JPH11275784A - 電動車両 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】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、一充電走行距離の長い
電動車両を提供するにある。 【解決手段】回転電機１０は、固定子巻線２４を巻回し
た固定子鉄心２２を有する固定子２０と、固定子２０の
内周に回転可能に保持され、回転子鉄心３２とこの回転
子鉄心３２の内部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３６を有する回転子３０とから構成
されている。ここで、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より大きくしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石回転電機
を駆動機構の一部として有する電動車両に係り、特に、
内部磁石型回転電機に好適な永久磁石回転電機を駆動機
構の一部として有する電動車両に関する。

【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。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】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。

【０００５】本発明の目的は、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、
一充電走行距離の長い電動車両を提供するにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】（１）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、この固定子の内周に回転可能に保持
され、回転子鉄心とこの回転子鉄心の回転軸方向に設け
られたシャフトとこの回転子鉄心の周囲に沿って配置さ
れた複数の永久磁石とからなる回転子とを備え、上記永
久磁石の個数と同数の永久磁石挿入穴が上記回転子鉄心
の内部に設けられ、上記永久磁石は、比（Ｒ1／Ｒ0）が
０．８５より大きな位置にある上記永久磁石挿入穴に挿
入され、ここで、Ｒ0は、上記回転子の半径であり、Ｒ1
は、上記回転子の中心から上記永久磁石の内周側の位置
までの距離としたものであり、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、
高速回転し得るため、一充電走行距離を長くし得るもの
となる。

【０００７】（２）上記永久磁石回転電機において、好
ましくは、上記永久磁石の厚みＲ3を、上記挿入穴の半
径方向の外周端部に沿って配置された磁極部と、上記磁
極部に周方向に近接して配置された軸方向の磁極部との
間の境界部に形成された回転子鉄心のブリッジ部の厚さ
Ｒ2の２倍以下としたものであり、かかる構成により、
高速化に対応し得るものとなる。

【０００８】（３）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、この固定子の内周に回転可能に保持され、回転子鉄
心とこの回転子鉄心の回転軸方向に設けられたシャフト
とこの回転子鉄心の周囲に沿って配置された複数の永久
磁石とからなる回転子とを備え、上記永久磁石の個数と
同数の永久磁石挿入穴が上記回転子鉄心の内部に設けら
れ、上記永久磁石は、比（Ｒ1／Ｒ0）が０．８５より大
きな位置にある上記永久磁石挿入穴に挿入され、ここ
で、Ｒ0は、上記回転子の半径であり、Ｒ1は、上記回転
子の中心から上記永久磁石の内周側の位置までの距離で
あるとともに、上記回転子鉄心は、上記シャフトと上記
永久磁石挿入穴との間に設けられた複数の風穴を備える
ようにしたものであり、かかる構成によって、回転電機
を軽量化し、かつ磁束量を増加できき、従って、高速回
転し得るため、一充電走行距離を長くし得るものとな
る。

【０００９】（４）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、この固定子の内周に回転可能に保持され、回転子鉄
心とこの回転子鉄心の回転軸方向に設けられたシャフト
とこの回転子鉄心の周囲に沿って配置された複数の永久
磁石とからなる回転子とを備え、上記永久磁石の個数と
同数の永久磁石挿入穴が上記回転子鉄心の内部に設けら
れ、上記永久磁石は、比（Ｒ1／Ｒ0）が０．８５より大
きな位置にある上記永久磁石挿入穴に挿入され、ここ
で、Ｒ0は、上記回転子の半径であり、Ｒ1は、上記回転
子の中心から上記永久磁石の内周側の位置までの距離で
あるとともに、上記永久磁石挿入孔の外周方向の長さ
は、上記永久磁石の長さよりも長く、上記永久磁石が対
応する上記永久磁石挿入孔に挿入されるとき、上記永久
磁石のそれぞれの両端部に一対の空隙が形成するように
したものであり、かかる構成により、脈動トルクやコギ
ングトルクの発生を低減し得るため、一充電走行距離を
長くし得るものとなる。

【００１０】（５）上記永久磁石回転電機において、好
ましくは、上記空隙は、樹脂により充填するようにした
ものであり、かかる構成により、永久磁石の回転子鉄心
への接触を緩和し得るものとなる。

【００１１】（６）上記永久磁石回転電機において、好
ましくは、上記永久磁石挿入穴は、それぞれ、その周方
向の両端部に一対のスリットを有するようにしたもので
あり、かかる構成により、永久磁石の位置決めを容易と
し得るものとなる。

【００１２】（７）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、この固定子の内周に回転可能に保持され、回転子鉄
心とこの回転子鉄心の回転軸方向に設けられたシャフト
とこの回転子鉄心の周囲に沿ってリング状に配置された
複数の永久磁石とからなる回転子とを備え、上記永久磁
石の個数と同数の永久磁石挿入穴が上記回転子鉄心の内
部に設けられ、上記永久磁石は、比（Ｒ1／Ｒ0）が０．
８５以上の位置にある上記永久磁石挿入穴に挿入され、
ここで、Ｒ0は、上記回転子の半径であり、Ｒ1は、上記
複数の永久磁石の上記固定子から離れた側の端面に内接
する仮想円の半径としたものであり、かかる構成によ
り、電動車両の一充電走行距離の長くし得るものとな
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】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。

【００１４】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４
６，４８によって支持されており、エンドブラケット４
６，４８は、ハウジング２６の両端にそれぞれ固定され
ている。

【００１５】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。

【００１６】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２
２に巻回されている。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】次に、図３を用いて、回転子の詳細構造に
ついて説明する。

【００２１】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３
２Ｂ２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３
６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３２
Ｂ２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３２
Ｂ２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。

