JPH114553A - 集中巻固定子を有する永久磁石回転電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 太線の総巻回数を確保すると共に、固定子巻
線の巻線係数が大きくなる固定子磁極数Ｍと永久磁石磁
極数Ｐの比とすることにより、電動機トルクが大きく、
発電機の発生電圧が高く、しかも電動機用巻線と発電機
用巻線を分離した安全性の高い永久磁石回転電機を提
供。 【解決手段】 固定子鉄心４の磁極４１は磁極幅が一定
であるストレート形状で、磁極とヨーク４０で画定され
るスロットの底部が三角形状に形成され、固定子磁極に
所定数の巻数を巻いた巻線５を、磁極に嵌着可能に成型
した固定子巻線を絶縁物６を介して装着し、固定子磁極
に設けた小溝に絶縁物で構成された楔１３を嵌着する構
成とする。次に、固定子磁極の半数に電動機用巻線５ａ
を一つおきに配置し、残り発電用巻線５ｂを配置する構
成とする。更に、固定子の磁極数Ｍと回転子の永久磁石
の極数Ｐとの関係を、Ｍ：Ｐ＝６ｎ：(６ｎ±２)となる
ような構成とする。但し、ｎは２以上の整数とする。

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
に係り、特に電動機トルクと発電機の発生電圧が大き
く、太線巻線化に適した集中巻固定子を備えた永久磁石
回転電機に関する。

【０００２】

【従来の技術】バッテリ等を電源とする回転電機は、低
電圧で大電流が通電される。このため、この種の回転電
機の固定子磁極に巻回する固定子巻線は、抵抗値を小と
するために太線巻線が用いられている。従来のこの種の
回転電機に用いられる固定子を図１９を用いて説明す
る。

【０００３】図１９は、従来の回転電機の固定子８４を
示す軸方向から見た横断面図であるが、１２個の夫々の
固定子磁極８５ａ1〜８５ａ12がヨーク８６から中心に
向けて放射状に、かつ周方向に等間隔に形成され、ま
た、固定子磁極８５ａ1〜８５ａ12の各先端部８５ｂ1〜
８５ｂ12は周方向に広がった形状に形成されている。Ｗ
0は隣接する固定子磁極、例えば８５ａ1、８５ａ2間の
スリット幅であり、各固定子磁極間に形成されるスロッ
ト８７の底部８７ａの形状は円弧形状に形成されてい
る。

【０００４】一般に、永久磁石回転電機は固定子磁極を
有し、この磁極に固定子巻線を集中的に配置されてい
た。そして従来の永久磁石回転電機では、固定子の磁極
数Ｍと永久磁石の磁極数Ｐとの比をＭ：Ｐ＝３：２とす
ることが一般的であった。更に、電動機用巻線と発電機
用巻線が同一スロット内に巻回、配置されていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
集中巻固定子を有する回転電機では、次のような問題点
があった。 （１）従来の回転電機の固定子では、図１９に示すよう
に固定子磁極の先端部が周方向に広がるように形成され
ているために、隣接する固定子磁極間のスリット幅が狭
く、固定子磁極に装着される太線巻線を巻線機のノズル
を用いて巻回する場合、ノズルが通過するスリット幅が
狭いため、ノズルの幅寸法が制限され、このような太線
巻線を巻回することができなかった。 （２）また、予め太線をボビン巻きした巻線を用いよう
としても、前記スリット幅が狭いことにより、固定子の
径中心側より固定子磁極に挿入することができなかっ
た。

【０００６】（３）更に、スロット底部が円弧形状のた
め、スロット面積も小さく、巻線の総巻回数も制限され
る。 （４）また、固定子の磁極数Ｍと永久磁石の磁極数Ｐの
比がＭ：Ｐ＝３：２のため、コギングトルクが大きく、
しかも巻線の有効利用率を示す巻線係数が０．８６６と
小さいため、電動機トルクが小さく、発電機の発生電圧
の小さい回転電機となった。 （５）更に、固定子の磁極数Ｍと永久磁石の磁極数Ｐの
比がＭ：Ｐ＝３：２のため、電動機用巻線群と発電機用
巻線群を別々の固定子磁極に配置することができず、両
者の絶縁が共用となり、安全性に劣る。

