JP3740482B2

JP3740482B2 - 電動車両用の永久磁石回転電機

Info

Publication number: JP3740482B2
Application number: JP2003322554A
Authority: JP
Inventors: 文男田島; 豊松延; 昭一川又; 末太郎渋川; 小泉　　修; 圭二小田
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2003-09-16
Filing date: 2003-09-16
Publication date: 2006-02-01
Anticipated expiration: 2016-03-21
Also published as: JP2004041000A

Description

本発明は、電動車両用の永久磁石回転電機に係り、特に、内部磁石型回転電機を用いた電動車両用の永久磁石回転電機に関する。

電動車両，特に、電気自動車において使用される駆動電動機は、電気自動車として積載されるバッテリーの量が限定され、かつ、そのバッテリー容量で十分な一充電走行距離を確保することが必要なために、小型軽量、高効率であることが望まれている。

電動機を小型軽量化するためには、高速回転に適していることが要望される。また、高効率電動機としては、直流電動機や誘導電動機よりも永久磁石電動機が推奨できる。特に、永久磁石を回転子の外周に配置する表面磁石電動機に比較して、永久磁石よりも高い透磁率を有する、例えば、珪素鋼板の中に永久磁石保持部を有するいわゆる内部磁石電動機が適している。内部磁石永久磁石電動機は、弱め界磁制御によって高速まで運転できる点や、弱め界磁制御によって高効率にできるためである。更に、電動機を小型軽量にするためには高性能の永久磁石を使用することが不可欠である。しかし、高性能な永久磁石は高価であるため、使用量を限定することが必要である。一方、永久磁石の使用量を制限するには、極数を多くすることが必要である。この方式の電動機の従来例としては、例えば、特開平５−７６１４６号公報に記載のように、回転子の中に８極の永久磁石を内蔵したものが知られている。

特開平５−７６１４６号公報

しかしながら、特開平５−７６１４６号公報に記載のものにおいては、遠心力を受ける永久磁石の外周に位置する磁極片の重量が大きいため、磁極片の両端に位置するブリッジ部の径方向の厚さを大きくする必要があり、高速回転への配慮がなされていないものであった。従って、かかる回転電機を用いた電動車両においては、一充電走行距離が短いという問題があった。

本発明の目的は、高速回転の可能な電動車両用の永久磁石回転電機を提供するにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、電動車両に用いられるものであって、バッテリから供給された電力を制御装置を介して受け、前記電動車両の車輪を駆動するための駆動トルクを発生するものであり、前記制御装置によって前記駆動トルクが制御されるものである電動車両用の永久磁石回転電機であって、固定子巻線が巻回された固定子鉄心を有する固定子と、該固定子に対して回転可能に保持された回転子とを有し、前記回転子は、磁性材からなる板が複数積層されて構成された回転子鉄心と、該回転子鉄心の回転軸方向に設けられたシャフトと、前記回転子鉄心の内部に設けられた複数の永久磁石挿入孔に挿入された永久磁石とを備えており、前記回転子鉄心の外周部と前記永久磁石挿入孔の外周との間には磁極片部が形成されており、前記回転子鉄心の前記磁極片部間に挟まれた部分には、前記固定子の起磁力によって前記永久磁石によるトルクとは別のトルクを発生させるための補助磁極片部が形成されており、さらに前記回転子鉄心の前記永久磁石挿入孔より内側である前記永久磁石挿入孔と前記シャフトとの間に複数個の穴が設けられ、前記永久磁石挿入孔は、前記回転子鉄心を打ち抜いて形成したものであって、前記回転子の半径をＲ０、前記回転子の中心から前記永久磁石の内周側の前記回転子の中心に最も近接する位置までの距離をＲ１としたとき、比（Ｒ１／Ｒ０）が０．８５よりも大きくなるように、かつ前記磁極片部と前記補助磁極片部との間に、前記永久磁石挿入孔の外周が前記回転子鉄心の外周に最も近接するブリッジ部が形成されるように設けられたものであり、前記永久磁石は、前記回転子の周方向に極性が互いに反対方向となるように、前記永久磁石挿入孔に挿入されているものであり、かかる構成により、漏洩磁束を低減して、回転電機を小型軽量化でき、従って、高速回転し得るものとなる。

（２）上記目的を達成するために、本発明は、電動車両に用いられるものであって、バッテリから供給された電力を制御装置を介して受け、前記電動車両の車輪を駆動するための駆動トルクを発生するものであり、前記制御装置によって前記駆動トルクが制御されるものである電動車両用の永久磁石回転電機であって、固定子巻線が巻回された固定子鉄心を有する固定子と、該固定子に対して回転可能に保持された回転子とを有し、前記回転子は、磁性材からなる板が複数積層されて構成された回転子鉄心と、該回転子鉄心の回転軸方向に設けられたシャフトと、前記回転子鉄心の内部に設けられた複数の永久磁石挿入孔に挿入された永久磁石とを備えており、前記回転子鉄心の外周部と前記永久磁石挿入孔の外周との間には磁極片部が形成されており、前記回転子鉄心の前記磁極片部間に挟まれた部分には、前記固定子の起磁力によって前記永久磁石によるトルクとは別のトルクを発生させるための補助磁極片部が形成されており、前記回転子鉄心の内部で前記シャフトと前記永久磁石挿入孔との間には複数の風穴が形成されており、前記永久磁石挿入孔は、前記回転子鉄心を打ち抜いて形成したものであって、前記回転子の半径をＲ０、前記回転子の中心から前記永久磁石の内周側の前記回転子の中心に最も近接する位置までの距離をＲ１としたとき、比（Ｒ１／Ｒ０）が０．８５よりも大きくなるように、かつ前記磁極片部と前記補助磁極片部との間に、前記永久磁石挿入孔の外周が前記回転子鉄心の外周に最も近接するブリッジ部が形成されるように設けられたものであり、前記永久磁石は、前記回転子の周方向に極性が互いに反対方向となるように、前記永久磁石挿入孔に挿入されており、前記風穴は、前記回転子鉄心を打ち抜いて形成したものであり、かかる構成により、漏洩磁束を低減して、回転電機を小型軽量化でき、従って、高速回転し得るものとなる。

