WO2003100949A1

WO2003100949A1 - Moteur-generateur

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Publication number: WO2003100949A1
Application number: PCT/JP2003/006565
Authority: WO
Inventors: Naoyuki Kadoya; Yasuhiro Kondo; Satoshi Tamaki
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2002-05-29
Filing date: 2003-05-26
Publication date: 2003-12-04
Also published as: US6909216B2; EP1508955A1; KR20040105698A; EP1508955A4; AU2003241781A1; CN1579042A; US20050029890A1

Description

明細書モータジエネレ一夕技術分野

本発明は、 PEV(Pure Electric Vehicle:純粋電気自動車）や、 H E V (Hybrid Electric Vehicle：ハイブリッド電気自動車）、 F CEV (Fuel Cell Electric Vehicle:燃料電池自動車）等の電気自動車に好適なモー夕ジェネレータに関するものである。背景技

従来、エンジンと電気モー夕を駆動部とするハイブリッド電気自動車には、電気モ一夕駆動のための高電圧系バッテリと、ランプ、オーディオ等の補機用低電圧系バッテリの 2種を備えている。車両に搭載されるバッテリは、メンテナンスを考慮し、バッテリの充電は車両に搭載されたモー夕ジェネレー夕で充電する構成を採用している。

図 16に従来のハイブリッド電気自動車の構成を示す。 8はエンジン、 9は電気モー夕で、 10の動力切替機構を介してタイヤにエンジンもしくは電気モ一夕あるいはエンジンと電気モー夕両方の動力を伝達している。電気モー夕 9は高電圧バッテリ 70から、電力変換装置 30を介して制御される。 80はオルタネー夕でエンジン回転により、低電圧バッテリ 90を充電するシステム構成をとつている。高電圧バッテリの充電は、電気モー夕 9を発電機として動作させ、電力変換装置 30を介して高電圧バッテリ 70を充電する仕組みを採用している。

また、図 17は別の従来のハイブリッド電気自動車の構成図である。図 16と異なるのは、低電圧バッテリ 90を充電するには、オル夕ネー夕 80ではなく、高電圧バッテリ 70から DC— D Cコンバータ 100を介して充電する構成をとつている点である（「T 0 YO T A E ST IMA HYBR I D 新型車解説書品番 6 1 9 9 4」，トヨ夕自動車株式会社サービス部， 2 0 0 1年 6月発行， p 0 — 9， p 1 - 3 1参照）。

なお、モー夕ジェネレータに関しては、界磁卷線方式のモー夕ジェネレータが数多く提案されており、高電圧系バッテリに接続される卷線と低電圧系バッテリに接続される卷線との 2つの卷線を有したものが知られている（特開平 6— 1 0 5 5 1 2号公報（第 1頁、第 3頁、図 1 ) 参照）。

上述のような従来の電気自動車駆動システムの場合、メインの高圧系と補機用の低圧系とモー夕ジェネレータを 2種類備えるか、もしくは 1種のモー夕ジエネレー夕に D C /D Cコンバータを別途備える必要がある。従って、取付けスぺースが大きくなるほか、コストが高くなるといった問題がある。

さらに界磁卷線方式で 2卷線で構成した場合、車両の動力用とし卷線を卷回した場合、モー夕ジエネレ一夕の体格が非常に大きくなり、車両に搭載できないといった問題がある。さらに、界磁卷線方式のため、それそれの卷線を同時に制御することは難しいという問題も有していた。

そこで、本発明は、磁石界磁方式で、 2種類のモー夕ジェネレータを一体化して、省スペース、低コストな電気自動車駆動システムを提供することを目的とするものである。発明の開示

この目的を達成するために、本発明のモータジェネレータは、複数の永久磁石を保持した口一夕と、複数のティースを有するステ一夕とを備え、前記複数のティースに別々に卷回されてなる、互いに機械的、電気的に独立した構成の卷線群を 2つ以上有することを特徴としている。そして、前記複数のティースは第 1のティースと第 2のティースとに区分され、前記複数の卷線群は第 1の卷線群と第 2の卷線群とに区分され、前記第 1の卷線群を卷回した前記複数の第 1のティース複数個を構成したグループが前記ステ一夕全体において複数グループ設けられている。さらに、同じグループ内にある前記複数の第 1のティースには、同相の電圧が印加される第 1の卷線群が、隣接するものとは卷回方向が互いに逆方向となるようにそれそれ卷回され、隣接する前記複数のグループにはそれそれ異相の電圧が印加されるとともに、グループとグループの間には前記第 2の卷線群を卷回した前記第 2のティースが配置されている。

このとき、第 2の卷線群の卷線仕様を第 1の巻線群の卷線仕様とは相違なる仕様とし、夕一ン数を第 1の巻線群よりも少なくすることによって、第 2の卷線群における回生時の発電電圧を第 1の卷線群における回生時の発電電圧よりも低くすることができる。よって、例えば、定格回転時において発生する発電電圧を、第 1の卷線群では高圧系の高電圧バッテリの電圧とし、第 2の卷線群では低圧系の低電圧バッテリの電圧とするようにできる。従って、従来のように高電圧バッテリのためのモー夕ジェネレ一夕の他に、低電圧バッテリのための別のモー夕ジエネレー夕を備える必要がなく、 1種の電圧のみを回生時に発電するモ一夕ジェネレ一夕に、 D C /D Cコンバータを別途備える必要もなくなる。

また、高電圧バッテリによって第 1の卷線群の方でカ行をし、モー夕ジエネレ —夕を駆動させ、第 2の卷線群の方で回生をし、低電圧バッテリを充電することも可能である。

また、前記 2つ以上の卷線群を有するモ一夕ジェネレータであって、各々独立した電力変換装置のうち少なくとも 2つの電力変換装置が、スィツチング素子で構成されたィンバ一夕と、前記ィンバ一夕のスィツチング素子を駆動するゲートドライブ回路と、前記インバ一夕を制御する制御部と、モー夕電流を検出する電流検出センサと、モータの磁極位置を検出する磁極位置検出センサと、電源部とを備え、前記少なくとも 2つの電力変換装置が、前記制御部と前記磁極位置検出センサと前記電源部とを共有する。

また、低電圧卷線の発電電圧を最高回転時に定格電圧となるよう設定し、かつ各々の卷線の出力端に接続された電力変換装置を昇圧モードで駆動させる。また、低電圧巻線の発電電圧を最高回転数の略半分の回転数時に定格電圧となるよう設定し、かつ各々の卷線の出力端に接続された電力変換装置を弱め界磁と強め界磁とを切り替えて駆動させる。

さらに、磁石からの磁路形成部に卷線される制御卷線によって、少なくとも 1 つの卷線群の出力端に発生する発電電圧を制御する。

さらには、第 1の卷線群でモー夕の回転数を可変し、第 2の卷線群の出力端に発生する発電電圧を制御する。

なお、本発明のモー夕ジェネレータは、永久磁石埋込型のロー夕を用いており、その構造上逆突極性を具備しているので、通電する電流の電流位相を進角させることによって、マグネットトルクに加えて、リラクタンストルクを発生させることができ、より高トルクなモー夕ジェネレータとしている。すなわち、同一出力のモータジェネレータでは、より小型化することができる。

さらに、 1つ 1つの卷線を集中卷の卷線としており、コイルエンドを分布巻のものに比べて大幅に小さくすることが可能であり、モー夕ジェネレータをより小型化することができる。

また、本発明モ一夕ジェネレータの第 1の卷線群に発生する電圧については、 U · V · W相のそれそれのグループ内においてその卷線仕様が、隣接する第 1のティースと互いに異なる極性となるよう卷回されているので、磁界分布の偏重を緩和することができ、モー夕ジエネレー夕駆動時に主卷線に誘起される逆起電圧の波形の歪を低減することができる。このため、ステ一夕コアや口一夕コアにおける鉄損を低減することができ、また、口一夕コア中の永久磁石についても、渦電流の発生が抑えられるため、それによる熱発生が軽減され、永久磁石の減磁を抑止することができ、効率のよいモ一夕ジェネレータを実現することができる。さらに、本発明のモー夕ジェネレータにおいて、前記複数のグループが、それそれ第 1の巻線群を卷回した n個（ただし、 n≥2の整数）の第 1のティースにて構成されており、さらに前記ロー夕の極数を p、前記第 1のティースの総数を tとし、 U · V · Wの 3相の第 1の卷線群 1式を 1組とした卷線組数を s (ただし、 p、 t、 sはともに正の整数）としたときに、

p = 2 X s X ( ± 1 + 3 x k ) かつ p > t (ただし、 k 0の整数）となる関係を満たす構成とすることで、前記第 1の卷線群にて構成される各グループ内において隣接する前記複数の第 1のティースのそれそれの巻線が互いに異なる極性となり、磁界分布の偏重を緩和することができ、モー夕ジェネレータ駆動時の第 1の卷線群の端子間発生電圧波形の歪を低減することができる。したがつて、鉄損の発生を抑制することができ、モー夕ジェネレータの効率を向上させることができる。

