JP2002320363A - 車両用発電電動機 - Google Patents

車両用発電電動機

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JP2002320363A JP2001122909A JP2001122909A JP2002320363A JP 2002320363 A JP2002320363 A JP 2002320363A JP 2001122909 A JP2001122909 A JP 2001122909A JP 2001122909 A JP2001122909 A JP 2001122909A JP 2002320363 A JP2002320363 A JP 2002320363A
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rotor
rotor core
teeth
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Soichi Yoshinaga
聡一 吉永
Seiji Hayashi
誠司 林
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Denso Corp
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    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
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  • Synchronous Machinery (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】機器体格の大型化を抑止しつつ確実なエンジン
始動が可能なリラクタンストルク併用内蔵磁石型同期機
を用いたエンジン始動用発電電動機を提供すること。 【解決手段】車両用エンジン始動用発電電動機に用いる
リラクタンストルク併用内蔵磁石型同期機において、ロ
ータコアの補極部の周方向幅を、ティースの周方向幅３
０〜５５％に設定する。機器体格の大型化を抑止しつつ
確実なエンジン始動が可能なリラクタンストルク併用内
蔵磁石型同期機を用いたエンジン始動用発電電動機を実
現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両用発電電動機
に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、直流電動機を用いた従来のスター
タモータに代えて、発電電動機を用いてエンジン始動の
みならず発電、回生制動及びトルクアシストも行って燃
費改善やエミッション低減を図ることが提案されてい
る。
【０００３】この種の発電電動機として、高効率で大ト
ルクを発生でき、構造も簡単なリラクタンストルク併用
内蔵磁石型同期機（以下、IPMともいう）を用いること
も知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、IPMな
どの同期モータは、ステータに対するロータの停止角度
位置（停止位相角）によって発生可能な電動トルクが変
動するため、発生可能な電動トルクが最小となる位置で
ロータが停止した場合、極めて大きいトルクが必要な次
回のエンジン始動において、それが困難となるという可
能性が生じた。特に、この問題は、IPMが比較的小さい
場合のエンジン始動時に問題となる。IPMを大型化する
ことは当然考えられる解決策であるが、製造費用、収容
スペースなどの点でその実現は容易ではない。
【０００５】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、機器体格の大型化を抑止しつつ確実なエンジン始
動が可能なリラクタンストルク併用内蔵磁石型同期機を
用いた車両用発電電動機を提供することをその目的とし
ている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の車両用発
電電動機は、永久磁石が埋設されたロータコアを有して
エンジンのクランクシャフトにトルク授受可能に連結さ
れたロータと、電機子巻線が巻装されたステータコアを
有して前記ロータコアに対面するステータとを備えるリ
ラクタンストルク併用内蔵磁石型同期機からなり、前記
ロータコアが、周方向に所定幅を有して周方向一定ピッ
チで軸方向に貫口された磁石収容用兼径方向磁気抵抗増
大用の所定数の貫通孔と、互いに隣接する前記貫通孔の
間に形成された磁化容易な補極部とを有し、前記ステー
タコアが、前記ロータコアに対面して周方向一定ピッチ
で所定数のティースを有する車両用発電電動機におい
て、前記補極部が、前記ティースの３０〜５５％、更に
好適には３８〜５０％の周方向幅を有することを特徴と
している。
【０００７】本発明の構成により、機器体格の大型化を
抑止しつつ確実なエンジン始動が可能なリラクタンスト
