WO2007043161A1

WO2007043161A1 - 回転電機および車載回転電機システム

Info

Publication number: WO2007043161A1
Application number: PCT/JP2005/018629
Authority: WO
Inventors: Koji Maki; Yuji Enomoto
Original assignee: Hitachi, Ltd.
Priority date: 2005-10-07
Filing date: 2005-10-07
Publication date: 2007-04-19
Also published as: JP4709846B2; JPWO2007043161A1

Abstract

　本発明の目的は、界磁磁束を電流で直接制御できる回転電機で、かつトルクが大きく、多極化や偏平化も可能であるような回転電機を提供する。ステータ２０は、クローポール型の単位ステータ２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗを回転電機の回転軸方向に３個並置したものであり、ロータ１０は、クローポール型の単位ロータ１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗを回転電機の軸方向に３個並置したものである。ステータコイル４１，４２，４３及びロータコイル３１，３２，３３は、環状コイルである。ステータコア及びロータコアは、回転軸周りの環状ヨークと、環状ヨークの軸方向両端から径方向に伸びたティースと、ティースの先端に設けられ、環状コイルに通電したときに周方向に交互に異極性に磁化されるクローポールとからなる。

Description

明細書

回転電機および車載回転電機システム

技術分野

[0001] 本発明は、クローポール型ロータを備えた回転電機および車載回転電機システムに係り、特に、ハイブリッド電気自動車，電気自動車，燃料電池車などに搭載するに好適な回転電機および車載回転電機システムに関する。

背景技術

[0002] 現在、高出力が要求される自動車用回転電機としては、永久磁石同期回転電機が広く使われている。従来一般に用いられている永久磁石同期回転電機は、埋込式若しくは表面磁石式の永久磁石を備えたロータと、ステータコアのスロットに集中卷若しくは分布卷によりステータコイルが卷回されたステータとから構成される。ここで、ステータコアに卷回されたステータコイルのコイルエンドは、ステータコアの両端部力も飛び出すため、回転電機の軸方向の長さが長くなる。

[0003] それに対して、自動車用回転電機ではないが、例えば、特開平 7— 227075号公報や、特開 2004— 15998号公報に記載のように、ステータとして、クローポール型ステータを 3段軸方向に積層したものが知られている。ステータコイルは、ステータの内部に環状に収納されるため、回転電機の軸方向の長さを短くできる。

[0004] 特許文献 1 :特開平 7— 227075号公報

特許文献 2 :特開 2004— 15998号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] し力しながら、上記のように、ロータに永久磁石を備えたものでは、自動車用回転電機として用いるには不都合が生じてくる。すなわち、自動車用回転電機は一般に広範な回転数領域で使用されるが、ロータに永久磁石を備えたものでは、界磁磁束が一定であるため、高速回転時にはステータコイルに誘起される逆起電力が回転数に比例して大きくなる。そのため高速回転させるには、電源電圧及び電流を大きくする必要がある。またトルクを発生させる必要のない状況下では、永久磁石の界磁磁束はロストノレクの原因となる。

[0006] そこで、本願発明者らは、ロータとして、従来力オルタネータ等で用いられているクローポール型ロータを用いた場合について、磁束解析を行って検討した。ステータとしては、特開平 7— 227075号公報や、特開 2004— 15998号公報に記載のようなクローポーノレ型ステータを 3段軸方向に積層したものを用い、ロータとしては、従来のオルタネータ等に用いられて、るシングルのクローポール型ロータを用いた回転電機では、磁束が不均一となるため、磁束利用率が低下し、出力トルクが小さいという問題があることが判明した。

[0007] 本発明の目的は、高速回転が可能で、かつ、出力トルクの大きい回転電機および車載回転電機システムを提供することにある。

課題を解決するための手段

[0008] (1)上記目的を達成するために、本発明は、ステータコアとステータコイルとを有するステータと、ロータコアとロータコイルとを有するロータとを備えた回転電機であって、前記ステータは、クローポール型の単位ステータを回転電機の回転軸方向に 3個並置した構成であり、前記ロータは、クローポール型の単位ロータを回転電機の軸方向に 3個並置した構成であり、前記単位ステータの前記ステータコイルは、環状コィルからなり、前記単位ステータの前記ステータコアは、前記回転軸周りの環状ヨークと、前記環状ヨークの軸方向両端から径方向に伸びたティースと、前記ティースの先端に設けられ、前記環状コイルに通電したときに周方向に交互に異極性に磁ィ匕されるクローポールとからなり、前記単位ロータの前記ロータコイルは、環状コイルからなり、前記単位ロータの前記ロータコアは、前記回転軸周りの環状ヨークと、前記環状ョークの軸方向両端力径方向に伸びたティースと、前記ティースの先端に設けられ、前記環状コイルに通電したときに周方向に交互に異極性に磁ィ匕されるクローポールと力もなるものである。

力かる構成により、高速回転が可能で、かつ、出力トルクの大きい回転電機を得ることがでさる。

[0009] (2)上記（1)において、好ましくは、並置された 3個の前記単位ロータの内、隣接する単位ロータの同極性のクローポール位置が電気角で _α ° ずつ周方向に変位しており、並置された 3個の前記単位ステータの内、隣接する単位ステータのクローポール位置が電気角で j8。ずつ周方向に変位しており、ここで、 I α— β I = 60° としたものである。

[0010] (3)上記（1)において、好ましくは、並置された 3個の前記単位ロータの内、隣接する単位ロータの同極性のクローポール位置が電気角で _α° ずつ周方向に変位しており、並置された 3個の前記単位ステータの内、隣接する単位ステータのクローポール位置が電気角で j8。ずつ周方向に変位しており、ここで、 I α— β I = 120° としたものである。

ことを特徴とする回転電機。

[0011] (4)上記（1)若しくは（2)において、好ましくは、 α + j8 = 0である。

[0012] (5)上記（4)にお!/、て、好ましくは、 α = 30、 j8 =— 30、ある!/、は α =— 30、 β = 30としたものである。

[0013] (6)上記（1)において、好ましくは、対向する前記単位ロータと前記単位ステータを単位ブロックとしたとき、隣接する前記単位ブロック間に設けられた磁気的空隙を備えるようにしたものである。

[0014] (7)上記（1)において、好ましくは、前記ロータの前記クローポール及び前記ステータの前記クローポールは、圧粉磁心で製作するようにしたものである。

[0015] (8)上記（1)において、好ましくは、前記単位ロータは、それぞれ、互いに異極性のクローポール間に配置され、このクローポール間の漏れ磁場を打ち消すような向きに着磁された永久磁石を備えるようにしたものである。

[0016] (9)上記（8)において、好ましくは、前記永久磁石がボンド磁石で構成され、前記クローポールは、圧粉磁心で製作され、前記永久磁石と前記クローポールとは、二色一体で圧縮成形されるものである。

[0017] ( 10)また、上記目的を達成するために、本発明は、車両駆動力又は車載補機用駆動力を発生する回転電機と、この回転電機に供給する電力を制御するインバータとを有する車載回転電機システムであって、前記回転電機は、ステータコアとステータコイルとを有するステータと、ロータコアとロータコイルとを有するロータとを備えており、前記ステータは、クローポール型の単位ステータを回転電機の回転軸方向に 3個並置した構成であり、前記ロータは、クローポール型の単位ロータを回転電機の軸方向に 3個並置した構成であり、前記単位ステータの前記ステータコイルは、環状コィルからなり、前記単位ステータの前記ステータコアは、前記回転軸周りの環状ヨークと、前記環状ヨークの軸方向両端から径方向に伸びたティースと、前記ティースの先端に設けられ、前記環状コイルに通電したときに周方向に交互に異極性に磁ィ匕されるクローポールとからなり、前記単位ロータの前記ロータコイルは、環状コイルからなり、前記単位ロータの前記ロータコアは、前記回転軸周りの環状ヨークと、前記環状ョークの軸方向両端力径方向に伸びたティースと、前記ティースの先端に設けられ、前記環状コイルに通電したときに周方向に交互に異極性に磁ィ匕されるクローポールと力もなるものである。