さらに、本発明のモ一夕ジェネレータにおいて、上記に基づき口一夕極数を 1 0 q極、前記第 1のティース同士の間に形成されるスロット総数を 9 q個、前記第 2のティース同士の間に形成されるスロヅト総数を 3 q個として（ただし何れも、 q二正の整数）、前記第 1のティースのロー夕対向部角度を 0 1 [ r a d ]、前記第 2のティースの口一夕対向部角度を < 2 [ r a d ] とした場合に、

7Γ/ 1 0 q < 0 1 < 7Τ/ 5 q および

の関係を満たすことを構成とすることによって、磁束が飽和も少なくより流れやすくなり、トルクがより向上し、一方、巻線に誘起される逆起電圧の波形歪も低減することができ、鉄損を低減し、かつ、永久磁石での渦電流による発熱も抑えて永久磁石の減磁を抑止することができ、モー夕ジェネレータの効率を向上させることができる。

さらにまた本発明のモ一夕ジエネレー夕において、前記口一夕のステ一夕対向面に対向する、前記複数の第 1のティースの先端部の周方向端部の近傍に、前記ロー夕のステ一夕対向面から離れるように、切除部がそれそれ設けられた構成とする。このような構成とすることによって、それそれのティースにおいて急激な磁界変化を緩和することができ、モー夕ジェネレータ駆動時に卷線に発生する逆起電圧の波形を一層正弦波に近づけることが可能となり、トルクリップルおよびコギングトルクを低減させることができる。

本発明のモー夕ジェネレータにおいて、さらにまた、前記第 1の卷線群を卷回した前記第 1のティースにて構成されるそれそれのグループにおいて、グループ内の 1つ以上の第 1のティースの先端部に、 1つ以上の凹部を設けた構成とする。また、凹部の形状をほぼ矩形状あるいは円弧状とする。無論、それ以外の形状としてもよい。

この構成によって、第 1のティースの先端部における磁極が、見掛け上 S極， N極， S極というように細分化されるため、高トルクが得られるとともに、トルクリップルを小さく抑えることができる。

同様に前記第 2の巻線群を卷回した前記第 2のティ一スの先端部に、 1つ以上の凹部を設けた構成とすることもできる。また、前記第 1の卷線群を卷回した前記複数の第 1のティースにて構成されたグループとグループの間に、前記複数の第 2のティースがロー夕の磁極ピッチに合つた間隔で設けられた構成、あるいは、前記第 1の卷線群を卷回した前記複数の第 1のティースにて構成されたグループとグループの間に、前記第 2の卷線群を卷回した前記複数の第 2のティ一スが等間隔に配置された構成として、第 1のティースを多ティース化することで、磁束を有効に活用することができ、高トルク化すなわち高出力化することが可能となる。

さらにまた本発明のモータジェネレータにおいて、前記ロー夕を、前記複数の永久磁石と、前記永久磁石とほぼ同じ形状を有し、かつ、前記永久磁石の厚さより小さな幅を有する複数のスリッ卜が前記複数の永久磁石のステ一夕側とは反対側に設けられた口一夕コアとからなる構成とする。

この構成によって、スリット部において永久磁石により生じる磁束を通過させにくくし、すなわち磁気抵抗を高め、磁気抵抗の低いところとの差をより大きくし、より大きなリラクタンストルクを生じさせることになり、発生トルクを向上させることができる。

さらにまた本発明のモー夕ジェネレータにおいて、前記ロー夕に備えられる前記複数の永久磁石のそれそれのステ一夕側側面と前記口一夕のステ一夕対向面との間の距離が、前記複数の永久磁石のそれそれの端部よりも中央部の方が大きい形状となる構成として、前記ロータを構成する前記複数の永久磁石の形状を、前記口一夕の前記ステ一夕対向面側とは反対の方向に突出したほぼ V字状としたり、前記ロー夕の半径方向に垂直な直線状としたり、前記ロータのステ一夕対向面側とは反対の方向に突出した円弧状としたりするほか、前記ロー夕の半径よりも大きな半径を有して前記口一夕のステ一夕対向面側に突出した円弧状とすることもできる。

この構成によって、ロー夕のステ一夕対向部において磁束の通りやすい部分と通りにくい部分、すなわち磁気抵抗の比較的低い部分とそれに比べて磁気抵抗の高い部分とを設けることによって、リラクタンストルクを発生させることができ、発生トルクを向上することができる。

また、本発明のモータジェネレータを用いた電気自動車を構成することで、従来のように高圧系と低圧系の 2種類のモー夕ジェネレータを備える必要や、 1種の電圧のみを回生時に発電するモ一夕ジェネレータに D C/D Cコンバータを別途備える必要がないので、省スペースでかつ低コス卜な電気自動車駆動システムを構成することができ、従って、低コストで、車室内をより広く活用することのできる電気自動車を提供することができる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施の形態 1におけるモータジェネレータ主要部を説明するための主要部概略断面図であり、

図 2は、同実施の形態における卷線の卷回方向を説明するための概略展開図であり、

図 3は、同実施の形態における各卷線群同士の結線状態を示す結線図であり、図 4は、ティース数の組み合わせの一例を示すモー夕ジヱネレ一夕の主要部概略断面図であり、

図 5は、本発明の実施の形態 2におけるモータジェネレータ主要部を説明するための主要部概略断面図であり、

図 6は、同実施の形態におけるステ一夕コアを説明するための部分拡大図であ、

図 7 Aは、本発明の実施の形態 3におけるステ一夕コアを説明するための概略断面図であり、図 7 Bは、同実施の形態における凹部の形成方法の一例を示す部分図であり、図 7 Cは、同実施の形態における凹部の形状の一例を示す部分図であり、

図 8 Aは、本発明の実施の形態 4における永久磁石の形状の一例を説明するためのロータの概略断面図であり、図 8 Bは、同実施の形態における永久磁石の別の形状を説明するためのロー夕の概略断面図であり、図 8 Cは、同実施の形態における永久磁石のさらに別の形状を説明するためのロータの概略断面図であり、図 8 Dは、同実施の形態におけるロー夕コアの形状の一例を示す口一夕の概略断面図であり、

図 9は、本発明の実施の形態 5におけるァゥ夕口一夕型モ一夕ジェネレータを説明するための主要部概略断面図であり、

図 1 0は、本発明の実施の形態 6におけるハイブリツド自動車の構成を示す概略図であり、

図 1 1は、同実施の形態における別のハイブリッド自動車の構成を示す概略図であり、

図 1 2は、本発明の実施の形態 7におけるハイブリツド自動車の構成を示す概略図であり、

図 1 3は、同実施の形態における電力変換装置の構成を示すブロック図であり、図 1 4は、本発明の実施の形態 8における電力変換装置の構成を示すプロック図であり、

図 1 5は、本発明の実施の形態 1 0における各卷線群の接続状態を示すプロック図であり、

図 1 6は、モ一夕ジヱネレー夕を搭載した従来のハイブリッド自動車の構成を示す概略図であり、

図 1 7は、モー夕ジェネレータと D C— D Cコンパ一夕を搭載した従来のハイプリッド自動車の構成を示す概略図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

(実施の形態 1 )

図 1〜図 3は、本発明の実施の形態 1のモー夕ジェネレータを説明するための図であり、図 1はモー夕主要部を説明するための回転中心軸に垂直な面で断面にした主要部断面図、図 2は第 1の卷線群のティースに卷回される卷線の卷回方向を説明する展開図、図 3は第 1および第 2の卷線群のそれそれの結線状態を表す結線図である。

図 1において、電磁鋼板を積層して構成したステ一夕コア 1は、第 1の卷線群 4を卷回したティース 2と第 2の卷線群 5を卷回したティース 3とを具備している。一方、電磁鋼板を積層して構成したロータコア 6に永久磁石 7が埋め込まれており、ロー夕を構成しており、回転中心 0の周りに自由に回転可能な状態で第 1および第 2のティース 2 , 3と僅かなギャップを介して配置されている。このとき、永久磁石 7の向きは、それそれ隣り合うものと異なる磁界方向を向くようにそれそれ配置されている。

そして、第 1の卷線群 4を卷回した第 1のティース 2は全部で 9個あるが、 U 相の電圧が印加されるグループ I、 V相の電圧が印加されるグループ II、 W相の電圧が印加されるグループ IIIに分けられており、各グループ I , II， IIIにはそれそれ 3個の第 1のティース 2が設けられている。また、各グループ I , II , IIIの間には、第 2の卷線群 5を卷回した第 2のティース 3が設けられている。図 2において、各グループにおける第 1の卷線群 4の卷回方向を示す。グループ内両端に位置する第 1のティース 2に卷回される第 1の卷線群 4の卷回方向 2 1に対して、グループ内真中の第 1のティース 2に卷回される第 1の卷線群 4の卷回方向 2 2が逆方向になるようにしている。すなわち、各グループ I， II， III内の第 1 のティース 2に巻かれる第 1の卷線群 4の卷回方向は、その属するグループ内において、隣接する第 1のティース 2とは互いに逆方向になるように第 1の卷線群 4が卷回され、隣接する第 1のティース 2の第 1の卷線群の極性が互いに反転するようになっている。それそれの第 1のティース 2に対する第 1の卷線群 4は直列に接続されているが、並列に接続することも可能である。同様に、他のグループのそれそれの第 1のティース 2に対しても同じ方法で第 1の卷線群 4が卷回され、各グループは各々 U相， V相および W相の 3相卷線を形成し、電気角で 12 0度の位相差で配置されており、スター結線がなされている。よって、 U相， V 相， W相それそれのグループ I , II， III内において、互いに隣接する第 1のティ —ス 2が互いに異なる極性となっているため、磁界分布の偏重を緩和することができ、モ一夕駆動時に端子間に発生する逆起電圧の波形の歪を低減することができ、したがって、鉄損を低減することができる。