【０００７】本発明は、従来のものの上記問題点を解決
するようにした集中巻固定子を有する永久磁石回転電機
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の集中巻固定子を
有する永久磁石回転電機は、上記課題を解決するため
に、請求項１に記載のものでは、円環状ヨークに放射状
に配置された複数個の固定子磁極を備えた固定子鉄心の
固定子磁極に夫々巻線を巻装した固定子と、該固定子に
空隙を介して回転自在に保持された複数個の磁極を有す
る永久磁石を備えた回転子とを備えた集中巻固定子を有
する回転電機において、固定子鉄心の磁極はその幅が全
長に亘り一定であるストレート形状で、その先端近傍の
両側のほぼ対称の位置に小溝を設け、隣接した磁極とヨ
ークで画定されるスロットの底部が三角形状に形成さ
れ、前記固定子磁極に所定数の巻数を巻いた巻線を、前
記磁極に嵌着可能に成型した固定子巻線を絶縁物を介し
て装着し、前記固定子磁極に設けた小溝に楔を嵌着した
構成とした。この構成によれば、固定子磁極が上述のよ
うに、磁極幅が一定のストレート形状で、スロット底部
も三角形状に形成されていることにより、隣接する固定
子磁極間のスリット幅も広がる。このため、予めボビン
巻きされた太線の固定子巻線を固定子鉄心の軸中心側よ
り固定子磁極に挿入できる。更に、スロット面積が増加
し、従って固定子巻線の総巻回数を増加させることがで
きる。

【０００９】請求項２に記載の集中巻固定子を有する永
久磁石回転電機では、固定子磁極の半数に電動機用巻線
を一つおきに配置し、同様に残りの半数の固定子磁極に
発電用巻線を配置した構成とした。このような構成にす
ると、電動機用巻線と発電機用巻線の両巻線の絶縁が完
全に分離され、安全性が向上した回転電機が得られる。
また、端末処理本数も少なくすることができる。

【００１０】請求項３に記載の集中巻固定子を有する永
久磁石回転電機では、電動機用巻線と発電用巻線の巻数
を異なるように構成した。このような構成にすることに
より、発電機出力の負荷による電圧降下分を考慮し、予
め発電機電圧を大きくしておくことができる。

【００１１】請求項４に記載の集中巻固定子を有する永
久磁石回転電機では、固定子の磁極数Ｍと回転子の永久
磁石の磁極数Ｐとの関係を、(２／３)＜(Ｐ／Ｍ)＜(４
／３)で、かつＰ≠Ｍとなるように構成した。このよう
なＭとＰの範囲の組合せでは、固定子巻線の有効利用率
を示す上述の巻線係数は、従来のものと比較して同等
か、或いは大きい数値を得ることができる。

【００１２】請求項５に記載の集中巻固定子を有する永
久磁石回転電機では、固定子の磁極数Ｍと回転子の永久
磁石の磁極数Ｐとの関係を、Ｍ：Ｐ＝６ｎ：(６ｎ±２)
となるように構成した（但し、ｎは２以上の整数であ
る）。このようなＭとＰの比にしたことにより、巻線係
数が、ｎ＝２では０．９３３、ｎ＝３では０．９７０、
ｎ＝４では０．９８３と大きな数値となるため、大きな
電動機トルク、発電電圧が得られ、しかもコギングトル
クが小さな回転電機となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の集中巻固定子を有する永
久磁石回転電機の一実施の形態について、図１を用いて
説明する。図１は、本発明にかかる３相の上記永久磁石
回転電機の実施の形態を示す一部を切り欠いて示す縦断
面図である。

【００１４】同図において、本発明の永久磁石回転電機
１は、固定子２と回転子３から成る。固定子２は、固定
子鉄心４と固定子巻線５、固定子巻線５を絶縁するイン
シュレータ６、固定子巻線５からの端末線（図示せず）
を結線する接続板７、接続板７の出力端子８と電気的に
接続されるケーブル１０が、フロントカバー１１に固定
されたブッシュ９を介し、引き出されている。また、軸
方向の両端には、固定子鉄心４を内周面に固定した放熱
フィン１１ａを設けたフロントカバー１１、フロントカ
バー１１と嵌合されたリアカバー１２が配置されてい
る。

【００１５】一方、回転子３は、固定子鉄心４に空隙を
介して対向する永久磁石２１が回転子鉄心２２に固定さ
れ、回転子鉄心２２はシャフト２３に圧入され、又はキ
イ（図示せず）で固定されている。回転子鉄心２２の軸
方向の一方端には、回転子鉄心２２の軸方向位置を規定
する押え板２４がシャフト２３にねじ込められるナット
２５ｂのみにより固定されている。また、回転子鉄心２
２の他方端には、永久磁石２１と同一極数となる磁極位
置検出用磁石２６を固定した取付板２７が配置される。