力かる構成により、高速回転が可能で、かつ、出力トルクの大きい車載回転電機システムを得ることができる。

発明の効果

[0018] 本発明によれば、高速回転が可能で、かつ、出力トルクを大きくすることができる。

図面の簡単な説明

[0019] [図 1]本発明の第 1の実施形態による回転電機の全体構成を示す縦断面図である。

[図 2]本発明の第 1の実施形態による回転電機に用いるロータとステータの構成を示す分解斜視図である。

[図 3]本発明の第 1の実施形態による回転電機に用いるロータとステータとの組立状態を示す斜視図である。

[図 4]本発明の第 1の実施形態による回転電機に用いるロータを構成する単位ロータの構成を示す斜視図である。

[図 5]本発明の第 1の実施形態による回転電機に用いるステータを構成する単位ステータの構成を示す分解斜視図である。

[図 6]本発明の第 1の実施形態による回転電機に用いるロータを構成する単位ロータの構成を示す斜視図である。

[図 7]本発明の第 1の実施形態による回転電機に用いるステータを構成する単位ステータの構成を示す分解斜視図である。圆 8]本発明の第 2の実施形態による回転電機に用いるロータとステータの構成を示す分解斜視図である。

圆 9]本発明の第 3の実施形態による回転電機に用いるロータとステータの構成を示す分解斜視図である。

圆 10]本発明の第 4の実施形態による回転電機に用いるロータとステータの構成を示す分解斜視図である。

圆 11]本発明の第 5の実施形態による回転電機に用いるロータとステータの構成を示す分解斜視図である。

圆 12]本発明の第 6の実施形態による回転電機に用いるロータとステータの構成を示す分解斜視図である。

圆 13]本発明の第 7の実施形態による回転電機に用いるロータとステータの構成を示す分解斜視図である。

圆 14]本発明の第 7の実施形態による回転電機に用いるロータの構成を示す要部展開図である。

圆 15]本発明の第 8の実施形態による回転電機に用いるロータとステータの構成を示す分解斜視図である。

圆 16]本発明の第 9の実施形態による回転電機に用いるロータとステータの構成を示す分解斜視図である。

圆 17]本発明の各実施形態による回転電機を用いた電動車両の一つであるハイプリッド電気自動車の電機駆動システムを示すブロック図である。

圆 18]本発明の各実施形態による回転電機を用いた電動車両の一つである電気自動車の電機駆動システムを示すブロック図である。

[図 19]本発明の各実施形態による回転電機をインホイールモータ Zジェネレータとして用いた場合の電気自動車の構成を示すブロック図である。

符号の説明

10· ··ロータ

10U, 10 V, 10W…単位ロータ

11, 12, 13, 14· ··ロータコア I I A, 12A…環状ヨーク

I IB, 12Β· ··ティース

I IC, 12C…クローポール

20· ··ステータ

20U, 20V, 20W…単位ステータ

21, 22, 23, 24· ··ステータコア

21A, 22A…環状ヨーク

21B, 22Β· ··ティース

21C, 22C…クローポール

31, 32, 33, 41, 42, 43· ··環状コイル

50· ··永久磁石

発明を実施するための最良の形態

[0021] 以下、図 1〜図 15を用いて、本発明の第 1の実施形態による回転電機の構成について説明する。

最初に、図 1を用いて、本実施形態による回転電機の全体構成について説明する図 1は、本発明の第 1の実施形態による回転電機の全体構成を示す縦断面図である。

[0022] 回転電機は、ロータ 10と、ステータ 20とを備えている。ロータ 10は、クローポール型の U相ロータ 10Uと、 W相ロータ 10Wと、 V相ロータ 10Vとの単位ロータが、 3個図示するように、回転電機の軸方向に積層され、保持部材 10Hによって保持固定されている。各相の単位ロータ 10U, 10V, 10Wの構成については、図 2を用いて後述する。ロータ 10は、保持部材 10Hを介して、中空シャフト 60に固定されている。

[0023] ステータ 20は、クローポール型の U相ステータ 20Uと、 W相ステータ 20Wと、 V相ステータ 20Vとの単位ステータカ 3個図示するように、回転電機の軸方向に積層され、保持部材 20Hによって保持固定されている。各相の単位ステータ 20U, 20V, 20 Wの構成については、図 2を用いて後述する。ステータ 20は、保持部材 20Hを介して、ハウジング 70の内周側に固定されている。 [0024] ここで、クローポール型の U相ロータ 10Uの回転軸方向の長さと、クローポール型の U相ステータ 20Uの回転軸方向の長さとは、等しくなつている。また、クローポール型の W相ロータ 10Wの回転軸方向の長さと、クローポール型の W相ステータ 20Wの回転軸方向の長さとは、等しくなつている。さらに、クローポール型の V相ロータ 10V の回転軸方向の長さと、クローポール型の V相ステータ 20Vの回転軸方向の長さとは、等しくなつている。したがって、ロータ及びステータの間の磁束の不均一を改善して、磁束を均一化することができる。その結果、出力トルクを大きくすることができる。

[0025] ハウジング 70は、それの両端にフロントブラケット 72F,リアブラケット 72Rが固定されている。フロントブラケット 72F及びリアブラケット 72Rには、それぞれ、軸受 61F, 6 1Rが取り付けられ、中空シャフト 60を回転可能に支持して、る。

[0026] ステータ 20の内周側と、ロータ 10の外周側の間には、 1mm以下のギャップが設けられ、ロータ 10は、ステータ 20に対して回転可能となっている。

[0027] 以上の構成は、インナーロータ型の回転電機の構成を示して!/ヽるが、本実施形態は、アウターロータ型の回転電機に対しても適用できるものである。

[0028] 次に、図 2〜図 7を用いて、本実施形態による回転電機に用いるロータとステータの構成について説明する。

図 2は、本発明の第 1の実施形態による回転電機に用いるロータとステータの構成を示す分解斜視図である。図 3は、本発明の第 1の実施形態による回転電機に用いるロータとステータとの組立状態を示す斜視図である。図 4は、本発明の第 1の実施形態による回転電機に用いるロータを構成する単位ロータの構成を示す斜視図である。図 5は、本発明の第 1の実施形態による回転電機に用いるステータを構成する単位ステータの構成を示す分解斜視図である。図 6は、本発明の第 1の実施形態による回転電機に用いるロータを構成する単位ロータの構成を示す斜視図である。図 7は、本発明の第 1の実施形態による回転電機に用いるステータを構成する単位ステータの構成を示す分解斜視図である。なお、各図において、同一符号は同一部分を示し、また、図 1と同一符号は、同一部分を示している。

[0029] 図 2にお、ては、ロータ 10とステータ 20とは回転軸方向に分解されて表示されてヽる力実際には図 3のように組み合わされて使用される。 [0030] 図 2に示すように、ロータ 10は、ロータコア 11, 12, 13, 14と、環状コィノレ 31, 32, 33とから構成される。図 1と対比して説明すると、ロータコア 11と、ロータコア 12の半分と、環状コイル 31とによって、 U相ロータ 10Uが構成される。また、ロータコア 12の残りの半分と、ロータコア 13の半分と、環状コイル 32と〖こよって、 W相ロータ 10Wが構成される。さらに、ロータコア 13の残りの半分と、ロータコア 14と、環状コイル 33とによって、 V相ロータ 10Vが構成される。

[0031] ステータ 20は、ステータコア 21, 22, 23, 24と、環状コィノレ 41, 42, 43と力ら構成される。図 1と対比して説明すると、ステータコア 21と、ステータコア 22の半分と、環状コイル 41とによって、 U相ステータ 20Uが構成される。また、ステータコア 22の残りの半分と、ステータコア 23の半分と、環状コイル 42とによって、 W相ステータ 20Wが構成される。さらに、ステータコア 23の残りの半分と、ステータコア 24と、環状コイル 43とによって、 V相ステータ 20Vが構成される。

[0032] 次に、図 4を用いて、本実施形態による回転電機に用いる単位ロータコアである U 相ロータ 10Uの構成について説明する。なお、図 4では、前記単位ロータの一部分を切り欠いて表示している。また、 V相ロータ 10V及び W相ロータ 10Wの構成も同様である。各単位ロータ 10U, 10V, 10W力軸方向に 3個並置されて、ロータ 10が構成される。