本実施の形態 1においては、各グループ I， II， IIIはそれそれ第 1の卷線群 4 を卷回した第 1のティース 2を 3個ずつ備え（つまり、第 1のティース 2が 3叉となり）、 U相 · V相' W相の巻線一式を 1組とした卷線組数が 1組となっている。上記構成において、 1つのグループ内における第 1のティース 2の数（叉数）を n (ただし、 n≥2の整数)、卷線組数を s (ただし、 s≥ lの整数）、第 1のティース 2の総本数を t、口一夕の極数を pとすると、

p= 2 X s (± 1 + 3 xk) ただし p> t · ' · (1) の関係が成り立つ。

上記（1) 式を用いると、本実施の形態 1の口一夕極数 ρは、

= 2 1 (- 1 + 3 xk)

となり、 k= 2とすると、

p = 2 1 (- 1 + 3 2)

= 10

となる。このときのロータ極数 pと、第 1の卷線群 4を卷回した第 1のティース 2の総本数 tとの関係が

p (= 10) > t (=9) となることから、本実施の形態 1のモ一夕ジェネレータは上記（ 1 ) 式を満たす構成であることがわかる。

ここで、第 1の卷線群 4を卷回した第 1のティース 2の 1個あたりの角度は、 1 0極ロータの磁極 1個分の角度に合わせて 3 6度としている。従って、各グループ内には第 1のティース 2が 3個並んでいるので、グループ 1つで 1 0 8度となり、それそれのグループの間には 1 2度の隙間ができることになる。そこで、この隙間に第 2の卷線群 5を卷回した第 2のティース 3を配置した構成としているが、第 1の卷線群 4によるモー夕基本特性の低下は特に起こらない。

第 2の卷線群 5は、第 1の卷線群 4の各相の間に電気角で 1 2 0度の位相差で配置され、スター結線がなされており、第 1の卷線群 4とは独立した状態で、こちらも 3相卷線を形成している。しかし、その卷線仕様は第 1の巻線群 4とは相違なる仕様とし、ターン数を第 1の卷線群 4よりも少なくし、例えば、第 1の巻線群 4のターン数を 2 8 8ターン、第 2の卷線群 5のターン数を 1 2ターンとし、それそれの出力は第 1の卷線群 4においては 1 0〜3 O k W、第 2の卷線群 5においては 1〜3 k Wとなるように設定する。

なお、本実施の形態 1における、第 1の卷線群 4および第 2の卷線群 5の結線状態を図 3に示す。図 3において、 1 5 u · 1 5 V · 1 5 wはそれそれ第 1の卷線群 4の U · V · W相の各出力点であり、 1 5 r · 1 5 s · 1 5 tはそれそれ第 2の卷線群 5の U · V · W相の各出力点である。第 1の卷線群 4は、第 1の卷線群 4同士が配線 1 7 aで接続され、第 2の卷線群 5は、第 2の卷線群 5同士が配線 1 7 bで接続されていることにより、第 1の卷線群 4と第 2の卷線群 5はそれそれ機械的にも電気的にも独立した構成となっている。なお図中の 1 6 a、 1 6 bは各中性点を示す。

このような構成とすることにより、高電圧バッテリによって第 1の卷線群 4の方でカ行をし（電圧を印可して）、モー夕ジェネレータを駆動させ、第 2の卷線群 5の方で回生をし（電圧を発生させ）、低電圧バッテリを充電することも可能であ o ここで、第 2の卷線群 5は第 1の卷線群 4と比較して、卷線を卷回した第 2のティース 3の数が少なく設定されているが、第 1の卷線群 4と比較して出力が小さいので、発電特性は十分確保できる。

また、第 1の卷線群 4と第 2の卷線群 5の双方を回生用としたときにも、回生時の発電電圧が第 1の卷線群 4で高電圧の場合でも、第 2の卷線群 5の方は低電圧にすることができ、例えば、定格回転時において発生する発電電圧を、第 1の卷線群 4では高圧系の高電圧バッテリの電圧とし、第 2の巻線群 5を低圧系の低電圧バッテリの電圧とするようにできる。従って、従来のように低電圧バッテリのためのモ一夕ジェネレータを別途備える必要や、モー夕ジェネレータに加え D C/D Cコンパ一夕を別途備える必要がない。

また、第 2の卷線群 5を卷回した第 2のティース 3のティース幅を適切な幅に設定することで、第 2のティース 3内の磁束がある程度まで大きくなると、磁気飽和により磁束量が抑えられるので、高速回転時でも第 2の卷線群 5に発生する発電電圧を低く抑えることができる。

さらに、より高速回転の時でも、第 1の卷線群 4の方で弱め界磁制御をすることにより、第 1の巻線群 4の電圧を高圧系の高電圧バッテリの許容電圧まで抑えるとともに、第 2の卷線群 5の電圧を低電圧バッテリの許容電圧まで抑えることも可能である。

なお、本実施の形態 1においては、ロー夕極数（P ) が 1 0極、第 1の卷線群 4を卷回した第 1のティース総本数（ t ) が 9 (すなわち、 9個のスロット）、第 2の卷線群 5を卷回した第 2のティース総本数が 3の場合で説明したが、本発明はその場合に限るものではなく、第 1のティース総本数（t )と口一夕の極数（p ) の組み合わせは、後述の表 1の組み合わせの構成をとってもよい。

さらに、第 1の卷線群 4を卷回した第 1のティース 2にて構成される各グループ I， II , III間の隙間に設ける第 2の卷線群 5を卷回した第 2のティース 3の数を、本実施の形態 1の構成にて説明したような 1個とすることに限らず、複数個備えた構成とする組み合わせも考えられる。その際、第 1のティース 2同士のピツチを磁石ピッチに合わせるとともに、第 2のティース 3同士のピッチも磁石ビツチに合わせることも可能であるが、この構成の場合には、互いに隣接し合う第 1のティース 2と第 2のティース 3との間隔が、必ずしも磁石ピッチと同一のピツチになるとは限らない。あるいは、第 1のティース 2同士の間隔、第 2のティース同士の間隔、および隣接し合う第 1のティース 2と第 2のティース 3との間隔の全てを等間隔に分割することも可能である。

第 1の巻線群 4を卷回した第 1のティース 2総本数（t ) と、第 2の卷線群 5 を卷回した第 2のティース 3の総本数と、磁石極数（p ) との組み合わせは、第 1の卷線群 4における電力と、第 2の卷線群における電力とのバランスに応じて、最適な組み合わせを設計すればよい。なお、組み合わせの一例を表 1に示す。

(表 1 )

図 4は、第 1のティース 2をそれそれ 5個備えたグループ I , II , ΙΠの間に、それそれ 2個の第 2のティース 3が設けられた構成の、第 1および第 2のティ一ス 2 , 3全てが等間隔のピッチに分割されたモ一夕ジェネレータの主要部概略断面図である。なお、この図 4においては、第 1および第 2の卷線群は省略されているが、上述の構成のモータジェネレータと同様に、 U相の電圧が印可されるグループと V相の電圧が印可されるグループと W相の電圧が印可されるグループとに分けられており、第 1の巻線群と第 2の卷線群は機械的にも電気的にも独立した構成となっている。ここで図示した構成は、上記表 1における No. 15の組み合わせであるが、磁石の極数（p) を大きくした結果、各グループ間の隙間が大きくなり、第 2のティ一ス 3を設けるためのスペースを大きく取れることがわかる。

本実施の形態 1において、ロー夕極数は 10極であり、第 1の卷線群 4を卷回した第 1のティース 2同士の間に形成されるスロヅト総数は 9個（すなわち第 1 のティースの総本数）であり、第 2の卷線群 5を卷回した第 2のティース 3同士の間に形成されるスロット総数は 3個（すなわち第 2のティースの総本数）である。

この構成をさらに検討した結果、ロー夕極数を 10 q極、第 1のティース 2同士の間に形成されるスロット総数を 9 q個、第 2のティース 3同士の間に形成されるスロヅト総数を 3 q個として（ただし何れも、 q=正の整数）、第 1のティース 2のロー夕対向部角度を 01 [r ad]、第 2のティース 3の口一夕対向部角度を 02 [r ad] とした場合に、

ττ/45 q<6» 2< 7T/10 q - - · ( 2 ) となる関係を満足するように設定すれば、磁束が飽和も少なくより流れやすくなり、トルクがより向上するほか、巻線に誘起される逆起電圧の波形歪も低減することができ、鉄損を低減し、かつ、永久磁石での渦電流による発熱も抑えて永久磁石の減磁を抑止することができ、モ一夕ジヱネレー夕の効率を向上させることができる。

(実施の形態 2) 図 5〜図 6は、本発明の実施の形態 2のモー夕ジエネレー夕を説明するための図であり、図 5は回転中心軸に垂直な面で断面にしたステ一夕コアとその内周面に対向する口一夕の概略断面図、図 6はステ一夕コアを構成するティース形状を説明するためのステ一夕コアの部分拡大図である。

