JPH08275476A - 外転型永久磁石回転電機及び外転型永久磁石回転電機を用いた電動車両 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、運転範囲が広い外転型永久磁
石回転電機及びそれを用いた電動車両を提供するにあ
る。 【構成】固定子２は、固定子巻線を巻回した固定子鉄心
４と、この固定子鉄心４を支持する固定子支持板６から
構成される。固定子２の外周に回転可能に保持された回
転子３は、ヨーク７とこのヨーク７の内周に、固定子鉄
心４と対向して配置された複数個の永久磁石８とから構
成され、さらに、永久磁石８の極間部には、永久磁石８
より高い透磁率を有する磁性材９を設けてあり、この磁
性材９を配置することにより、固定子２のコイル電流に
よって発生する磁束を大きくできるので、弱め界磁制御
の効果を大きくでき、運転範囲を低速から高速まで広く
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、外転型永久磁石回転電
機及び外転型永久磁石回転電機を用いた電動車両に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車等の電動車両用に用いる電動
機としては、小形軽量高効率であることが望まれる。こ
のためには、永久磁石式のブラシレスモ−タが最適であ
る。

【０００３】一方、電気自動車の駆動方法としては、一
つの回転電機により駆動する方法と、各駆動輪の中に回
転電機を分散配置する方法とがある。分散配置する方法
では、車輪を直接駆動することができ、ギヤが不要にな
って高効率になる点、及び、４輪を独立に制御できるの
で、その場での旋回ができる等の種々の長所を有する。

【０００４】一般の外転型永久磁石電動機としては、例
えば、平成６年電気学会全国大会「No.872 高透磁率磁
性楔を適用した永久磁石モ−タの解析」に記載されてい
るように、固定子の外周にNd-Fe-Bの様な稀土類永久磁
石を等間隔に配置するものが知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の外転型永久
磁石電動機は、回転子部に損失の発生が無いために、一
般に使用されている高負荷時には、誘導電動機等に比較
すると、高効率の特性が発揮できる。しかし、上記の構
成では、弱め界磁制御の効果が十分でなく、直流機の分
巻特性しか出せないため、運転範囲が狭いという問題点
があった。

【０００６】本発明の目的は、運転範囲が広い外転型永
久磁石回転電機及びそれを用いた電動車両を提供するに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、固定子巻線を巻回した固定子鉄心を有
する固定子と、この固定子の外周に回転可能に保持さ
れ、ヨークとこのヨークの内周に上記固定子鉄心と対向
して配置された複数個の永久磁石を有する回転子とから
構成された外転型永久磁石回転電機において、上記永久
磁石の極間部に配置され、上記永久磁石より高い透磁率
を有する磁性材からなる磁極を設けるようにしたもので
ある。

【０００８】上記外転型永久磁石回転電機において、好
ましくは、上記磁性材は、さらに、上記永久磁石の上記
固定子鉄心と対向する面を覆って設けるようにしたもの
である。

【０００９】上記外転型永久磁石回転電機において、好
ましくは、上記永久磁石の極間部における上記磁性材と
上記固定子鉄心との空隙長は、上記永久磁石の表面部に
おける上記固定子鉄心との空隙長よりも小さくするよう
にしたものである。

【００１０】上記外転型永久磁石回転電機において、好
ましくは、上記永久磁石の極間部における上記磁性材と
上記固定子鉄心との空隙長は、上記永久磁石の表面部に
おける上記固定子鉄心との空隙長よりも大きくするよう
にしたものである。

【００１１】上記外転型永久磁石回転電機において、好
ましくは、上記永久磁石は、中央部が厚く、周方向の両
端に向かって順次薄くなっている形状としたものであ
る。

【００１２】上記外転型永久磁石回転電機において、好
ましくは、上記永久磁石の極間部に配置された上記磁性
材の中央に、上記回転子の回転軸と平行な方向に貫通し
て形成された穴部を備えるようにしたものである。

【００１３】上記外転型永久磁石回転電機において、好
ましくは、上記磁性材は、上記ヨークの一部に突出した
形状とするようにしたものである。

【００１４】上記外転型永久磁石回転電機において、好
ましくは、上記永久磁石は、上記磁性材の内部に配置さ
れた上で、上記ヨークの内周に取り付けるようにしたも
のである。

【００１５】上記外転型永久磁石回転電機において、好
ましくは、上記磁性材は、薄板を積層して形成するよう
にしたものである。

【００１６】上記外転型永久磁石回転電機において、好
ましくは、上記ヨークを上記永久磁石の内周面まで凹ま
せた構成とするとともに、上記ヨークを上記永久磁石よ
り高い透磁率を有する材料とするようにしたものであ
る。

【００１７】また、上記目的を達成するために、本発明
は、固定子巻線を巻回した固定子鉄心を有する固定子
と、この固定子の外周に回転可能に保持され、ヨークと
このヨークの内周に上記固定子鉄心と対向して配置され
た複数個の永久磁石を有する回転子とから構成された外
転型永久磁石回転電機を備え、この外転型永久磁石回転
電機により車輪の駆動される外転型永久磁石回転電機を
用いた電動車両において、上記外転型永久磁石回転電機
は、上記永久磁石の極間部及び上記永久磁石の上記固定
子鉄心と対向する面を覆って設けられた上記永久磁石よ
り高い透磁率を有する磁性材を備えるようにしたもので
ある。

