電動發電機的製作方法

2023-12-10 22:12:42

專利名稱：電動發電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及適用於PEV(Pure Electric Vehicle純電動汽車)、HEV(Hybrid ElectricVehicle混合電動汽車)、FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle燃料電池汽車)等的電動汽車的電動發電機。
背景技術：
以往，將發動機和電動機作為驅動部的混合電動汽車，具有用於電動機驅動的高電壓系統電池、燈和音響等輔機用低電壓系統電池兩種。考慮到搭載在車輛上的電池的維護，採用利用搭載在車輛上的電動發電機對電池進行充電的結構。


圖16是傳統的混合電動汽車的結構。8是發動機，9是電動機，藉助10的動力切換機構將發動機或電動機或發動機和電動機雙方的動力傳遞給車輪。電動機9從高電壓電池70通過電力變換裝置30得到控制。80是交流發電機，構成通過發動機的旋轉，對低電壓電池90進行充電的系統結構。高電壓電池的充電採用了將電動機9作為發電機進行動作，通過電力變換裝置30對高電壓電池70進行充電的機構。
另外，圖17是另外一種傳統混合電動汽車的結構圖。與圖16的不同之處在於，對低電壓電池90的充電不是利用交流發電機80，而是從高電壓電池70通過DC-DC變換器(コンバ一タ)100進行充電的結構(參照「TOYOTAESTIMA HYBRID新型車說明書產品號61994」，豐田汽車株式會社服務部，2001年6月發行，p0-9，p1-31)。
有關電動發電機，已有許多勵磁繞組方式的電動發電機的提案，已知的有具有與高電壓系統電池連接的繞組和與低電壓系統電池連接的繞組兩個繞組的結構(參照日本專利特開平6-105512號公報(第1頁、第3頁、圖1))。
在上述傳統的電動汽車驅動系統的場合，需要兩種具有主高壓系統和輔機用低壓系統和電動發電機、或1種電動發電機再另外設有DC/DC變換器。因此，存在著安裝空間和成本增加的問題。
而且，在勵磁繞組方式中由2個繞組構成的場合，及在作為車輛的動力用而卷繞繞組的場合，電動發電機的體積非常大，存在著無法搭載在車輛上的問題。而且，因為是勵磁繞組方式，故還存在難以同時對各個繞組進行控制的問題。
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種以磁鐵勵磁方式而將2種電動發電機一體化、節省空間和低成本的電動汽車驅動系統。
本

發明內容
為了達到上述目的，本發明的電動發電機，其特徵在於，包括保持有多個永久磁鐵的轉子、具有多個齒部的定子，並具有2個以上的分別卷繞在所述多個齒部上且相互機械上、電氣上獨立結構的繞組群。而且，所述多個齒部區分為第1齒部和第2齒部，所述多個繞組群區分為第1繞組群和第2繞組群，多個卷繞有所述第1繞組群的構成所述多個第1齒部的組，在所述定子整體中設有多個組。而且，對於相同組內的所述多個第1齒部，分別卷繞有施加同相電壓的第1繞組群，並使其卷繞方向與相鄰的繞組群相反，同時組與組之間配置有卷繞有所述第2繞組群的所述第2齒部。