（３）上記目的を達成するために、本発明は、電動車両に用いられるものであって、バッテリから供給された電力を制御装置を介して受け、前記電動車両の車輪を駆動するための駆動トルクを発生するものであり、前記制御装置によって前記駆動トルクが制御されるものである電動車両用の永久磁石回転電機であって、固定子巻線が巻回された固定子鉄心を有する固定子と、該固定子に対して回転可能に保持された回転子とを有し、前記回転子は、磁性材からなる板が複数積層されて構成された回転子鉄心と、該回転子鉄心の回転軸方向に設けられたシャフトと、前記回転子鉄心の内部に設けられた複数の永久磁石挿入孔に挿入された永久磁石とを備えており、前記回転子鉄心の外周部と前記永久磁石挿入孔の外周との間には磁極片部が形成されており、前記回転子鉄心の前記磁極片部間に挟まれた部分には、前記固定子の起磁力によって前記永久磁石によるトルクとは別のトルクを発生させるための補助磁極片部が形成されており、前記回転子鉄心の内部で前記シャフトと前記永久磁石挿入孔との間には、前記回転子鉄心を打ち抜いて形成した複数の穴が形成されてり、前記永久磁石挿入孔は、前記回転子鉄心を打ち抜いて形成したものであって、前記回転子の半径をＲ０、前記回転子の中心から前記永久磁石の内周側の前記回転子の中心に最も近接する位置までの距離をＲ１としたとき、比（Ｒ１／Ｒ０）が０．８５よりも大きくなるように、かつ前記磁極片部と前記補助磁極片部との間に、前記永久磁石挿入孔の外周が前記回転子鉄心の外周に最も近接するブリッジ部が形成されるように設けられたものであり、前記永久磁石は、前記回転子の周方向に極性が互いに反対方向となるように、前記永久磁石挿入孔に挿入されており、前記ブリッジ部の内周側で前記永久磁石の両端部には、前記永久磁石の磁束密度の周方向の傾斜を緩やかにするための孔が形成されているものであり、かかる構成により、漏洩磁束を低減して、回転電機を小型軽量化でき、従って、高速回転し得るものとなる。

（４）上記目的を達成するために、本発明は、制御装置を介して電力が供給され、この電力に基づき車両の車輪を駆動するための駆動トルクを発生し、前記制御装置によって前記駆動トルクが制御される電動車両用の永久磁石回転電機であって、前記永久磁石回転電機は固定子と回転子とを有しており、前記固定子は固定子鉄心と前記固定子鉄心に巻回された固定子巻線とを有しており、前記回転子は珪素鋼板を積層して構成した回転子鉄心と前記回転子鉄心に保持された永久磁石とを有しており、前記珪素鋼板は円形をしており、円形の外周側に永久磁石を挿入するための永久磁石挿入孔が周方向に複数個設けられており、前記永久磁石挿入孔の周方向の幅が挿入される永久磁石の周方向幅より大きく形成されており，このため前記永久磁石挿入孔に永久磁石が挿入された状態で前記永久磁石の周方向の端部に孔あるいはスリットが形成されるように構成され、前記周方向に配置された複数の永久磁石挿入孔のさらに中心側に複数の穴が形成され、積層された前記珪素鋼板の前記永久磁石挿入孔に永久磁石が挿入されて形成された回転子を前記固定子の内部に回転自在に配置した構成で、前記回転子鉄心の外周と前記永久磁石挿入孔の外周との間に磁極片部が形成され、前記回転子鉄心の前記磁極片部間に挟まれた部分には、前記固定子の起磁力によってトルクを発生させるための補助磁極片部が形成され、前記回転子鉄心に保持された永久磁石の両端部の前記孔あるいはスリットが、前記永久磁石の磁束密度の周方向の傾斜を緩やかにするものであり、かかる構成により、漏洩磁束を低減して、回転電機を小型軽量化でき、従って、高速回転し得るものとなる。