【００１８】

【作用】本発明では、永久磁石の極間部に配置され、永
久磁石より高い透磁率を有する磁性材からなる磁極を設
けることにより、弱め界磁制御の効果を大きくでき、従
って、運転範囲を広げ得るものとなる。

【００１９】また、磁性材は、さらに、永久磁石の固定
子鉄心と対向する面を覆って設けることにより、永久磁
石の保護をし得るものとなる。

【００２０】また、さらに、永久磁石の極間部における
磁性材と固定子鉄心との空隙長は、永久磁石の表面部に
おける固定子鉄心との空隙長よりも小さくすることによ
り、コギングトルクを小さくし得るものとなる。

【００２１】また、永久磁石の極間部における磁性材と
固定子鉄心との空隙長は、永久磁石の表面部における固
定子鉄心との空隙長よりも大きくすることにより、リラ
クタンストルクを大きくし得るものとなる。

【００２２】また、さらに、永久磁石は、中央部が厚
く、周方向の両端に向かって順次薄くなっている形状と
することにより、コギングトルクを小さくし得るものと
なる。

【００２３】また、永久磁石の極間部に配置された上記
磁性材の中央に、上記回転子の回転軸と平行な方向に貫
通して形成された穴部を備えることにより、永久磁石の
再着磁等がし易くし得るものとなる。

【００２４】また、さらに、磁性材は、ヨークの一部に
突出した形状とすることにより、発生するトルクのヨー
クへの伝達を確実にし得るものとなる。

【００２５】また、永久磁石は、磁性材の内部に配置さ
れた上で、ヨークの内周に取り付けることにより、脈動
磁束を磁性材中を通すことができ、損失を低減し得るも
のとなる。

【００２６】また、さらに、磁性材は、薄板を積層して
形成することにより、従来からの積層鉄心の技術を使用
し得るものとなる。

【００２７】また、ヨークを永久磁石の内周面まで凹ま
せた構成とするとともに、ヨークを永久磁石より高い透
磁率を有する材料とすることにより、部品点数を低減し
得るものとなる。

【００２８】また、本発明では、固定子巻線を巻回した
固定子鉄心を有する固定子と、この固定子の外周に回転
可能に保持され、ヨークとこのヨークの内周に上記固定
子鉄心と対向して配置された複数個の永久磁石を有する
回転子とから構成された外転型永久磁石回転電機を備
え、この外転型永久磁石回転電機により車輪の駆動され
る外転型永久磁石回転電機を用いた電動車両において、
上記外転型永久磁石回転電機は、上記永久磁石の極間部
及び上記永久磁石の上記固定子鉄心と対向する面を覆っ
て設けられた上記永久磁石より高い透磁率を有する磁性
材を備えることにより、電動車両の運転範囲を広げ得る
ものとなる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を用
いて説明する。

【００３０】図１は、本発明の一実施例による外転型永
久磁石回転電機の構造図であり、図２は、図１を縮小し
て示した横断面図であり、図３は、図１の一部の拡大構
造図である。

【００３１】図１において、外転型永久磁石回転電機１
は、固定子２と、固定子２の外周を回転する回転子３と
から構成されている。

【００３２】固定子２は、固定子鉄心４と固定子鉄心４
を支持する固定子支持板６とから構成されている。固定
子鉄心４は、歯部４１とコア部４２とから構成され、歯
部４１とコア部４２によって作られる空間は、スロット
部４３を構成している。スロット部４３には、固定子巻
線が挿入される。固定子支持板６の中心には、シャフト
１１が挿入されている。固定子鉄心４は、ケイ素鋼板の
薄板を積層したものが用いられている。薄板のケイ素鋼
板をプレスによって打ち抜き、スロット部と中央の固定
子支持板６の取り付け用の穴を形成し、この打ち抜きさ
れたケイ素鋼板が積層され、固定子支持板６に支持され
る。

【００３３】回転子３は、ヨ−ク７と、ヨ−ク７の内周
に取り付けられた永久磁石８と、永久磁石８と永久磁石
８との間及び永久磁石８の内周面に取り付けかれ、永久
磁石８よりも高い透磁率を有する磁性材９から構成され
ている。永久磁石８は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂのような希土類
永久磁石を用いている。また、磁性材９としては、固定
子鉄心４に用いるのと同じ薄板のケイ素鋼板を用いてい
る。薄板のケイ素鋼板をプレスによって内周と外周を円
形に打ち抜き、同時に、永久磁石８を保持するスペース
も形成し、この打ち抜きされたケイ素鋼板が積層され、
永久磁石８を取り付けた上で、回転子ヨーク７の内部に
支持固定される。空気の透磁率を基準とすると、永久磁
石の比透磁率は、約１であり、永久磁石の透磁率は極め
て低いものの、それに対して、ケイ素鋼板の比透磁率
は、約１０００であり、強磁性体であるケイ素鋼板の透
磁率は極めて高いものである。透磁率の高い磁性材とし
ては、鉄以外に、ニッケルやコバルトがあるが、コスト
的には鉄が有利である。また、鉄を含むステンレスでも
比透磁率は、約１０であり、永久磁石の比透磁率の１に
比べれば高く、これをも使用することは可能であるが、
透磁率の高いものの方が弱め界磁制御の効果が大きいた
め、鉄を主成分とするものの方が好ましい。

