JP3748299B2 - 集中巻回転電機及びそれを用いた電動車両 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、集中巻回転電機及びそれを用いた電動車両に関する。
【0002】
【従来の技術】
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。
【0003】
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式が適している。さらに、リラクタンスを利用したブラシレスモ−タが最適である。
【0004】
小型機の分野では、ブラシレスモータ等は、例えば、特開平7−298522号公報に記載されているように、固定子巻線突極部に固定子巻線を巻回する集中巻方式を採用している。
【0005】
さらに、電気自動車用駆動電動機としては、例えば、実開昭61―72063号公報に記載されているように、電動機を水冷却することが知られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
特開平7−298522号公報に記載されているようなブラシレスモータにおいては、周方向に分割された固定子磁極に固定子巻線を集中的に巻回することによって固定子巻線のコイルエンド部も短く、従って電動機の体格を小さくすることができる。
【0007】
しかし、固定子巻線突極部に直接固定子巻線を巻回するため、コイル巻回に要する時間が長く、かつ、一つ固定子巻線突極部に巻回するターン数が多いため、コイルを整列に巻回するのが困難であり、占積率を低下する。一つ固定子巻線突極部に巻回する固定子巻線のターン数を一定とし、かつ、固定子巻線を巻回できるスペースが一定とすると、占積率が低下する場合には、固定子巻線の径を小さくせざるを得ないものである。固定子巻線の径が小さくなると、固定子巻線の抵抗値が大きくなるため、回転電機の効率が低下するという第1の問題があった。
【0008】
また、実開昭61―72063号公報に記載されている水冷却の方式は、回転電機のフレーム内を冷媒である水を通すためにフレーム及び固定子鉄心間の熱抵抗が大きくなって、冷却効果を十分に得ることができないため、回転電機の小型軽量化が十分ではないという第2の問題があった。
【0009】
本発明の第1の目的は、高効率な集中巻回転電機を提供し、また、かかる集中巻回転電機を用いることにより、一充電走行距離の長い電動車両を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記第1の目的を達成するために、本発明は、複数個の固定子巻線突極部のぞれぞれに固定子巻線を集中的に巻回した固定子鉄心を有する固定子と、この固定子の内周に回転可能に保持され、ほぼ等間隔に極性を有する回転子とから構成された集中巻回転電機において、一つの上記固定子巻線突極部に巻回される上記固定子巻線は、予めコイル状に成形された複数の成形コイルによって構成するようにしたものであり、かかる構成により、集中巻回転電機の効率を向上し得るものとなる。
【0012】
上記集中巻回転電機において、好ましくは、上記回転子は、周方向にほぼ等間隔の極性を有する永久磁石で構成するようにしたものである。
【0013】
上記集中巻回転電機において、好ましくは、上記複数の成形コイルは、それぞれ、上記固定子鉄心に形成された複数の固定子巻線収納スロット内に収納するようにしたものであり、かかる構成により、脈動トルクを低減し得るものとなる。
【0014】
上記集中巻回転電機において、好ましくは、上記複数の成形コイルは、上記固定子鉄心に形成された固定子巻線収納スロット内に収納されているとともに、上記固定子鉄心は、上記固定子巻線収納スロットの入口を狭くする形状の突出部を備えるようにしたものであり、かかる構成により、脈動トルクを低減し得るものとなる。
【0015】
上記集中巻回転電機において、好ましくは、上記固定子鉄心は、分割部において上記固定子巻線突極部を複数単位で分割して構成するとともに、分割した上記固定子巻線突極部を同相に接続するようにしたものであり、かかる構成により、作業性を向上し得るものとなる。
【0016】
上記集中巻回転電機において、好ましくは、上記固定子鉄心は、円環状の固定子ヨ−クと、この固定子ヨークの内周側に位置するとともに、その内周側をブリッジ部で結合された固定子巻線突極部から構成するようにしたものであり、かかる構成により、作業性を向上し得るものとなる。
【0017】
上記集中巻回転電機において、好ましくは、上記固定子巻線は、断面形状がほぼ方形状を有する整形コイルにより構成するようにしたものであり、かかる構成により、占積率を向上し得るものとなる。
【0023】
さらに、上記第1の目的を達成するために、本発明は、複数個の固定子巻線突極部のぞれぞれに固定子巻線を集中的に巻回した固定子鉄心を有する固定子と、この固定子の内周に回転可能に保持され、ほぼ等間隔に極性を有する回転子とから構成された集中巻回転電機を備え、この永久磁石回転電機により車輪の駆動される永久磁石回転電機を用いた電動車両において、上記回転電機の一つの上記固定子巻線突極部に巻回される上記固定子巻線は、予めコイル状に成形された複数の成形コイルから構成するようにしたものであり、かかる構成により、電動車両の一充電走行距離を長くし得るものとなる。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、図1〜図4を用いて、本発明の一実施形態による集中巻回転電機について、説明する。