此時，將第2繞組群的繞組規格做成與第1繞組群的繞組規格不相同，通過將匝數做得比第1繞組群少，可使第2繞組群的再生時的發電電壓比第1繞組群的再生時的發電電壓低。因此，比如可將額定旋轉時產生的發電電壓在第1繞組群中作為高壓系統的高電壓電池的電壓，在第2繞組群中作為低壓系統的低電壓電池的電壓。因此，不僅不再需要傳統的用於高電壓電池的電動發電機，而且也不需要用於低電壓電池的其他電動發電機，對於僅再生1種電壓時進行發電的電動發電機不再需要另外配備DC/DC變換器。
另外，通過高電壓電池使第1繞組群進行動力運行，驅動電動發電機，由第2繞組群進行再生，也可對低電壓電池進行充電。
另外，具有所述2個以上繞組群的電動發電機，其特徵在於，各個獨立的電力變換裝置中的至少2個電力變換裝置包括由開關元件構成的變換器；門驅動電路；對所述變換器進行控制的控制部；對電機電流進行檢測的電流檢測傳感器；對電機的磁極位置進行檢測的磁極位置檢測傳感器；以及電源部，所述至少2個電力變換裝置同時具有所述控制部、所述磁極位置檢測傳感器和所述電源部。
另外，將低電壓繞組的發電電壓設定成在最高旋轉時為額定電壓，且使與各個繞組的輸出端連接的電力變換裝置以升壓模式驅動。
另外，將低電壓繞組的發電電壓設定成在最高轉速的大致一半轉速時為額定電壓，且將與各個繞組的輸出端連接的電力變換裝置切換成弱勵磁和強勵磁並使其驅動。
而且，通過卷繞在來自磁鐵的磁路形成部上的控制繞組，對至少1個繞組群的輸出端產生的發電電壓進行控制。
而且，在第1繞組群中電機的轉速可變，對第2繞組群的輸出端產生的發電電壓進行控制。
本發明的電動發電機使用永久磁鐵埋入型的轉子，其結構上具備反凸極性，因而通過使通電的電流的電流相位提前，除產生磁扭矩外，還可產生磁阻扭矩，成為更大扭矩的電動發電機。即，相同輸出功率的電動發電機能更小型化。
而且，1個個繞組作成集中卷繞的繞組，線圈端與分布卷繞的繞組相比可大幅度減小，能使電動發電機更小型化。
另外，對於本發明的電動發電機的第1繞組群產生的電壓，在U·V·W相的各個組內，其繞組規格卷繞成為與相鄰的第1齒部互為不同的極性，可緩和勵磁分布的偏重，可降低電動發電機驅動時在主繞組內感應的反向電動勢波形的變形。因此，能降低定子鐵心和轉子鐵心的鐵損，而且，對於轉子鐵心中的永久磁鐵，也可抑制渦電流的發生，因而能減輕由其發生的熱量，抑制永久磁鐵的減磁，可實現高效的電動發電機。
而且，在本發明的電動發電機中，所述多個組由分別卷繞有第1繞組群的n個(只是n≥2的整數)的第1齒部構成，而且，將所述轉子的極數設為p、所述第1齒部的總數設為t、將U·V·W3相的第1繞組群1套作成1組的繞組組數設為s(只是p、t、s都是正的整數)時，則滿足以下關係p＝2×s×(±1+3×k)且p＞t(只是k≥0的整數)因而所述第1繞組群所構成的各組內，相鄰的所述多個第1齒部的各個繞組成為互為不同的極性，可緩和勵磁分布的偏重，能降低電動發電機驅動時的第1繞組群的端子間發生電壓波形的變形。因此，可抑制鐵損的產生，提高電動發電機的效率。
而且，在本發明的電動發電機中，根據上述情況，轉子極數為10q極，所述第1齒部之間形成的切槽總數為9q個，所述第2齒部相互之間形成的切槽總數為3q個(但無論怎樣，q是正的整數)，在所述第1齒部的轉子相對部角度為θ1[rad]、所述第2齒部的轉子相對部角度為θ2[rad]的場合，則滿足以下關係π/10q＜θ1＜π/5q及π/45q＜θ2＜π/10q從而磁通的飽和減小，容易流動，進一步提高扭矩，另一方面也可降低繞組中感應產生的反向電動勢波形的變形，降低鐵損，且可抑制永久磁鐵的渦電流引起的發熱，抑制永久磁鐵的減磁，提高電動發電機的效率。