図 5に示すように、前述の実施の形態 1と同様に、ステ一夕コア 3 1は、第 1 の卷線群 3 4を卷回した第 1のティース 3 2と、第 2の卷線群 3 5を卷回した第 2のティース 3 3とを具備している。第 1の卷線群 3 4を卷回した第 1のティ一ス 3 2は全部で 9個あるが、 U相の電圧が印可されるグループ I、 V相の電圧が印可されるグループ II、 W相の電圧が印可されるグループ IIIに分けられており、各グループ I， II， IIIの間には、第 2の卷線群 3 5を卷回した第 2のティース 3 3が設けられている。また、前述の実施の形態 1と同様に、各グループ I， II， IIIの第 1のティース 3 2に卷回される第 1の卷線群 3 4の卷回方向は、その属するグループ内において、隣接する第 1のティース 3 2とは互いに逆方向になるように第 1の卷線群 3 4が卷回され、隣接する第 1のティース 3 2の第 1の卷線群の極性が互いに反転するようになっている。このとき、それそれの第 1のティ一ス 3 2に対する第 1の卷線群 3 4は直列に接続されているが、並列に接続することも可能である。同様に、他のグループのそれそれの第 1のティース 3 2に対しても同じ方法で第 1の巻線群 3 4が卷回され、各グループは各々 U相， V相および W相の 3相卷線を形成し、電気角で 1 2 0度の位相差で配置されており、ス夕 —結線がなされている。そして、永久磁石埋込型ロー夕 3 6が回転中心 0の周りに自由に回転可能な状態で第 1および第 2のティースと僅かなギヤップを介して配置されている。なお、このとき、永久磁石 7の向きはそれそれ隣り合うものと異なる磁界方向を向くようにそれそれ配置されている。

そして、前述の実施の形態 1と同様に、口一夕極数を 1 O m極、第 1のティース 3 2同士の間に形成されるスロット総数を 9 m個、第 2のティース 3 3同士の間に形成されるスロット総数を 3 m個として（ただし何れも、 m =正の整数）、第 1のティース 3 2の口一夕対向部角度を 0 1 [ r a d ]、第 2のティース 3 3の口 —夕対向部角度を 0 2 [ r a d ] とした場合に、前述の（2 ) 式を満足するように設定されている。

図 6は、図 5の第 1のティース 3 2の部分拡大図であり、図 6について説明する。ステ一夕コア 3 1を構成する第 1のティース 3 2の先端部 4 1のそれそれの周方向端部において、ロー夕 3 6のステ一夕対向面 4 2に対向する第 1のティース 3 2の先端部 4 1のロー夕対向面が、それそれの周方向端部の近傍で口一夕 3 6のステ一夕対向面 4 2から離れるような切除部 4 3， 4 4を有する形状に形成されている。なお、切除部 4 3と切除部 4 4のそれそれの大きさはほぼ同等になるように形成するのがよい。

本実施の形態 2においては、第 1のティース 3 2のすベて先端部が同様な形状を有するように形成されてステ一夕コア 3 1を構成している。第 1のティース 3 2のそれそれの先端部をこのような形状にすることにより、それそれの第 1のティース 3 2における急激な磁界変化を緩和することができるため、逆起電圧の波形を一層正弦波に近づけることになり、トルクリップルおよびコギングトルクを低減させる。

以上のように本実施の形態 2によれば、第 1のティースの先端部の口一夕対向面が、その先端部のそれそれの周方向端部近傍において口一夕 3 6のステ一夕対向面から離れるような形状を有するように形成することによって、それそれの第 1 のティース 3 2における急激な磁界変化を緩和することができるため、高トルクを発生させることができると同時に、発生電圧の波形をより正弦波に近づけ、トルクリップルおよびコギングトルクを低減させることができ、さらに、発生電圧の歪を抑えることができ、したがって、鉄損も抑えられ、非常に効率のよいモ —夕ジェネレータを実現することができる。

このような構成とすることにより、上記実施の形態 1と同様に、高電圧バッテリによって第 1の卷線群 3 4の方でカ行をし（電圧を印可して）、モ一夕ジエネレ一夕を駆動させ、第 2の卷線群 3 5の方で回生をし（電圧を発生させ）、低電圧パッテリを充電することも可能である。ここで、第 2の巻線群 3 5は第 1の卷線群 3 4と比較して、卷線を卷回した第 2のティース 3 3の数が少なく設定されているが、第 1の卷線群 3 4と比較して出力が小さいので、発電特性は十分確保できる。

また、第 1の卷線群 3 4と第 2の卷線群 3 5の双方を回生用としたときにも、回生時の発電電圧が第 1の卷線群 3 4で高電圧の場合でも、第 2の卷線群 3 5の方は低電圧にすることができ、例えば、定格回転時において発生する発電電圧を、第 1の卷線群 3 4では高圧系の高電圧バッテリの電圧とし、第 2の卷線群 3 5を低圧系の低電圧バッテリの電圧とするようにできる。従って、従来のように低電圧バッテリのためのモー夕ジエネレー夕を別途備える必要や、モー夕ジエネレー夕に加え D C/D Cコンバータを別途備える必要がない。

また、第 2の卷線群 3 5を卷回した第 2のティース 3 3のティース幅を適切な幅に設定することで、第 2のティース 3 3内の磁束がある程度まで大きくなると、磁気飽和により磁束量が抑えられるので、高速回転時でも第 2の卷線群 3 5に発生する発電電圧を低く抑えることができる。

さらに、より高速回転の時でも、第 1の卷線群 3 4の方で弱め界磁制御をすることにより、第 1の卷線群 3 4の電圧を高圧系の高電圧バッテリの許容電圧まで抑えるとともに、第 2の卷線群 3 5の電圧を低電圧バッテリの許容電圧まで抑えることも可能である。

(実施の形態 3 )

図 7 A〜7 Cは、本発明の実施の形態 3のモ一夕を説明するための図であり、ステ一夕コアの概略上面図である。

図 7 Aに示すように、前述の実施の形態 1と同様に、ステ一夕コア 5 1は、第 1 の卷線群 5 4を卷回した第 1のティース 5 2と、第 2の卷線群 5 5を卷回した第 2のティース 5 3とを具備している。第 1の卷線群 5 4を卷回した第 1のティ —ス 5 2は全部で 9個あるが、 U相の電圧が印可されるグループ I、 V相の電圧が印可されるグループ II、 W相の電圧が印可されるグループ IIIに分けられており、各グループ I， II， IIIの間には、第 2の卷線群 5 5を卷回した第 2のティース 5 3が設けられている。また、前述の実施の形態 1と同様に、各グループ I， II， IIIの第 1のティース 5 2に卷回される第 1の卷線群 5 4の卷回方向は、その属するグループ内において、隣接する第 1のティース 5 2とは互いに逆方向になるように第 1の卷線群 5 4が卷回され、隣接する第 1のティース 5 2の第 1の卷線群の極性が互いに反転するようになっている。このとき、それそれの第 1のティ一ス 5 2に対する第 1の卷線群 5 4は直列に接続されているが、並列に接続することも可能である。同様に、他のグループのそれそれの第 1のティース 5 2に対しても同じ方法で第 1の巻線群 5 4が卷回され、各グループは各々 U相， V相および W相の 3相卷線を形成し、電気角で 1 2 0度の位相差で配置されており、ス夕 —結線がなされている。そして、永久磁石埋込型ロー夕（図示せず）が回転中心 0の周りに自由に回転可能な状態で第 1および第 2のティースと僅かなギヤップを介して配置されている。なお、このとき、永久磁石（図示せず）の向きは、前記実施の形態 1および 2と同様に、それそれ隣り合うものと異なる磁界方向を向くようにそれそれ配置されている。

そして、前述の実施の形態 1と同様に、ロー夕極数を 1 0 m極、第 1のティ一ス 5 2同士の間に形成されるスロット総数を 9 m個、第 2のティース 5 3同士の間に形成されるスロット総数を 3 m個として（ただし何れも、 m =正の整数）、第 1のティース 5 2のロー夕対向部角度を 6> 1 [ r a d ]、第 2のティース 5 3の口一夕対向部角度を 0 2 [ r a d ] とした場合に、前述の（ 2 ) 式を満足するように設定されている。

ここで、第 1のティース 5 2の先端部の形状について詳細を説明する。各グル —プ I , II， IIIの中央部にある第 1のティース 5 2の先端部の口一夕（図示せず）に対向する面に、その口一夕対向面の周方向の長さが概略 3等分されるような形でほぼ矩形形状の凹部 5 6が、略 3等分された対向面の中央部分に形成されている。第 1のティース 5 2に凹部 5 6を形成することによって、第 1のティース 5 2に巻かれた第 1の卷線群 5 4によって第 1のティース 5 2がたとえば S極に励磁されたとき、凹部 5 6は見掛け上 N極であるかのように振舞う。したがって、凹部 5 6によって第 1のティース 5 2の先端部における磁極が、見掛け上 S極， N極および S極に細分化されたものとなる。他のグループのそれそれ中央部にある第 1のティ一ス 5 2にも同様の凹部が形成されており、それそれについても、それら第 1のティースの先端部における磁極が見掛け上 S極， N極， S極に細分化される。これによつて、高トルクを発生させると同時に、トルクリップルを小さく抑えることができる。