最初に、図1及び図2を用いて、本発明の一実施形態による集中巻回転電機の全体的な構成について説明する。
図1は、本発明の一実施形態による集中巻回転電機の正面側から見た部分断面図であり、図2は、本発明の一実施形態による集中巻回転電機の固定子及び回転子を側面から見た図であり、図1のA−A矢視図である。
【0026】
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に固定された永久磁石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、固定子鉄心22の両端にそれぞれ固定されている。
【0027】
固定子鉄心22の内部には、複数の冷却パイプ52が配設されている。複数の冷却パイプ52の一端は、冷却水を蓄えるための水箱54に接続され、他端も、水箱56に接続されている。回転電機10の外部から流入した冷却水は、一旦、水箱54に溜まった後、複数の冷却パイプ52にそれぞれ並列的に分配される。固定子巻線24に通電した時に発生する熱は、固定子鉄心22を介して、冷却パイプ52中の冷却水に伝達される。加熱された冷却水は、水箱56に溜まった後、回転電機10の外部に流出する。
【0028】
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。
【0029】
図2は、図1のA−A矢視の断面図であるが、エンドブラケット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。
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、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10個の永久磁石36と、シャフト38から構成されている。
【0030】
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。固定子鉄心22は、円環状の固定子ヨ−ク部221と9個の固定子突極部222とからなり、固定子突極部222には、固定子巻線24が集中的に巻回される構成である。各固定子巻線24は、空隙面での磁路を共有することのない構成である。
【0031】
固定子巻線を集中巻とする固定子構造とすることにより、エンドコイル部の長さを短くすることができるため、回転電機の体格を小さくすることができる。エンドコイル部は、図1において、固定子鉄心22の左右から固定子巻線24が飛び出ている部分であり、このエンドコイル部を短くできるため、回転電機の長さを短くでき、小型化できる。また、大型機で使用されている分布巻構造の固定子に対して、コイル数を少なくできるため、回転電機の体格を小さくすることができる。
【0032】
固定子巻線24のU相には、U1+,U1-,U2+がそれぞれ接続され、V相には、V1+,V1-,V2+がそれぞれ接続され、W相には、W1+,W1-,W2+がそれぞれ接続される。ここで、添字の数字は固定子巻線番号を示し、+、―は固定子巻線24の巻き方向を示すものである。
【0033】
ここで、本実施形態においては、一つの固定子巻線24は、二つの固定子巻線コイルによって構成されている。例えば、V2+の固定子巻線突極部222に巻回される固定子巻線24は、二つの固定子巻線コイル241,242によって構成されている。固定子巻線コイル241,242は、予め、所定のターン数だけ巻回されて矩形のコイル形状に成形されている成形コイルである。
【0034】
また、一つの固定子巻線突極部222の両側には、それぞれ、固定子巻線収納スロット223が形成されている。固定子巻線収納スロット223は、二つの固定子巻線収納スロットによって構成されている。例えば、V1-の固定子巻線突極部222の両側には、それぞれ、二つの固定子巻線収納スロット2231,2232が形成されている。
【0035】
予め成形された固定子巻線コイル241は、固定子巻線収納スロット2231に収納され、固定子巻線コイル242は、固定子巻線収納スロット2232に収納される。
【0036】
ここで、図3を用いて、固定子巻線突極部222に対する固定子巻線収納スロット2231,2232と固定子巻線コイル241、242との関係について説明する。
図3は、本発明の一実施形態による集中巻回転電機における固定子巻線の収納状態を示す説明図であり、図2のB矢視図である。
【0037】
一つの固定子巻線突極部222の両側には、それぞれ、二つの固定子巻線収納スロット2231,2232が形成されている。固定子巻線コイル241は、図示するように、予め、所定のターン数だけ巻回されて矩形のコイル形状に成形されている。固定子巻線コイル242は、図示するように、予め、所定のターン数だけ巻回されており、固定子巻線コイル241より矩形のコイル形状に成形されている。