而且，在本發明的電動發電機中，在與所述轉子的定子相對面相對的、所述多個第1齒部的前端部的周向端部邊上，從所述轉子的定子相對面離開地分別設置切除部。通過作成該結構，可緩和在各個齒部處的急劇的磁場變化，使電動發電機驅動時在繞組內產生的反向電動勢的波形進一步接近正弦波，能降低扭矩波動及齒隙(コギング)扭矩。
在本發明的電動發電機中，在由卷繞有所述第1繞組群的所述第1齒部構成的各個組中，在組內的1個以上第1齒部的前端部設有1個以上的凹部。另外，凹部的形狀做成大致矩形和圓弧形。當然也可是此外的其他形狀。
通過該結構，由於使第1齒部的前端部的磁極名義上細分化為S極、N極、S極，因而可得到大的扭矩，同時能將扭矩波動抑制在很小的程度。
同樣，也可在卷繞有所述第2繞組群的所述第2齒部的前端部設置1個以上凹部。而且，作為所述多個第2齒部以與轉子的磁極節距相對應的間隔設置在由卷繞有所述第1繞組群的所述多個第1齒部構成的組與組之間，或卷繞有所述第2繞組群的所述多個第2齒部以等間隔配置在由卷繞有所述第1繞組群的所述多個第1齒部構成的組與組之間的結構，通過使第1齒部多齒化，可有效地利用磁通，能大扭矩化即高輸出功率化。
而且，在本發明的電動發電機中，所述轉子包括所述多個永久磁鐵；將與所述永久磁鐵大致相同形狀且具有比所述永久磁鐵厚度小的寬度的多個切槽設置在所述多個永久磁鐵的定子側的相反側的轉子鐵心。
通過該結構，在切槽部，使永久磁鐵產生的磁通不易通過，即提高磁阻，進一步增大與磁阻小的地方的差異，通過產生更大的磁阻扭矩，可提高產生扭矩。
而且，在本發明的電動發電機中，所述轉子中的所述多個永久磁鐵的形狀為永久磁鐵的各個定子側側面與所述轉子的定子相對面之間的距離，在所述多個永久磁鐵的中央部比各個端部大的形狀，也可將構成所述轉子的所述多個永久磁鐵的形狀做成朝所述轉子的所述定子相對面側相反的方向凸出的大致V字形，或與所述轉子的徑向垂直的直線狀，或朝所述轉子的定子相對面側的相反方向凸出的圓弧狀，還可做成具有比所述轉子的半徑大的半徑且朝所述轉子的定子相對面側凸出的圓弧狀。
通過該結構，在轉子的定子相對部容易通過磁通的部分和不易通過的部分，即磁阻較小的部分和相比之下磁阻大的部分，可產生磁阻扭矩，可提高發生扭矩。
另外，通過做成使用本發明電動發電機的電動汽車，則不必像傳統的那樣需要高壓系統和低壓系統2種電動發電機、和對僅再生1種電壓時進行發電的電動發電機另外設置DC-DC變換器，可構成節省空間且成本低的電動汽車驅動系統，因而可提供低成本、對車室內能更寬敞地加以利用的電動汽車。
附圖的簡單說明圖1是用於說明本發明實施例1的電動發電機主要部分的主要部分概要剖視圖。
圖2是用於說明同一實施例的繞組卷繞方向的概要展開圖。
圖3是表示同一實施例的各繞組群相互間的接線狀態的接線圖。
圖4是表示一例齒數組合的電動發電機的主要部分概要剖視圖。
圖5是用於說明本發明的實施例2的電動發電機主要部分的主要部分概要剖視圖。
圖6是用於說明同一實施例的定子鐵心的局部放大圖。
圖7A是用於說明本發明實施例3的定子鐵心的概要剖視圖，圖7B是表示同一實施例的一例凹部的形成方法的局部圖，圖7C是表示同一實施例的一例凹部形狀的局部圖。