（５）上記目的を達成するために、本発明は、電動車両に用いられるものであって、バッテリから供給された電力を制御装置を介して受け、前記電動車両の車輪を駆動するための駆動トルクを発生するものであり、前記制御装置によって前記駆動トルクが制御されるものである電動車両用の永久磁石回転電機において、固定子巻線が巻回された固定子鉄心を有する固定子と、該固定子に対して回転可能に保持された回転子とを有し、前記回転子は、磁性材からなる板が複数積層されて構成された回転子鉄心と、該回転子鉄心の回転軸方向に設けられたシャフトと、前記回転子鉄心の内部に設けられた複数の永久磁石挿入孔に挿入された永久磁石とを備えており、前記回転子鉄心の外周部と前記永久磁石挿入孔の外周側との間に磁極片部が形成されており、前記回転子鉄心の前記磁極片部間に挟まれた部分には、前記固定子の起磁力によってトルクを発生させるための補助磁極片部が形成されており、前記永久磁石挿入孔は、前記回転子鉄心を打ち抜いて形成したものであって、前記永久磁石は、前記回転子の周方向に極性が互いに反対方向となるように、前記永久磁石挿入孔に挿入されており、前記永久磁石挿入孔の両端部には、前記永久磁石の幅よりも狭いスリットが形成されており、前記スリットは、前記永久磁石の周方向への位置決めをするためのものであり、かかる構成により、漏洩磁束を低減して、回転電機を小型軽量化でき、従って、高速回転し得るものとなる。

（６）上記（１）乃至（５）に記載の電動車両用の永久磁石回転電機において、好ましくは、前記回転子の半径方向の前記永久磁石の厚みをＲ３、前記回転子の半径方向の前記ブリッジ部の厚さをＲ２としたとき、Ｒ３をＲ２の２倍以下としたものである。

（７）上記（３）又は（４）に記載の電動車両用の永久磁石回転電機において、好ましくは、前記孔には接着剤が充填されているものである。
（８）上記（５）に記載の電動車両用の永久磁石回転電機において、好ましくは、前記スリットには接着剤が充填されているものである。

本発明によれば、高速回転の可能な永久磁石回転電機を駆動機構の一部として用いることにより、電動車両の一充電走行距離の長くすることができる。

以下、本発明の一実施の形態による永久磁石回転電機ついて、図１，図２，図３を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施の形態による永久磁石回転電機の正面側から見た部分断面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ断面を示し、本発明の一実施の形態による永久磁石回転電機の断面図であり、図３は、図２の要部拡大図である。

図１において、回転電機１０の固定子２０は、固定子鉄心２２と、この固定子鉄心２２に巻回された多相の固定子巻線２４と、固定子鉄心２２をその内周面に固定保持するハウジング２６から構成されている。回転子３０は、回転子鉄心３２と、回転子鉄心３２に設けられた永久磁石挿入孔３４に挿入された永久磁石３６と、シャフト３８とから構成されている。シャフト３８は、ベアリング４２，４４によって回転自在に保持されている。ベアリング４２，４４は、エンドブラケット４６，４８によって支持されており、エンドブラケット４６，４８は、ハウジング２６の両端にそれぞれ固定されている。

また、回転子３０の永久磁石３６の位置を検出する磁極位置検出器ＰＳ及び回転子３０の位置を検出するエンコーダＥが、回転子３０の側面側に配置されている。回転電機１０は、磁極位置検出器ＰＳの信号と、エンコーダＥの出力信号によって、図示しない制御装置によって運転制御される。

図２は、図１のＡ−Ａ矢視の断面図であるが、ハウジングの図示は省略してある。図２において、回転電機１０は、固定子２０と回転子３０とから構成されている。固定子２０は、固定子鉄心２２と固定子巻線２４から構成される。固定子巻線２４は、固定子鉄心２２に巻回されている。

回転子３０は、高透磁率磁性材料である，例えば、複数枚の珪素鋼板が積層されている回転子鉄心３２と、回転子鉄心３２に設けられた８個の永久磁石挿入孔３４に挿入された８個の永久磁石３６と、シャフト３８から構成されている。８個の永久磁石３６は、極性が互いに反対方向になるように、回転子鉄心３２の周方向に等間隔で配置されている。

回転子鉄心３２は、永久磁石挿入孔３４とシャフト３８を通す孔が打ち抜かれる構造となっている。永久磁石挿入孔３４とシャフト３８を通す孔が打ち抜かれ珪素鋼板を積層し、貫通する永久磁石挿入孔３４とシャフト３８を通す孔の中に永久磁石３６及びシャフト３８が挿入されて回転子３０を構成する。

永久磁石回転子３０は、矢印（反時計）方向に回転し、電動機として運転するものとする。使用する永久磁石３６の形状は、直方体とする。

次に、図３を用いて、回転子の詳細構造について説明する。

回転子鉄心３２を半径方向に分けると、内周側のヨーク部３２Ａと、外周部３２Ｂに分けられる。また、回転子鉄心３２の外周部３２Ｂを周方向に３つの部分に分けると、磁極片部３２Ｂ１と、補助磁極片部３２Ｂ２と、ブリッジ部３２Ｂ３に分けられる。磁極片部３２Ｂ１は、回転子鉄心３２の外周部３２Ｂの中で、永久磁石３６の外周側に位置する領域であり、永久磁石３６からの磁束Ｂφがギャップを介して固定子２０側に流れて磁気回路を構成する領域である。補助磁極片部３２Ｂ２は、磁極片部３２Ｂ１の間に挟まれる領域であり、磁石の磁気回路をバイパスして、固定子の起磁力によって直接磁束を固定子側に発生させる領域である。ブリッジ部３２Ｂ３は、磁極片部３２Ｂ１と補助磁極片部３２Ｂ２との境界の部分であり、永久磁石３６の外周が、回転子鉄心３２の外周に最も近接している部分である。