【００２２】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１
０は、永久磁石３６によるトルクの他に補助磁極部３２
Ｂ２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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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３
２Ｂ３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。

【００２７】しかしながら、上述したように、回転子３
０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０．８
５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。

【００２８】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Ｒ
3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３２
Ｂ３の半径方向の厚みＲ2は、２ｍｍとなっている。

【００２９】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２
ｍｍ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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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、４９．５
ｍｍ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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】さらに、永久磁石量を低減することができ
る。

【００６２】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。

【００６３】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。

【００６４】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。

【００６５】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。

【００６６】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。

【００６７】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３
０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。

【００６８】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。

【００６９】また、永久磁石３６を永久磁石の挿入孔３
４’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。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】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。

【００７３】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。

【００７４】さらに、永久磁石の位置決めが容易とな
る。

【００７５】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。

【００７６】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１３
０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１
２０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。

【００７７】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。

【００７８】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。

【００７９】

【発明の効果】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。

【図面の簡単な説明】

【図１】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２】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３】図２の要部拡大図である。

【図４】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。

【図５】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６】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。

【図７】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。

【図８】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

───────────────────────────────────────────────────── 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 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 (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事業部内 (72)発明者 小田 圭二 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社日立カーエンジニアリング内

Claims (7)

【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、 この固定子の内周に回転可能に保持され、回転子鉄心と
   この回転子鉄心の回転軸方向に設けられたシャフトとこ
   の回転子鉄心の周囲に沿って配置された複数の永久磁石
   とからなる回転子とを備え、 上記永久磁石の個数と同数の永久磁石挿入穴が上記回転
   子鉄心の内部に設けられ、 上記永久磁石は、比（Ｒ1／Ｒ0）が０．８５より大きな
   位置にある上記永久磁石挿入穴に挿入され、ここで、Ｒ
   0は、上記回転子の半径であり、Ｒ1は、上記回転子の中
   心から上記永久磁石の内周側の位置までの距離である永
   久磁石回転電機を駆動機構の一部として有する電動車
   両。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電動車両において、 上記永久磁石の厚みＲ3を、上記挿入穴の半径方向の外
   周端部に沿って配置された磁極部と、上記磁極部に周方
   向に近接して配置された軸方向の磁極部との間の境界部
   に形成された回転子鉄心のブリッジ部の厚さＲ2の２倍
   以下としたことを特徴とする永久磁石回転電機。
3. 【請求項３】固定子巻線を巻回した固定子鉄心を有する
   固定子と、 この固定子の内周に回転可能に保持され、回転子鉄心と
   この回転子鉄心の回転軸方向に設けられたシャフトとこ
   の回転子鉄心の周囲に沿って配置された複数の永久磁石
   とからなる回転子とを備え、 上記永久磁石の個数と同数の永久磁石挿入穴が上記回転
   子鉄心の内部に設けられ、 上記永久磁石は、比（Ｒ1／Ｒ0）が０．８５より大きな
   位置にある上記永久磁石挿入穴に挿入され、ここで、Ｒ
   0は、上記回転子の半径であり、Ｒ1は、上記回転子の中
   心から上記永久磁石の内周側の位置までの距離であると
   ともに、 上記回転子鉄心は、上記シャフトと上記永久磁石挿入穴
   との間に設けられた複数の風穴を備えた永久磁石回転電
   機を駆動機構の一部として有する電動車両。
4. 【請求項４】固定子巻線を巻回した固定子鉄心を有する
   固定子と、 この固定子の内周に回転可能に保持され、回転子鉄心と
   この回転子鉄心の回転軸方向に設けられたシャフトとこ
   の回転子鉄心の周囲に沿って配置された複数の永久磁石
   とからなる回転子とを備え、 上記永久磁石の個数と同数の永久磁石挿入穴が上記回転
   子鉄心の内部に設けられ、 上記永久磁石は、比（Ｒ1／Ｒ0）が０．８５より大きな
   位置にある上記永久磁石挿入穴に挿入され、ここで、Ｒ
   0は、上記回転子の半径であり、Ｒ1は、上記回転子の中
   心から上記永久磁石の内周側の位置までの距離であると
   ともに、 上記永久磁石挿入孔の外周方向の長さは、上記永久磁石
   の長さよりも長く、上記永久磁石が対応する上記永久磁
   石挿入孔に挿入されるとき、上記永久磁石のそれぞれの
   両端部に一対の空隙が形成される永久磁石回転電機を駆
   動機構の一部として有する電動車両。
5. 【請求項５】請求項４記載の電動車両において、 上記空隙は、樹脂により充填されていることを特徴とす
   る永久磁石回転電機。
6. 【請求項６】請求項１記載の電動車両において、 上記永久磁石挿入穴は、それぞれ、その周方向の両端部
   に一対のスリットを有することを特徴とする永久磁石回
   転電機。
7. 【請求項７】固定子巻線を巻回した固定子鉄心を有する
   固定子と、 この固定子の内周に回転可能に保持され、回転子鉄心と
   この回転子鉄心の回転軸方向に設けられたシャフトとこ
   の回転子鉄心の周囲に沿ってリング状に配置された複数
   の永久磁石とからなる回転子とを備え、 上記永久磁石の個数と同数の永久磁石挿入穴が上記回転
   子鉄心の内部に設けられ、 上記永久磁石は、比（Ｒ1／Ｒ0）が０．８５以上の位置
   にある上記永久磁石挿入穴に挿入され、ここで、Ｒ0
   は、上記回転子の半径であり、Ｒ1は、上記複数の永久
   磁石の上記固定子から離れた側の端面に内接する仮想円
   の半径である永久磁石回転電機を駆動機構の一部として
   有する電動車両。