【００３４】図２において、外転型永久磁石回転電機１
は、固定子２と、固定子２の外周を回転する回転子３と
から構成されている。

【００３５】固定子２は、固定子鉄心４と固定子鉄心４
を支持する固定子支持板６とから構成されている。固定
子鉄心４のスロット部には、固定子巻線５が挿入され
る。固定子支持板６は回転電機支持板１３に固定、保持
される。

【００３６】回転子３は、ヨ−ク７と、ヨ−ク７の内周
に置かれた永久磁石８と、永久磁石８と永久磁石８との
間及び永久磁石８の内周面に置かれ、永久磁石８よりも
高い透磁率を有する磁性材９から構成されている。永久
磁石８の軸方向の両端には、エンド部材１０が固定され
ている。回転子３は、シャフト１１の上にマウントされ
ており、ベアリング１２を介して固定子支持板６に回転
可能に支持される。

【００３７】図３は、図１に一点鎖線で示される部分の
拡大図である。

【００３８】固定子２の固定子鉄心４は、歯部４１とコ
ア部４２とから構成され、歯部４１とコア部４２によっ
て作られる空間はスロット部４３を構成している。スロ
ット部４３には、固定子巻線が挿入される。

【００３９】回転子３は、ヨ−ク７と、ヨ−ク７の内周
に置かれた永久磁石８と、永久磁石８と永久磁石８との
間及び永久磁石８の内周面に置かれ、永久磁石８よりも
高い透磁率を有する磁性材９から構成されている。磁性
材９は、永久磁石８と永久磁石８との間に位置する極間
部９１と、永久磁石８の内周面に位置する空隙部９２か
ら構成されている。磁性材９の極間部９１は、磁極を構
成することになる。

【００４０】電動車両等の用途においては、回転電機１
は、振動の多い部分にマウントされるが、永久磁石８
は、両軸端をエンド部材１０によって覆われており、回
転子２と対面する空隙側を永久磁石よりも透磁率の高い
磁性材９で覆われているため、永久磁石８の一部が欠け
る等の事態になっても、回転電機の回転に悪影響を与え
ること無く、回転を継続することができる。

【００４１】また、固定子巻線５に電流を通電すること
によって生じる永久磁石にかかる駆動トルクは、周方向
の高透磁率の磁性材９の空隙部９１にかかるため、永久
磁石外周の接着剤に頼ること無く、堅固な支持構造とす
ることができる。

【００４２】なお、図では、永久磁石として、１０極の
回転子構成を、固定子としては、６０スロットを有する
構成で示した。ここで、固定子４の巻線構成は、一般の
３相の電動機の巻線構成と同じである。

【００４３】次に、図４を用いて、本発明の一実施例に
よる外転型永久磁石回転電機の動作原理を説明する。図
４は、図１に示した外転型永久磁石回転電機の概念を模
式的に示したものである。

【００４４】図４（ａ）において、２極の永久磁石８の
間に磁性材９が配置されている。ここで、永久磁石によ
る磁束をφｍとする。また、固定子２の固定子巻線にコ
イル電流Ｉｍが流れるとすると、このコイル電流Ｉｍ
は、永久磁石による磁束φｍと同じ方向の成分Ｉｄと、
このＩｄとは直交する成分Ｉｑに分けて考えることがで
きる。なお、電流Ｉｍのベクトルは、回転磁界によって
制御できる。この電流成分Ｉｄによって発生する磁束を
φａとすると、 φａ＝ｋ・Ｉｄ で表される。ここで、ｋは比例定数であるが、永久磁石
８と永久磁石８の間の極間部９１に磁性材９を配置する
ことにより、磁性材９がない場合に比べて、定数ｋを大
きくすることができる。その結果、固定子２によって発
生される磁束φａを従来より大きくすることができる。

【００４５】永久磁石による磁束φｍと、固定子２によ
って発生される磁束φａとの合成磁束φｔは、 φｔ＝φｍ−φａ で表される。固定子２によって発生される磁束φａを従
来より大きくすることができるため、合成磁束φｔは、
従来より小さくすることができる。即ち、弱め界磁制御
の効果を大きくすることができる。

【００４６】回転電機の回転数の高い高速領域では、永
久磁石の磁束φｍによる電圧は大きくなり、パワーが電
動機に入りにくくなるが、固定子２によって発生される
磁束φａを、永久磁石による磁束φｍと反対方向に加
え、しかも、磁性材９を用いることにより、固定子２に
よって発生される磁束φａを大きくすることができるの
で、弱め界磁制御の効果が大きくなり、合成磁束φｔ
は、従来より小さくすることができ、従って、電動機に
パワーが入り易くなるため、高速領域での回転が可能に
なる。従って、低速から高速までの回転が可能となり、
運転範囲が広がることになる。