以上の構成で、図示しない制御装置によって、固定子巻線２４に流す電流のつくる電機子起磁力の合成ベクトルを、補助磁極部３２Ｂ２の中心位置より回転方向に向くように制御することによって、回転電機１０は、永久磁石３６によるトルクの他に補助磁極部３２Ｂ２によるトルクを発生することができ、高トルクの電動機として運転することができる。

永久磁石の形状としては、直方体のものを採用しているため、円弧状の磁石に比較して寸法精度が確保でき、ブリッジ部３２Ｂ３等を精度よくでき、従って、回転子のバランス作業なしに高速回転に供することができる。

本実施の形態においては、永久磁石回転電機における永久磁石３６の配置位置に特徴を有している。回転子３０の半径をＲ0とし、回転子３０の中心から永久磁石３６の内周側の位置までの距離をＲ1とすると、その比（Ｒ1／Ｒ0）を０．８５より大きくしている。

永久磁石３６を挿入するために、回転子鉄心３０には永久磁石挿入孔３４が形成されている。この永久磁石挿入孔３４に永久磁石３６が挿入され、回転子３０が回転すると、遠心力が発生するが、回転子３０の全体によって発生する遠心力の内、永久磁石３６及び永久磁石３６の外周に存在する磁極片部３２Ｂ１によって発生する遠心力は、ブリッジ部３２Ｂ３に集中することになる。そこで、この永久磁石によって発生する遠心力を、回転子３０の全体によって発生する遠心力の１／２より小さくするように、永久磁石３６の配置位置を設定するようにした。その結果、回転子３０の半径Ｒ0と、回転子３０の中心から永久磁石３６の内周側の位置までの距離Ｒ1の比（Ｒ1／Ｒ0）を０．８５より大きくすることにより、永久磁石によって発生する遠心力を、回転子３０の全体によって発生する遠心力の１／２より小さくすることができる。

以上のように、永久磁石３６の配置位置を設定することにより、永久磁石３６によって発生する遠心力を小さくできるので、遠心力が最も作用するブリッジ部３２Ｂ３の半径向の厚さＲ2を短くすることができる。ブリッジ部３２Ｂ３の半径方向の厚さＲ2が長くなると、永久磁石３６から発生する磁束が、ブリッジ部３２Ｂ３を経由して漏れる漏れ磁束ＢLとなるため、回転電機によって発生するトルクが減少する。漏れ磁束ＢLが大きいにも拘らず、発生するトルクを所定値にしようとすると、回転電機自体を大型化せざるを得ず、高速化は達成できなくなる。

しかしながら、上述したように、回転子３０の半径Ｒ0と、回転子３０の中心から永久磁石３６の内周側の位置までの距離Ｒ1の比（Ｒ1／Ｒ0）を０．８５より大きくすることにより、永久磁石３６によって発生する遠心力を、回転子３０の全体によって発生する遠心力の１／２より小さくすることができるので、ブリッジ部３２Ｂ３の半径向の厚さＲ2を狭くできるので、漏れ磁束ＢLを低減でき、発生するトルクの低減がなく、その結果、高速化を達成できるものである。

図３に示した実施の形態においては、回転子３０の半径Ｒ0が、５７．５ｍｍであり、回転子３０の中心から永久磁石３６の内周側の位置までの距離Ｒ1が、４９．５ｍｍとしてある。その結果、回転子３０の半径Ｒ0と、回転子３０の中心から永久磁石３６の内周側の位置までの距離Ｒ1の比（Ｒ1／Ｒ0）が、０．８６となっている。なお、永久磁石３６の半径方向の厚みＲ3は、４ｍｍであり、磁極片部３２Ｂ１の半径方向の最大厚みＲ4は、４ｍｍであり、その時、ブリッジ部３２Ｂ３の半径方向の厚みＲ2は、２ｍｍとなっている。

永久磁石３６及び永久磁石３６の外周に存在する磁極片部３２Ｂ１によって発生する遠心力を、回転子３０の全体によって発生する遠心力の１／２より小さくしてあるので、ブリッジ部３２Ｂ３の厚みＲ2が２ｍｍでも遠心力によってブリッジ部３２Ｂ３が壊れることはなく、また、ブリッジ部３２Ｂ３の厚みＲ2を狭くすることができた結果、ブリッジ部３２Ｂ３からの漏れ磁束も低減できるので、発生トルクを大きくできる。従って、回転電機のサイズを小型軽量化できるので、回転電機の高速回転が可能となる。

ちなみに、特開平５−７６１４６号公報の第１頁目の要約に図示された例では、Ｒ1／Ｒ0に相当する値は、（２．１／２．９）＝０．７２となり、この時発生する遠心力は、本願の図３に示した場合の約１．５倍となるため、ブリッジ部の厚みを厚くせざるを得ず、その結果、漏洩磁束も大きくなり、発生トルクが低減するので、高速化には適さないものとなる。

さらに、永久磁石の厚さは、できる限り薄い方がより高速に対応できる。特に、図示したように、永久磁石３６の厚みＲ3をブリッジ部３２Ｂ３の厚さＲ2の２倍以下とすることにより高速の永久磁石回転電機を提供することができる。