【００１６】ここで、磁極位置検出用磁石２６は、永久
磁石２１の端面より軸方向に所定の空隙距離を有して配
置されている。シャフト２３の両端には、ボールベアリ
ング２８ａ、２８ｂが設けられ、夫々フロントカバー１
１とリアカバー１２の内径部に挿入、嵌合されている。
ボールベアリング２８ａは、内輪をナット２５ａ、外輪
をフロントカバー内径部に螺合されるナット２５ｃによ
り軸方向に移動しないように固定される。

【００１７】磁極位置検出用磁石２６と軸方向に空隙を
介して、フロントカバー１１の軸受支承部分の永久磁石
２１に対向する先端部１１ｂに、回転子３の永久磁石２
１の位置を検出する磁極位置検出器２６を配置した基板
２９が固定されている。この磁極位置検出器は、一般に
はホールＩＣ、ホール素子等で構成され、機械角１２０
度ピッチで３個円周方向に設けられている。

【００１８】次に、図２に固定子巻線５として電動機用
巻線と発電機用巻線を設けた本発明の集中巻固定子を有
する永久磁石回転電機１の横断面図を示す。また、図３
に本発明の永久磁石回転電機１に用いられる固定子鉄心
４の横断面図を示す。図２、図３において、固定子２
は、固定子鉄心４と固定子巻線５、固定子巻線５の絶縁
物であるインシュレータ６と固定子巻線５の落下防止と
絶縁を兼ねた楔１３で構成される。

【００１９】更に、図２、図３を用いて各部の構造を説
明する。先ず、固定子鉄心４は、固定子鉄心ヨーク４０
と５１から６２までの符号が付された１２個の磁極を備
えた固定子磁極４１で構成される。次に、固定子磁極４
１の内径側先端部に図３に示すように、２個の溝４２
ａ、４２ｂを設け、その断面形状は、先端から基部まで
が同一形状となるように磁極厚みｔが内外径方向共同一
厚みのストレート形状で構成されている。このように固
定子磁極４１の形状をストレート形状としたから、隣接
する固定子磁極４１間、例えば磁極番号５５、５６間の
スリット部寸法Ｗは、図１９に示した従来例のスリット
寸法Ｗ0よりも広くなるように形成できる。

【００２０】また、固定子巻線５が配置されるスロット
７０の外径方向の底部７０ａの断面形状は従来の軸中心
からの円弧形状でなく、図示のように直線で結んだ三角
形状に形成される。このため、固定子鉄心のヨーク４０
の径方向厚みは、固定子磁極４１のヨーク４０の厚みｔ
１に対し、固定子磁極間のヨーク４０の中央部の厚みは
ｔ２と小さい。このように、スロット底部７０ａの形状
を三角形状にしたことにより、スロット７０の断面積を
大きくできる。

【００２１】固定子鉄心４と空隙を介して対向する回転
子３は、図２に示すように１０極（又は１４極）の永久
磁石２１と薄鉄板を積層してなる回転子鉄心２２で構成
される。なお、後述する図５の表１に示すように、固定
子磁極が１２個の永久磁石の磁極は１０極でも１４極で
も同一の巻線係数である。

【００２２】各永久磁石２１は、その外径部に補強リン
グを設けず、直に小隙を介して固定子鉄心４と対向して
なる。また、永久磁石２１は略台形状で、回転子鉄心２
２の逆台形状溝に挿入され、接着剤等で固定される。な
お、永久磁石２１の断面形状を、図示のように固定子鉄
心４と空隙を介して対向する上面を円弧状となし、回転
子鉄心２２と接する下面は平坦で両側面はテーパを付け
るように形成すると、空隙の磁束分布を正弦波に近づけ
ると共に、回転子鉄心２２との固着が強固に構成でき、
かつ安価に製造できる特徴がある。

【００２３】本発明の固定子の磁極数Ｍと回転子の永久
磁石の磁極数Ｐについては、多くの組合せが可能であ
る。このＭとＰとの組合せをどのように選定するかの検
討に当たり、ＭとＰとの組合せと巻線係数との関係を
(２／３)＜(Ｐ／Ｍ)＜(４／３)で、かつＰ≠Ｍとなる関
係の範囲で計算をすると図５に示す表１のようになる。
表１によると、ＭとＰの全部の組合せの巻線係数が０．
８６６以上であることが分かる。