【0038】
予め成形された固定子巻線コイル241は、固定子巻線収納スロット2231に収納され、固定子巻線コイル242は、固定子巻線収納スロット2232に収納される。
【0039】
同じ固定子巻線突極部222に巻回される固定子巻線コイル24のうち、中心側の固定子巻線コイル241を小さく、外側の固定子巻線コイル242を大きくすると両者は重なることなく配置することが可能である。
【0040】
以上説明したように、一つの固定子巻線24を、予め巻回成形した二つの固定子巻線コイル241,242から構成することによって、一つの固定子巻線24を一つの固定子巻線コイルで構成する場合に比較して、固定子巻線の製作精度を向上させることができる。即ち、コイル形状に製作する場合に、製作に要する力が小さくて済むため、製作が容易となり、固定子巻線の製作精度が向上するものである。従って、固定子巻線収納スロット223の断面積が同じであれば、固定子巻線24の占積率を高めることができる。従って、必要なターン数の固定子巻線を巻回する際に、径の小さい巻線を使用することができるため、抵抗を小さくでき、回転電機の効率を向上することができる。
【0041】
さらに、固定子巻線収納スロット2231と固定子巻線収納スロット2232との間には、固定子巻線収納スロット2231と固定子巻線収納スロット2232との隔壁部となる補助突極224が形成されている。この補助突極224は、補助磁極として作用することになるため、脈動トルクを低減することができる。
【0042】
一方、図2において説明したように、固定子巻線コイル241,242の固定子巻線収納スロット223を二つに分散して配置することによって、第1には、巻線を分布して配置するために、合計の高調波成分が少なくなって脈動トルクが小さくすることができる。
また、第2には、コギングトルクについても分散されるので小さくすることができる。
さらに、第3には、コイルを分散配置しているので、固定子コイルと固定子鉄心間の熱抵抗が小さくすることができ、固定子巻線で発生する熱を効果的に移動させることができる。
【0043】
次に、図4を用いて、固定子巻線の断面形状について説明する。
図4は、本発明の一実施形態による集中巻回転電機の固定子巻線の断面図であり、図3のC−C矢視断面図である。なお、図4においては、所定のターン数の巻線が層状に成形されている内の一層分だけを図示している。
【0044】
本実施形態においては、集中巻固定子巻線を整形コイルとしている。ここで、整形コイルとは、例えば,断面形状が円形の線材を、図4に示すように、形状を変化せしめて、ほぼ方形状にまで変形させたものを意味している。
【0045】
整形コイルを製作する際には、固定子巻線241,242としては自己融着線等を使用し、巻回した後、固定子巻線収納スロットに入る部分のみを型に入れて、図4に示した形状に圧力を加えて変形させるようにしている。さらに加熱することによって、図示する5本の固定子巻線を、一体に固着させることができる。これを固定子巻線収納スロットに装着することによって、固定子巻線突極部への固定子巻線の巻回組立が終了する。
【0046】
以上のように、断面形状がほぼ方形状の整形コイルを使用することによって、固定子巻線収納スロットの面積にしめる導体断面の大きさが大きくなり、占積率が向上する。占積率は、断面形状が円形の場合に比べて、約20%向上する。占積率が向上することによって、固定子巻線抵抗の低減と固定子巻線と固定子鉄心間の熱抵抗も低減し、高効率,小型軽量,温度上昇の少ない回転電機を提供することができる。
【0047】
なお、組立終了後、固定子巻線の左右のコイルエンド部を、両側から回転子の軸方向に押圧することによって、回転電機は一層コンパクトにすることができる。
【0048】
ここで、図2に戻って、本発明の一実施形態による回転電機の冷却構造について説明する。
図2に示したように、本実施形態においては、冷却パイプ52は、各固定子巻線突極部222の中心に配置するようにしている。冷却パイプ52は、固定子ヨーク部221の中心径よりも内周側に設けられている。このように固定子鉄心22の中に冷却パイプ52を配置することによって、固定子巻線24の冷却効果を高めることができる。
【0049】
従来の分布巻の回転電機においては、固定子巻線がコイルエンド部において重ねる必要があるため、固定子巻線のコイルエンド部が半径方向に膨らむ構造となっていた。その結果、従来の分布巻の回転電機においては、固定子鉄心の中に冷却パイプを配置することができないものであった。
【0050】
それに対して、本実施形態においては、集中巻回転電機とすることにより、固定子巻線24の接続に場所をとらず、また、固定子巻線がコイルエンド部において重ならないために、固定子巻線のコイルエンド部が半径方向に膨らむことがなくなる。このため、冷却パイプ52を、固定子鉄心22のより内周側に配置することが可能となり、冷却効果を一層高めることができる。特に、冷却パイプ52を固定子鉄心22の固定子ヨーク部221の中心位置より内径側に配置することで、より固定子巻線24の位置に冷却パイプの位置が近くなり、冷却効果を高めることができるものである。