本実施の形態によれば、漏洩磁束を低減できるため、内部永久磁石回転電機における発生トルクの低減を防止でき、その結果、回転電機を小型軽量化できるので、回転電機を高速回転可能となる。

次に、本発明の他の実施の形態による永久磁石回転電機について、図４を用いて説明する。
図４は、本発明の他の実施の形態による永久磁石回転電機の回転子の断面図である。
本実施の形態による回転電機の全体構造は、図１に示したとおりであり、また、固定子の構造は、図２に示したとおりである。

図４において、回転電機の回転子３０は、高透磁率磁性材料である，例えば、複数枚の珪素鋼板が積層されている回転子鉄心３２と、回転子鉄心３２に設けられた８個の永久磁石挿入孔３４に挿入された８個の永久磁石３６と、シャフト３８から構成されている。８個の永久磁石３６は、極性が互いに反対方向になるように、回転子鉄心３２の周方向に等間隔で配置されている。

さらに、永久磁石３６の内周側には、永久磁石３６と同数の風穴３９が形成されている。

回転子鉄心３２は、永久磁石挿入孔３４とシャフト３８を通す孔と風穴３９が打ち抜かれる構造となっている。永久磁石挿入孔３４とシャフト３８を通す孔と風穴３９が打ち抜かれ珪素鋼板を積層し、貫通する永久磁石挿入孔３４とシャフト３８を通す孔の中に永久磁石３６及びシャフト３８が挿入されて回転子３０を構成する。その時、各層の回転鉄心３２に形成された風穴３９は、連通するようになっている。従って、永久磁石３２とシャフト３８の間には、空気が流通可能な風穴が形成されている。

永久磁石の内周側のヨーク部の中に、永久磁石を個数と同数の風穴３９を設けることにより、回転子３０を軽量化できるので、回転電機全体を軽量化でき、高速回転に適したものとなる。

また、永久磁石３６として、特に、稀土類磁石を用いた場合には、温度上昇による磁束の減少が大きいものである。そこで、永久磁石を個数と同数の風穴３９を設けることにより、回転子３０の内周に冷却風をいれる構成とすることによって磁石温度を低くし、磁束量を増加させ、トルクを増加させることができる。

なお、高速内転型永久磁石回転電機においては、永久磁石３６が外周側に配置されるために、内周側の回転子鉄心３２のヨーク部３２Ａの磁束密度は極端に低くなる。そのため、風孔３９を設ける余地がある。

また、風孔３９を設けたことによる磁石回転子３２の軽量化は、ベアリング４２，４４の負担を軽減できる。

以上の構成によって小型軽量高効率で高速回転に適した永久磁石回転電機を提供することができる。

図４に示す例において、回転子３０の半径Ｒ0が、５７．５ｍｍであり、回転子３０の中心から永久磁石３６の内周側の位置までの距離Ｒ1が、４９．５ｍｍとしてあり、図３に示す例と同じ大きさとしたとき、風穴３９の内周側の半径方向の距離Ｒ5を２７ｍｍとし、風穴３９の半径の方向の距離Ｒ6を１７ｍｍとし、風穴３９の外周側の幅を永久磁石３６の幅と同じ大きさとすることができる。この時、回転子３０の全重量を、２７％低減することができる。

風穴３９の個数としては、永久磁石３６の個数と同数が好ましいが、永久磁石３６の個数より少なくてもよい。その時は、回転バランスを考慮して、永久磁石３６の個数の整数分の１の穴数とすることが好ましい。

風穴３９の開口面積の合計は、回転子３０の断面積の２０％以上とすることが効果的である。

また、永久磁石の内周側のヨーク部の中に、風穴を設けることにより、回転子を軽量化できるので、回転電機全体を軽量化でき、高速回転に適したものとなる。

また、風穴を設けることにより、回転子の内周に冷却風をいれる構成とすることによって磁石温度を低くし、磁束量を増加させ、トルクを増加させることができる。

また、風孔を設けたことによる磁石回転子の軽量化できるため、ベアリングの負担を軽減できる。

次に、本発明の第３の実施の形態による永久磁石回転電機について、図５，図６を用いて説明する。
図５は、本発明の第３の実施の形態による永久磁石回転電機の回転子の断面図であり、図６は、図５に示す実施の形態における磁束密度の分布を説明する図である。
本実施の形態による回転電機の全体構造は、図１に示したとおりであり、また、固定子の構造は、図２に示したとおりである。

図５において、回転電機の回転子３０は、高透磁率磁性材料である，例えば、複数枚の珪素鋼板が積層されている回転子鉄心３２と、回転子鉄心３２に設けられた８個の永久磁石挿入孔３４に挿入された８個の永久磁石３６と、シャフト３８から構成されている。８個の永久磁石３６は、極性が互いに反対方向になるように、回転子鉄心３２の周方向に等間隔で配置されている。

さらに、回転子鉄心３２に設けられた永久磁石挿入孔３４の長さを、永久磁石３６の長さより大きくして、ブリッジ部の孔５２，５４を構成する。ブリッジ部の孔５２，５４は、接着剤等で埋める。また、永久磁石３６の半径方向外周の隙間も、接着剤等で埋めることによってより強固な構成とすることができる。