【００２４】従って、ＭとＰの比が３：２の従来の集中
巻固定子を有する回転電機では、上述のように巻線係数
Ｋが０．８６６であるので、従来より実施されているＭ
とＰの組合せと同一の値か、或いはそれ以上の高い数値
を示している。特に、「永久磁石の磁極数Ｐ」の欄に＊
の記号を付したものは最大の巻線係数Ｋとなる組合せを
示している。

【００２５】この巻線係数Ｋが最大となる固定子の磁極
数Ｍと永久磁石の磁極数Ｐとの組合せの関係を一般式で
表現すると、Ｍ：Ｐ＝６ｎ：(６ｎ±２)となる。但し、
ｎは２以上の整数である。また、表１の「永久磁石の磁
極数Ｐ」の欄に＃の記号を付したものは、上記の最大の
巻線係数Ｋの組合せに次いで巻線係数Ｋが大きいＭとＰ
の組合せを示している。

【００２６】以上の検討により、以下に説明する本発明
の実施の形態では、表１の固定子磁極の個数Ｍを１２、
永久磁石の磁極数Ｐを１４とした組合せを採用した構成
について説明する。

【００２７】図４に、本発明の集中巻固定子を有する永
久磁石回転電機１の実施例で用いられる１２個の固定子
磁極４１と１４極の永久磁石２１の場合の、磁界解析に
よる１／２断面の磁束分布図を示す。図２では図示の都
合上、永久磁石２１は１０極の場合を示しているが、こ
の図２と図４の磁束分布図とを見比べると分かるよう
に、磁束は固定子磁極５１から空隙を通り、永久磁石２
１と回転子鉄心２２を通過した後、夫々異極の永久磁石
２１と空隙を通り、固定子磁極５２と同６２に分割さ
れ、固定子磁極５１に戻る。

【００２８】このため、固定子磁極５１と対向する１８
０度位置の固定子磁極５７に固定子巻線５を配置すれ
ば、固定子巻線５に磁束が鎖交するので、３相の電動
機、発電機の１相分を構成できる。また、この場合でも
巻線係数は０．９３３と大きい値となる。

【００２９】また、図４に示した磁束分布図より、固定
子磁極４１と永久磁石２１が磁気的な介在物がなく、直
に空隙と対向していることにより、隣接する永久磁石２
１間の漏洩磁束がほとんどないため、有効磁束が多いこ
とが分かる。

【００３０】図２に戻り、本発明における別の特徴であ
る固定子巻線５の配置について説明する。固定子巻線５
は、６個の電動機用固定子巻線５ａと６個の発電機用固
定子巻線５ｂの１２個で構成される。電動機用固定子巻
線５ａは、図示のように一つおきに固定子磁極４１の磁
極番号５１、５３、５５、５７、５９、６１に対し装着
される。また、発電機の固定子巻線５ｂは、残りの固定
子磁極４１の磁極番号５２、５４、５６、５８、６０、
６２に対して装着される。

【００３１】従って、図２では夫々総括される電動機用
の固定子巻線５ａを５１ａ，５３ａ，５５ａ，５７ａ、
５９ａ、６１ａで示し、また発電機用の固定子巻線５ｂ
を５２ａ、５４ａ、５６ａ、５８ａ、６０ａ、６２ａで
示している。夫々の電動機用固定子巻線５ａと発電機用
固定子巻線５ｂより成る固定子巻線５は、予め、巻線治
具を用いて図６に示すようにボビン巻きされ、巻初めと
巻終りの端末線が１巻線当たり２本が引き出される。

【００３２】図７に各固定子磁極４１に装着される絶縁
体よりなるＬ断面形状のインシュレータ６の斜視図を示
す。図２に示す固定子磁極４１に、この固定子磁極４１
を包み込むような図７に示す断面が長方形の孔を備えた
インシュレータ６が各固定子磁極４１毎に挿入され、更
に、電動機用固定子巻線５ａと発電機用固定子巻線５ｂ
がインシュレータ６を介して、所定の各固定子磁極４１
に挿入される。インシュレータ６の挿入後の状態は図２
に示されている。