【００４７】一方では、図４（ｂ）に示すように、回転
磁界を制御して、図４（ａ）とは電流Ｉｍのベクトル方
向を変えて、コイル電流Ｉｍの成分Ｉｄを永久磁石の磁
束φｍに対して同じ方向に加えると、永久磁石による磁
束φｍと固定子２によって発生される磁束φａの合成磁
束φｔは、 φｔ＝φｍ＋φａ で表される。固定子２によって発生される磁束φａを従
来より大きくすることができるため、合成磁束φｔは、
従来より大きくすることができる。従って、この強め界
磁制御により、従来と同じコイル電流Ｉｍを流しても、
合成磁束φｔは、従来より大きくすることができるた
め、磁性材のリラクタンストルクが発生して、より大き
なトルクを出すことができるようになる。

【００４８】また、従来と同じトルクを出すのに必要な
電流成分Ｉｑは少なくて済み、電動機の効率を向上する
ことができる。

【００４９】図５に、本発明の一実施例による外転型永
久磁石回転電機と従来の永久磁石回転電機の特性を示し
ている。点線が、従来の永久磁石回転電機の特性を示し
ており、実線が、本発明の一実施例による外転型永久磁
石回転電機を示している。

【００５０】従来の永久磁石回転電機では、高速領域に
おいては図示のように急激に出力トルクが減少していた
が、図４（ａ）のようにコイル電流を制御した場合に
は、電機子反作用を効果的に利用できる本発明において
は、高速領域でも図示のように出力トルクを確保するこ
とができる。

【００５１】従って、例えば、３０ｋＷの電動機の場
合、従来の電動機において、トルクが０になる回転数Ｒ
₁を、例えば、６，０００ｒｐｍとすると、本発明の一
実施例によれば、回転数Ｒ₂が１３，０００ｒｐｍにお
いても、必要なトルクを得ることができる。

【００５２】また、図４（ｂ）のようにコイル電流を制
御した場合には、従来の電動機が出力するトルクをＴ₁
とすると、本発明の一実施例によれば、その時出力する
トルクＴ₂を従来のトルクＴ₁の約２０％アップとするこ
とができる。

【００５３】本実施例によれば、永久磁石間に磁性材を
配置することにより、回転電機の速度制御範囲を広くす
ることができる。

【００５４】また、永久磁石間に磁性材を配置すること
により、出力トルクを大きくすることができる。従っ
て、従来と同じ出力トルクを出せる回転電機としては、
小型軽量化が可能となる。電動車両に用いる場合には、
小型軽量化が必要であり、かかる点においても、適した
ものである。

【００５５】また、永久磁石の内周面に磁性材の空隙部
が位置して、永久磁石の露出を防止できるため、永久磁
石８の一部が欠ける等の事態になっても、回転電機の回
転に悪影響を与えること無く、回転を継続することがで
き、また、高温若しくは多湿の雰囲気中でも磁石に錆が
発生することなく、使用可能となる。

【００５６】図６は、本発明の第２の実施例による外転
型永久磁石回転電機の部分構造図を示している。全体的
な構成は、図１及び図２に示したものと同様である。

【００５７】図６において、固定子２の固定子鉄心４
は、歯部４１とコア部４２とから構成され、歯部４１と
コア部４２によって作られる空間はスロット部４３を構
成している。スロット部４３には、固定子巻線が挿入さ
れる。固定子２の構成は、図３に示す実施例と同じであ
る。

【００５８】回転子３は、ヨ−ク７と、ヨ−ク７の内周
に置かれた永久磁石８と、永久磁石８と永久磁石８との
間及び永久磁石８の内周面に置かれ、永久磁石８よりも
高い透磁率を有する磁性材９から構成されている。磁性
材９は、永久磁石８と永久磁石８との間に位置する極間
部９１と、永久磁石８の内周面に位置する空隙部９２か
ら構成されている。

【００５９】ここでは、永久磁石部における空隙長、即
ち、磁性材９の極間部９１と固定子鉄心４の歯部４１の
間の空隙長をＬ₁とし、磁性材９の空隙部９２と固定子
鉄心４の歯部４１の間の空隙長をＬ₂とすると、空隙長
Ｌ₁は、図３の例と同じであり、空隙長Ｌ₂を図３の例に
比べて大きくしてある。その結果、永久磁石８によるコ
ギングトルクを低減することができる利点がある。本実
施例では、空隙長Ｌ₁を０．５ｍｍとしたのに対して、
空隙長Ｌ₂を１ｍｍとしている。