なお、凹部の数は 1個に限ることはなく、図 7 Bに示すように、第 1のティース 5 7の先端部に 2個の凹部 5 8 a , 5 8 bを形成してもよいし、さらに、 3個以上であってもよい。また、凹部の形状は、矩形形状に限るものではなく、図 7 Cに示すように、たとえば円弧状の凹部 5 9であってもよく、当然複数個の円弧状凹部でもよい。また、凹部が形成される第 1のティース 5 2は、それそれのグループの中央部に位置するものだけに限ることはなく、 1つのグループ内の他の第 1のティース 5 2に同様の凹部を設けた構成としてもよいし、第 1のティースのみならず、第 2のティースの先端部にも同様に凹部を設けた構成としてもよい。また、前述の実施の形態 2における、第 1のティース先端部の周方向端部に設けた切除部を、本実施の形態 3のそれそれの第 1のティ一ス 5 2の先端部に凹部と併せて形成することも可能である。

以上のように本実施の形態 3によれば、 3つのグループ I， II， IIIのそれそれの中央部にある第 1のティース 5 2の先端部に 1個または複数の矩形状あるいは円弧状の凹部を形成することによって、前述の実施の形態 1と同様に、マグネットトルク以外にリラクタンストルクも活用して、高トルクを発生させることができ、同時に、トルクリップルも抑えることができ、さらに、発生電圧の歪を抑えることができ、したがって、鉄損を抑え、永久磁石の減磁も抑止することができて、非常に効率のよいモー夕ジェネレータを実現することができる。

このような構成とすることにより、上記実施の形態 1ならびに実施の形態 2と同様に、高電圧バッテリによって第 1の卷線群 5 4の方でカ行をし（電圧を印可して）、モー夕ジェネレータを駆動させ、第 2の巻線群 5 5の方で回生をし（電圧を発生させ）、低電圧バッテリを充電することも可能である。

ここで、第 2の卷線群 5 5は第 1の巻線群 5 4と比較して、卷線を卷回した第 2のティース 5 3の数が少なく設定されているが、第 1の卷線群 5 4と比較して出力が小さいので、発電特性は十分確保できる。

また、第 1の卷線群 5 4と第 2の卷線群 5 5の双方を回生用としたときにも、回生時の発電電圧が第 1の巻線群 5 4で高電圧の場合でも、第 2の卷線群 5 5の方は低電圧にすることができ、例えば、定格回転時において発生する発電電圧を、第 1の卷線群 5 4では高圧系の高電圧バッテリの電圧とし、第 2の卷線群 5 5を低圧系の低電圧バッテリの電圧とするようにできる。従って、従来のように低電圧バヅテリのためのモ一夕ジェネレータを別途備える必要や、モー夕ジエネレ一夕に加え D C /D Cコンパ一夕を別途備える必要がない。

また、第 2の卷線群 5 5を卷回した第 2のティース 5 3のティース幅を適切な幅に設定することで、第 2のティース 5 3内の磁束がある程度まで大きくなると、磁気飽和により磁束量が抑えられるので、高速回転時でも第 2の卷線群 5 5に発生する発電電圧を低く抑えることができる。

さらに、より高速回転の時でも、第 1の卷線群 5 4の方で弱め界磁制御をすることにより、第 1の卷線群 5 4の電圧を高圧系の高電圧バッテリの許容電圧まで抑えるとともに、第 2の卷線群 5 5の電圧を低電圧バッテリの許容電圧まで抑えることも可能である。

(実施の形態 4 )

図 8 A〜 8 Dはそれそれ口一夕コアに埋め込まれる永久磁石の形状および口一夕コアの他の例を示す断面図である。

上記実施の形態 1〜3において、口一夕は、ロー夕コアとロー夕コアに周方向に等間隔に埋め込まれた複数のほぼ V字状の永久磁石とで構成され、ロー夕のステ一夕対向面がステ一夕のロー夕対向面（つまり第 1および第 2のティースのそれそれの先端部のロー夕対向面）に僅かなギャップを有して、回転軸中心 0の周りに回転可能な状態で配置されている。永久磁石の形状は、たとえば、図 8 Aに示すような、半径方向に垂直な直線状の永久磁石 6 1、図 8 Bに示すような、ステ一夕側とは反対側の方向に突出した円弧状の永久磁石 6 2、あるいは、図 8 Cに示すような、ステ一夕側に突出して、かつ、ロー夕コア 6 3の半径以上の半径を有する円弧状の永久磁石 6 4であってもよい。また口一夕は、図 8 Dに示すように、ロー夕コア 6 3に埋め込まれる永久磁石 6 5と、永久磁石 6 5の位置よりもステ一夕（図示せず）側とは反対側に永久磁石 6 5にほぼ同じような形状で、かつ、永久磁石 6 5の厚さより小さな幅を有するスリヅト 6 6が設けられたロー夕コア 6 3からなるように構成されてもよい。

図 8 Dに示すように、永久磁石 6 5の近傍にスリット 6 6を配設することによつて、スリット部 6 6によって磁束を通過させにくくし、 d軸インダク夕ンスを減少させて、 q軸インダク夕ンスとの差をより大きくし、より大きなリラク夕ンストルクを生じさせることになり、モ一夕としての発生トルクを増加させることができる。そして、このスリット付口一夕コア 6 3の場合においても、永久磁石の形状は、図 8 A〜図 8 Cにそれそれ示された直線状、ステ一夕側とは反対側の方向に突出した円弧状、あるいは、ステ一夕側に突出した円弧状であってもよい。以上のように本実施の形態 4によれば、ステ一夕のそれそれのティースおよびそれに卷回された第 1の卷線群を U相， V相および W相の 3グループに分け、同じグループ内の隣接する卷線の極性が異なる構成とし、さらに、口一夕のステ一夕対向面とステ一夕側側面との距離がステ一夕側側面の端部よりも中央部の方が大きくなるような形状の永久磁石が埋め込まれたロー夕の構成とすることによつて、マグネットトルク以外にリラクタンストルクも活用することになり、高トルクを発生させることができ、同時に、発生電圧の歪を抑え、したがって、鉄損を抑え、永久磁石の減磁も抑止することができ、非常に効率のよいモー夕ジエネレ —夕を実現することができる。

このような構成とすることにより、上記実施の形態 1〜実施の形態 3と同様に、高電圧バッテリによって第 1の卷線群（図示せず）の方でカ行をし（電圧を印可して）、モー夕ジヱネレ一夕を駆動させ、第 2の卷線群（図示せず）の方で回生をし（電圧を発生させ）、低電圧バッテリを充電することも可能である。

このとき、上記第 2の卷線群を卷回した第 2のティース（図示せず）の数を、上記第 1の卷線群を卷回した第 1のティース（図示せず）の数と比較して少なく設定しても、上記第 2の卷線群は上記第 1の卷線群と比較して出力が小さいので、発電特性は十分確保できる。

また、上記第 1の卷線群と上記第 2の卷線群の双方を回生用としたときにも、回生時の発電電圧が上記第 1の卷線群で高電圧の場合でも、上記第 2の卷線群の方は低電圧にすることができ、例えば、定格回転時において発生する発電電圧を、上記第 1の卷線群では高圧系の高電圧バッテリの電圧とし、上記第 2の卷線群を低圧系の低電圧バッテリの電圧とするようにできる。従って、従来のように低電圧バッテリのためのモ一夕ジヱネレー夕を別途備える必要や、モー夕ジエネレー夕に加え D C /D Cコンバータを別途備える必要がない。

また、上記第 2の卷線群を卷回した上記第 2のティースのティース幅を適切な幅に設定することで、上記第 2のティース内の磁束がある程度まで大きくなると、磁気飽和により磁束量が抑えられるので、高速回転時でも上記第 2の卷線群に発生する発電電圧を低く抑えることができる。

さらに、より高速回転の時でも、上記第 1の卷線群の方で弱め界磁制御をすることにより、上記第 1の卷線群の電圧を高圧系の高電圧バッテリの許容電圧まで抑えるとともに、上記第 2の巻線群の電圧を低電圧バッテリの許容電圧まで抑えることも可能である。

(実施の形態 5 )

また、上述の実施の形態 1〜実施の形態 3においては、口一夕がステ一夕の内側にある構造のいわゆるインナロ一夕型モー夕ジェネレータについて説明しているが、ロー夕がステ一夕の外側にあるいわゆるァゥ夕口一夕型モ一夕ジエネレ一夕の構造としてもよいのは言うまでもない。以下、図 9を用いて、永久磁石埋込型ァゥ夕口一夕型モー夕ジェネレータについて説明する。図 9において、ステ一夕は、第 1の巻線群 1 1 4を卷回した第 1のティース 1 1 2を 9個備えており、これら第 1のティース 1 1 2は 3個ずつを 1つのグループとしてステ一夕全体において合計 3つのグループが形成されている。各グループには、前述の実施の形態 1〜実施の形態 3と同様に、 1つのグループに U相の電圧が印可され、 2つ目のグループに V相の電圧が印可され、 3つ目のグループには W相の電圧が印可されるとともに、各グループ内における第 1のティース 1 1 2に卷回させる第 1の巻線群 1 1 4の卷回方向は、隣接し合うもの同士が逆方向に卷回される構成となっている。さらに、各グループ間には、第 2の卷線群 1 1 5を卷回した第 2のティース 1 1 3が形成されており、電気角で 1 2 0度の位相差で配置され、スター結線がなされている。

