆動源となるモータ２００における、出
力トルク脈動、コギングトルクの発生、あるいは、無負
荷誘起電圧の歪みによる振動や騒音の発生を、特に、回
転電機の設計段階において、適宜、選択的に低減するこ
とが可能となり、もって、ハイブリット電気自動車にお
ける停止時や低速時における振動や騒音が小さい、快適
な電気自動車を得ることを可能にするものである。
【００５０】更に、上記図９に示すハイブリット電気自
動車における上記モータ２００の搭載位置については、
例えば、従来のガソリンエンジン駆動車における前後進
切換ギアやトルクコントローラ等をハイブリット化する
（特に、前後進切換ギアが不要となる）ことにより得ら
れる空間内を利用してこれを格納することが考えられ
る。これによれば、従来のガソリンエンジン駆動車にお
けるエンジンルームのレイアウトを大幅に変更すること
がないことから、特に、好適である。すなわち、上記モ
ータ２００をこのような位置に搭載可能にすることによ
れば、ハイブリット電気自動車における駆動システムを
新たに構築する必要がなく、従来の駆動システムの一部
に組み込むことが可能となることから、特に、ハイブリ
ット化のための車両開発費を大幅に低減することが可能
となる。
【００５１】しかしながら、上記の空間におけるモータ
２００の搭載を可能とするためには、特に、現在の前後
進切換ギアの構造を考慮した場合、その軸方向の長さを
短縮することが必要となるが、かかる軸方向長さを短縮
可能な回転電機としては、上記突極集中巻回転電機が適
しており、特に、本発明になる突極集中巻回転電機が最
適であり、かつ、そのの適用によればその低コスト化を
も同時に実現することが出来ることとなる。
【００５２】このように、本発明の永久磁石式回転電機
によれば、前記永久磁石の固定子側の面の周方向長さを
設定することにより、成形磁石においてスキューをする
ことなく、トルク脈動、コギングトルク低減もしくは無
負荷誘起電圧波形を正弦波とする事を可能とした永久磁
石式回転電機を提供することができる。また、ハイブリ
ット電気自動車の停止時や低速時の振動が低減されるよ
うに、前記永久磁石の固定子側の面の周方向長さを設定
し、より快適なハイブリット電気自動車を提供すること
ができる。
【００５３】
【発明の効果】以上の詳細な説明からも明らかなよう
に、本発明になる永久磁石式回転電機によれば、トルク
脈動、コギングトルク、あるいは、無負荷誘起電圧波形
の歪みによる振動や騒音を、適宜、選択的に低減するこ
とが可能であり、特に、エンジンと電動機とが同一の駆
動軸に直結される構造となるハイブリット電気自動車に
おいて採用するに好適な永久磁石式回転電機が得られ、
さらに、これをハイブリット電気自動車を搭載すること
により、快適なハイブリット電気自動車を提供すること
が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態になる永久磁石式回転
電機の１ポールペアの構造を説明する一部拡大断面図で
ある。
【図２】上記図１に示した永久磁石式回転電機の１ポー
ルペア構造において、固定子の永久磁石の外周面の幅が
軸に対してなす角度（電気角）をθを１３６度とした場
合の磁場解析結果を示す図である。
【図３】上記図１の角度θを変化させた場合における回
転電機のトルク脈動の測定結果を示す図である。
【図４】上記図１の角度θを変化させた場合における回
転電機のリップル率の測定結果を示す図である。
【図５】上記図１の角度θを変化させた場合における、
回転電機のコギングトルクのピークからピークまでの測
定結果を示す図である。
【図６】上記図１の角度θを変化させた場合における、
回転電機の無負荷誘導起電電圧の波形尖頭率を測定した
結果示す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態になる、永久磁石形
の状をアーク形状とした本発明の永久磁石式回転電機に
おける磁場解析の結果を示す図である。
【図８】上記本発明の永久磁石式回転電機構造を、特
に、極数が６の回転電機に適用した場合における磁場解
析の結果を示す図である。
【図９】上記本発明の永久磁石式回転電機をハイブリッ
ト電気自動車に適用した構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