以上の構成により、永久磁石の使用量を減らすことができる。希土類磁石は高価であることから、磁石量の低減は効果的である。なお、磁石量を少なくしても、永久磁石３６の周方向の両端には、孔５２，５４が存在するため、補助磁極側へ漏洩する磁束が減少するため、トルクが低減するおそれはない。

また、磁極片と補助磁極との間の内周側にブリッジ部の孔５２，５４を有する構成では、空隙面の磁束密度の周方向の傾斜が緩やかになり、脈動トルク，コギングトルクの発生を低減することができる。即ち、図６の実線で示すように、永久磁石３６によって発生する磁束密度は、永久磁石３６に対向する部分では、均一であり、永久磁石３６の両端部では、孔５２，５４の存在により、空隙面の磁束密度の周方向の傾斜が緩やかになる。なお、図６中で、破線は、永久磁石挿入孔３４の長さと、永久磁石３６の長さを等しくした場合の磁束密度を示しており、この場合では、磁束密度の両端部の変化が急激となる。

さらに、永久磁石量を低減することができる。

また、磁束密度の周方向の傾斜が緩やかになり、脈動トルク，コギングトルクの発生を低減することができる。

次に、本発明の第４の実施の形態による永久磁石回転電機について、図７を用いて説明する。
図７は、本発明の第４の実施の形態による永久磁石回転電機の回転子の断面図である。

本実施の形態による回転電機の全体構造は、図１に示したとおりであり、また、固定子の構造は、図２に示したとおりである。

図６において、回転電機の回転子３０は、高透磁率磁性材料である，例えば、複数枚の珪素鋼板が積層されている回転子鉄心３２と、回転子鉄心３２に設けられた８個の永久磁石挿入孔３４’に挿入された８個の永久磁石３６と、シャフト３８から構成されている。８個の永久磁石３６は、極性が互いに反対方向になるように、回転子鉄心３２の周方向に等間隔で配置されている。

回転子鉄心３２は、永久磁石挿入孔３４’とシャフト３８を通す孔と風穴３９が打ち抜かれる構造となっている。永久磁石挿入孔３４’とシャフト３８を通す孔と風穴３９が打ち抜かれ珪素鋼板を積層し、貫通する永久磁石挿入孔３４’とシャフト３８を通す孔の中に永久磁石３６及びシャフト３８が挿入されて回転子３０を構成する。その時、各層の回転鉄心３２に形成された風穴３９は、連通するようになっている。従って、永久磁石３２とシャフト３８の間には、空気が流通可能な風穴が形成されている。

ここで、永久磁石挿入孔３４の両端には、スリット６２，６４を形成するようにしている。このスリット６２，６４は、図５に示した孔５２，５４の内周側の回転子鉄心３２を外周側にあげる構成としてある。この構成では、永久磁石３６の周方向への位置決めが可能となる。また、ワニス等の接着剤をブリッジ部の空隙部内に充填するにも、使用量を少なくすることができる。

また、永久磁石３６を永久磁石の挿入孔３４’に挿入すると、永久磁石３６の吸引力により、近接する磁性材側に吸引されるため、磁気的に安定な内径側に収納できる。これは、永久磁石の外周側にワニス等の接着剤の挿入を容易にする。ワニスは、磁極片３２Ｂ１と永久磁石３６の機械的な接触を緩和し、高速回転に適した永久磁石回転電機を提供することができる。

さらに、永久磁石の位置決めが容易となる。

次に、本発明の第５の実施の形態による永久磁石回転電機を用いた電気自動車について、図８を用いて説明する。
図８は、本発明の第５の実施の形態による永久磁石回転電機を搭載した電気自動車のブロック構成図である。

電気自動車の車体１００は、４つの車輪１１０，１１２，１１４，１１６によって支持されている。この電気自動車は、前輪駆動であるため、前方の車軸１５４には、永久磁石回転電機１２０が直結して取り付けられている。永久磁石回転電機１２０は、制御装置１３０によって駆動トルクが制御される。制御装置１３０の動力源としては、バッテリ１４０が備えられ、このバッテリ１４０から電力が制御装置１３０を介して、永久磁石回転電機１２０に供給され、永久磁石回転電機１２０が駆動されて、車輪１１０，１１４が回転する。ハンドル１５０の回転は、ステアリングギア１５２及びタイロッド，ナックルアーム等からなる伝達機構を介して、２つの車輪１１０，１１４に伝達され、車輪の角度が変えられる。

なお、以上の実施例では、永久磁石回転電機を電気自動車の車輪の駆動に用いるものとして説明したが、電気機関車等の車輪の駆動にも使用できるものである。

本実施の形態によれば、永久磁石回転電機を電動車両、特に電気自動車に適用すれば、小型軽量高効率の永久磁石回転電機駆動装置を搭載でき、一充電走行距離の長い電気自動車を提供することができる。

本発明の一実施の形態による永久磁石回転電機の正面側から見た部分断面図である。図１のＡ−Ａ断面を示し、本発明の一実施の形態による永久磁石回転電機の断面図である。図２の要部拡大図である。本発明の他の実施の形態による永久磁石回転電機の回転子の断面図である。本発明の第３の実施の形態による永久磁石回転電機の回転子の断面図である。図５に示す実施の形態における磁束密度の分布を説明する図である。本発明の第４の実施の形態による永久磁石回転電機の回転子の断面図である。本発明の第５の実施の形態による永久磁石回転電機を搭載した電気自動車のブロック構成図である。