【００６０】また、図示のように、永久磁石８の半径方
向の厚みを周方向で変えており、永久磁石８の中央部に
おける厚みをＴ₂とし、両端部における厚みをＴ₁とする
と、永久磁石８の厚みを中央部のＴ₂から左右の両端に
行く従って徐々に減らし、両端部ではＴ₁にしている。
このように、永久磁石８の半径方向の厚みを周方向で変
えることによって、空隙部の磁束密度の分布を概略正弦
波状にすることができ、コギングトルクの小さな電動機
にすることができる。

【００６１】即ち、図７に示すように、図６の磁性材９
の極間部９１の中央の点Ａから、永久磁石８を経て、次
の磁性材９の極間部９１の中央の点Ｂに至るまでの空隙
部の周方向の磁束密度は、図３の例では、図７に実線で
示す分布となるが、図６の例では、図７に破線で示すよ
うな概略正弦波状の分布となる。そのため、コギングト
ルクの小さな電動機にすることができる。

【００６２】以上のようにして、磁石部における空隙長
Ｌ₂を、磁性材９の極間部９１における空隙長Ｌ₁より大
きくし、さらに、永久磁石８の半径方向の厚みを周方向
で変えるという相乗効果により、一層、コギングトルク
の小さな電動機にすることができる。

【００６３】従って、コギングトルクを小さくすること
ができ、位置決めの必要な工作機械やミシンなどの電動
機として使用するのに適している。

【００６４】なお、高透磁率の磁性材９の部分の空隙長
Ｌ₁を永久磁石８上の空隙長Ｌ₂よりも小さくすることに
よって、高透磁率の磁性材９の発生するリラクタンスト
ルクを大きくすることができる。

【００６５】従って、そのような構成とすることによっ
て、定速度回転をする車両用の電動機に使用するのに適
している。

【００６６】本実施例によれば、永久磁石間に磁性材を
配置することにより、回転電機の速度制御範囲を広くす
ることができる。

【００６７】また、永久磁石の内周面に磁性材の空隙部
が位置して、永久磁石の露出を防止できるため、永久磁
石８の一部が欠ける等の事態になっても、回転電機の回
転に悪影響を与えること無く、回転を継続することがで
き、また、高温多湿の雰囲気中でも使用可能となる。

【００６８】また、コギングトルクを小さくすることが
できるため、位置決め精度を向上できる。

【００６９】図８は、本発明の第３の実施例による外転
型永久磁石回転電機の部分構造図を示している。全体的
な構成は、図１及び図２に示したものと同様である。

【００７０】図８において、固定子２の固定子鉄心４
は、歯部４１とコア部４２とから構成され、歯部４１と
コア部４２によって作られる空間はスロット部４３を構
成している。スロット部４３には、固定子巻線が挿入さ
れる。固定子２の構成は、図３に示す実施例と同じであ
る。

【００７１】回転子３は、ヨ−ク７と、ヨ−ク７の内周
に置かれた永久磁石８と、永久磁石８と永久磁石８との
間及び永久磁石８の内周面に置かれ、永久磁石８よりも
高い透磁率を有する磁性材９から構成されている。磁性
材９は、永久磁石８と永久磁石８との間に位置する極間
部９１と、永久磁石８の内周面に位置する空隙部９２か
ら構成されている。

【００７２】ここでは、永久磁石部における空隙長、即
ち、磁性材９の極間部９１と固定子鉄心４の歯部４１の
間の空隙長をＬ₁とし、磁性材９の空隙部９２と固定子
鉄心４の歯部４１の間の空隙長をＬ₂とすると、空隙長
Ｌ₁は、図３の例より小さくしてあり、空隙長Ｌ₂は図３
の例と同じである。その結果、永久磁石８によるリラク
タンストルクを大きくすることができる利点がある。本
実施例では、空隙長Ｌ₁を１ｍｍとしたのに対して、空
隙長Ｌ₂を０．５ｍｍとしている。

【００７３】また、図示のように、永久磁石８の半径方
向の厚みを周方向で変えており、永久磁石８の中央部に
おける厚みをＴ₂とし、両端部における厚みをＴ₁とする
と、永久磁石８の厚みを中央部のＴ₂から左右の両端に
行く従って徐々に減らし、両端部ではＴ₁にしている。
このように、永久磁石８の半径方向の厚みを周方向で変
えることによって、空隙部の磁束密度の分布を概略正弦
波状にするすることができ、コギングトルクの小さな電
動機にすることができる。

【００７４】従って、そのような構成とすることによっ
て、定速度回転をする車両用の電動機に使用するのに適
している。

【００７５】さらに、本実施例では、高透磁率の磁性材
９の極間部９１の部分に、穴部１４を２個設けている。
２個のうち１個は、高透磁率の磁性材９と軸方向のエン
ド部１０とを締め付けるボルト（図示せず）を通すため
の穴である。即ち、図２に示すように、永久磁石８及び
磁性材９は、左右からエンド部材１０で保持される構造
となっており、この左右のエンド部材１０から中央の磁
性材９まで貫通する穴として、この穴にボルトを通して
両端から締め付けることにより、薄板を積層して構成さ
れている磁性材９を効果的に積層固着することができ
る。