【0051】
次に、図5を用いて、本発明の第2の実施形態による回転電機について説明する。
図5は、本発明の第2の実施形態による集中巻回転電機の固定子及び回転子を側面から見た図である。
本実施形態による集中巻回転電機の全体構成は、図1に示したとおりである。また、図2と同一符号は、同一部分を示している。
【0052】
本実施形態においても、一つの固定子巻線24は、二つの固定子巻線コイル241,242によって構成している。固定子巻線コイル241,242は、予め、所定のターン数だけ巻回されて矩形のコイル形状に成形されている成形コイルである。
また、本実施形態による集中巻回転電機は、永久磁石回転電機で、かつ、永久磁石の極数が10個であり、固定子巻線突極部が9個の構成としている。
【0053】
図2に示した実施形態と相違する点は、固定子巻線24の固定子巻線コイル241,242が、同一の固定子巻線収納スロット223に配置された点にある。固定子巻線突極部222の先端の両側には、突出部225が設けられている。従って、固定子巻線収納スロット223の入口は、狭くなっている構造となっている。
【0054】
固定子巻線収納スロット223の入口の幅は、固定子巻線収納スロット223に挿入される固定子巻線コイル241,242の幅よりも、僅かに広く形成してある。従って、固定子巻線コイル241,242は、それぞれ、固定子巻線収納スロット223の入口から固定子巻線収納スロット223内に順次挿入することができる。
【0055】
以上説明したように、一つの固定子巻線24を、予め巻回成形した二つの固定子巻線コイル241,242から構成することによって、一つの固定子巻線24を一つの固定子巻線コイルで構成する場合に比較して、固定子巻線の製作精度を向上させることができ、固定子巻線24の占積率を高めることができる。従って、必要なターン数の固定子巻線を巻回する際に、径の小さい巻線を使用することができるため、抵抗を小さくでき、回転電機の効率を向上することができる。
【0056】
さらに、固定子巻線収納スロット223の入口の両側には、突出部225が形成されている。この突出部225は、補助磁極として作用することになるため、脈動トルクを低減することができる。
【0057】
なお、図5に示す例においては、永久磁石の極数が10個であり、固定子巻線突極部が9個の構成について示している。しかしながら、永久磁石の極数と固定子巻線突極数とは前記の例に限るものでなく、例えば、永久磁石の極数が10個、固定子巻線突極部が12個の構成でも可能である。
【0058】
また、図5に示す例においては、一つの固定子巻線収納スロット223に偶数(4個)の固定子巻線コイルを収納する例について示している。しかしながら、固定子巻線収納スロット223に配置される固定子巻線コイルは奇数でも良い。例えば、V2+の固定子巻線突極部222には、2つの固定子巻線コイルを挿入し、V1-の固定子巻線突極部222には、3つの固定子巻線コイルを挿入する場合には、V2+の固定子巻線突極部222とV1-の固定子巻線突極部222の間に位置する固定子巻線収納スロット223には、5個の固定子巻線コイルが挿入されることになる。この場合、固定子巻線収納スロット223に挿入される固定子巻線コイルの中で、最後に挿入される固定子巻線コイルは固定子巻線収納スロット223の中心に配置されるので入れやすくなるものである。もちろんこの場合には、すべての固定子巻線突極部222が同数の固定子巻線コイルを巻回する構成にはならないが、それは特性に悪い影響は与えないものである。
【0059】
次に、図6を用いて、本発明の第3の実施形態による回転電機について説明する。
図6は、本発明の第3の実施形態による集中巻回転電機の固定子及び回転子を側面から見た図である。
本実施形態による集中巻回転電機の全体構成は、図1に示したとおりである。また、図2と同一符号は、同一部分を示している。
【0060】
本実施形態においても、一つの固定子巻線24は、二つの固定子巻線コイル241,242によって構成している。固定子巻線コイル241,242は、予め、所定のターン数だけ巻回されて矩形のコイル形状に成形されている成形コイルである。
また、本実施形態による集中巻回転電機は、永久磁石回転電機で、かつ、永久磁石の極数が10個であり、固定子巻線突極部が9個の構成としている。
【0061】
図2に示した実施形態と相違する点は、固定子鉄心22Aが、円環状の固定子ヨ−ク221Aと、内周側をブリッジ部226で結合された固定子巻線突極部222Aとから構成されている点にある。固定子巻線突極部222Aには、その外周側の固定子巻線スロット223Aに固定子巻線コイルを挿入して固定子巻線24が集中的に巻回される構成であり、固定子巻線24は固定子巻線コイル241,242から構成されている。固定子巻線24の巻回された固定子巻線突極部222Aを、固定子鉄心22Aの内側に挿入することによって、固定子鉄心22Aを形成する。
【0062】
以上説明したように、一つの固定子巻線24を、予め巻回成形した二つの固定子巻線コイル241,242から構成することによって、一つの固定子巻線24を一つの固定子巻線コイルで構成する場合に比較して、固定子巻線の製作精度を向上させることができ、固定子巻線24の占積率を高めることができる。従って、必要なターン数の固定子巻線を巻回する際に、径の小さい巻線を使用することができるため、抵抗を小さくでき、回転電機の効率を向上することができる。