圖8A是用於說明本發明實施例4的一例永久磁鐵形狀的轉子的概要剖視圖，圖8B是用於說明同一實施例的其他永久磁鐵形狀的轉子的概要剖視圖，圖8C是用於說明同一實施例的又一永久磁鐵形狀的轉子的概要剖視圖，圖8D是表示同一實施例的一例轉子鐵心形狀的轉子的概要剖視圖。
圖9是用於說明本發明實施例5的外轉子型電動發電機的主要部分概要圖。
圖10是表示本發明實施例6的混合汽車結構的概要圖。
圖11是表示同一實施例的其他混合汽車結構的概要圖。
圖12是表示本發明實施例7的混合汽車結構的概要圖。
圖13是表示同一實施例的電力變換裝置結構的方塊圖。
圖14是表示本發明實施例8的電力變換裝置結構的方塊圖。
圖15是表示本發明的實施例10的各繞組群連接狀態的方塊圖。
圖16是表示搭載有電動發電機的傳統的混合汽車結構的概要圖。
圖17是表示搭載有電動發電機和DC-DC變換器的傳統混合汽車結構的概要圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖對本發明的實施例進行說明。
(實施例1)圖1～圖3是用於說明本發明實施例1的電動發電機的圖，圖1是用於說明電機主要部分的、以垂直旋轉中心軸的面為截面的主要部分剖視圖，圖2是用於說明卷繞在第1繞組群的齒部上的繞組卷繞方向的展開圖，圖3是表示第1及第2繞組群的各個接線狀態的接線圖。
圖1中，將電磁鋼板層疊而構成的定子鐵心1，具有卷繞有第1繞組群4的齒部2和卷繞有第2繞組群5的齒部3。而在由電磁鋼板層疊構成的轉子鐵心6中埋入永久磁鐵7構成轉子，在旋轉中心O的周圍，以可自由旋轉的狀態與第1及第2齒部2、3留有微小間隙地配置。此時，永久磁鐵7的方向分別配置成各相鄰的永久磁鐵朝向不同的磁場方向。
卷繞有第1繞組群4的第1齒部2一共有9個，分成施加U相電壓的組I、施加V相電壓的組II、施加W相電壓的組III，在各組I、II、III內分別設有3個第1齒部2。圖2中，表示各組的第1繞組群4的卷繞方向。卷繞在組內正中央的第1齒部2上的第1繞組群4的卷繞方向22，相對於卷繞在位於組內兩端的第1齒部2上的第1繞組群4的卷繞方向21是相反方向。即，各組I、II、III內的卷繞在第1齒部2上的第1繞組群4的卷繞方向，在其所屬的組內，與相鄰的第1齒部2成互為反向，相鄰的第1齒部2的第1繞組群的極性互為反轉。相對於各個第1齒部2的第1繞組群4串聯連接，但也可並列連接。同樣，相對於其他組的各個第1齒部2也用相同的方法卷繞第1繞組群4，從而各組形成U相、V相、W相的3相，以電氣角120度的相位差配置，進行星形接線。因此，在U相、V相、W相各個組I、II、III內，互為相鄰的第1齒部2呈互為相反的極性，因而可緩和磁場分布的偏重，減小電機驅動時端子間產生的反向電動勢的波形的變形，因而可減小鐵損。
本實施例1中，各組I、II、III各具有3個分別卷繞有第1繞組群4的第1齒部2(即，第1齒部2為3叉)，將U相·V相·W相的繞組1套作成1組的繞組組數為1組。
在上述結構中，將1個組內的第1齒部2的個數(叉數)設為n(n＞2的整數)、繞組組數設為s(s≥1的整數)、第1齒部2的總個數設為t、轉子的極數設為p時，則以下關係成立p＝2×s×(±1+3×k)而p≥t…(1)利用公式(1)，則本實施例1的轉子極數p為p＝2×1×(-1+3×k)若k＝2，則p＝2×1×(-1+3×2)＝10此時的轉子極數p與卷繞有第1繞組群4的第1齒部2的總個數t的關係為p(＝10)＞t(＝9)可見本實施例1的電動發電機結構滿足上式(1)。