[0033] 単位ロータである U相ロータ 10Uは、ロータコア 11, 12'と、環状コイル 31とから構成される。ロータコア 12'は、図 2に示したロータコア 12の半分に相当するものである。ロータコア 11は、回転軸周りの環状ヨーク 11Aと、環状ヨーク 11Aの軸方向両端から径方向に伸びたティース 11Bと、ティース 11Bの先端に設けられ、環状コイル 31に通電したときに周方向に交互に異極性に磁ィ匕されるクローポール 11Aとからなる。また、ロータコア 12'は、回転軸周りの環状ヨーク 12Aと、環状ヨーク 12Aの軸方向両端力径方向に伸びたティース 12Bと、ティース 12Bの先端に設けられ、環状コイル 31に通電したときに周方向に交互に異極性に磁ィ匕されるクローポール 12Aとからなる。これらのロータコア 11, 12'は、それぞれ、圧粉磁心により一体的に成形され、製造される。

[0034] 環状コイル 31は、ティース 11B, 12Bと環状ヨーク 11A, 12Aとに囲まれ領域に配設される。単位ロータ 10Uの磁極数は、 24である。環状コイル 31は、予め、絶縁被覆の導線を所定ターン数分、リング状に卷回して、成形されている。環状コイル 31は、平角線を用いて高密度に卷回するのが望まし、ものである。

[0035] 次に、図 5を用いて、本実施形態による回転電機に用いるロータ 10の組み立てェ程について説明する。

[0036] ロータコア 14に環状コイル 33が挿入される。次に、ロータコア 14にロータコア 13を圧入することで、ロータコア 14とロータコア 13の間に環状コイル 33が保持される。次に、ロータコア 13に環状コイル 32が挿入される。そして、ロータコア 13にロータコア 1 2を圧入することで、ロータコア 13とロータコア 12の間に環状コイル 32が保持される。最後に、ロータコア 12に環状コイル 31が挿入される。そして、ロータコア 12にロータコア 11を圧入することで、ロータコア 12とロータコア 11の間に環状コイル 31が保持される。

[0037] なお、ロータコア 11, 12, 13, 14は、さらに複数の部品に分割して成形したものを組み合わせて構成してもよ!/、ものである。

[0038] 次に、図 6を用いて、本実施形態による回転電機に用いる単位ステータコアである U相ステータ 20Uの構成について説明する。なお、図 6では、前記単位ステータのー部分を切り欠いて表示している。また、 V相ステータ 20V及び W相ステータ 20Wの構成も同様である。各単位ステータ 20U, 20V, 20Wが、軸方向に 3個並置されて、ステータ 20が構成される。

[0039] 単位ステータである U相ステータ 20Uは、ステータコア 21, 22'と、環状コイル 31と力も構成される。ステータコア 22'は、図 2に示したステータコア 22の半分に相当するものである。ステータコア 21は、回転軸周りの環状ヨーク 21Aと、環状ヨーク 21Aの軸方向両端力径方向に伸びたティース 21Bと、ティース 21Bの先端に設けられ、環状コイル 41に通電したときに周方向に交互に異極性に磁ィ匕されるクローポール 21Aと力もなる。また、ステータコア 22'は、回転軸周りの環状ヨーク 22Aと、環状ヨーク 22A の軸方向両端力径方向に伸びたティース 22Bと、ティース 22Bの先端に設けられ、環状コイル 41に通電したときに周方向に交互に異極性に磁ィ匕されるクローポール 22 Aと力もなる。これらのステータコア 21, 22'は、それぞれ、圧粉磁心により一体的に成形され、製造される。

[0040] 環状コイル 41は、ティース 21 B, 22Bと環状ヨーク 21 A, 22Aとに囲まれ領域に配設される。単位ステータ 20Uの磁極数は、 24である。環状コイル 41は、予め、絶縁被覆の導線を所定ターン数分、リング状に卷回して、成形されている。環状コイル 41は、平角線を用いて高密度に卷回するのが望まし、ものである。

[0041] 次に、図 7を用いて、本実施形態による回転電機に用いるステータ 20の組み立て工程について説明する。

[0042] ステータコア 24に環状コイル 43が挿入される。次に、ステータコア 24にステータコア 23を圧入することで、ステータコア 24とステータコア 23の間に環状コイル 43が保持される。次に、ステータコア 23に環状コイル 42が挿入される。そして、ステータコア 23にステータコア 22を圧入することで、ステータコア 23とステータコア 22の間に環状コイル 42が保持される。最後に、ステータコア 22に環状コイル 41が挿入される。そして、ステータコア 22にステータコア 21を圧入することで、ステータコア 22とステータコア 21の間に環状コイル 41が保持される。

[0043] なお、ステータコア 21, 22, 23, 24は、さらに複数の部品に分割して成形したものを組み合わせて構成してもよ!/、ものである。

[0044] さらに、図 2に示したロータ 10及びステータ 20の構成において、環状コイル 31及び環状コイル 33に供給する電流の向きは、同じ向きであり、環状コイル 32に供給する電流の向きは、それらとは逆向きになるようにする。ロータ 10を構成する各単位ロータの同極性のクローポールは、電気角で α = 30° (機械角で α ΖΝ = 2. 5° )ずつ周方向に変位している。ここで、 2Νはステータの磁極数であり、図 2に示す例では、 Ν= 12である。

[0045] 一方、ステータ 20を構成する各単位ステータの同極性のクローポールは、電気角で j8 =— 30° (機械角で |8 ΖΜ=— 2. 5° )ずつ周方向に変位している。ここで、 2 Μはロータの磁極数であり、図 2に示すでは、 Μ= 12である。したがって、 I α— j8 I =60° である。すなわち、ステータ 20の環状コイル 41, 42, 43の属性は、環状コィル 41を U相とすると、前記環状コイル 42は W相（結線の向きを反転させれば W 相）、環状コイル 43は V相となる。 [0046] ここで、 α + j8 =0とすることで、段間，すなわち、 U相ロータ 11と W相ロータ 12の間及び U相ステータ 21と W相ステータ 22の間における磁束の漏れを小さくすることができる。したがって、磁束の漏れを小さくできる分、出力トルクを大きくできる。

[0047] クローポール型のロータを用いる場合、問題となるのは、高速回転した時、ロータのクローポール (爪型磁極の爪部分)の遠心力による起きあがりである。爪部分の回転軸方向の長さが長いほど、起きあがりやすくなる。従って、ロータを単一のクローポール型のロータとした場合に比べて、図 1や図 2に示すように、クローポール型の単位口ータを、軸方向に 3個並置してロータを構成した場合、クローポールの爪部分の回転軸方向の爪部分の長さを、略 1Z3とすることができる。したがって、遠心力も小さくなるため、爪部分の元の部分の半径方向の肉厚を薄くできる。結果として、ロータのコァの半径方向の厚さ（図 4において、（クローポール 11C, 112Cの外側の径）—（環状コア 11A, 12Aの内側の径））を薄くできるので、図 4に示すように、ロータ 10の内径側に空間を設けることができる。すなわち、半径方向に肉厚が薄いロータとすることができる。この空間内には、減速機などの機構部を配置することができる。

[0048] 本実施形態によれば、クローポールの形状をロータとステータとでほぼ同じにすることができ、磁気回路が短く閉じると同時に漏れ磁束が減少するので、ロータ及びステータの間の磁束の不均一を改善して、磁束を均一化することができる。したがって、出力トルクを大きくすることができる。

[0049] また、クローポールの爪部分の回転軸方向の爪部分の長さを短くできることから、口ータのコアの半径方向の厚さが薄い肉薄のロータとすることができ、この空間内には

、減速機などの機構部を配置することができる。

[0050] さらに、ロータコイルが環状であり、コイルエンドがないことから、ジュール損失が減少すると共に、ロータが小型 '軽量になる。また卷線作業が簡単になるので、生産性が向上する。また、ステータコイルが環状であり、コイルエンドがないことから、ジユール損失が減少すると共にステータが小型 '軽量になる。また卷線作業が簡単になるので生産性が向上する。

[0051] また、ロータを構成する各単位ロータ間、及びステータを構成する各単位ステータ間の双方において、同極性のクローポール位置を所定の角度ずつ周方向に変位させることで、ロータとステータの一方のみを変位させるよりも、変位させる角度の絶対値が小さくなる。それにより漏れ磁束が減少するので、トルクが増加する。並置された

3個の単位ロータの内、隣接する単位ロータの同極性のクローポール位置が電気角で α ° ずつ周方向に変位しており、並置された 3個の単位ステータの内、隣接する単位ステータのクローポール位置が電気角で j8 ° ずつ周方向に変位しており、 | a —β I = 60° とすることで、並置された 3個の単位ロータの内、隣接する単位ロータの同極性のクローポール位置が電気角で α ° ずつ周方向に変位しており、並置された 3個の単位ステータの内、隣接する単位ステータのクローポール位置が電気角で j8 ° ずつ周方向に変位しており、 | α— β | = 120° とした場合に比べて、変位させる角度の絶対値が小さくなるので、段間の磁束の漏れをより小さくできる。