【００３３】固定子巻線５を挿入した後、固定子磁極４
１の溝部４２に絶縁材から成る図８に示す薄板状の楔１
３が、軸方向から挿入され、巻線５の絶縁と落下防止に
利用される。楔１３を挿入した後、固定子巻線５をワニ
ス又はモールド材により固定する。図９に電動機用固定
子巻線５ａの接続図を示す。電動機用固定子巻線５ａ
は、３相永久磁石電動機では、巻線はＵ、Ｖ、Ｗ相の３
相から成る。

【００３４】Ｕ相は、固定子磁極４１の磁極番号５１
（以下単に固定子磁極５１という。他の磁極番号につい
ても同様の表示をする）に配置された固定子巻線５１ａ
のＵ１(＋)と、固定子磁極５１と１８０度対向位置の固
定子磁極５７に配置した固定子巻線５ａの固定子巻線番
号５７ａ（以下単に固定子巻線５７ａという。他の巻線
番号についても同様の表示をする）のＵ１(−)が直列に
接続され、Ｕ相が構成される。

【００３５】次に、Ｖ相は、固定子磁極５３に配置され
た固定子巻線５３ａのＶ１(−)と１８０度対向位置の固
定子磁極５９に配置した固定子巻線５９ａのＶ１(＋)が
直列に接続され、Ｖ相が構成される。同様に、Ｗ相は、
固定子磁極５５に配置された固定子巻線５５ａのＷ１
(＋)と、それに１８０度対向する位置の固定子磁極６１
に配置された固定子巻線６１ａのＷ１(−)が直列に接続
され、Ｗ相が構成される。Ｕ、Ｖ、Ｗ相の固定子巻線５
７ａ、５９ａ、６１ａの巻終わり端末は接続されて中性
点となる。ここで、(＋)と(−)の記号は、巻線の巻回方
向を示し、(＋)の場合は例えば時計方向、(−)は反時計
方向を示す。

【００３６】図１０に発電機用固定子巻線５ｂの接続図
を示す。発電機用固定子巻線５ｂは、３相永久磁石発電
機では、巻線はＵ、Ｖ、Ｗ相の３相からなる。Ｕ相は、
固定子磁極５２に配置された固定子巻線５２ａのＵ２
(−)と、固定子磁極５２と１８０度対向位置の固定子磁
極５８に配置した固定子巻線５８ａのＵ２(＋)が直列に
接続され、Ｕ相が構成される。次に、Ｖ相は固定子磁極
５４に配置された固定子巻線５４ａのＶ２(＋)と、１８
０度対向位置の固定子磁極６０に配置した固定子巻線６
０ａのＶ２(−)が直列に接続され、Ｖ相が構成される。
同様に、Ｗ相は固定子磁極５６に配置された固定子巻線
５６ａのＷ２(−)と、１８０度対向位置の固定子磁極６
２に配置した固定子巻線６２ａのＷ２(＋)が直列に接続
され、Ｗ相が構成される。

【００３７】Ｕ、Ｖ、Ｗ相の固定子巻線５８ａ、６０
ａ、６２ａの巻終り端末は接続されて発電機の中性点と
なる。記号(＋)と(−)は、電動機用巻線５ａの場合と同
様に、巻線の巻回方向を示し、(＋)の場合は例えば時計
方向、(−)は反時計方向を示す。このように、本発明の
集中巻固定子を有する永久磁石回転電機１では、電動機
用固定子巻線５ａと発電機用固定子巻線５ｂが一つおき
に別個の固定子磁極４１に配置されるので、両者の絶縁
が完全に分離される。

【００３８】電動機用固定子巻線５ａの巻回数Ｎ１に対
し、発電機用固定子巻線５ｂの巻回数Ｎ２は、同一巻回
数のみならず、発電機出力の負荷での電圧降下分を考慮
し、予め発電電圧を大きくするようにＮ１＜Ｎ２にして
も良い。

【００３９】本発明の集中巻固定子を有する永久磁石回
転電機１は、上述の実施の形態では、固定子の磁極数Ｍ
が１２個、永久磁石の磁極数Ｐが１４極のもので説明し
たが、Ｍ：Ｐ＝６ｎ：（６ｎ±２）の条件で構成したＭ
＝１２個、Ｐ＝１０極のものでも、同一巻線係数の０．
９３３が得られる。但し、ｎは２以上の整数である。