這裡，1個卷繞有第1繞組群4的每一個第1齒部2的角度，對應於1個10極轉子的磁極的角度為36度。因此，各組內排列有3個第1齒部2，因而1個組為108度，各個組之間產生12度的間隙。為此，在該間隙內配置了卷繞有第1繞組群5的第2齒部3，但不會特別產生因第1繞組群4所引起的電機基本特性的下降。
第2繞組群5，以電氣角120度的相位差配置在第1繞組群4的各相之間，且星形接線，以與第1繞組群4獨立的狀態，也形成3相繞組。但是，其繞組規格與第1繞組群4的規格不同，匝數比第1繞組群4少，比如，第1繞組群4的匝數為288匝，第2繞組群5的匝數為12匝，各個輸出功率，在第1繞組群4中設定為10～30kW，在第2繞組群5中設定為1～3kW。
本實施例1中，第1繞組群4及第2繞組群5的接線狀態如圖3所示。圖3中，15u、15v、15w分別是各個第1繞組群4的U·V·W相的各輸出點，15r·15s·15t分別是各第2繞組群5的U·V·W相的各輸出點。第1繞組群4通過第1繞組群4相互之間由接線17a連接，第2繞組群5通過第2繞組群5相互之間由接線17b連接，第1繞組群4與第2繞組群5成為分別在機械、電氣上獨立的結構。圖中的16a、16b是各中性點。
通過如此的結構，由高電壓電池使第1繞組群4進行動力運行(施加電壓)，驅動電動發電機，第2繞組群5進行再生(發生電壓)，也可對低電壓電池進行充電。
這裡，第2繞組群5與第1繞組群4相比，卷繞有繞組的第2齒部3的個數設定得少，但與第1繞組群4相比輸出功率小，因而可充分確保發電特性。
另外，無論是第1繞組群4與第2繞組群5雙方作為再生用、還是再生時第1繞組群4的發電電壓是高電壓的場合，都可使第2繞組群5為低電壓，比如，對額定旋轉時產生的發電電壓，可將第1繞組群4作為高壓系統的高電壓電池的電壓，將第2繞組群5作為低壓系統的低電壓電池的電壓。因此，不必像傳統的那樣為了低電壓電池而另外設置DC/DC變換器。
另外，通過對卷繞有第2繞組群5的第2齒部3的齒寬設定為合適的寬度，第2齒部3內的磁通達到一定程度後，因磁飽和而抑制磁通量，因而即使是高速旋轉時也能將第2繞組群5產生的發電電壓抑制在很小。
而且，即使是更高速旋轉時，通過第1繞組群4對弱勵磁控制，將第1繞組群4的電壓抑制在高電壓系統的高電壓電池的允許電壓範圍內，同時也可將第2繞組群5的電壓抑制在低電壓電池的允許電壓範圍內。
本實施例1中，雖針對轉子極數(p)為10極、卷繞有第1繞組群4的第1齒部總個數(t)為9(即，9個切槽)、卷繞有第2繞組群5的第2齒部總個數為3的場合進行了說明，但本發明並不局限於該場合，第1齒部總個數(t)與轉子極數(p)的組合也可採用後敘的表1的組合結構。
而且，由卷繞有第1繞組群4的第1齒部2構成的各組I、II、III之間的間隙內設有的卷繞有第2繞組群5的第2齒部3的個數，也並不局限於本實施例1的結構中所說明的那樣為1個，也可考慮具有多個的結構的組合。此時，使第1齒部2相互之間的節距與磁鐵節距對應，同時也可使第2齒部3相互之間的節距與磁鐵節距對應，但該結構的場合，互為相鄰的第1齒部2與第2齒部3的間隔並不一定要與磁鐵節距為相同的節距。或對第1齒部2之間的間隔、第2齒部之間的間隔及相鄰的第1齒部2與第2齒部3的間隔全部進行等間隔分割。
卷繞有第1繞組群4的第1齒部2的總個數(t)、卷繞有第2繞組群5的第2齒部3的總個數、磁鐵極數(p)的組合，可根據第1繞組群4的電力與第2繞組群的電力的平衡而設計最佳的組合。組合的一例子如表1所示。