[0052] さらに、各単位ブロック間に空隙を設けることで、この空隙に各種歯車を設置するといったように、空間配置の自由度を高めることができる。

[0053] また、ロータゃステータのクローポールを圧粉磁心で制作することにより、多極化や偏平ィ匕が可能になる。それによりロータの内側が広く開けられるので、ロータコイルに電力を供給するためのブラシや各種歯車を設置するなどして回転電機全体を小型化できる。また材料の特長として渦電流損が減るので、効率が向上する。

[0054] さらに、ロータコイルゃステータコイルに平角線を用いることで、卷線さらに高密度に卷回することが可能になり、効率が向上する。

[0055] また、ロータの互いに異極性のクローポール間に永久磁石を備えることで、ロータの互いに異極性のクローポール間の漏れ磁場が減少するので、トルクがさらに増加する。

[0056] また、永久磁石をボンド磁石とし、圧粉鉄心で制作されるクローポールと二色一体で圧縮成形することで、組み立てに要する部品数が減るので、生産性が向上する。

[0057] 次に、図 8を用いて、本発明の第 2の実施形態による回転電機の構成について説明する。なお、本実施形態による回転電機の全体構成は、図 1に示したものと同様である。

図 8は、本発明の第 2の実施形態による回転電機に用いるロータとステータの構成を示す分解斜視図である。 [0058] ロータ 10Aは、ロータコア 11, 12A, 13 A, 14Aと、環状コィノレ 31, 32, 33と力ら構成される。ステータ 20Aは、ステータコア 21, 22A, 23A, 24Aと、環状コイル 41, 4 2, 43とから構成される。

[0059] ここで、ロータ 10Aを構成する各単位ロータの同極性のクローポールは、周方向に一致しており、 α =0° である。ステータ 20を構成する各単位ステータの同極性のクローポールは、電気角で = 60° (機械角で |8 ΖΜ=— 5° )ずつ周方向に変位している。したがって、図 2に示した実施形態と同様に I α— β I =60° である。すなわち、ステータの環状コイル 41, 42, 43の属性は、環状コイル 41を U相とすると、環状コイル 42は W相（結線の向きを反転させれば W相）、前記環状コイル 43は V 相となる。

[0060] 本実施形態においても、ロータ及びステータの間の磁束の不均一を改善して、磁束を均一化することができ、出力トルクを大きくすることができる。

[0061] また、クローポールの爪部分の回転軸方向の爪部分の長さを短くできることから、口ータのコアの半径方向の厚さが薄い肉薄のロータとすることができ、この空間内には

、減速機などの機構部を配置することができる。

[0062] 次に、図 9を用いて、本発明の第 3の実施形態による回転電機の構成について説明する。なお、本実施形態による回転電機の全体構成は、図 1に示したものと同様である。

図 9は、本発明の第 3の実施形態による回転電機に用いるロータとステータの構成を示す分解斜視図である。

[0063] ロータ 10Bは、ロータコア 11, 12B, 13B, 14Bと、環状コィノレ 31, 32, 33と力ら構成される。ステータ 20Βは、ステータコア 21, 22Β, 23Β, 24Βと、環状コィノレ 41, 42 , 43とから構成される。

[0064] ここで、ロータ 10Bを構成する各単位ロータの同極性のクローポールは、電気角で a =60° ずつ周方向に変位している。ステータ 20を構成する各単位ステータの同極性のクローポールは、電気角で = 60° (機械角で |8 ΖΜ=— 5° )ずつ周方向に変位している。したがって、図 2に示した実施形態とは異なり、 I α— β I = 12 0° である。すなわち、ステータの環状コイル 41, 42, 43の属性は、環状コイル 41を U相とすると、環状コイル 42は V相、前記環状コイル 43は W相となる。

[0065] 本実施形態では、 | α— β | = 120° であるので、図 2や図 8に示したような | a —β I = 60° のものに比べて、段間，すなわち、 U相ロータ 11と V相ロータ 12の間及び U相ステータ 21と V相ステータ 22の間における磁束の漏れの程度は若干大きくなる。それでも、ロータを 3段積み重ねたものでなぐ単一のクローポール型ロータとした場合に比べると、磁束の不均一を改善できるため、出力トルクを大きくできる。

[0066] 本実施形態においても、ロータ及びステータの間の磁束の不均一を改善して、磁束を均一化することができ、出力トルクを大きくすることができる。

[0067] また、クローポールの爪部分の回転軸方向の爪部分の長さを短くできることから、口ータのコアの半径方向の厚さが薄い肉薄のロータとすることができ、この空間内には

、減速機などの機構部を配置することができる。

[0068] 次に、図 10を用いて、本発明の第 4の実施形態による回転電機の構成について説明する。なお、本実施形態による回転電機の全体構成は、図 1に示したものと同様である。

図 10は、本発明の第 4の実施形態による回転電機に用いるロータとステータの構成を示す分解斜視図である。

[0069] ロータ 10Cは、ロータコア 11, 12C, 13C, 14Cと、環状コィノレ 31, 32, 33と力ら構成される。ステータ 20Cは、ステータコア 21, 22C, 23C, 24Cと、環状コイル 41, 42 , 43とから構成される。

[0070] ここで、ロータ 10Cを構成する各単位ロータの同極性のクローポールは、図 8の例と同じように、周方向に一致しており、 α =0° である。ステータ 20を構成する各単位ステータの同極性のクローポールは、電気角で j8 =— 120° ずつ周方向に変位している。したがって、図 9に示した実施形態と同様に、 I α— β I = 120° である。すなわち、ステータの環状コイル 41, 42, 43の属性は、環状コイル 41を U相とすると、環状コイル 42は V相、前記環状コイル 43は W相となる。

[0071] 本実施形態では、 I α— β I = 120° であるので、図 2や図 8に示したような | a —β I = 60° のものに比べて、段間，すなわち、 U相ロータ 11と V相ロータ 12の間及び U相ステータ 21と V相ステータ 22の間における磁束の漏れの程度は若干大きくなる。それでも、ロータを 3段積み重ねたものでなぐ単一のクローポール型ロータとした場合に比べると、磁束の不均一を改善できるため、出力トルクを大きくできる。

[0072] 本実施形態においても、ロータ及びステータの間の磁束の不均一を改善して、磁束を均一化することができ、出力トルクを大きくすることができる。

[0073] また、クローポールの爪部分の回転軸方向の爪部分の長さを短くできることから、口ータのコアの半径方向の厚さが薄い肉薄のロータとすることができ、この空間内には

、減速機などの機構部を配置することができる。

[0074] 次に、図 11を用いて、本発明の第 5の実施形態による回転電機の構成について説明する。なお、本実施形態による回転電機の全体構成は、図 1に示したものと同様である。

図 11は、本発明の第 5の実施形態による回転電機に用いるロータとステータの構成を示す分解斜視図である。

[0075] 本実施形態では、ロータ 10Dは、 U相単位ロータ 10Uと、 W相単位ロータ 10Wと、 V相単位ロータ 10Vとから構成される。各単位ロータ 10U, 10V, 10Wの構成は、図 4に示したようなものである。ステータ 20Dは、 U相単位ステータ 20Uと、 W相単位ステータ 20Wと、 V相単位ステータ 20Vとから構成される。各単位ステータ 20U, 20V , 20Wの構成は、図 6に示したようなものである。

[0076] ここで、各単位ロータ 10U, 10W, 10Vは、回転電機の回転軸方向に 3個並置されるとともに、単位ロータ 10Uと単位ロータ 10Wの間には、磁気的空隙 MGA1が形成され、また、単位ロータ 10Wと単位ロータ 10Vの間には、磁気的空隙 MGA2が形成されている。磁気的空隙 MGA1, MGA2は、例えば、ギャップ長 lmm程度の空隙である。なお、この空隙の間にワニスのような榭脂材力もなる非磁性体を充填してもよいものである。

[0077] また、各単位ステータ 20U, 20W, 20Vは、回転電機の回転軸方向に 3個並置されるととも〖こ、単位ステータ 20Uと単位ステータ 20Wの間には、磁気的空隙 MGA1 が形成され、また、単位ステータ 20Wと単位ステータ 20Vの間には、磁気的空隙 M GA2が形成されている。磁気的空隙 MGA1, MGA2は、例えば、ギャップ長 lmm 程度の空隙である。なお、この空隙の間にワニスのような榭脂材力もなる非磁性体を充填してもよいものである。