【0063】
また、固定子巻線24は、固定子巻線突出部222Aの外周側から固定子巻線コイル241,242を固定子巻線スロット223Aに挿入する構成としているため、固定子巻線挿入の作業性が向上するものである。
【0064】
さらに、固定子巻線突極部222Aの内周側はブリッジ部226で結合されているため、このブリッジ部226は、補助磁極として作用することになるため、脈動トルクを低減することができる。
【0065】
また、固定子鉄心22Aの内部には、冷却パイプ52が配設される。ここで、冷却パイプ52は、固定子巻線24の外周に位置し、かつ固定子鉄心22Aの固定子ヨーク部221Aの中心より内径側に配置した構成である。したがって、冷却効果を向上することができる。
【0066】
次に、図7を用いて、本発明の第4の実施形態による回転電機について説明する。
図7は、本発明の第4の実施形態による集中巻回転電機の固定子及び回転子を側面から見た図である。
本実施形態による集中巻回転電機の全体構成は、図1に示したとおりである。また、図5と同一符号は、同一部分を示している。
【0067】
本実施形態においても、一つの固定子巻線24は、二つの固定子巻線コイル241,242によって構成している。固定子巻線コイル241,242は、予め、所定のターン数だけ巻回されて矩形のコイル形状に成形されている成形コイルである。
また、本実施形態による集中巻回転電機は、永久磁石回転電機で、かつ、永久磁石の極数が10個であり、固定子巻線突極部が9個の構成としている。
【0068】
図5に示した実施形態と相違する点は、固定子鉄心22が、分割部227A,227B,227Cにおいて3分割された固定子鉄心22H,22I,22Jから構成されている点にある。固定子鉄心22は、固定子巻線突極部を複数単位で分割してある。図7に示すように、全周を3分割しており、それぞれ,U相のU1+,U2-,U3+,V相のV1+,V2-,V3+,W相のW1+,W2-,W3+単位として分割してある。さらに、分割した固定子巻線突極部を同相に接続してある。
【0069】
以上のように構成することによって,固定子巻線コイル241,242を、それぞれ外部で分割された固定子鉄心の固定子巻線スロット223内に挿入した後、分割された固定子鉄心を組み合わせることによって固定子鉄子を構成することができるため、作業性を向上することができる。
【0070】
以上説明したように、一つの固定子巻線24を、予め巻回成形した二つの固定子巻線コイル241,242から構成することによって、一つの固定子巻線24を一つの固定子巻線コイルで構成する場合に比較して、固定子巻線の製作精度を向上させることができ、固定子巻線24の占積率を高めることができる。従って、必要なターン数の固定子巻線を巻回する際に、径の小さい巻線を使用することができるため、抵抗を小さくでき、回転電機の効率を向上することができる。
【0071】
さらに、固定子巻線収納スロット223の入口の両側には、突出部225が形成されている。この突出部225は、補助磁極として作用することになるため、脈動トルクを低減することができる。
【0072】
次に、図8を用いて、本発明の第5の実施形態による回転電機について説明する。
図8は、本発明の第5の実施形態による集中巻回転電機の固定子及び回転子を側面から見た図である。
本実施形態による集中巻回転電機の全体構成は、図1に示したとおりである。また、図5と同一符号は、同一部分を示している。
【0073】
本実施形態においても、一つの固定子巻線24は、二つの固定子巻線コイル241,242によって構成している。固定子巻線コイル241,242は、予め、所定のターン数だけ巻回されて矩形のコイル形状に成形されている成形コイルである。
また、本実施形態による集中巻回転電機は、永久磁石回転電機で、かつ、永久磁石の極数が10個であり、固定子巻線突極部が9個の構成としている。
【0074】
図5に示した実施形態と相違する点は、固定子鉄心に、固定子巻線を持たない補助突極部28A,28B,28Cを設けた点にある。本実施形態においては、補助突極部28A,28B,28Cを設け,補助突極部28A,28B,28Cの分割部227D,227E,227Fにおいて、固定子鉄心を分割し、固定子鉄心22K,22L,22Mから構成するようにしている。分割部227D,227E,227Fの周方向の接する面が広くなり,分割による磁束量の減少を抑えることができる。
【0075】
また、分割した固定子巻線突極部を同相に接続してある。即ち、全周を3分割しており、それぞれ,U相のU1+,U2-,U3+,V相のV1+,V2-,V3+,W相のW1+,W2-,W3+単位として分割してある。
【0076】
以上のように構成することによって,固定子巻線コイル241,242を、それぞれ外部で分割された固定子鉄心の固定子巻線スロット223内に挿入した後、分割された固定子鉄心を組み合わせることによって固定子鉄子を構成することができるため、作業性を向上することができる。