【００４０】電動機用固定子巻線５ａのＵ相を構成する
固定子巻線５１ａは時計方向、固定子巻線５７ａは反時
計方向でボビン巻きされ、固定子巻線５１ａの巻終りと
５７ａの巻始めを接続し、Ｕ１(＋)とＵ１(−)の位相で
構成されるが、固定子巻線５１ａと５７ａを同一巻回方
向（例えば時計回り方向）でボビン巻きし、固定子巻線
５１ａの巻終りと巻線５７ａの巻終りを接続すれば、Ｕ
１(＋)、Ｕ１(−)の位相が得られる。上記のように、他
の電動機用固定子巻線５ａのＶ、Ｗ相、発電機用固定子
巻線５ｂのＵ、Ｖ、Ｗ相も同一方法で固定子巻線５の必
要な構成位相が得られる。

【００４１】固定子磁極４１は、上述のように、磁極幅
が全長に亘り一定であるストレート形状としたが、これ
に代えて固定子鉄心のヨーク４０側の磁極幅が大きく、
内径側に向かうに従い磁極幅が小さくなるテーパ状とし
ても、隣接固定子磁極間のスリット幅が広くなるので、
ボビン巻きされた巻線５を磁極４１に円滑に装着でき
る。また、上記実施の形態で示した本発明の集中巻固定
子を有する永久磁石回転電機は、固定子磁極４１の個数
Ｍの半分に一つおきに電動機用固定子巻線５ａを配置
し、残りの半分に発電機用固定子巻線５ｂを設けた電動
機、発電機の構成とした場合である。

【００４２】ところで、電動機単独の集中巻固定子を有
する回転電機とするには、固定子磁極４１の個数Ｍの半
分に一つおきに電動機用固定子巻線５ａを配置し、残り
の半分の固定子磁極４１にも電動機用固定子巻線５ａを
配置する構成とすれば良い。同様に、固定子磁極４１の
個数Ｍの半分に一つおきに発電機用固定子巻線５ｂを配
置し、残りの半分の固定子磁極４１にも発電機用固定子
巻線５ｂを配置する構成とすれば、発電機単独の集中巻
固定子を有する回転電機となる。ここで、電動機用固定
子巻線５、及び発電機巻線５ｂの巻回数は前の場合の２
倍とされている。

【００４３】図１１の巻線接続図に示すように、予めボ
ビン巻きした太線から成る１２個の固定子巻線５を１２
個の固定子磁極４１全数に挿入配置し、Ｕ相を固定子巻
線５１ａのＵ１(＋)、５２ａのＵ１(−)、５７ａのＵ１
(−)、５８ａのＵ１(＋)の４個で、次に、Ｖ相を固定子
巻線５３ａのＶ１(−)、５４ａのＶ１(＋)、５９ａのＶ
１(＋)、６０ａのＶ１(−)の４個で、更に、Ｗ相を固定
子巻線５５ａのＷ１(＋)、５６ａのＷ１(−)、６１ａの
Ｗ１(＋)、６２ａのＷ１(−)の４個で構成し、各相毎に
直列に接続した構成とすれば、同様に、単独の電動機、
発電機となる集中巻固定子を有する回転電機が得られ
る。

【００４４】ところで、図９、図１０及び図１１は夫々
本発明の集中巻固定子を有する回転電機に用いる固定子
巻線の結線図であって、全巻線が単独に電動機用巻線５
ａとして、あるいは発電機用巻線５ｂとして形成した場
合、又は電動機用巻線５ａ又は発電機用巻線５ｂを単独
に用いた場合において、同相の巻線５を直列に接続をし
た場合を夫々示しているが、同相の巻線５を並列に接続
することもできる。即ち、本発明の永久磁石回転電機に
用いる固定子巻線５として、図１２では電動機用巻線５
ａを、図１３では発電機用巻線５ｂを、夫々コイル単体
を並列に接続して一相を形成した場合の接続図を示し、
図１４は電動機用巻線５ａ又は発電機用巻線５ｂの単独
機において、巻線５を直列にしたものを並列に接続して
一相を形成した場合を示している。また、巻線５を並列
にしたものを直列に接続して、一相を形成してもよい。

【００４５】なお、並列に接続する場合には、各巻線５
ａ、５ｂの巻数が同数となるようにする必要があるが、
図９乃至図１１及び図１２乃至図１４に示した接続例に
ついて、電動機用巻線５ａと発電機用巻線５ｂの各巻線
の線径と巻数の関係の一例を図１７の表２に示す。同表
において、φD1とφD2は次の（１）式、φD2とφD3は次
の（２）式の関係がある。 φD2の断面積＝（φD1の断面積）／２ ・・・・・・・・・・・ （１） φD3の断面積＝（φD2の断面積）／２ ・・・・・・・・・・・ （２）