符号の説明

１０…永久磁石回転電機
２０…固定子
２２…固定子鉄心
２４…固定子巻線
２６…ハウジング
３０…回転子
３２…回転子鉄心
３２Ａ…ヨーク
３２Ｂ…外周部
３２Ｂ２…補助磁極片部
３２Ｂ１…磁極片部
３２Ｂ３…ブリッジ部
３４…永久磁石挿入穴
３６…永久磁石
３８…シャフト
３９…風孔
４６，４８…エンドブラケット
４２，４４…ベアリング
５２，５４…ブリッジ部の孔
６２，６４…スリット部
１００…車体
１１０，１１２，１１４，１１６…車輪
１３０…制御装置
１４０…バッテリ
１５０…ハンドル
１５２…ステアリングギア
１５４…車軸

Claims

電動車両に用いられるものであって、
バッテリから供給された電力を制御装置を介して受け、前記電動車両の車輪を駆動するための駆動トルクを発生するものであり、
前記制御装置によって前記駆動トルクが制御されるものである
電動車両用の永久磁石回転電機であって、
固定子巻線が巻回された固定子鉄心を有する固定子と、
該固定子に対して回転可能に保持された回転子と
を有し、
前記回転子は、
磁性材からなる板が複数積層されて構成された回転子鉄心と、
該回転子鉄心の回転軸方向に設けられたシャフトと、
前記回転子鉄心の内部に設けられた複数の永久磁石挿入孔に挿入された永久磁石とを備えており、
前記回転子鉄心の外周部と前記永久磁石挿入孔の外周との間には磁極片部が形成されており、
前記回転子鉄心の前記磁極片部間に挟まれた部分には、前記固定子の起磁力によって前記永久磁石によるトルクとは別のトルクを発生させるための補助磁極片部が形成されており、
さらに前記回転子鉄心の前記永久磁石挿入孔より内側である前記永久磁石挿入孔と前記シャフトとの間に複数個の穴が設けられ、
前記永久磁石挿入孔は、
前記回転子鉄心を打ち抜いて形成したものであって、
前記回転子の半径をＲ０、前記回転子の中心から前記永久磁石の内周側の前記回転子の中心に最も近接する位置までの距離をＲ１としたとき、比（Ｒ１／Ｒ０）が０．８５よりも大きくなるように、かつ前記磁極片部と前記補助磁極片部との間に、前記永久磁石挿入孔の外周が前記回転子鉄心の外周に最も近接するブリッジ部が形成されるように設けられたものであり、
前記永久磁石は、前記回転子の周方向に極性が互いに反対方向となるように、前記永久磁石挿入孔に挿入されている
ことを特徴とする電動車両用の永久磁石回転電機。
電動車両に用いられるものであって、
バッテリから供給された電力を制御装置を介して受け、前記電動車両の車輪を駆動するための駆動トルクを発生するものであり、
前記制御装置によって前記駆動トルクが制御されるものである
電動車両用の永久磁石回転電機であって、
固定子巻線が巻回された固定子鉄心を有する固定子と、
該固定子に対して回転可能に保持された回転子と
を有し、
前記回転子は、
磁性材からなる板が複数積層されて構成された回転子鉄心と、
該回転子鉄心の回転軸方向に設けられたシャフトと、
前記回転子鉄心の内部に設けられた複数の永久磁石挿入孔に挿入された永久磁石と
を備えており、
前記回転子鉄心の外周部と前記永久磁石挿入孔の外周との間には磁極片部が形成されており、
前記回転子鉄心の前記磁極片部間に挟まれた部分には、前記固定子の起磁力によって前記永久磁石によるトルクとは別のトルクを発生させるための補助磁極片部が形成されており、
前記回転子鉄心の内部で前記シャフトと前記永久磁石挿入孔との間には複数の風穴が形成されており、
前記永久磁石挿入孔は、
前記回転子鉄心を打ち抜いて形成したものであって、
前記回転子の半径をＲ０、前記回転子の中心から前記永久磁石の内周側の前記回転子の中心に最も近接する位置までの距離をＲ１としたとき、比（Ｒ１／Ｒ０）が０．８５よりも大きくなるように、かつ前記磁極片部と前記補助磁極片部との間に、前記永久磁石挿入孔の外周が前記回転子鉄心の外周に最も近接するブリッジ部が形成されるように設けられたものであり、
前記永久磁石は、前記回転子の周方向に極性が互いに反対方向となるように、前記永久磁石挿入孔に挿入されており、
前記風穴は、前記回転子鉄心を打ち抜いて形成したものである
ことを特徴とする電動車両用の永久磁石回転電機。
電動車両に用いられるものであって、
バッテリから供給された電力を制御装置を介して受け、前記電動車両の車輪を駆動するための駆動トルクを発生するものであり、
前記制御装置によって前記駆動トルクが制御されるものである
電動車両用の永久磁石回転電機であって、
固定子巻線が巻回された固定子鉄心を有する固定子と、
該固定子に対して回転可能に保持された回転子と
を有し、
前記回転子は、
磁性材からなる板が複数積層されて構成された回転子鉄心と、
該回転子鉄心の回転軸方向に設けられたシャフトと、
前記回転子鉄心の内部に設けられた複数の永久磁石挿入孔に挿入された永久磁石と