(表1)

圖4是在分別具有5個第1齒部2的組I、II、III之間分別設置了2個第2齒部3的結構的、第1及第2齒部2、3全部以等間隔節距進行分割的電動發電機的主要部分概要剖視圖。圖4中省略了第1及第2繞組群，但與上述結構的電動發電機相同，分成施加U相電壓的組、施加V相電壓的組、施加W相電壓的組，第1繞組群與第2繞組群構成在機械、電氣上都獨立的結構。這裡圖示的結構，是上述表1中的No.15的組合，可見加大磁鐵極數(p)的結果是，各組之間的間隙增大，用於設置第2齒部3的空間能取得大一些。
在本實施例1中，轉子極數為10極，卷繞有第1繞組群4的第1齒部2相互之間形成的切槽總數為9個(即第1齒部的總數)，卷繞有第2繞組群5的第1齒部3相互之間形成的切槽總數為3個(即第2齒部的總數)。
對該結構進一步研究發現，當轉子極數設為10q極、第1齒部2之間形成的切槽總數設為9q個、第2齒部3相互之間形成的切槽總數設為3q個(無論怎樣，q是正的整數)、第1齒部2的轉子相對部角度設為θ1[rad]、第2齒部3的轉子相對部角度設為θ2[rad]時，如果設定為滿足以下關係，π/10q＜θ1＜πc/5q及π/45q＜θ2＜π/10q …(2)則磁通的飽和減小，容易流動，進一步提高扭矩，還可降低繞組中感應產生的反向電動勢波形的變形，降低鐵損，且可抑制永久磁鐵的渦電流引起的發熱，抑制永久磁鐵的減磁，提高電動發電機的效率。
(實施例2)圖5～圖6是用於說明本發明實施例2的電動發電機的圖，圖5是以與旋轉中心軸垂直的面作為截面的定子鐵心和與其內周面相對的轉子的概要剖視圖，圖6是用於說明構成定子鐵心的齒部形狀的定子鐵心的局部放大圖。
如圖5所示，與上述實施例1相同，定子鐵心31具有卷繞有第1繞組群34的第1齒部32、卷繞有第2繞組群35的第1齒部33。卷繞有第1繞組群34的第1齒部32一共為9個，也分成施加U相電壓的組I、施加V相電壓的組II、施加W相電壓的組III，在各組I、II、III之間設有內分別設有卷繞有第2繞組群35的第2齒部33。另外，與上述實施例1相同，各組I、II、III的第1齒部32上卷繞的第1繞組群34的卷繞方向，在其所屬的組內與相鄰的第1齒部32的卷繞方向互為反向，相鄰的第1齒部32的第1繞組群的極性互為反轉。此時，相對於各個第1齒部32的第1繞組群34是串聯連接，但也可並列連接。同樣，相對於其他組的第1齒部32也可用相同的方法卷繞第1繞組群34，從而各組分別形成U相、V相、W相的3相繞組，以電氣角120度的相位差配置，並進行星形接線。而且，永久磁鐵埋入型轉子36在旋轉中心O的周圍以可自由旋轉的狀態與第1及第2齒部留有微小間隙地配置。此時，永久磁鐵7的方向分別配置成各相鄰的永久磁鐵朝向不同的磁場方向。
與上述實施例1相同，若轉子極數設為10m、第1齒部32之間形成的切槽總數設為9m、第2齒部33相互之間形成的切槽總數設為3m(無論怎樣，m是正的整數)、第1齒部32的轉子相對部角度設為θ1[rad]、第2齒部33的轉子相對部角度設為θ2[rad]時，設定為滿足上述公式(2)。
圖6是圖5的第1齒部32的局部放大圖，下面對圖6進行說明。在構成定子鐵心31的第1齒部32的前端部41的各個周向端部，與轉子36的定子相對面42相對的第1齒部32的前端部41的轉子相對面，形成分別在周向端部附近具有為了從轉子36的定子相對面42離開的切除部43、44的形狀。切除部43與切除部44也可形成為大致相同大小。