ルク併用内蔵磁石型同期機を用いた車両用発電電動機を
実現することができる。
【０００８】以下、更に説明する。
【０００９】本発明者らは、IPMを用いる車両用発電電
動機では、IPMがそのロータ角度（ステータを基準とす
るロータの相対角度）で発生可能な電動トルクが大きく
変動するため、エンジン停止時のロータの停止角度位置
（停止位相角）がたまたまその最小トルク発生角度位置
近傍となると、次回のエンジン始動が特に寒冷時に困難
となる場合が生じることから、IPMのロータ角度に対す
るトルク変動率（以下、トルクリップル率とも呼ぶもの
とする）を低減することにより、モータ体格を増大する
ことなく、エンジン始動性を向上できることに気がつい
た。
【００１０】すなわち、補極部とティースとの周方向幅
の比率を上記のように選択することにより、平均トルク
の低下を抑止しつつその最小トルク値を格段に改善でき
ることを見いだした。
【００１１】なお、IPMの発生トルクは、磁石磁束の量
に関係する磁石磁束トルクとロータコアの磁気異方性に
起因するリラクタンストルクとのベクトル和である合成
トルクとなり、この合成トルクは、磁石磁束トルクとリ
ラクタンストルクとが両方ともステータとロータとの相
対角度により変動するためにこの相対角度により変化す
る。
【００１２】更に説明すると、合成トルクは、その最小
値近傍では、ステータコアのティースの周方向幅ｙを基
準とするロータコアの補極部の周方向幅ｘ（図２参照）
に大きく依存することを見いだした。更に、ティースの
周方向幅ｙに対する補極部の周方向幅ｘの比率αを、
０．３〜０．５５、更に好ましくは０．３８〜０．５０
とすることが車両用発電電動機に最も好適であることを
見いだした。
【００１３】これに対して、従来のIPMでは、αは、ほ
ぼ１に設定されていた。これは、従来のリラクタンスト
ルク併用型ＩＰＭでは、できるだけ大きいリラクタンス
トルクが得られるように設計されていたためである。す
なわち、リラクタンストルクはｄ軸インダクタンスＬｄ
とｑ軸インダクタンスＬｑとの差により発生するので、
磁気抵抗が小さいｑ軸インダクタンスをできるだけ大き
く、磁気抵抗が大きいｄ軸インダクタンスをできるだけ
小さく設計することによりリラクタンストルクの極大化
を図っていた。ｄ軸インダクタンスＬｄを減少し、ｑ軸
インダクタンスＬｑを増大するには、補極部の周方向幅
ｘを増大することが最も有効であり、このため従来は、
補極部の周方向幅ｘをティースの周方向幅ｙと略等しい
値にしている（すなわち、α＝１）通常の用途において
は、平均トルクが大きいことが最も重要であり、最小ト
ルク値の落ち込みは大きな問題ではない。これは通常の
モータ負荷の起動負荷トルクは大きくないためである。
【００１４】これに対して、エンジン始動においては、
エンジン始動の初期の負荷トルクが極めて大きく、エン
ジンは回転後は自力でトルクを発生する。これは、シリ
ンダとピストンとの広い摺動面積及びピストンの圧縮仕
事に起因する。
【００１５】この考察に基づき、IPMを用いた車両用発
電電動機において、ティースの周方向幅ｙに対する補極
部の周方向幅ｘの比率αを、０．３〜０．５５、更に好
ましくは０．３８〜０．５０とすることにより、平均ト
ルクは減少するものの、最小トルクを向上させることに
より、ステータに対するロータ角度がいずれの位置にあ
る場合でも、確実にエンジンを始動させることができ
る。
【００１６】
【発明の実施の形態】上記説明した発明の好適な態様を
以下の実施例を参照して説明する。
【００１７】
【実施例】図１は、リラクタンストルク併用内蔵磁石型
同期機であり、エンジンのクランクシャフトにトルク授
受可能に連結されたロータ１と、このロータ１の外周面
に対面して車体に固定されたステータ２と、ロータ１に
嵌入されたシャフト３とを有している。
【００１８】ロータ１は、積層電磁鋼板からなるロータ
コア１１と、永久磁石１２とからなる。ロータコア１１
は、周方向に所定幅を有して周方向４５度ピッチで軸方
向に貫口された磁石収容用兼径方向磁気抵抗増大用の貫
通孔１１１と、互いに隣接する貫通孔１１１の間に形成
された磁化容易な補極部１１２とを有している。永久磁
石１２は、厚さ方向に磁化された薄平板形状を有し、磁
石の厚さ方向が略径方向となる姿勢で貫通孔１１１に挿
入されている。各永久磁石１１１は周方向交互に逆方向
に磁化されている。貫通孔１１１の周方向両端部は磁束
のショートカット磁路抵抗を増大するためにロータコア
１１の表面部に達している。
【００１９】ステータ２は、ステータコア２１と、ステ
ータコア２１に巻装された不図示の三相電機子巻線から
なる。ステータコア２１の内周面には、２４対のティー
ス２１１とスロット２１２とが交互に形成され、三相電
機子巻線の各相巻線は各スロット２１２に個別に巻装さ
れている。
【００２０】上記した構造は、通常のIPMとまったく同
じであり、この実施例の特徴部分を図２を参照して説明
する。
【００２１】図２において、補極部１１２の周方向幅を
x、ティース２１１の先端部の周方向幅をyとしたとき、
両者の比α＝x/yは、０．４３に設定されている。