[0078] 上記のように、ロータの各単位ロータの間、及びステータの各単位ステータの間に磁気的空隙を設けることで、段間の磁束の漏れを小さくすることができ、したがって、出力トルクを大きくできる。

[0079] 本実施形態においても、ロータ及びステータの間の磁束の不均一を改善して、磁束を均一化することができ、出力トルクを大きくすることができる。

[0080] また、クローポールの爪部分の回転軸方向の爪部分の長さを短くできることから、口ータのコアの半径方向の厚さが薄い肉薄のロータとすることができ、この空間内には

、減速機などの機構部を配置することができる。

[0081] 次に、図 12を用いて、本発明の第 6の実施形態による回転電機の構成について説明する。なお、本実施形態による回転電機の全体構成は、図 1に示したものと同様である。

図 12は、本発明の第 6の実施形態による回転電機に用いるロータとステータの構成を示す分解斜視図である。

[0082] 本実施形態では、ロータ 10Eは、 U相単位ロータ 10Uと、 W相単位ロータ 10Wと、 V相単位ロータ 10Vとから構成される。各単位ロータ 10U, 10V, 10Wの構成は、図 4に示したようなものである。ステータ 20Eは、 U相単位ステータ 20Uと、 W相単位ステータ 20Wと、 V相単位ステータ 20Vとから構成される。各単位ステータ 20U, 20V , 20Wの構成は、図 6に示したようなものである。

[0083] ここで、各単位ロータ 10U, 10W, 10Vは、回転電機の回転軸方向に 3個並置されるとともに、単位ロータ 10Uと単位ロータ 10Wの間には、磁気的空隙 MGA3が形成され、また、単位ロータ 10Wと単位ロータ 10Vの間には、磁気的空隙 MGA2が形成されている。磁気的空隙 MGA3は、例えば、ギャップ長が数十 mm程度の空隙である。磁気的空隙 MGA1は、例えば、ギャップ長 lmm程度の空隙である。なお、この空隙の間にワニスのような榭脂材力もなる非磁性体を充填してもよいものである。

[0084] また、各単位ステータ 20U, 20W, 20Vは、回転電機の回転軸方向に 3個並置されるととも〖こ、単位ステータ 20Uと単位ステータ 20Wの間には、磁気的空隙 MGA3 が形成され、また、単位ステータ 20Wと単位ステータ 20Vの間には、磁気的空隙 M GA2が形成されている。磁気的空隙 MGA3は、例えば、ギャップ長が数十 mm程度の空隙である。磁気的空隙 MGA1は、例えば、ギャップ長 lmm程度の空隙である。なお、この空隙の間にワニスのような榭脂材力もなる非磁性体を充填してもよいものである。

[0085] 磁気的空隙 MGA3は、数十 mmの空隙であるため、この空隙内に、歯車等の機構部品を配置することもできる。

[0086] 上記のように、ロータの各単位ロータの間、及びステータの各単位ステータの間に磁気的空隙を設けることで、段間の磁束の漏れを小さくすることができ、したがって、出力トルクを大きくできる。

[0087] 本実施形態においても、ロータ及びステータの間の磁束の不均一を改善して、磁束を均一化することができ、出力トルクを大きくすることができる。

[0088] また、クローポールの爪部分の回転軸方向の爪部分の長さを短くできることから、口ータのコアの半径方向の厚さが薄い肉薄のロータとすることができ、この空間内には

、減速機などの機構部を配置することができる。

[0089] 次に、図 13及び図 14を用いて、本発明の第 7の実施形態による回転電機の構成について説明する。なお、本実施形態による回転電機の全体構成は、図 1に示したものと同様である。

図 13は、本発明の第 7の実施形態による回転電機に用いるロータとステータの構成を示す分解斜視図である。図 14は、本発明の第 7の実施形態による回転電機に用いるロータの構成を示す要部展開図である。

[0090] ロータ 10Fは、図 2に示したロータ 10と同様に、ロータコア 11, 12, 13, 14と、環状コイル 31, 32, 33と力構成される。図 1と対比して説明すると、ロータコア 11と、口ータコア 12の半分と、環状コイル 31とによって、 U相ロータ 10Uが構成される。また、ロータコア 12の残りの半分と、ロータコア 13の半分と、環状コイル 32とによって、 W相ロータ 10Wが構成される。さらに、ロータコア 13の残りの半分と、ロータコア 14と、環状コイル 33とによって、 V相ロータ 10Vが構成される。

[0091] さらに、本実施形態では、ロータ 10Fの互いに異極性のクローポール 11C, 12Cの間に、永久磁石 50が配置されている。本実施例では、ロータ全体で計 72箇所に永久磁石 50が配置されている。永久磁石 50は、クローポール 18間の漏れ磁場を打ち消すような向きに着磁されている。すなわち、図 14に示すように、クローポール 12C 力極で、クローポール 11Cが N極の場合、クローポール 11C, 12Cに挟まれた位置の永久磁石 50は、クローポール 12Cと接する側が S極となり、クローポール 11Cと接する側が N極となるように着磁される。

[0092] 一方、ステータ 20は、図 2に示したステータ 20と同じであり、ステータコア 21, 22, 2 3, 24と、環状コイル 41, 42, 43とから構成される。図 1と対比して説明すると、ステータコア 21と、ステータコア 22の半分と、環状コイル 41とによって、 U相ステータ 20U が構成される。また、ステータコア 22の残りの半分と、ステータコア 23の半分と、環状コイル 42とによって、 W相ステータ 20Wが構成される。さらに、ステータコア 23の残りの半分と、ステータコア 24と、環状コイル 43とによって、 V相ステータ 20Vが構成される。

[0093] 本実施形態では、異極のクローポール間に、クローポール 11C, 12C間の漏れ磁場を打ち消すような向きに着磁された永久磁石を配置することで、段間の漏れ磁束を低減でき、出力トルクを大きくすることができる。

[0094] ここで、ロータコア 11, 12, 13, 14を圧粉磁心で製作する場合は、永久磁石 50をボンド磁石で製作し、かつロータコア 11, 12, 13, 14のいずれ力と二色一体で圧縮成形することで、生産性を向上することができる。

[0095] 本実施形態においても、ロータ及びステータの間の磁束の不均一を改善して、磁束を均一化することができ、出力トルクを大きくすることができる。

[0096] また、クローポールの爪部分の回転軸方向の爪部分の長さを短くできることから、口ータのコアの半径方向の厚さが薄い肉薄のロータとすることができ、この空間内には

、減速機などの機構部を配置することができる。

[0097] さらに、ロータコアと永久磁石の二色一体の圧縮成形により、生産性を向上することができる。

[0098] 次に、図 15を用いて、本発明の第 8の実施形態による回転電機の構成について説明する。なお、本実施形態による回転電機の全体構成は、図 1に示したものと同様である。図 15は、本発明の第 8の実施形態による回転電機に用いるロータとステータの構成を示す分解斜視図である。

[0099] ロータ 10Gは、図 2に示したロータ 10と同様に、ロータコア 11G, 12G, 13G, 14G と、環状コイル 31, 32, 33とから構成される。図 1と対比して説明すると、ロータコア 1 1Gと、ロータコア 12Gの半分と、環状コイル 31とによって、 U相ロータ 10Uが構成される。また、ロータコア 12Gの残りの半分と、ロータコア 13Gの半分と、環状コイル 32 とによって、 W相ロータ 10Wが構成される。さらに、ロータコア 13Gの残りの半分と、口ータコア 14Gと、環状コイル 33とによって、 V相ロータ 10Vが構成される。本実施形態では、図 2の例と異なり、ロータの磁極数は 12としている。

[0100] さらに、本実施形態では、ロータ 10Gの互いに異極性のクローポールの間に、永久磁石 50が配置されている。本実施例では、ロータ全体で計 36箇所に永久磁石 50が配置されている。永久磁石 50は、クローポール間の漏れ磁場を打ち消すような向きに着磁されている。