【００４６】図２に示した固定子２の構造では、固定子
鉄心４の磁極４１にインシュレータ６を装着して、この
インシュレータ６を介して固定子巻線５を装着している
が、図１５に示すように、固定子鉄心４の磁極４１の内
周側に合成樹脂等の皮膜を付着させた絶縁構造４１Ｇを
施した磁極に構成すると、この絶縁構造４１Ｇによりイ
ンシュレータ６の代用となり、従って、本発明の集中巻
固定子を有する永久磁石回転電機では、固定子鉄心４の
磁極４１にインシュレータ６を省略した構成も考えられ
る。

【００４７】図８に示した前記絶縁材による薄板状の楔
１３の代わりに、空気より透磁率が大きい、例えば合成
樹脂と鉄粉を加熱・加圧により積層板化した磁性楔を用
いることにより、固定子磁極溝４２ａ、４２ｂの磁束密
度の落ち込みによる永久磁石に発生するうず電流損を低
減できる。このため、回転子３の温度上昇の軽減や、回
転電機１の効率向上、更に、振動、騒音の低減ができ
る。

【００４８】一方、磁性楔形状を、図８に示す薄板状の
他に、図１８に示すように、幅Ｗ′のほぼ中央部の板厚
を薄くしたＶ字ブロック形状に構成した磁性楔１３′と
すれば、隣接固定子磁極４１間で漏洩する磁束を減少さ
せることができる。固定子鉄心４の形状を図３とは異な
り、図１６に示すように、磁極幅が一定のストレート形
状の磁極と、先端にポールシューを形成した磁極とを交
互に配置し、ストレート形状の磁極には予め成型した巻
線５を装着し、ポールシューを形成した磁極には巻線機
のノズルにより巻線を巻き付けるようにすることもでき
る。

【００４９】

【発明の効果】本発明の集中巻固定子を有する永久磁石
回転電機は、上述のように構成したために、以下のよう
な優れた効果を有する。 （１）本発明の回転電機は、隣接する固定子磁極間のス
リット幅寸法が大きいため、予めボビン巻きされた太線
の固定子巻線を、固定子鉄心の径中心側より固定子磁極
に挿入できるので、巻線抵抗が小さくなり、高出力で損
失の少ない回転電機が得られる。 （２）スロット底部の形状を三角形状としたことによ
り、スロット面積が増加し、固定子巻線の巻回数を増や
すことができるため、大きな電動機トルクと発電電圧が
得られる。 （３）固定子の磁極数Ｍと永久磁石の磁極数Ｐとの比
が、Ｍ：Ｐ＝６ｎ：(６ｎ±２)で構成されていることに
より、巻線係数が０．９３３と大きくなり、大きな電動
機トルク、発電電圧が得られる。また、コギングトルク
が小さな回転電機となる。但し、ｎは２以上の整数とす
る。

【００５０】（４）固定子の磁極数Ｍの半分の個数（Ｍ
／２）で、夫々電動機用固定子巻線と発電機用固定子巻
線を配置したことにより、両者の絶縁が完全に分離され
るため、安全性が向上する。また、端末処理本数も少な
いことにより、接続板との接続作業時間を短縮すること
ができる。 （５）固定子鉄心と永久磁石が空隙を介して直に対向し
ていることにより、永久磁石の漏洩磁束が少ない。従っ
て、有効磁束が増加し、大きな電動機トルクが得られ、
インダクタンスも小さくなる。 （６）電動機用巻線と発電機用巻線の巻回数を異なるよ
うに構成することにより、発電機出力の負荷による電圧
降下分を考慮し、予め発電機電圧を大きくしておくこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回転電機の一実施の形態を示す一部を
切り欠いた縦断面図である。