【００２２】このようにすれば、車両用発電電動機すな
わちこのIPMの最小トルク値を従来のIPM（αが略１、少
なくとも０．８以上）に比較して格段に大きくして、ロ
ータ停止角度位置にかかわらず、エンジン始動トルクを
格段に大きく確保することができ、寒冷時におけるエン
ジン始動困難という問題をモータ体格の増大を図ること
なく解決することができる。
【００２３】図１に示すこの実施例のIPM（α＝０．４
３）とα以外は仕様が同じIPMを従来品として作製し、
両者を同一条件にてステータを基準のロータの角度位置
を種々変更して、その発生トルク値の変動を調べた。ま
た、両者の平均トルクも調べた。
【００２４】図３にこの従来品の形状を示し、図４に発
生トルクとロータ角度との関係を示す。ただし、図４に
おいて、横軸はロータ角度（電気角）を、縦軸は、トル
ク（絶対値）を示す。図４から、この実施例品は、従来
品に比較して平均トルク値は劣るものの、最小トルク値
が従来品より格段に改善されていることがわかる。
【００２５】次に、α以外は上記した実施例品及び従来
品と仕様が同じ試験品を多数作製し、通電条件を同一と
して、αと平均トルクとの関係を調べた。その結果を図
５に示す。
【００２６】次に、上記各試験品を、通電条件を同一と
して、αと最小トルク値との関係を調べた。その結果を
図６に示す。その結果、図５及び図６から次のことがわ
かった。最小トルク値は、αを上記した従来品の略１か
ら次第に減少させると、αの減少とともに増加し、αが
０．５５に達した後は緩やかに減少に転じている。
【００２７】また、平均トルク値は、αを上記した従来
品の略１から次第に減少させると、αが０．３８に達す
るまではほとんど変化がなく、αが０．３８近傍に達し
た後は緩やかに減少に転じている。結局、平均トルクの
減少を抑止しつつ、最小トルク値を従来より格段に増大
できるαの範囲が存在し、それが０．３０〜０．５５、
更に好適には０．３８〜０．５であることがわかった。
ただし、三相電機子巻線への印加電圧位相は、ロータ角
度位置に合わせて最大トルクを発生する位相に調整し、
実効入力電流は１００Ａとした。
【００２８】（変形態様）ロータコアの外径を種々変更
して上記と同一の実験を行ったところ、ほぼ同一結果を
得た。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に採用したIPMの径方向断面図である。
【図２】図１のIPMの部分拡大径方向断面図である。
【図３】従来のIPMの径方向断面図である。
【図４】図１と図３のIPMのトルク値の電気角による変
動を示すグラフである。
【図５】IPMのαを変更した場合の最小トルク値（絶対
値）の変化を示す特性図である。
【図６】IPMのαを変更した場合の平均トルク（絶対
値）の変化を示す特性図である。
【符号の説明】
１ ロータ ２ ステータ ３ シャフト １１ ロータコア １２ 永久磁石 １１１ 磁石収容用兼径方向磁気抵抗増大用の貫通孔 １１２ 補極部 ２１ ステータコア ２１１ ティース ２１２ スロット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｋ 1/27 ５０１ Ｈ０２Ｋ 1/27 ５０１Ｋ ５０１Ｍ 19/10 19/10 Ａ Ｆターム(参考） 5H002 AA04 AA09 AB06 AB07 AE06 AE08 5H619 AA01 AA10 BB01 BB02 BB06 BB15 BB24 PP01 PP02 PP05 PP08 5H621 AA02 BB10 GA01 GA04 GA12 GA17 HH01 JK02 JK05 PP10 5H622 AA02 AA03 CA02 CA07 CB03 CB05 CB06 PP11

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】永久磁石が埋設されたロータコアを有して
    エンジンのクランクシャフトにトルク授受可能に連結さ
    れたロータと、電機子巻線が巻装されたステータコアを
    有して前記ロータコアに対面するステータとを備えるリ
    ラクタンストルク併用内蔵磁石型同期機からなり、前記
    ロータコアは、周方向に所定幅を有して周方向一定ピッ
    チで軸方向に貫口された磁石収容用兼径方向磁気抵抗増
    大用の所定数の貫通孔と、互いに隣接する前記貫通孔の
    間に形成された磁化容易な補極部とを有し、前記ステー
    タコアは、前記ロータコアに対面して周方向一定ピッチ
    で所定数のティースを有するエンジン始動可能な発電電
    動機において、 前記補極部は、前記ティースの３０〜５５％の周方向幅
    を有することを特徴とする車両用発電電動機。
  2. 【請求項２】請求項１記載の車両用発電電動機におい
    て、 前記補極部は、前記ティースの３８〜５０％の周方向幅
    を有することを特徴とする車両用発電電動機。
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