【００７６】残りの一つの穴部は、着磁巻線挿入用の穴
とする。この穴に対応したヨ−ク７の部分にも穴をあけ
ておくことが必要である。即ち、図において、中央の磁
性材９から左側のエンド部材１０と通って、延在する位
置のヨーク７の部分に穴を設けておく必要がある。この
穴の位置は、ほぼ極ピッチに等しくする必要がある。こ
のような構成とすることで、永久磁石の初期の着磁ある
いは永久磁石が減磁し、これを補修するための再着磁の
時に、ここに着磁巻線を１ターン挿入することで再着磁
が可能であり、保守性を改善できる。

【００７７】使用する永久磁石のエネルギ−が大きくな
る程、組立て時の永久磁石の磁束は大きな吸引力を起こ
すので危険を伴うし、作業性が悪いという問題がある。

【００７８】従って、無着磁の永久磁石を組み上げ、そ
の後に着磁巻線を通して着磁するとことによって前述の
不具合点が無くなる。

【００７９】図８においては、穴部１４は２個のみ示し
たが、図１に示したように、本実施例の電動機は、１０
極の電動機である。従って、穴部１４の総数は、２０個
であり、半数の１０個の穴部は、ボルトによるエンド部
材１０及び磁性材９の締め付け用に用いられ、残りの半
数の１０個の穴部は、永久磁石の再着磁のために使用さ
れる。

【００８０】本実施例によれば、永久磁石間に磁性材を
配置することにより、回転電機の速度制御範囲を広くす
ることができる。

【００８１】また、永久磁石部における空隙長Ｌ₁を、
磁性材９の空隙部９２と固定子鉄心４の歯部４１の間の
空隙長Ｌ₂よりも小さくすることにより、リラクタンス
トルクを大きくすることができ、特に、電動車両に用い
るのに好適である。

【００８２】また、永久磁石の内周面に磁性材の空隙部
が位置して、永久磁石の露出を防止できるため、永久磁
石８の一部が欠ける等の事態になっても、回転電機の回
転に悪影響を与えること無く、回転を継続することがで
き、また、高温多湿の雰囲気中でも使用可能となる。

【００８３】また、永久磁石の着磁を容易にできるよう
になり、保守性が向上するとともに、初期着磁を容易に
行えるため、回転電機の組立も容易になる。

【００８４】図９は、本発明の第４の実施例による外転
型永久磁石回転電機の部分構造図を示している。全体的
な構成は、図１及び図２に示したものと同様である。

【００８５】図９において、固定子２の固定子鉄心４
は、歯部４１とコア部４２とから構成され、歯部４１と
コア部４２によって作られる空間はスロット部４３を構
成している。スロット部４３には、固定子巻線が挿入さ
れる。固定子２の構成は、図３に示す実施例と同じであ
る。

【００８６】回転子３は、ヨ−ク７と、ヨ−ク７の内周
に置かれた永久磁石８と、永久磁石８と永久磁石８との
間及び永久磁石８の内周面に置かれ、永久磁石８よりも
高い透磁率を有する磁性材９から構成されている。磁性
材９は、永久磁石８と永久磁石８との間に位置する極間
部９１のみで構成されている。

【００８７】さらに、本実施例では、高透磁率の磁性材
９は、回転子ヨ−ク７の一部に突出した形状をしてお
り、これによって、高透磁率の磁性材９によって発生す
るトルク及び永久磁石８の発生するスラストトルクを、
回転子ヨ−ク７に効果的に伝えることができる。回転子
３の回転軸方向に対する高透磁率の磁性材９の移動防止
のためには、回転子ヨ−ク７の外周からのネジ（図示せ
ず）等によって固定することができる。

【００８８】本実施例によれば、永久磁石間に磁性材を
配置することにより、回転電機の速度制御範囲を広くす
ることができる。

【００８９】また、高透磁率の磁性材９の極間９１をヨ
−ク部７にまで伸ばすこと（ヨ−ク部７をへこませる）
によって、高透磁率の磁性材９にかかるトルクはヨ−ク
７に伝達でき、より強固な支持構造とすることができ
る。

【００９０】図１０は、本発明の第５の実施例による外
転型永久磁石回転電機の部分構造図を示している。全体
的な構成は、図１及び図２に示したものと同様である。

【００９１】図１０において、固定子２の固定子鉄心４
は、歯部４１とコア部４２とから構成され、歯部４１と
コア部４２によって作られる空間はスロット部４３を構
成している。スロット部４３には、固定子巻線が挿入さ
れる。固定子２の構成は、図３に示す実施例と同じであ
る。

【００９２】回転子３は、ヨ−ク７と、ヨ−ク７の内周
に置かれた永久磁石８と、永久磁石８と永久磁石８との
間及び永久磁石８の内周面に置かれ、永久磁石８よりも
高い透磁率を有する磁性材９から構成されている。磁性
材９は、永久磁石８と永久磁石８との間に位置する極間
部９１と、永久磁石８の内周面に位置する空隙部９２
と、永久磁石８の外周面に位置する外周部９３とから構
成されている。