[0101] 一方、ステータ 20Gは、図 2に示したステータ 20と同様に、ステータコア 21G, 22G , 23G, 24Gと、環状コイル 41, 42, 43と力構成される。図 1と対比して説明すると、ステータコア 21Gと、ステータコア 22Gの半分と、環状コイル 41とによって、 U相ステータ 20Uが構成される。また、ステータコア 22Gの残りの半分と、ステータコア 23G の半分と、環状コイル 42とによって、 W相ステータ 20Wが構成される。さらに、ステータコア 23Gの残りの半分と、ステータコア 24Gと、環状コイル 43とによって、 V相ステータ 20Vが構成される。本実施形態では、図 2の例と異なり、ステータの磁極数は 12 としている。磁極数は、要求される回転数やトルク、電源電圧などから適宜選択される

[0102] 本実施形態では、異極のクローポール間に、クローポール間の漏れ磁場を打ち消すような向きに着磁された永久磁石を配置することで、段間の漏れ磁束を低減でき、出力トルクを大きくすることができる。

[0103] ここで、ロータコアを圧粉磁心で製作する場合は、永久磁石 50をボンド磁石で製作し、かつロータコアのいずれかと二色一体で圧縮成形することで、生産性を向上することができる。 [0104] 本実施形態においても、ロータ及びステータの間の磁束の不均一を改善して、磁束を均一化することができ、出力トルクを大きくすることができる。

[0105] また、クローポールの爪部分の回転軸方向の爪部分の長さを短くできることから、口ータのコアの半径方向の厚さが薄い肉薄のロータとすることができ、この空間内には

、減速機などの機構部を配置することができる。

[0106] 次に、図 16を用いて、本発明の第 9の実施形態による回転電機の構成について説明する。なお、本実施形態による回転電機の全体構成は、図 1に示したものと同様である。

図 16は、本発明の第 9の実施形態による回転電機に用いるロータとステータの構成を示す分解斜視図である。

[0107] ロータ 10Hは、図 2に示したロータ 10と同様に、ロータコア 11H, 12H, 13H, 14 Hと、環状コイル 31, 32, 33とから構成される。図 1と対比して説明すると、ロータコア 11Hと、ロータコア 12Hの半分と、環状コイル 31とによって、 U相ロータ 10Uが構成される。また、ロータコア 12Hの残りの半分と、ロータコア 13Hの半分と、環状コイル 3 2とによって、 W相ロータ 10Wが構成される。さらに、ロータコア 13Hの残りの半分と、ロータコア 14Hと、環状コイル 33とによって、 V相ロータ 10Vが構成される。本実施形態では、図 2の例と異なり、ロータの磁極数は 48としている。

[0108] さらに、本実施形態では、ロータ 10Hの互いに異極性のクローポールの間に、永久磁石 50が配置されている。本実施例では、ロータ全体で計 144箇所に永久磁石 50 が配置されている。永久磁石 50は、クローポール間の漏れ磁場を打ち消すような向きに着磁されている。

[0109] 一方、ステータ 20Hは、図 2に示したステータ 20と同様に、ステータコア 21H, 22H , 23H, 24Hと、環状コイル 41, 42, 43と力も構成される。図 1と対比して説明すると、ステータコア 21Hと、ステータコア 22Hの半分と、環状コイル 41とによって、 U相ステータ 20Uが構成される。また、ステータコア 22Hの残りの半分と、ステータコア 23H の半分と、環状コイル 42とによって、 W相ステータ 20Wが構成される。さらに、ステータコア 23Hの残りの半分と、ステータコア 24Hと、環状コイル 43とによって、 V相ステータ 20Vが構成される。本実施形態では、図 2の例と異なり、ステータの磁極数は 48 としている。磁極数は、要求される回転数やトルク、電源電圧などから適宜選択される

[0110] 本実施形態では、異極のクローポール間に、クローポール間の漏れ磁場を打ち消すような向きに着磁された永久磁石を配置することで、段間の漏れ磁束を低減でき、出力トルクを大きくすることができる。

[0111] ここで、ロータコアを圧粉磁心で製作する場合は、永久磁石 50をボンド磁石で製作し、かつロータコアのいずれかと二色一体で圧縮成形することで、生産性を向上することができる。

[0112] 本実施形態においても、ロータ及びステータの間の磁束の不均一を改善して、磁束を均一化することができ、出力トルクを大きくすることができる。

[0113] また、クローポールの爪部分の回転軸方向の爪部分の長さを短くできることから、口ータのコアの半径方向の厚さが薄い肉薄のロータとすることができ、この空間内には

、減速機などの機構部を配置することができる。

[0114] 次に、図 17を用いて、本発明の各実施形態による回転電機を用いた電動車両の一つであるハイブリッド電気自動車の電機駆動システムの構成につ!、て説明する。図 17は、本発明の各実施形態による回転電機を用いた電動車両の一つであるノヽイブリツド電気自動車の電機駆動システムを示すブロック図である。

[0115] 図において、 100は回転電機であり、図 1及び図 2若しくは、図 8〜図 13,図 15,図 16に示された回転電機に加えて、減速機や差動装置から構成される。

[0116] 本実施形態のハイブリッド電気自動車は、内燃機関であるエンジン ENとモータ'ジエネレータ MGによって前輪 WH— Fを、回転電機 100の電動機によって後輪 WH— Rをそれぞれ駆動するように構成された四輪駆動式のものである。尚、本実施形態では、エンジン ENとモータ'ジェネレータ MGによって前輪 WH— Fを、回転電機 100 の電動機によって後輪 WH—Rをそれぞれ駆動する場合について説明するが、ェンジン ENとモータ'ジェネレータ MGによって後輪 WH— Rを、回転電機 100の電動機によって前輪 WH— Fをそれぞれ駆動するようにしてもょ、。

[0117] 前輪 WH— Fの前輪車軸 DS— Fには差動装置（図示省略)を介して変速機 TMが機械的に接続されている。変速機 TMには出力制御機構 (図示省略)を介してェンジン ENとモータ ·ジェネレータ MGが機械的に接続されて!、る。出力制御機構（図示省略）は、回転出力の合成や分配を司る機構である。モータ 'ジェネレータ MGの固定子卷線にはインバータ INVの交流側が電気的に接続されている。インバータ INVは、直流電力を三相交流電力に変換する電力変換装置であり、モータ'ジェネレータ M Gの駆動を制御するものである。インバータ INVの直流側にはバッテリ BAが電気的に接続されている。

[0118] 後輪 WH— Rの後輪車軸 DS— Rl, DS—R2には回転電機 100の差動装置の出力軸の端部が機械的に接続されている。回転電機 100の電動機の固定子卷線にはインバータ INVの交流側が電気的に接続されている。ここで、インバータ INVはモータ ·ジェネレータ MGと回転電機 100の電動機に対して共用のものであり、モータ ·ジエネレータ MG用の変換回路部と、回転電機 100の電動機の変換回路部と、それらを駆動するための駆動制御部とを有する。

[0119] ハイブリッド電気自動車の始動時及び低速走行時 (エンジン ENの運転効率 (燃費）が低下する走行領域）は、モータ'ジェネレータ MGによって前輪 WH— Fを駆動する。尚、本実施形態では、ハイブリッド電気自動車 5の始動時及び低速走行時、モータ 'ジェネレータ MGによって前輪 WH— Fを駆動する場合について説明する力モータ 'ジェネレータ MGによって前輪 WH— Fを駆動し、回転電機 100の電動機によって後輪 WH—Rを駆動するようにしてもょヽ（四輪駆動走行をしてもよ!、)。インバータ I NVにはバッテリ BA力も直流電力が供給される。供給された直流電力はインバータ I NVによって三相交流電力に変換される。これによつて得られた三相交流電力はモータ 'ジェネレータ MGの固定子卷線に供給される。これにより、モータ'ジェネレータ MGは駆動され、回転出力を発生する。この回転出力は出力制御機構（図示省略）を介して変速機 TMに入力される。入力された回転出力は変速機 TMによって変速され、差動装置 (図示省略)に入力される。入力された回転出力は差動装置 (図示省略）によって左右に分配され、前輪 WH— Fの一方における前輪車軸 DS— Fと前輪 WH— Fの他方における前輪車軸 DS— Fにそれぞれ伝達される。これにより、前輪車軸 DS— Fが回転駆動される。そして、前輪車軸 DS— Fの回転駆動によって前輪 WH— Fが回転駆動される。 [0120] ノ、イブリツド電気自動車の通常走行時 (乾!/、た路面を走行する場合であって、ェンジン ENの運転効率 (燃費）が良い走行領域）は、エンジン ENによって前輪 WH— F を駆動する。このため、エンジン ENの回転出力は出力制御機構（図示省略)を介して変速機 TMに入力される。入力された回転出力は変速機 TMによって変速される。変速された回転出力は差動装置（図示省略)を介して前輪車軸 DS— Fに伝達される。これにより、前輪 WH— Fが回転駆動される。また、ノッテリ BAの充電状態を検出し、ノッテリ BAを充電する必要がある場合は、エンジン ENの回転出力を、出力制御機構（図示省略）を介してモータ ·ジェネレータ MGに分配し、モータ ·ジェネレータ MG を回転駆動する。これにより、モータ'ジェネレータ MGは発電機として動作する。この動作により、モータ'ジェネレータ MGの固定子卷線に三相交流電力が発生する。この発生した三相交流電力はインバータ INVによって所定の直流電力に変換される。この変換によって得られた直流電力はバッテリ BAに供給される。これにより、ノッテリ BAは充電される。