１ 固定子 ２ コアバック ３ ティース ４ 固定子開口部 ５ ギャップ部 ６ 回転子 ６１ 補助突極（補助磁極） ７ 回転子鉄心 ８ 永久磁石 ９ 回転軸 １００ エンジン ２００ モータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川又 昭一 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 小泉 修 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グループ内 (72)発明者 小原 三四郎 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グループ内 Ｆターム(参考） 5H115 PG04 PI13 PI24 PU10 PU24 PU25 SE03 5H621 AA02 BB10 GA01 GA04 GA16 HH01 JK02 5H622 AA02 AA03 CA02 CB05 DD02 PP11

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 突極集中巻線を有する固定子と、該固定
    子に回転ギャップをもって配置され、複数個の永久磁石
    が回転子鉄心内部に周方向に配置固定されかつその間に
    補助突極を有する回転子とを備えた永久磁石式回転電機
    において、前記回転子の極数と前記固定子のスロット数
    との比が２：３であり、前記固定子のスロットピッチを
    τs（電気角）としたとき、前記永久磁石の固定子側の
    面の周方向幅が前記回転子の軸に対してなす角度θ（電
    気角）を、 θ≒ｎ×τs／２＋８×ｍ （ｎ＝１もしくは２、ｍ＝
    １、２もしくは３） としたことを特徴とする永久磁石式回転電機。
  2. 【請求項２】 前記請求項１に記載した永久磁石式回転
    電機において、前記ｍを１（ｍ＝１）にしたことを特徴
    とする永久磁石式回転電機。
  3. 【請求項３】 前記請求項１に記載した永久磁石式回転
    電機において、前記ｍを２（ｍ＝２）にしたことを特徴
    とする永久磁石式回転電機。
  4. 【請求項４】 前記請求項１に記載した永久磁石式回転
    電機において、前記ｍを３（ｍ＝３）にしたことを特徴
    とする永久磁石式回転電機。
  5. 【請求項５】 前記請求項２〜請求項４の何れかに記載
    した永久磁石式回転電機において、前記固定子のスロッ
    ト数が１２、前記固定子のスロットピッチτsが１２０
    度（電気角）、前記永久磁石の極数が８であり、かつ、
    前記ｎを２（ｎ＝２）とし、もって、前記永久磁石の固
    定子側の面の周方向幅が前記回転子の軸に対してなす角
    θを約１３６度（電気角）としたことを特徴とする永久
    磁石式回転電機。
  6. 【請求項６】 前記請求項２〜請求項４の何れかに記載
    した永久磁石式回転電機において、前記固定子のスロッ
    ト数が１８、前記固定子のスロットピッチτsが１２０
    度（電気角）、前記永久磁石の極数が１２であり、か
    つ、前記ｎを２（ｎ＝２）とし、もって、前記永久磁石
    の固定子側の面の周方向幅が前記回転子の軸に対してな
    す角θを約１３６度（電気角）としたことを特徴とする
    永久磁石式回転電機。
  7. 【請求項７】 請求項２に記載した永久磁石式回転電機
    において、前記固定子のスロット数が１２４、前記固定
    子のスロットピッチτsが１２０度（電気角）、前記永
    久磁石の極数が１６であり、かつ、前記ｎを２（ｎ＝
    ２）とし、もって、前記永久磁石の固定子側の面の周方
    向幅が前記回転子の軸に対してなす角θを約１３６度
    （電気角）としたことを特徴とする永久磁石式回転電
    機。
  8. 【請求項８】 前記請求項１〜請求項７の何れかに記載
    した永久磁石式回転電機において、前記永久磁石の断面
    形状及び前記回転子鉄心に形成される永久磁石挿入穴の
    断面形状が共に長方形であることを特徴とする永久磁石
    式回転電機。
  9. 【請求項９】 前記請求項１〜請求項７の何れかに記載
    した永久磁石式回転電機において、前記永久磁石の断面
    形状及び前記回転子鉄心に形成される永久磁石挿入穴の
    断面形状が共にアーク形状であることを特徴とする永久
    磁石式回転電機。
  10. 【請求項１０】 前記請求項１〜請求項９の何れかに記
    載した永久磁石式回転電機を、エンジンの駆動軸に直列
    に接続して搭載したことを特徴とするハイブリッド電気
    自動車。
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