【００９３】即ち、ここでは、高透磁率の磁性材９の中
に永久磁石８を入れたもので、永久磁石８間の極間部９
１の高透磁率の磁性材９は、本発明による電機子反作用
を積極的に利用して、速度制御の範囲を広くする役目を
有している。一方、高透磁率の磁性材９の永久磁石８の
内周面に位置する空隙部９２においては、前述のよう
に、永久磁石８が外部に露出するのを防止する役目を有
している。一方、高透磁率の磁性材９の永久磁石８の外
周面に位置する外周部９３においては、この部分に回転
子ヨ−ク７を通る磁束（図中、破線で示す）の内、特
に、脈動分の磁束（図中、実線で示す）を通し、積層鋼
板からなる高透磁率の磁性材９の特性によって、損失を
低減することができる。本実施例によれば、永久磁石間
に磁性材を配置することにより、回転電機の速度制御範
囲を広くすることができる。

【００９４】また、永久磁石の内周面に磁性材の空隙部
が位置して、永久磁石の露出を防止できるため、永久磁
石８の一部が欠ける等の事態になっても、回転電機の回
転に悪影響を与えること無く、回転を継続することがで
き、また、高温多湿の雰囲気中でも使用可能となる。

【００９５】また、脈動磁束を磁性材中を通すことによ
り、損失を低減できる。

【００９６】図１１は、本発明の第６の実施例による外
転型永久磁石回転電機の部分構造図を示している。全体
的な構成は、図１及び図２に示したものと同様である。

【００９７】図１１において、固定子２の固定子鉄心４
は、歯部４１とコア部４２とから構成され、歯部４１と
コア部４２によって作られる空間はスロット部４３を構
成している。スロット部４３には、固定子巻線が挿入さ
れる。固定子２の構成は、図３に示す実施例と同じであ
る。

【００９８】回転子３は、回転子ヨ−ク７と、回転子ヨ
−ク７の内周に置かれた永久磁石８とから構成されてい
る。ここで、回転子ヨ−ク７の一部を、図示のように、
永久磁石８の内周面まで凹ませた構成としたことを特徴
とする。回転子ヨーク７の材質は、鉄であるため、永久
磁石８の内周面まで凹ませた回転子ヨ−ク７の部分は、
磁性材９として機能し、この部分は、永久磁石８の間に
位置するため、図３における極間部９１と同じ働きをす
る。

【００９９】このような構成とすることによって、高透
磁率の磁性材を、回転ヨ−ク７と一体に作ることがで
き、部品点数の少ない外転型永久磁石回転電機とするこ
とができる。

【０１００】本実施例によれば、永久磁石間に磁性材を
配置することにより、回転電機の速度制御範囲を広くす
ることができる。

【０１０１】また、磁性材と回転子ヨークを一体化する
ことにより、部品点数を減らすことができる。

【０１０２】図１２は、本発明の他の実施例を示してお
り、本発明の実施例の外転型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。

【０１０３】電気自動車の車体１００は、４つの車輪１
１０，１１２，１１４，１１６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２
つの車輪１１０，１１４には、外転型永久磁石回転電機
１２０，１２２が直結して取り付けられている。外転型
永久磁石回転電機１２０，１２２は、それぞれ、制御装
置１３０，１３２によって駆動トルクが制御される。制
御装置１３０，１３２の動力源としては、バッテリ１４
０が備えられ、このバッテリ１４０から電力が制御装置
１３０，１３２を介して、外転型永久磁石回転電機１２
０，１２２に供給され、外転型永久磁石回転電機１２
０，１２２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１
５４，１５６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。

【０１０４】このような車輪に外転型永久磁石回転電機
が直結している場合には、路面の凹凸による振動が、直
接、外転型永久磁石回転電機１２０，１２２に伝わり、
その値は、５０Ｇにも達するものである。このような大
きな加速度に耐えるようにするため、外転型永久磁石回
転電機１２０，１２２としては、図１乃至図３に示した
ように、永久磁石の周囲を高透磁率の磁性材料で覆っ
て、磁石の一部の破損などが生じても、回転機への損傷
を防止できるものとしたり、図９に示したように、永久
磁石や磁性材にかかる大きなトルクを回転子ヨークにき
ちんと伝達できる構成のものとする。

【０１０５】なお、以上の実施例では、外転型永久磁石
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。

【０１０６】本実施例によれば、永久磁石の極間に磁性
材を配置した外転型永久磁石回転電機を電気自動車等の
駆動源として用いることができるため、その運転範囲を
広くすることができる。

【０１０７】

【発明の効果】本発明によれば、外転型永久磁石回転電
機の運転範囲を広くすることができる。

【０１０８】また、外転型永久磁石回転電機を用いた電
動車両の運転範囲を広くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による外転型永久磁石回転電
機の構造図である。