【図２】本発明の回転電機における電動機用巻線と発電
機用巻線を設けた電動発電機の横断面図である。

【図３】本発明の回転電機における固定子鉄心の径方向
の断面図である。

【図４】本発明の回転電機における固定子磁極と永久磁
石回転子の磁界解析による半分断面の磁束分布図であ
る。

【図５】固定子の磁極数Ｍと永久磁石の磁極数Ｐの組合
せによる巻線係数Ｋを示した表１となる図表である。

【図６】本発明の回転電機におけるボビン巻き巻線の斜
視図である。

【図７】本発明の回転電機における固定子磁極に挿入さ
れるインシュレータの斜視図である。

【図８】本発明の回転電機における固定子磁極の溝に挿
入される楔の斜視図である。

【図９】本発明の回転電機の電動機用固定子巻線の直列
接続図である。

【図１０】本発明の回転電機の発電機用固定子巻線の直
列接続図である。

【図１１】本発明の回転電機の固定子巻線の他の実施例
を示す直列接続図である。

【図１２】本発明の回転電機の電動機用固定子巻線の並
列接続図である。

【図１３】本発明の回転電機の発電機用固定子巻線の並
列接続図である。

【図１４】本発明の回転電機の電動機用単独機の固定子
巻線と発電機用単独機の固定子巻線を直列及び並列に接
続して一相を形成した接続図である。

【図１５】本発明の回転電機における固定子鉄心の磁極
に合成樹脂等の皮膜を付着させた状態を示す横断面図で
ある。

【図１６】本発明の回転電機における固定子磁極におい
て、ストレート形状の磁極と先端にポールシューを形成
した磁極とを交互に配置した固定子鉄心の横断面図であ
る。

【図１７】電動機用巻線と発電機用巻線の線径と巻数の
関係を示す表２となる図表である。

【図１８】本発明の回転電機における固定子磁極の溝に
挿入される他の構成例の楔の斜視図である。

【図１９】従来の回転電機における固定子鉄心の横断面
図である。

【符号の説明】

１：永久磁石回転電機 ２：固定子 ３：回転子 ４：固定子鉄心 ５：固定子巻線 ５ａ：電動機用固定子巻線 ５ｂ：発電機用固定子巻線 １３、１３′：楔 ２１：永久磁石回転子 ２２：回転子鉄心 ４０：固定子鉄心ヨーク ４１：固定子磁極 ４２ａ、４２ｂ：固定子磁極溝 ５１〜６２：固定子磁極番号 ５１ａ〜５２ａ：固定子巻線番号 ７０：スロット ７０ａ：スロット底部

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１０年４月２７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図６】

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１５】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 仁 群馬県桐生市相生町３−93番地 日本サー ボ株式会社桐生工場内 (72)発明者 阿部 慶一 群馬県桐生市相生町３−93番地 日本サー ボ株式会社研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円環状ヨークに放射状に配置された複数
   個の固定子磁極を備えた固定子鉄心の固定子磁極に夫々
   巻線を巻装した固定子と、該固定子に空隙を介して回転
   自在に保持された複数個の磁極を有する永久磁石を備え
   た回転子とを備えた集中巻固定子を有する回転電機にお
   いて、 固定子鉄心の磁極はその幅が全長に亘り一定であるスト
   レート形状で、その先端近傍の両側のほぼ対称の位置に
   小溝を設け、隣接した磁極とヨークで画定されるスロッ
   トの底部が三角形状に形成され、前記固定子磁極に所定
   数の巻数を巻いた巻線を、前記磁極に嵌着可能に成型し
   た固定子巻線を絶縁物を介して装着し、前記固定子磁極
   に設けた小溝に楔を嵌着したことを特徴とする集中巻固
   定子を有する永久磁石回転電機。
2. 【請求項２】 固定子磁極の半数に電動機用巻線を一つ
   おきに配置し、同様に残りの半数の固定子磁極に発電用
   巻線を配置したことを特徴とする請求項１に記載の集中
   巻固定子を有する永久磁石回転電機。
3. 【請求項３】 電動機用巻線と発電用巻線の巻数を異な
   るようにしたことを特徴とする請求項２に記載の集中巻
   固定子を有する永久磁石回転電機。
4. 【請求項４】 固定子の磁極数Ｍと回転子の永久磁石の
   磁極数Ｐとの関係を、(２／３)＜(Ｐ／Ｍ)＜(４／３)
   で、かつＰ≠Ｍとなるようにしたことを特徴とする請求
   項１乃至３のいずれかに記載の集中巻固定子を有する永
   久磁石回転電機。
5. 【請求項５】 固定子の磁極数Ｍと回転子の永久磁石の
   磁極数Ｐとの関係を、Ｍ：Ｐ＝６ｎ：(６ｎ±２)となる
   ようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか
   に記載の集中巻固定子を有する永久磁石回転電機（但
   し、ｎは２以上の整数である）。