[0121] ハイブリッド電気自動車の四輪駆動走行時 (雪道などの低 μ路を走行する場合であって、エンジン ΕΝの運転効率 (燃費）が良い走行領域）は、回転電機 100の電動機によって後輪 WH—Rを駆動する。また、上記通常走行と同様に、エンジン 1によつて前輪 WH— Fを駆動する。さらに、回転電機 100の電動機の駆動によってバッテリ ΒΑの蓄電量が減少するので、上記通常走行と同様に、エンジン ΕΝの回転出力によつてモータ.ジェネレータ MGを回転駆動してバッテリ ΒΑを充電する。回転電機 100 の電動機によって後輪 WH—Rを駆動するめに、インバータ INVにはバッテリ ΒΑから直流電力が供給される。供給された直流電力はインバータ INVによって三相交流電力に変換され、この変換によって得られた交流電力が回転電機 100の固定子卷線に供給される。これにより、回転電機 100の電動機は駆動され、回転出力を発生する。発生した回転出力は、回転電機 100の減速機によって減速され、回転電機 100の差動装置の入力される。入力された回転出力は回転電機 100の差動装置によって左右に分配され、後輪 WH—Rの一方における後輪車軸 DS—R1, 03—1^2と後輪¹^ H—Rの他方における後輪車軸 DS—Rl, DS—R2にそれぞれ伝達される。これにより、後輪車軸 DS— F4回転駆動される。そして、後輪車軸 DS— Rl, DS— R2の回転駆動によって後輪 WH—尺が回転駆動される。

[0122] ハイブリッド電気自動車の加速時は、エンジン ENとモータ ·ジェネレータ MGによつて前輪 WH— Fを駆動する。尚、本実施形態では、ハイブリッド電気自動車の加速時、エンジン ENとモータ'ジェネレータ MGによって前輪 WH— Fを駆動する場合について説明するが、エンジン ENとモータ'ジェネレータ MGによって前輪 WH— Fを駆動し、回転電機 100の電動機によって後輪 WH—Rを駆動するようにしてもよい（四輪駆動走行をしてもょ、)。エンジン ENとモータ ·ジェネレータの回転出力は出力制御機構 (図示省略)を介して変速機 TMに入力される。入力された回転出力は変速機 TMによって変速される。変速された回転出力は差動装置（図示省略)を介して前輪車軸 DS— Fに伝達される。これにより、前輪 WH— Fが回転駆動される。

[0123] ハイブリッド電気自動車の回生時 (ブレーキを踏み込み時，アクセルの踏み込みを緩めた時或いはアクセルの踏み込みを止めた時などの減速時）は、前輪 WH— Fの回転出力を前輪車軸 DS— F,差動装置 (図示省略)、変速機 TM、出力制御機構（図示省略）を介してモータ'ジェネレータ MGに伝達し、モータジェネレータ MGを回転駆動する。これにより、モータ 'ジェネレータ MGは発電機として動作する。この動作により、モータ'ジェネレータ MGの固定子卷線に三相交流電力が発生する。この発生した三相交流電力はインバータ INVによって所定の直流電力に変換される。この変換によって得られた直流電力はバッテリ BAに供給される。これにより、バッテリ B Aは充電される。一方、後輪 WH—Rの回転出力を後輪車軸 DS—Rl, DS-R2, 回転電機 100の差動装置、回転電機 100の減速機を介して回転電機 100の電動機に伝達し、回転電機 100の電動機を回転駆動する。これにより、回転電機 100の電動機は発電機として動作する。この動作により、回転電機 100の電動機の固定子卷線に三相交流電力が発生する。この発生した三相交流電力はインバータ INVによつて所定の直流電力に変換される。この変換によって得られた直流電力はバッテリ BA に供給される。これにより、ノッテリ BAは充電される。

[0124] また、モータ'ジェネレータ MGとしては、回転電機 100と同じ構成のものを用いることができる。モータ'ジェネレータ MGは、エンジン ENと変速機 TMの間に配置されるので、ここで、モータ'ジェネレータ MGの構成を、回転電機 100と同じ構成とすることで、回転電機 100はコイルエンドがないため、より扁平にでき、小型化に寄与できる。

[0125] 次に、図 18を用いて、本発明の各実施形態による回転電機を用いた電動車両の一つである電気自動車の電機駆動システムの構成にっ、て説明する。

図 18は、本発明の各実施形態による回転電機を用、た電動車両の一つである電気自動車の電機駆動システムを示すブロック図である。

[0126] 図において、 100は回転電機であり、図 1及び図 2若しくは、図 8〜図 13,図 15,図

16に示された回転電機に加えて、減速機や差動装置から構成される。

[0127] 回転電機 100の差動装置の出力軸の端部には前輪 WH— Fの前輪車軸 DS— F1 , DS— F2が機械的に接続されている。これにより、回転電機 100の電動機の出力は前輪車軸 DS— Fl, DS— F2に伝達されて前輪車軸 DS— Fl, DS— F2を回転駆動する。そして、前輪車軸 DS— Fl, DS— F2の回転駆動によって前輪 WH— Fが回転駆動させ、図示する構成の電気自動車が駆動される。尚、本実施形態では、回転電機 100によって前輪車軸 DS— Fl, DS— F2を回転駆動して前輪 WH— Fを回転駆動する場合について説明するが、回転電機 100によって後輪車軸 4を回転駆動して後輪 WH—Rを回転駆動するようにしてもょ、。回転電機 100の電動機の固定子卷線にはインバータ INVの交流側が電気的に接続されている。インバータ INVは、直流電力を三相交流電力に変換する電力変換装置であり、回転電機 100の電動機の駆動を制御するものである。インバータ INVの直流側にはバッテリ BAが電気的に接続されている。

[0128] 電気自動車のカ行時 (始動時、走行時、加速時など）は、回転電機 100の電動機によって前輪 WH— Fを駆動する。このため、インバータ INVにはバッテリ BAから直流電力が供給される。供給された直流電力はインバータ INVによって三相交流電力に変換される。これによつて得られた三相交流電力は回転電機 100の電動機の固定子卷線に供給される。これにより、回転電機 100の電動機は駆動され、回転出力を発生する。この回転出力は回転電機 100の減速機によって減速され、回転電機 100の差動装置に入力される。入力された回転出力は回転電機 100の差動装置によって左右に分配され、前輪 WH— Fの一方における前輪車軸 DS— Fl, DS— F2と前輪 WH— Fの他方における前輪車軸 DS— Fl, DS— F2にそれぞれ伝達される。これにより、前輪車軸 DS— Fl, DS— F2が回転駆動される。そして、前輪車軸 DS— F1 , DS— F2の回転駆動によって前輪 WH— Fが回転駆動される。

[0129] 電気自動車の回生時 (ブレーキを踏み込み時，アクセルの踏み込みを緩めた時或いはアクセルの踏み込みを止めた時などの減速時）は、前輪 WH— Fの回転出力を前輪車軸 DS— Fl, DS-F2,回転電機 100の差動装置、回転電機 100の減速機を介して回転電機 100の電動機に伝達し、回転電機 100の電動機を回転駆動する。これにより、回転電機 100の電動機は発電機として動作する。この動作により、回転電機 100の電動機の固定子卷線に三相交流電力が発生する。この発生した三相交流電力はインバータ INVによって所定の直流電力に変換される。この変換によって得られた直流電力はバッテリ BAに供給される。これにより、ノッテリ BAは充電される