【図２】本発明の一実施例による外転型永久磁石回転電
機の横断面図である。

【図３】図１の部分拡大構成図である。

【図４】本発明の一実施例による外転型永久磁石回転電
機の動作原理説明図である。

【図５】本発明の一実施例による外転型永久磁石回転電
機の特性図である。

【図６】本発明の第２の実施例による外転型永久磁石回
転電機の部分構成図である。

【図７】本発明の第２の実施例による外転型永久磁石回
転電機の磁束分布図である。

【図８】本発明の第３の実施例による外転型永久磁石回
転電機の部分構成図である。

【図９】本発明の第４の実施例による外転型永久磁石回
転電機の部分構成図である。

【図１０】本発明の第５の実施例による外転型永久磁石
回転電機の部分構成図である。

【図１１】本発明の第６の実施例による外転型永久磁石
回転電機の部分構成図である。

【図１２】本発明の他の実施例による外転型永久磁石回
転電機を用いた電気自動車の構成図である。

【符号の説明】 １，１２０，１２２…外転型永久磁石回転電機 ２…固定子 ３…回転子 ４…固定子鉄心 ４１…歯部 ４２…コア部 ４３…スロット部 ５…固定子巻線 ６…固定子保持板 ７…回転子ヨ−ク ８…永久磁石 ９…磁性材 １０…エンド部材 １１…シャフト １２…ベアリング １３…回転電機支持板 １４…穴部 ９１…極間部 ９２…空隙部 １００…車体 １１０，１１２，１１４，１１６…車輪 １３０，１３２…制御装置 １４０…バッテリ １５０…ハンドル １５２…ステアリングギア １５４，１５６…伝達機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渋川 末太郎 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事業部内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定子巻線を巻回した固定子鉄心を有す
   る固定子と、この固定子の外周に回転可能に保持され、
   ヨークとこのヨークの内周に上記固定子鉄心と対向して
   配置された複数個の永久磁石を有する回転子とから構成
   された外転型永久磁石回転電機において、 上記永久磁石の極間部に配置され、上記永久磁石より高
   い透磁率を有する磁性材からなる磁極を設けたことを特
   徴とする外転型永久磁石回転電機。
2. 【請求項２】 請求項１記載の外転型永久磁石回転電機
   において、上記磁性材は、さらに、上記永久磁石の上記
   固定子鉄心と対向する面を覆って設けられたことを特徴
   とする外転型永久磁石回転電機。
3. 【請求項３】 請求項１記載の外転型永久磁石回転電機
   において、上記永久磁石の極間部における上記磁性材と
   上記固定子鉄心との空隙長は、上記永久磁石の表面部に
   おける上記固定子鉄心との空隙長よりも小さくしたこと
   を特徴とする外転型永久磁石回転電機。
4. 【請求項４】 請求項１記載の外転型永久磁石回転電機
   において、上記永久磁石の極間部における上記磁性材と
   上記固定子鉄心との空隙長は、上記永久磁石の表面部に
   おける上記固定子鉄心との空隙長よりも大きくしたこと
   を特徴とする外転型永久磁石回転電機。
5. 【請求項５】 請求項１記載の外転型永久磁石回転電機
   において、上記永久磁石は、中央部が厚く、周方向の両
   端に向かって順次薄くなっている形状であることを特徴
   とする外転型永久磁石回転電機。
6. 【請求項６】 請求項１記載の外転型永久磁石回転電機
   において、上記永久磁石の極間部に配置された上記磁性
   材の中央に、上記回転子の回転軸と平行な方向に貫通し
   て形成された穴部を備えたことを特徴とする外転型永久
   磁石回転電機。
7. 【請求項７】 請求項１記載の外転型永久磁石回転電機
   において、上記磁性材は、上記ヨークの一部に突出した
   形状をしていることを特徴とする外転型永久磁石回転電
   機。
8. 【請求項８】 請求項１記載の外転型永久磁石回転電機
   において、上記永久磁石は、上記磁性材の内部に配置さ
   れた上で、上記ヨークの内周に取り付けられていること
   を特徴とする外転型永久磁石回転電機。
9. 【請求項９】 請求項１乃至８のいずれかに記載の外転
   型永久磁石回転電機において、上記磁性材は、薄板を積
   層して形成されていることを特徴とする外転型永久磁石
   回転電機。
10. 【請求項１０】 請求項１記載の外転型永久磁石回転電
    機において、上記ヨークを上記永久磁石の内周面まで凹
    ませた構成とするとともに、上記ヨークを上記永久磁石
    より高い透磁率を有する材料としたことを特徴とする外
    転型永久磁石回転電機。
11. 【請求項１１】 固定子巻線を巻回した固定子鉄心を有
    する固定子と、この固定子の外周に回転可能に保持さ
    れ、ヨークとこのヨークの内周に上記固定子鉄心と対向
    して配置された複数個の永久磁石を有する回転子とから
    構成された外転型永久磁石回転電機を備え、 この外転型永久磁石回転電機により車輪の駆動される外
    転型永久磁石回転電機を用いた電動車両において、 上記外転型永久磁石回転電機は、上記永久磁石の極間部
    及び上記永久磁石の上記固定子鉄心と対向する面を覆っ
    て設けられた上記永久磁石より高い透磁率を有する磁性
    材を備えていることを特徴とする外転型永久磁石回転電
    機を用いた電動車両。