そしてこのステ一夕における第 1および第 2のティース 1 1 2， 1 1 3のそれそれの先端部と僅かなギャップを有して、ステ一夕の半径方向外側にほぼ V字上の形状をした永久磁石 1 1 7が埋め込まれた口一夕コア 1 1 6が設けられており、回転中心 0の周りに自由に回転可能な状態で配置されている。

このような構成のァゥ夕口一夕型モ一夕ジヱネレー夕を用いれば、上記実施の形態 1〜実施の形態 3と同様に、高電圧バッテリによって第 1の卷線群 1 1 4の方でカ行をし（電圧を印可して）、モータジェネレータを駆動させ、第 2の卷線群 1 1 5の方で回生をし（電圧を発生させ）、低電圧バッテリを充電することも可能である。

このとき、第 2の卷線群 1 1 5を卷回した第 2のティース 1 1 3の数を、第 1 の卷線群 1 1 4を卷回した第 1のティース 1 1 2の数と比較して少なく設定しても、第 2の卷線群 1 1 5は第 1の巻線群 1 1 4と比較して出力が小さいので、発電特性は十分確保できる。

また、第 1の卷線群 1 1 4と第 2の卷線群 1 1 5の双方を回生用としたときにも、回生時の発電電圧が第 1の卷線群 1 1 4で高電圧の場合でも、第 2の卷線群 1 1 5の方は低電圧にすることができ、例えば、定格回転時において発生する発電電圧を、第 1の卷線群 1 1 4では高圧系の高電圧バッテリの電圧とし、第 2の卷線群 1 1 5を低圧系の低電圧バッテリの電圧とするようにできる。従って、従来のように低電圧バッテリのためのモータジェネレータを別途備える必要や、モ —夕ジェネレータに加え D C/D Cコンバータを別途備える必要がない。

また、第 2の卷線群 1 1 5を卷回した第 2のティース 1 1 3のティース幅を適切な幅に設定することで、第 2のティース 1 1 3内の磁束がある程度まで大きくなると、磁気飽和により磁束量が抑えられるので、高速回転時でも第 2の卷線群 1 1 5に発生する発電電圧を低く抑えることができる。

さらに、より高速回転の時でも、第 1の卷線群 1 1 4の方で弱め界磁制御をすることにより、第 1の卷線群 1 1 4の電圧を高圧系の高電圧バッテリの許容電圧まで抑えるとともに、第 2の卷線群 1 1 5の電圧を低電圧バッテリの許容電圧まで抑えることも可能である。

なお、第 1のティース 1 1 2の先端部の周方向端部に上記実施の形態 2にて説明レたのと同様の切除部を設けた構成とすることも可能であり、同先端部に上記実施の形態 3にて説明したのと同様の凹部を設けることも可能である。また口一夕を、上記実施の形態 4にて説明したような直線状や円弧状といった形状の永久磁石を備えた構成としてもよい。

(実施の形態 6 )

図 1 0は本発明の実施の形態 6における、機械的，電気的に独立した構造の 2 種類の卷線を備えたモー夕ジェネレータを搭載したハイプリッド自動車の構成を示す概略図である。

図 1 0において、 8はエンジン、 1 1 0は電気モー夕で、動力切替機構 1 0を介してタイヤにエンジン 8もしくは電気モ一夕 1 1 0あるいはエンジン 8と電気モータ 1 1 0両方の動力を伝達している。電気モー夕 1 1 0は 2つの独立した卷線を有するモー夕で、当該モー夕としては既に述べた実施の形態 1〜 5に記載の各モー夕ジェネレータを用いることができる。前記機械的 ·電気的に独立した 2 種類の卷線のうち、 1つの卷線の端部は電力変換装置 1 2 1を介して高電圧バッテリ 7 0に接続されており、もう 1つの卷線の端部は電力変換装置 1 2 2を介して低電圧バッテリ 9 0に接続されているが、モ一夕の構造上、 2種類の卷線は機械的 ·電気的に独立していることから、絶縁は容易に確保できる。

1つの卷線は高電圧バッテリ 7 0に接続されており、この卷線による動力で車両を走行させる。もう 1つの卷線は低電圧バッテリ 9 0に接続されており、低電圧バッテリ 7 0を充電する発電機として制御する。

このように接続することで、モー夕で走行中であっても、低電圧バヅテリ 9 0 を充電することも可能となり、オルタネ一夕、 D C— D Cコンバータ等の別部品を用意しなくても低電圧バッテリ 9 0を充電することが可能となり、低コスト、省スペース化に寄与できる。

また、図 1 7に示す従来構成のものにあるように、高電圧バッテリ 7 0から D C _ D Cコンバータ 1 0 0を介して低電圧バッテリ 9 0を充電するシステムでは、高電圧バッテリ 7 0が何らかの原因で故障した場合、低電圧バッテリ 9 0の負荷状況によっては、低電圧バッテリ 9 0が放電されてしまい、車両の走行が不能となる可能性がある。しかしながら、本実施の形態 6によれば、高電圧系と低電圧系が独立しているため、高電圧系の故障が発生しても、安定して低電圧を供給できるため、低電圧電源のバックアップとしての機能も併せ持つことになる。

図 1 0は機械的 ·電気的に独立した卷線が 2つ（2種）の形態で説明したが、図 1 1は機械的 ·電気的に独立した卷線が 3つ（3種）の形態についての説明図である。図 1 0において、 9 0は 1 2 Vの電源、 1 3 0は 4 2 Vの電源、 7 0は 2 4 0 Vの電源であり、これらの複数の異なる電源を搭載した車両において、一番高い電圧の 2 4 0 Vは車両駆動用のモー夕としての電源、 4 2 Vはェアコン、パワーステアリング等の比較的消費電力の大きい負荷用の電源、 1 2 Vはランプ、オーディオ等の比較的消費電力の小さな負荷用の電源である。負荷容量に応じた電源を設定することで、各機器の効率の良い領域で使用することができ、機器の小型 ·軽量化につながる。

各電源に専用の発電機を搭載したのでは、その発電機の搭載スペースや重量増加となり、電源電圧を多様にもつメリットがなくなる。しかし、本実施の形態 6 によれば、発電機用のスペースを個別に確保する必要がなく、 1 2 V系、 4 2 V 系、および 2 4 0 Vを個々に充電制御することが可能となる。

ここで、機械的 '電気的に独立した 3つの卷線のうち 2つの卷線は、前述の 2 種類の卷線を備えたモ一夕の構成と同様に、ステ一夕に設けられた 2種類のティ —スに卷線を施し、残りの 1卷線を前記機械的 ·電気的に独立した 2つの卷線のうちのいずれかと重ねて卷くものとする。

(実施の形態 7 )

図 1 2は本発明の実施の形態 7における、モー夕ジェネレータを搭載したハイプリッド自動車の構成を示す概略図である。

図 1 2において、 8はエンジン、 1 1 0は電気モ一夕で、動力切替機構 1 0を介してタイヤにエンジン 8もしくは電気モー夕 1 1 0あるいはエンジン 8と電気モー夕 1 1 0両方の動力を伝達している。電気モ一夕 1 1 0は 2つの独立した巻線を有するモー夕で、当該モー夕としては既に述べた実施の形態 1〜4に記載の各モー夕ジェネレータを用いることができる。 2つの独立した卷線のうち、 1つの卷線の端部は電力変換装置 1 2 6を介して高電圧バッテリ 7 0に接続されている。もう 1つの卷線の端部は電力変換装置 1 2 7を介して低電圧バッテリ 9 0に接続されている。

図 1 2のように構成された本実施の形態 7のシステムにおいて、それそれの電力変換装置はィンバ一夕で構成されている。本システムは図 1 3に示したように、スイッチング素子で構成されたインバ一夕 1 4 1、 1 4 2と、インバー夕のスィヅチング素子を駆動するゲートドライブ回路 1 5 1、 1 5 2と、インバー夕を制御する制御部 1 6 0と、モー夕電流を検出する電流検出センサ 1 7 1、 1 7 2と、モ一夕の磁極位置を検出する位置検出センサ 1 8 0と、電源部 1 9 0とを備えている。

入出力インターフェイス 2 0 0よりモー夕への指令が入力され、モー夕に流れる電流、モー夕の磁極位置、を電流検出センサ 1 7 1 , 1 7 2、位置検出センサ 1 8 0より制御部 1 6 0へ入力し、上記各センサ入力に応じて、先の指令通りにモータを制御するための演算を制御部 160で行い、その結果をゲートドライブ回路 15 1， 152を介して、ィンバ一夕 141 , 142を構成するスィッチング素子を駆動してモー夕を制御する。制御部 160がマイクロプロセッサで構成されていれば、 2つ目以上の卷線、すなわちモー夕を制御するため、図 1 1のように、制御部 160と磁極位置センサ 180と電源部 190とを共有することができ、 2つのモー夕を独立に制御する場合に比べて構成部品点数が削減でき、コスト低減、サイズの小型化に寄与できる。

(実施の形態 8)