【0077】
以上説明したように、一つの固定子巻線24を、予め巻回成形した二つの固定子巻線コイル241,242から構成することによって、一つの固定子巻線24を一つの固定子巻線コイルで構成する場合に比較して、固定子巻線の製作精度を向上させることができ、固定子巻線24の占積率を高めることができる。従って、必要なターン数の固定子巻線を巻回する際に、径の小さい巻線を使用することができるため、抵抗を小さくでき、回転電機の効率を向上することができる。
【0078】
さらに、固定子巻線収納スロット223の入口の両側には、突出部225が形成されている。この突出部225は、補助磁極として作用することになるため、脈動トルクを低減することができる。
【0079】
次に、図9を用いて、本発明の第6の実施形態による回転電機について説明する。
図9は、本発明の第6の実施形態による集中巻回転電機の固定子及び回転子を側面から見た図である。
本実施形態による集中巻回転電機の全体構成は、図1に示したとおりである。また、図5と同一符号は、同一部分を示している。
【0080】
本実施形態においても、一つの固定子巻線24は、二つの固定子巻線コイル241,242によって構成している。固定子巻線コイル241,242は、予め、所定のターン数だけ巻回されて矩形のコイル形状に成形されている成形コイルである。
また、本実施形態による集中巻回転電機は、永久磁石回転電機で、かつ、永久磁石の極数が10個であり、固定子巻線突極部が12個の構成としている。
【0081】
図5に示した実施形態と相違する点は、固定子鉄心22が、分割部227G,227H,227I,227J,227K,227Lにおいて6分割された固定子鉄心22N,22O,22P,22Q,22R,22Sから構成されている点にある。固定子鉄心22は、固定子巻線突極部を複数単位で分割してある。図9に示すように、全周を6分割しており、それぞれ,U相のU1+,U1-及びU2+,U2-,V相のV1+,V1-及びV2+,V2-,W相のW1+,W1-及びW2+,W2-として分割してある。さらに、分割した固定子巻線突極部を同相に接続してある。
【0082】
以上のように構成することによって,固定子巻線コイル241,242を、それぞれ外部で分割された固定子鉄心の固定子巻線スロット223内に挿入した後、分割された固定子鉄心を組み合わせることによって固定子鉄子を構成することができるため、作業性を向上することができる。
【0083】
以上説明したように、一つの固定子巻線24を、予め巻回成形した二つの固定子巻線コイル241,242から構成することによって、一つの固定子巻線24を一つの固定子巻線コイルで構成する場合に比較して、固定子巻線の製作精度を向上させることができ、固定子巻線24の占積率を高めることができる。従って、必要なターン数の固定子巻線を巻回する際に、径の小さい巻線を使用することができるため、抵抗を小さくでき、回転電機の効率を向上することができる。
【0084】
さらに、固定子巻線収納スロット223の入口の両側には、突出部225が形成されている。この突出部225は、補助磁極として作用することになるため、脈動トルクを低減することができる。
【0085】
次に、図10を用いて、本発明の第7の実施形態による回転電機について説明する。
図10は、本発明の第7の実施形態による集中巻回転電機の固定子及び回転子を側面から見た図である。
本実施形態による集中巻回転電機の全体構成は、図1に示したとおりである。また、図6と同一符号は、同一部分を示している。
【0086】
本実施形態による集中巻回転電機は、永久磁石回転電機で、かつ、永久磁石の極数が10個であり、固定子巻線突極部が9個の構成としている。
【0087】
固定子鉄心22Aが、円環状の固定子ヨ−ク221Aと、内周側をブリッジ部226で結合された固定子巻線突極部222Aとから構成されている。固定子巻線突極部222Aには、その外周側の固定子巻線スロット223Aに固定子巻線コイルを挿入して固定子巻線24Aが集中的に巻回される構成である。
【0088】
図6に示した実施形態と相違する点は、固定子巻線24Aは、ここでは一つの固定子巻線コイルより構成されている。そして、固定子巻線24Aの巻回された固定子巻線突極部222Aを、固定子鉄心22Aの内側に挿入することによって、固定子鉄心22Aを形成する。
【0089】
さらに、固定子巻線収納スロット223A内に冷却パイプ52を配置してあり、冷却効果がさらに向上している。冷却パイプ52の挿入位置は、固定子巻線突極部222に巻回された固定子巻線24Aの間であり、軸方向に冷却パイプ52を配設するのになんら障害とはならない構成とすることができる。なお、固定子巻線24Aは、予め所定のターン数だけ巻回して成形される時に、予め冷却パイプ52が挿入できるだけの断面が半円形状の空間が形成されるように成形される。従って、固定子巻線突極部222Aの外周側の固定子巻線スロット223Aに固定子巻線コイルを挿入することにより、冷却パイプ52を挿入できる穴が形成されている。
【0090】
以上説明したように、固定子巻線24は、固定子巻線突出部222Aの外周側から固定子巻線コイル241,242を固定子巻線スロット223Aに挿入する構成としているため、固定子巻線挿入の作業性が向上するものである。