本實施例2中，第1齒部32的所有前端部形成具有相同的形狀並構成定子鐵心31。通過將第1齒部32的各個前端部做成如此形狀，可緩和在各個第1齒部32的急劇的磁場變化，使反向電動勢的波形進一步接近正弦波，能降低扭矩波動及齒隙扭矩。
如上所述，採用本實施例2，第1齒部的前端部的轉子相對面如此形成在其前端部的各個周向端部附近具有為了從轉子36的定子相對面離開的形狀，可緩和在各個第1齒部32的急劇的磁場變化，因而能產生大的扭矩的同時，使發生電壓的波形進一步接近正弦波，能降低扭矩波動及齒隙扭矩，而且能抑制發生電壓的變形，因而可抑制鐵損，實現非常高效的電動發電機。
通過如此的結構，與上述實施例1相同，由高電壓電池使第1繞組群34進行動力運行(施加電壓)，驅動電動發電機，第2繞組群35進行再生(發生電壓)，也可對低電壓電池進行充電。
這裡，第2繞組群35與第1繞組群34相比，卷繞有繞組的第2齒部33的個數設定得少，但與第1繞組群34相比輸出功率小，因而可充分確保發電特性。
另外，無論是第1繞組群34與第2繞組群35雙方作為再生用，還是再生時第1繞組群34的發電電壓是高電壓，都可使第2繞組群35為低電壓，比如，對額定旋轉時產生的發電電壓，可將第1繞組群34作為高壓系統的高電壓電池的電壓，將第2繞組群35作為低壓系統的低電壓電池的電壓。因此，不必像傳統的那樣為了低電壓電池而另外設置電動發電機，也不必在電動發電機以外另設DC/DC變換器。
另外，通過對卷繞有第2繞組群35的第2齒部33的齒寬設定為合適的寬度，第2齒部33內的磁通達到一定程度後，因磁飽和而抑制磁通量，因而即使是高速旋轉時也能將第2繞組群35產生的發電電壓抑制在很小。
而且，即使是更高速旋轉時，通過第1繞組群34對弱勵磁控制，將第1繞組群34的電壓抑制在高電壓系統的高電壓電池的允許電壓範圍內，同時也可將第2繞組群35的電壓抑制在低電壓電池的允許電壓範圍內。
(實施例3)圖7A～7C是用於說明本發明的實施例3的電機的圖，是定子鐵心的概要俯視圖。
如圖7A所示，與上述實施例1相同，定子鐵心51具有卷繞有第1繞組群54的第1齒部52、卷繞有第2繞組群55的第1齒部53。卷繞有第1繞組群54的第1齒部52一共為9個，也分成施加U相電壓的組I、施加V相電壓的組II、施加W相電壓的組III，在各組I、II、III之間設有卷繞有第2繞組群55的第2齒部53。另外，與上述實施例1相同，各組I、II、III的第1齒部52上卷繞的第1繞組群54的卷繞方向，在其所屬的組內與相鄰的第1齒部52的卷繞方向互為反向，相鄰的第1齒部52的第1繞組群的極性互為反轉。此時，相對於各個第1齒部52的第1繞組群54是串聯連接，但也可並列連接。同樣，相對於其他組的第1齒部52也可用相同的方法卷繞第1繞組群54，從而各組分別形成U相、V相、W相的3相繞組，以電氣角120度的相位差配置，並進行星形接線。而且，永久磁鐵埋入型轉子(未圖示)在旋轉中心O的周圍以可自由旋轉的狀態與第1及第2齒部留有微小間隙地配置。此時，永久磁鐵(未圖示)的方向與上述實施例1及2相同，分別配置成各相鄰的永久磁鐵朝向不同的磁場方向。