以下、本発明の実施の形態 8について説明する。先に述べた実施の形態 6 , 7 のシステム構成を前提に説明する。

モー夕が発生する発電電圧はモー夕の回転数に応じて発生する。例えば、 10 00 r/mi nで 10 V、モー夕に電圧が発生していれば、 10000 r/mi nで 100 Vの電圧が発生することになる。車両駆動用のメインモー夕、すなわち高電圧用卷線は車両の高速性能を確保するため、 10000 r/mi n近くまで回転させなければいけない。一方、低電圧用卷線発電機は一定電圧、例えば、 14 Vとなるように制御する必要がある。そこで、 10000 r/mi n時に定格電圧 14 Vを発生するように低電圧卷線を設計し、電力変換装置をィンバ一夕で構成する。そうすれば、 10000 r/mi nより低い回転数では、 14 V以下の発電電圧しか発生しない。そこで、インバー夕を昇圧モードで制御することで、一定電圧 14 Vを確保する。図 14に電力変化装置をインバー夕で構成した一例の構成図を示す。

上記のように構成することで、ィンバ一夕のスィツチング素子が従来 6個必要としたものが 3個で構成でき、部品点数の削減、コスト削減、小型化に寄与することができる。

(実施の形態 9)

以下、本発明の実施の形態 9について説明する。先に述べた実施の形態 6， 7 のシステム構成を前提に説明する。モー夕が発生する発電電圧はモータの回転数に応じて発生する。例えば、 1 0 0 0 11で 1 0 ¥、モー夕に電圧が発生していれば、 1 0 0 0 0 r /m i nで 1 0 0 Vの電圧が発生することになる。車両駆動用のメインモー夕、すなわち高電圧用卷線は車両の高速性能を確保するため、 1 0 0 0 0 r Zm i n近くまで回転させなければいけない。一方、低電圧用卷線発電機は一定電圧、例えば、 1 4 Vとなるように制御する必要がある。しかし、 0〜 1 0 0 0 0 r /m i n程度に変化する回転数の中で、仮に 1 0 0 0 r /m i nで 1 0 V発生するよう低電圧卷線を設計すれば 0 V〜 1 0 0 Vの電圧が発生しその電圧を一定電圧 1 4 Vに制御する必要がある。一定電圧に制御するためには、発生電圧のダイナミックレンジは小さいほど制御性がよい。そこで、略半分の回転数 5 0 0 0 r /m i nで、定格電圧 1 4 Vが発生するように卷線を設計し、電力変換装置をィンバ一夕で構成す^)。

定格電圧を超える回転範囲では弱め界磁制御、下回る回転範囲では強め界磁制御を行う。このように制御状態を切り替えることで、発生電圧が定格電圧より低い範囲では、強め界磁を行って発生電圧を高くし、発生電圧が定格電圧より高い範囲では弱め界磁を行って発生電圧を低く制御することで、ダイナミックレンジを見かけ上半分に抑え、制御性を向上させる。

ここでは、発生電圧の制御にィンバ一夕を用いて界磁制御を行う方法について説明したが、制御巻線に電流を通電して磁石からの磁気抵抗を変化させ、その結果、第 2の卷線に発生する電圧を制御しても、同様な効果を得ることができる。

(実施の形態 1 0 )

以下、本発明の実施の形態 1 0について説明する。図 1 5において、 4は第 1 の巻線群で、電力変換装置 3 0を介して高電圧バッテリ 7 0へ接続される。 5は第 2の卷線群で整流器 3 0 0を介して低電圧バッテリ 9 0へと接続されている。第 1の卷線群 4をモ一夕（カ行）、第 2の卷線群 5をジェネレータ（回生）として動作させ、低電圧バッテリ 9 0の電圧が一定になるように、第 1の卷線群 4の電力を制御してモー夕の回転数を調整することで、低電圧バッテリ 9 0の負荷状況にかかわらず、一定電圧に制御することが可能となる。

なお、第 1の巻線群 4でモー夕を回転（カ行）させ、回転のエネルギーを利用して発電電力を制御できるため、高速で回転させればさせるほど、小型化できるモータジェネレータを提供することができる。

なお、上記実施の形態 1 ~ 1 0のモータジェネレータを P E V (Pure Electric Vehicle：純粋電気自動車）や、 H E V (Hybrid Electric Vehicle：ハイブリヅド電気自動車）、 F C E V (Fuel Cell Electric Vehicle：燃料電池自動車）等の自動車駆動用モー夕として使用することにより、従来のように高圧系と低圧系の 2種類のモー夕ジェネレータを備える必要や D C— D Cコンバータを別途備える必要がなくなるので、省スペースでかつ低コストな電気自動車駆動システムにすることができ、従って、低コストで、車室内をより広く活用することのできる電気自動車を提供することができる。産業上の利用可能性

以上のように本発明によれば、第 1の卷線群と第 2の卷線群とがそれそれ互いに電気的 ·機械的に独立した構成であるとともに、第 2のティースに卷回される第 2の卷線群を第 1の卷線群とは相違なる巻線仕様であることから、回生時の発電電圧が第 1の卷線群で高電圧の場合でも、第 2の卷線群の方を低電圧にすることに適している。具体的には、定格回転時において発生する発電電圧を、第 1の巻線群では高圧系の高電圧バッテリの電圧とし、第 2の巻線群では低圧系の低電圧バッテリの電圧とするようにできることから、高電圧バッテリ用と低電圧バッテリ用の 2つのモー夕ジェネレータを備える必要や、単体のモー夕ジェネレータに D C— D Cコンパ一夕を別途備えた構成とする必要がなくなるので、省スぺ一ス、低コス卜な駆動システムを提供することに適している。

また、第 1のティースと第 2のティースのそれそれに卷回される第 1の卷線群と第 2の卷線群が、互いに電気的 ·機械的に独立していることから、高電圧バヅテリによって第 1の卷線群の方でカ行をしてモ一夕ジェネレータを駆動させ、第 2の卷線群の方で回生をして低電圧バッテリを充電する構成を実現することに適している。

さらにまた、永久磁石埋込型集中卷きモ一夕として高トルクを発生させるとともに、第 1の卷線群を卷回した第 1のティースを複数個備えた各グループ内において、隣接する第 1のティース同士が互いに異なる極性であることから、磁界分布の偏重の緩和と、モー夕駆動時の端子間発生電圧の歪の抑えを実現して、鉄損を低減させることに適しているとともに、永久磁石における渦電流による熱発生が小さくなり、永久磁石の減磁も抑止することができることから、非常に効率の高いモー夕ジエネレー夕を提供することにも適している。

Claims

請求の範囲

1. 複数の永久磁石（7， 61， 62， 64， 65) を保持した口一夕と、複数のティース（2, 32, 52， 3， 33， 53) を有するステ一夕とを備え、

前記複数のティース（2， 32, 52， 3， 33， 53) に別々に卷回されてなる、互いに機械的、電気的に独立した構成の卷線群（4， 34, 54， 5, 3 5, 55) を 2つ以上有することを特徴とするモ一夕ジェネレータ。

2. 前記複数のティース（2， 32, 52, 3， 33, 53) を第 1のティ一ス（2, 32, 52 ) と第 2のティース（3, 33, 53 ) とに区分するとともに、前記巻線群（4, 34, 54, 5, 35， 55)を第 1の卷線群（ 4 , 34, 54) と第 2の卷線群（5， 35, 55 ) とに区分して、前記第 1の卷線群（4， 34, 54) を卷回した前記第 1のティース（2， 32， 52)複数個を備えたグループ（I, Π, III) を前記ステ一夕全体において複数備え、同じグループ（I, II, III) 内にある前記複数の第 1のティース（2, 32， 52) には、同相の電圧が印加される第 1の卷線群（4, 34, 54) が、隣接するものとは卷回方向が互いに逆方向となるようにそれそれ卷回され、隣接する前記複数のグループ（1， II, III) にはそれそれ異相の電圧が印加されるとともに、グル —プ（1， II, III) とグループ（1， II， III) の間には前記第 2の卷線群（5， 35, 55 ) を卷回した前記第 2のティース（3, 33, 53 ) が配置されていることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載のモ一夕ジェネレータ。

3. 前記複数のグループ（1， II， III)は、それそれ第 1の卷線群（4， 34， 54) を卷回した n個（ただし、 n 2の整数）の第 1のティース（2, 32， 52) にて構成されたことを特徴とする請求の範囲第 2項に記載のモー夕ジェネレータ。

4. 前記ロー夕の極数を p、前記第 1のティース（2， 32， 52) の総数を tとし、 U · V · Wの 3相の第 1の卷線群（4, 34, 54) 1式を 1組とした卷線組数を s (ただし、 p、 t、 Sはともに正の整数）としたときに、 p = 2 X s X (± 1 + 3 x k) かつ p > t (ただし、 k≥0の整数）となる関係を満たす構成であることを特徴とする請求の範囲第 2または第 3項のいずれかに記載のモー夕ジェネレータ。

5. 前記第 1の卷線群（54) を卷回した前記第 1のティース（52) にて構成されるそれそれのグループ（ I , II， III)において、グループ（ I， II, III)内の 1つ以上の第 1のティース（ 52 )の先端部に、 1つ以上の凹部（56, 58a, 58b, 59 ) を設けたことを特徴とする請求の範囲第 2項に記載のモ一夕ジェネレータ。