さらに、固定子巻線突極部222Aの内周側はブリッジ部226で結合されているため、このブリッジ部226は、補助磁極として作用することになるため、脈動トルクを低減することができる。
また、冷却パイプは、固定子巻線の中に挿入される構造となっているため、さらに、冷却効果を高めることができる。
【0091】
次に、図11を用いて、 本発明の第8の実施形態による回転電機について説明する。
図11は、本発明の第8の実施形態による集中巻回転電機の固定子及び回転子を側面から見た図である。
本実施形態による集中巻回転電機の全体構成は、図1に示したとおりである。また、図2と同一符号は、同一部分を示している。
【0092】
本実施形態による集中巻回転電機は、永久磁石回転電機で、かつ、永久磁石の極数が10個であり、固定子巻線突極部が9個の構成としている。
【0093】
固定子鉄心22Tが、円環状の固定子ヨ−ク221Bと、固定子巻線突極部222Bとから構成されている。固定子巻線突極部222Bには、固定子巻線スロット223Bに固定子巻線コイルを挿入して固定子巻線24Bが集中的に巻回される構成である。
【0094】
図2に示した実施形態と相違する点は、固定子巻線24Aは、ここでは一つの固定子巻線コイルより構成されている。
【0095】
さらに、固定子鉄心22Aは、固定子巻線を持たない補助突極部224Bが3個設けられている。冷却パイプ52は、固定子巻線を持たない補助突極部224Bの中に設けられている。この構成によって、固定子ヨーク部221Bに冷却パイプ52が無いこと、及びより内部に冷却パイプ52を設けることによって冷却効果が高まり、軽量化が図れる。
【0096】
以上説明したように、冷却パイプは、補助突極の中に挿入される構造となっているため、冷却効果を高めることができ、また、軽量化を図ることができる。
【0097】
次に、図12及び図13を用いて、 本発明の第9の実施形態による回転電機について説明する。
図12は、本発明の第9の実施形態による集中巻回転電機の固定子及び回転子を側面から見た図である。
本実施形態による集中巻回転電機の全体構成は、図1に示したとおりである。また、図8と同一符号は、同一部分を示している。
【0098】
本実施形態による集中巻回転電機は、永久磁石回転電機で、かつ、永久磁石の極数が10個であり、固定子巻線突極部が9個の構成としている。
【0099】
図8に示した実施形態と相違する点は、固定子巻線24Cは、ここでは一つの固定子巻線コイルより構成されている。
【0100】
次に、図13を用いて、固定子巻線24Cとして使用する固定子巻線コイルの形状について説明する。
図13は、本発明の第9の実施形態による集中巻回転電機の固定子巻線コイルの形状の説明図である。
【0101】
図13(A)に示すように、固定子巻線コイル24Cは、予め、所定のターン数だけ巻回されて長円のコイル形状に成形されている成形コイルである。固定子巻線コイル24Cは、3個の固定子巻線突極部に巻回できるだけの長さを有している。固定子巻線コイル24Cの全体の内の6箇所は、予め整形治具を当てて、断面形状が、図13(C)に示すように、ほぼ方形の形状の整形コイル部24C1としてある。固定子巻線コイル24Cの全体の内の残りの6箇所は、断面形状が、図13(D)に示すように、円形の形状のままの円形コイル部24C2である。
【0102】
図13(A)に示す固定子巻線コイル24Cをひねって、図13(B)に示す形状とする。即ち、固定子巻線収納スロット223に入る直線部は整形し、コイルエンド部でひねる行程を設ける。その後、3個の固定子巻線突極部に対する固定子巻線収納スロット223に、固定子巻線コイル24Cの整形コイル部24C1を順次挿入することによって、固定子鉄心22の各固定子巻線突極部に巻回する。
【0103】
以上説明したように、固定子巻線コイル24Cに整形コイル部と円形コイル部を設け、これをひねって3個の連続した輪状の固定子巻線コイル24Cを形成し、整形コイル部を順次固定子巻線収納スロット223に挿入することによって、固定子巻線の作業性を向上することができる。
【0104】
以上は、集中巻回転電機で、特に永久磁石回転子構造を有する永久磁石回転電機について説明したが、リラクタンス回転子でも本発明の効果を発揮することができる。また、電動機だけでなく、発電機もよく、外転型、内転型回転子、クローポール型回転子を用いた回転電機にも適用可能である。また、回転電機のみならず、リニアモータ等への適用も可能である。
【0105】
次に、図14を用いて、本発明の各実施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説明する。
図14は、本発明の各実施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。
【0106】
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の構成は、図1,図2,図5,図6,図7,図8,図9,図10,図11,図12に示したような構成となっている。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。