[0130] 本実施形態の電機駆動システムによれば、前述したいずれかの実施形態に記載の回転電機、すなわち減速機のトルクの伝達効率が高、回転電機を備えて、るので、電気自動車を効率よく駆動させることができ、一充電当りの走行距離を向上させることができる。また、本実施形態の電機駆動システムによれば、コンパクトな回転電機を備えているので、車両への搭載省スペース化を図ることができるので、車両の小型化 ,軽量ィ匕及び低コスト化に寄与することができる。

[0131] 次に、図 19を用いて、本発明の各実施形態による回転電機をインホイールモータ Zジェネレータとして用いた場合の電気自動車の構成について説明する。

図 19は、本発明の各実施形態による回転電機をインホイールモータ/ジエネレータとして用いた場合の電気自動車の構成を示すブロック図である。

[0132] 車両は、左前輪 WH— FLと、右前輪 WH— FRと、左後輪 WH— RLと、右後輪 WH —RRとを備えている。各車輪 WH— FL, WH-FR, WH-RL, WH— RRには、ィンホイールモータ/ジェネレータとして用いられる回転電機 100FL, 100FR, 100R L, 100RRが備えられている。回転電機 100FL, 100FR, 100RL, 100RRは、図 1 及び図 2若しくは、図 8〜図 13,図 15,図 16に示された回転電機にカ卩えて、中空シャフトの内部に設けられた減速機を備えて！/、る。

[0133] 回転電機 lOOFL, 100FR, 100RL, 100RRの減速機の出力軸の端部には、左前輪 WH— FL,右前輪 WH— FR,左後輪 WH— RL,右後輪 WH— RRが、それぞれ、機械的に接続されている。これにより、回転電機 lOOFL, 100FR, 100RL, 10 0RRの電動機の出力は、左前輪 WH— FL,右前輪 WH— FR,左後輪 WH— RL, 右後輪 WH— RRに伝達され、これらを回転駆動させ、図示する構成の電気自動車が駆動される。回転電機 lOOFL, 100FR, 100RL, 100RRの電動機の固定子卷線にはインバータ INVの交流側が電気的に接続されている。インバータ INVは、直流電力を三相交流電力に変換する電力変換装置であり、回転電機 lOOFL, 100FR , 100RL, 100RRの電動機の駆動を制御するものである。インバータ INVの直流側にはバッテリ BAが電気的に接続されている。

[0134] 電気自動車のカ行時 (始動時、走行時、加速時など）は、回転電機 lOOFL, 100F R, 100RL, 100RRの電動機によって前輪 WH— Fを駆動する。このため、インバータ INVにはバッテリ BAから直流電力が供給される。供給された直流電力はインバータ INVによって三相交流電力に変換される。これによつて得られた三相交流電力は回転電機 lOOFL, 100FR, 100RL, 100RRの電動機の固定子卷線に供給される。これにより、回転電機 100の電動機は駆動され、回転出力を発生する。この回転出力は回転電機 lOOFL, 100FR, 100RL, 100RRの減速機によって減速され、左前輪 WH— FL,右前輪 WH— FR,左後輪 WH— RL,右後輪 WH— RRが回転駆動される。

[0135] 電気自動車の回生時 (ブレーキを踏み込み時，アクセルの踏み込みを緩めた時或いはアクセルの踏み込みを止めた時などの減速時）は、左前輪 WH— FL,右前輪 W H-FR,左後輪 WH—RL,右後輪 WH—RRの回転出力は、回転電機 100FL, 10 OFR, 100RL, 100RRの減速機を介して回転電機 lOOFL, 100FR, 100RL, 10 ORRの電動機に伝達し、回転電機 lOOFL, 100FR, 100RL, 100RRの電動機を回転駆動する。これ〖こより、回転電機 lOOFL, 100FR, 100RL, 100RRの電動機は発電機として動作する。この動作により、回転電機 lOOFL, 100FR, 100RL, 10 ORRの電動機の固定子卷線に三相交流電力が発生する。この発生した三相交流電力はインバータ INVによって所定の直流電力に変換される。この変換によって得られた直流電力はバッテリ BAに供給される。これにより、ノッテリ BAは充電される。本実施形態の電機駆動システムによれば、前述したいずれかの実施形態に記載の回転電機、すなわち減速機のトルクの伝達効率が高、回転電機を備えて、るので、電気自動車を効率よく駆動させることができ、一充電当りの走行距離を向上させることができる。また、本実施形態の電機駆動システムによれば、コンパクトな回転電機を備えているので、車両への搭載省スペース化を図ることができるので、車両の小型化 ,軽量ィ匕及び低コスト化に寄与することができる。

Claims

請求の範囲

[1] ステータコアとステータコイルとを有するステータと、ロータコアとロータコイルとを有するロータとを備えた回転電機であって、

前記ステータは、クローポール型の単位ステータを回転電機の回転軸方向に 3個並置した構成であり、

前記ロータは、クローポール型の単位ロータを回転電機の軸方向に 3個並置した構成であり、

前記単位ステータの前記ステータコイルは、環状コイル力もなり、

前記単位ステータの前記ステータコアは、

前記回転軸周りの環状ヨークと、

前記環状ヨークの軸方向両端力径方向に伸びたティースと、

前記ティースの先端に設けられ、前記環状コイルに通電したときに周方向に交互に異極性に磁ィ匕されるクローポールとからなり、

前記単位ロータの前記ロータコイルは、環状コイルカゝらなり、

前記単位ロータの前記ロータコアは、

前記回転軸周りの環状ヨークと、

前記ティースの先端に設けられ、前記環状コイルに通電したときに周方向に交互に異極性に磁ィ匕されるクローポールとからなることを特徴とする回転電機。

[2] 請求項 1記載の回転電機において、

並置された 3個の前記単位ロータの内、隣接する単位ロータの同極性のクローポール位置が電気角で α ° ずつ周方向に変位しており、

並置された 3個の前記単位ステータの内、隣接する単位ステータのクローポール位置が電気角で j8 ° ずつ周方向に変位しており、

ここで、 I ひ一 j8 I = 60° であることを特徴とする回転電機。

[3] 請求項 1記載の回転電機において、

並置された 3個の前記単位ロータの内、隣接する単位ロータの同極性のクローポール位置が電気角で α ° ずつ周方向に変位しており、並置された 3個の前記単位ステータの内、隣接する単位ステータのクローポール位置が電気角で j8 ° ずつ周方向に変位しており、

ここで、 I a— j8 I = 120° であることを特徴とする回転電機。

[4] 請求項 2若しくは請求項 3のいずれかに記載の回転電機において、

α + β = 0であることを特徴とする回転電機。

[5] 請求項 4記載の回転電機において、

α = 30、 |8 =— 30、ぁるぃは0；=— 30、 j8 = 30であることを特徴とする回転電機

[6] 請求項 1記載の回転電機において、

対向する前記単位ロータと前記単位ステータを単位ブロックとしたとき、隣接する前記単位ブロック間に設けられた磁気的空隙を備えることを特徴とする記載の回転電機。

[7] 請求項 1記載の回転電機において、

前記ロータの前記クローポール及び前記ステータの前記クローポールは、圧粉磁心で製作されることを特徴とする回転電機。

[8] 請求項 1記載の回転電機において、

前記単位ロータは、それぞれ、互いに異極性のクローポール間に配置され、このクローポール間の漏れ磁場を打ち消すような向きに着磁された永久磁石を備えることを特徴とする回転電機。

[9] 請求項 8記載の回転電機において、

前記永久磁石がボンド磁石で構成され、

前記クローポールは、圧粉磁心で製作され、

前記永久磁石と前記クローポールとは、二色一体で圧縮成形されることを特徴とする回転電機。

[10] 車両駆動力又は車載補機用駆動力を発生する回転電機と、この回転電機に供給する電力を制御するインバータとを有する車載回転電機システムであって、

前記回転電機は、ステータコアとステータコイルとを有するステータと、ロータコアとロータコイルとを有するロータとを備えており、前記ステータは、クローポール型の単位ステータを回転電機の回転軸方向に 3個並置した構成であり、

前記単位ステータの前記ステータコアは、

前記回転軸周りの環状ヨークと、

前記単位ロータの前記ロータコアは、

前記回転軸周りの環状ヨークと、

前記ティースの先端に設けられ、前記環状コイルに通電したときに周方向に交互に異極性に磁ィ匕されるクローポールとからなることを特徴とする車載回転電機システム。