6. 前記第 2の卷線群（55) を卷回した前記第 2のティース（53) の先端部に、 1つ以上の凹部（56， 58 a, 58b, 59) を設けたことを特徴とする請求の範囲第 2項に記載のモー夕ジェネレータ。

7. 前記凹部（56， 58 a, 58 b, 59 ) の形状は、矩形状あるいは円弧状であることを特徴とする請求の範囲第 5または第 6項のいずれかに記載のモー夕ジェネレータ。

8. 前記第 1の卷線群（4， 34， 54) を卷回した前記複数の第 1のティース（2, 32, 52 ) にて構成されたグループ（ I , II， III) とグループ (1， II， III) の間には、前記第 2の卷線群（5， 35， 55) を卷回した前記第 2のティース（3， 33, 53 ) が複数個設けられたことを特徴とする請求の範囲第 2項に記載のモー夕ジェネレータ。

9. 前記第 1の卷線群（4, 34, 54) を卷回した前記複数の第 1のティース（2， 32， 52) にて構成されたグループ（ I， II , III) とグループ (1， II， III) の間に、前記複数の第 2のティース（3， 33， 53) がロー夕の磁極ピッチに合った間隔で設けられたことを特徴とする請求の範囲第 8項に記載のモー夕ジェネレータ。

10. 前記第 1の卷線群（4， 34， 54) を卷回した前記複数の第 1 のティース（2， 32, 52 ) にて構成されたグループ（ I， II， III) とグループ（ I , II, III) の間に、前記第 2の巻線群（5， 35, 55 ) を卷回した前記複数の第 2のティース（3, 33， 53) が等間隔に配置されていることを特徴とする請求の範囲第 8項に記載のモー夕ジェネレータ。

1 1. 前記口一夕のステ一夕対向面に対向する、前記ステ一夕を構成する前記複数の第 1のティース（32) のそれそれの先端部（41) の周方向端部の近傍に、前記口一夕（36) のステ一夕対向面（42) から離れるように、切除部（43, 44) がそれそれ設けられたことを特徴とする請求の範囲第 2項に記載のモー夕ジェネレータ。

12. 口一夕極数を 1 0 q極、前記第 1のティース（ 2 , 32 , 52 ) 同士の間に形成されるスロット総数を 9 q個、前記第 2のティース（3, 33， 53) 同士の間に形成されるスロット総数を 3 q個として（ただし何れも、 q = 正の整数）、前記第 1のティース（2， 32, 52 )のロー夕対向部角度を ( 1 [r ad]、前記第 2のティース（3, 33, 53) の口一夕対向部角度を 02 [r a d] とした場合に、

ττ/10 q< 01 <7Τ/5 q および

ττ/45 q< 02<7 / 10 q

の関係を満たすことを特徴とする請求の範囲第 2項に記載のモー夕ジェネレータ c

13. 前記第 1の卷線群（4， 34， 54) を卷回した前記第 1のティ —ス（2， 32, 52 ) n個にて構成されたグループ（ 1， II， III) が、前記ステ一夕全体において合計 3 n個（ただし何れも、 n =正の整数）構成され、かつ、前記第 2の卷線群（ 5 , 35， 55)を卷回した前記第 2のティース（3 , 33, 53) が 3 m個構成されたことを特徴とする請求の範囲第 2項に記載のモー夕ジエネレー夕。

14. 前記第 2の卷線群（5， 35， 55) を卷回した前記第 2のティ —ス（3, 33， 53) m個にて構成されたグループが、前記ステ一夕全体において合計 3m個（ただし何れも、 m =正の整数）構成されたことを特徴とする請求の範囲第 13項に記載のモー夕ジェネレータ。

1 5. 前記口一夕は、複数の永久磁石（7, 6 1 , 62， 64， 65) が埋め込まれた構成であることを特徴とする請求の範囲第 1または第 2項のいずれかに記載のモー夕ジエネレ一夕。

1 6. 前記ロータは、複数の永久磁石（7， 6 1， 62 , 64, 65) が表面に配置された構成であることを特徴とする請求の範囲第 1または第 2項のいずれかに記載のモ一夕ジェネレータ。

17. 前記ロー夕は、前記複数の永久磁石（ 65 )と、前記永久磁石（ 6 5) とほぼ同じ形状を有し、かつ、前記永久磁石（65) の厚さより小さな幅を有する複数のスリット（ 66) が前記複数の永久磁石（65) のステ一夕側とは反対側に設けられたロー夕コア（63) とからなる構成であることを特徴とする請求の範囲第 1または第 2項のいずれかに記載のモー夕ジヱネレー夕。

18. 前記複数の永久磁石（7 , 6 1 , 62， 64, 65 ) を備える前記口一夕において、それそれの永久磁石（ 7 , 6 1 , 62, 64， 65) のステ一夕側側面と前記ロー夕のステ一夕対向面との間の距離が、前記複数の永久磁石 (7, 6 1 , 62, 64， 65 ) のそれそれの端部よりも中央部の方が大きい形状であることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載のモー夕ジェネレータ。

1 9. 前記ロー夕を構成する前記複数の永久磁石（7， 65)の形状は、前記口一夕の前記ステ一夕対向面側とは反対の方向に突出したほぼ V字状であることを特徴とする請求の範囲第 18項に記載のモー夕ジェネレータ。

20. 前記口一夕を構成する前記複数の永久磁石（6 1 ) の形状は、前記ロー夕の半径方向に垂直な直線状であることを特徴とする請求の範囲第 1 8項に記載のモータジェネレータ。

2 1. 前記ロータを構成する前記複数の永久磁石（62)の形状は、前記口一夕のステ一夕対向面側とは反対の方向に突出した円弧状であることを特徴とする請求の範囲第 18項に記載のモー夕ジェネレータ。

22. 前記ロー夕を構成する前記複数の永久磁石（64) の形状は、前記口一夕の半径よりも大きな半径を有して前記口一夕のステ一夕対向面側に突出した円弧状であることを特徴とする請求の範囲第 18項に記載のモ一夕ジエネレ一夕。

23. 前記 2つ以上の卷線群（4， 5) の出力端が、各々独立した電力変換装置（ 12 1， 122, 126 , 127 ) を介して、それそれ異なる電位の電源（70， 90， 130, 1 90) と電気負荷に接続されたことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載のモー夕ジェネレータ。

24. 前記 2つ以上の卷線群（4， 5) を有するモ一夕ジェネレータであって、

各々独立した電力変換装置（ 126 , 127 )のうち少なくとも 2つの電力変換装置（ 126 , 127 )が、スィツチング素子で構成されたィンバ一夕（ 141， 142) と、前記ィンバ一夕（ 14 1 , 142) のスィツチング素子を駆動するゲートドライブ回路（ 1 5 1， 1 52) と、前記ィンバ一夕（ 14 1 , 142) を制御する制御部（ 160)と、モータ電流を検出する電流検出センサ（ 1 Ί 1 , 172) と、モー夕の磁極位置を検出する磁極位置検出センサ（ 180) と、電源部（ 190) とを備え、

前記少なくとも 2つの電力変換装置（ 1 26, 127 ) が、前記制御部（ 1 6 0) と前記磁極位置検出センサ（ 180) と前記電源部（ 190) とを共有したことを特徴とする請求の範囲第 23項に記載のモー夕ジェネレータ。

25. 前記 2つ以上の卷線群（4， 5) を有するモー夕ジェネレータであって、

少なくとも 1つの卷線群（4) に対しては、当該卷線群（4) の出力端に発生する発電電圧を最高回転時に定格電圧となるよう設定し、かつ各々の卷線の出力端に接続された電力変換装置を昇圧モードで駆動させることを特徴とする請求の範囲第 23項に記載のモー夕ジェネレータ。

26. 前記 2つ以上の卷線群（4, 5) を有するモー夕ジェネレータであって、

少なくとも 1つの卷線群（5) に対しては、当該卷線群（5) の出力端に発生する発電電圧を最高回転数の略半分の回転数時に定格電圧となるよう設定し、かつ各々の巻線の出力端に接続された電力変換装置を弱め界磁と強め界磁とを切り替えて駆動させることを特徴とする請求の範囲第 2 3項に記載のモ一夕ジエネレ一夕。

2 7 . 前記 2つ以上の卷線群（4 , 5 ) を有するモー夕ジヱネレー夕であって、

永久磁石からの磁路形成部に巻線される制御卷線によって、少なくとも 1つの卷線群（ 5 ) の出力端に発生する発電電圧を制御することを特徴とする請求の範囲第 2 3項に記載のモー夕ジェネレータ。

2 8 . 前記 2つ以上の卷線群（4， 5 ) を有するモー夕ジヱネレ一夕であって、

少なくとも 1つの卷線群（4 ) に印加する電圧を調整してモー夕の回転数を制御し、その結果に応じて他の卷線群（5 ) の出力端に発生する発電電圧を制御することを特徴とする請求の範囲第 2 3項に記載のモータジェネレータ。

2 9 . 請求の範囲第 1、第 2、または第 2 3項のいずれか 1項に記載のモー夕ジヱネレー夕を発電用の電気モー夕として内部に具備したことを特徴とする電気自動車。