【0107】
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。
【0108】
本実施形態によれば、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。
【0109】
【発明の効果】
本発明によれば、集中巻回転電機の効率を向上することができる。
【0111】
また、電動車両の一充電走行距離の長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による集中巻回転電機の正面側から見た部分断面図である。
【図2】本発明の一実施形態による集中巻回転電機の固定子及び回転子を側面から見た図であり、図1のA−A矢視図である。
【図3】本発明の一実施形態による集中巻回転電機における固定子巻線の収納状態を示す説明図であり、図2のB矢視図である。
【図4】本発明の一実施形態による集中巻回転電機の固定子巻線の断面図であり、図3のC−C矢視断面図である。
【図5】本発明の第2の実施形態による集中巻回転電機の固定子及び回転子を側面から見た図である。
【図6】本発明の第3の実施形態による集中巻回転電機の固定子及び回転子を側面から見た図である。
【図7】本発明の第4の実施形態による集中巻回転電機の固定子及び回転子を側面から見た図である。
【図8】本発明の第5の実施形態による集中巻回転電機の固定子及び回転子を側面から見た図である。
【図9】本発明の第6の実施形態による集中巻回転電機の固定子及び回転子を側面から見た図である。
【図10】本発明の第7の実施形態による集中巻回転電機の固定子及び回転子を側面から見た図である。
【図11】本発明の第8の実施形態による集中巻回転電機の固定子及び回転子を側面から見た図である。
【図12】本発明の第9の実施形態による集中巻回転電機の固定子及び回転子を側面から見た図である。
【図13】本発明の第9の実施形態による集中巻回転電機の固定子巻線コイルの形状の説明図である。
【図14】本発明の各実施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
22…固定子鉄心
221…固定子ヨーク部
222…固定子巻線突極部
223…補助突極部
224…固定子巻線収納スロット
24…固定子巻線
241,242…固定子巻線コイル
30…回転子
32…回転子鉄心
36…永久磁石
38…シャフト
46,48…エンドブラケット
42,44…ベアリング
52…冷却パイプ
54,56…水箱
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
PS…位置検出器
E…エンコーダ
Claims (8)
- 複数個の固定子巻線突極部のぞれぞれに固定子巻線を集中的に巻回した固定子鉄心を有する固定子と、
この固定子の内周に回転可能に保持され、ほぼ等間隔に極性を有する回転子とから構成された集中巻回転電機において、
一つの上記固定子巻線突極部に巻回される上記固定子巻線は、予めコイル状に成形された複数の成形コイルからなることを特徴とする集中巻回転電機。 - 請求項1記載の集中巻回転電機において、
上記回転子は、周方向にほぼ等間隔の極性を有する永久磁石で構成されていることを特徴とする集中巻回転電機。 - 請求項1記載の集中巻回転電機において、
上記複数の成形コイルは、それぞれ、上記固定子鉄心に形成された複数の固定子巻線収納スロット内に収納されていることを特徴とする集中巻回転電機。 - 請求項1記載の集中巻回転電機において、
上記複数の成形コイルは、上記固定子鉄心に形成された固定子巻線収納スロット内に収納されているとともに、
上記固定子鉄心は、上記固定子巻線収納スロットの入口を狭くする形状の突出部を備えることを特徴とする集中巻回転電機。 - 請求項4記載の集中巻回転電機において、
上記固定子鉄心は、分割部において上記固定子巻線突極部を複数単位で分割して構成するとともに、分割した上記固定子巻線突極部を同相に接続することを特徴とする集中巻回転電機。 - 請求項1記載の集中巻回転電機において、
上記固定子鉄心は、円環状の固定子ヨ−クと、この固定子ヨークの内周側に位置するとともに、その内周側をブリッジ部で結合された固定子巻線突極部から構成されていることを特徴とする集中巻回転電機。 - 請求項1記載の集中巻回転電機において、
上記固定子巻線は、断面形状がほぼ方形状を有する整形コイルであることを特徴とする集中巻回転電機。 - 複数個の固定子巻線突極部のぞれぞれに固定子巻線を集中的に巻回した固定子鉄心を有する固定子と、この固定子の内周に回転可能に保持され、ほぼ等間隔に極性を有する回転子とから構成された集中巻回転電機を備え、
この永久磁石回転電機により車輪の駆動される永久磁石回転電機を用いた電動車両において、
上記回転電機の一つの上記固定子巻線突極部に巻回される上記固定子巻線は、予めコイル状に成形された複数の成形コイルからなることを特徴とする電動車両。
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