を備えており、
前記回転子鉄心の外周部と前記永久磁石挿入孔の外周との間には磁極片部が形成されており、
前記回転子鉄心の前記磁極片部間に挟まれた部分には、前記固定子の起磁力によって前記永久磁石によるトルクとは別のトルクを発生させるための補助磁極片部が形成されており、
前記回転子鉄心の内部で前記シャフトと前記永久磁石挿入孔との間には、前記回転子鉄心を打ち抜いて形成した複数の穴が形成されてり、
前記永久磁石挿入孔は、
前記回転子鉄心を打ち抜いて形成したものであって、
前記回転子の半径をＲ０、前記回転子の中心から前記永久磁石の内周側の前記回転子の中心に最も近接する位置までの距離をＲ１としたとき、比（Ｒ１／Ｒ０）が０．８５よりも大きくなるように、かつ前記磁極片部と前記補助磁極片部との間に、前記永久磁石挿入孔の外周が前記回転子鉄心の外周に最も近接するブリッジ部が形成されるように設けられたものであり、
前記永久磁石は、前記回転子の周方向に極性が互いに反対方向となるように、前記永久磁石挿入孔に挿入されており、
前記ブリッジ部の内周側で前記永久磁石の両端部には、前記永久磁石の磁束密度の周方向の傾斜を緩やかにするための孔が形成されている
ことを特徴とする電動車両用の永久磁石回転電機。
制御装置を介して電力が供給され、この電力に基づき車両の車輪を駆動するための駆動トルクを発生し、前記制御装置によって前記駆動トルクが制御される電動車両用の永久磁石回転電機であって、前記永久磁石回転電機は固定子と回転子とを有しており、
前記固定子は固定子鉄心と前記固定子鉄心に巻回された固定子巻線とを有しており、
前記回転子は珪素鋼板を積層して構成した回転子鉄心と前記回転子鉄心に保持された永久磁石とを有しており、
前記珪素鋼板は円形をしており、円形の外周側に永久磁石を挿入するための永久磁石挿入孔が周方向に複数個設けられており，前記永久磁石挿入孔の周方向の幅が挿入される永久磁石の周方向幅より大きく形成されており、このため前記永久磁石挿入孔に永久磁石が挿入された状態で前記永久磁石の周方向の端部に孔あるいはスリットが形成されるように構成され、
前記周方向に配置された複数の永久磁石挿入孔のさらに中心側に複数の穴が形成され、
積層された前記珪素鋼板の前記永久磁石挿入孔に永久磁石が挿入されて形成された回転子を前記固定子の内部に回転自在に配置した構成で、前記回転子鉄心の外周と前記永久磁石挿入孔の外周との間に磁極片部が形成され、
前記回転子鉄心の前記磁極片部間に挟まれた部分には、前記固定子の起磁力によってトルクを発生させるための補助磁極片部が形成され、
前記回転子鉄心に保持された永久磁石の両端部の前記孔あるいはスリットが、前記永久磁石の磁束密度の周方向の傾斜を緩やかにする
ことを特徴とする電動車両用の永久磁石回転電機。
電動車両に用いられるものであって、
バッテリから供給された電力を制御装置を介して受け、前記電動車両の車輪を駆動するための駆動トルクを発生するものであり、
前記制御装置によって前記駆動トルクが制御されるものである
電動車両用の永久磁石回転電機において、
固定子巻線が巻回された固定子鉄心を有する固定子と、
該固定子に対して回転可能に保持された回転子と
を有し、
前記回転子は、
磁性材からなる板が複数積層されて構成された回転子鉄心と、
該回転子鉄心の回転軸方向に設けられたシャフトと、
前記回転子鉄心の内部に設けられた複数の永久磁石挿入孔に挿入された永久磁石と
を備えており、
前記回転子鉄心の外周部と前記永久磁石挿入孔の外周側との間に磁極片部が形成されており、
前記回転子鉄心の前記磁極片部間に挟まれた部分には、前記固定子の起磁力によってトルクを発生させるための補助磁極片部が形成されており、
前記永久磁石挿入孔は、前記回転子鉄心を打ち抜いて形成したものであって、
前記永久磁石は、前記回転子の周方向に極性が互いに反対方向となるように、前記永久磁石挿入孔に挿入されており、
前記永久磁石挿入孔の両端部には、前記永久磁石の幅よりも狭いスリットが形成されており、
前記スリットは、前記永久磁石の周方向への位置決めをするためのものである
ことを特徴とする電動車両用の永久磁石回転電機。
請求項１乃至５に記載の電動車両用の永久磁石回転電機において、
前記回転子の半径方向の前記永久磁石の厚みをＲ３、前記回転子の半径方向の前記ブリッジ部の厚さをＲ２としたとき、Ｒ３をＲ２の２倍以下とした
ことを特徴とする電動車両用の永久磁石回転電機。
請求項３又は４に記載の電動車両用の永久磁石回転電機において、
前記孔には接着剤が充填されている
ことを特徴とする電動車両用の永久磁石回転電機。
請求項５に記載の電動車両用の永久磁石回転電機において、
前記スリットには接着剤が充填されている
ことを特徴とする電動車両用の永久磁石回転電機。