與上述實施例1相同，若轉子極數設為10m、第1齒部52之間形成的切槽總數設為9m、第2齒部53相互之間形成的切槽總數設為3m(無論怎樣，m是正的整數)、第1齒部52的轉子相對部角度設為θ1[rad]、第2齒部53的轉子相對部角度設為θ2[rad]時，設定為滿足上述公式(2)。
這裡，對第1齒部52的前端部的形狀進行詳細說明。在位於各組I、II、III的中央部的第1齒部52前端部的與轉子(未圖示)相對的面上、且大致3等分的相對面的中央部分形成有使其轉子相對面的周向長度大致3等分的大致矩形凹部56。通過該第1齒部52上形成凹部56，由卷繞在第1齒部52上的第1繞組群54使第1齒部52比如勵磁為S極時，凹部56名義上像是N極。因此，由於凹部56，第1齒部52的前端部上的磁極名義上細分為S極、N極及S極。在其他組的位於各個中央部的第1齒部52上也形成同樣的凹部，它們的第1齒部的前端部上的磁極也是名義上細分為S極、N極及S極。由此，在產生大的扭矩的同時，可將扭矩波動抑制得較小。
凹部的數目並不限於1個，如圖7B所示，既可在第1齒部57的前端部上形成2個凹部58a、58b，也可形成3個以上。另外，凹部的形狀不限於矩形，如圖7C所示，既可是例如圓弧狀的凹部59，當然也可是多個圓弧狀凹部。另外，形成凹部的第1齒部52不只是位於各個組的中央部，既可在1個組內的另一個第1齒部52設置同樣的凹部，也可不只是第1齒部地在第2齒部前端部上同樣設置凹部。
另外，也可將凹部與前述實施例2中的、設在第1齒部前端部的周向端部的切除部一併設在本實施例3的各個第1齒部52的前端部上。
如上所述，採用本實施例3，通過在處於3組I、II、III的各個中央部的第1齒部52的前端部上形成1個或多個矩形或圓弧狀的凹部，則與所述實施例1相同，還可將磁阻扭矩用於磁扭矩以外，可產生高扭矩，同時還能降低扭矩波動，此外，能抑制發生電壓的變形，因而可抑制鐵損，還抑制永久磁鐵的減磁，實現非常高效的電動發電機。
通過如此的結構，與上述實施例1和實施例2相同，由高電壓電池使第1繞組群54進行動力運行(施加電壓)，驅動電動發電機，第2繞組群55進行再生(發生電壓)，也可對低電壓電池進行充電。
這裡，第2繞組群55與第1繞組群54相比，卷繞有繞組的第2齒部53的個數設定得少，但與第1繞組群54相比輸出功率小，因而可充分確保發電特性。
另外，無論是第1繞組群54與第2繞組群55雙方作為再生用，還是再生時第1繞組群34的發電電壓是高電壓的場合，都可使第2繞組群35為低電壓，比如，對額定旋轉時產生的發電電壓，可將第1繞組群54作為高壓系統的高電壓電池的電壓，將第2繞組群55作為低壓系統的低電壓電池的電壓。因此，不必像傳統的那樣為了低電壓電池而另外設置電動發電機，也不必在電動發電機以外另設DC/DC變換器。
另外，通過對卷繞有第2繞組群55的第2齒部53的齒寬設定為合適的寬度，第2齒部53內的磁通達到一定程度後，因磁飽和而抑制磁通量，因而即使是高速旋轉時也能將第2繞組群55產生的發電電壓抑制在很小。
而且，即使是更高速旋轉時，通過第1繞組群54對弱勵磁控制，將第1繞組群54的電壓抑制在高電壓系統的高電壓電池的允許電壓範圍內，同時也可將第2繞組群55的電壓抑制在低電壓電池的允許電壓為止。
(實施例4)圖8A～8D是分別表示埋入轉子內的永久磁鐵的形狀及轉子鐵心的其他例子的剖視圖。
上述實施例1～3中，轉子由轉子鐵心和在周向等間隔地埋入轉子鐵心內的多個大致V字形的永久磁鐵構成，轉子的定子相對面與定子的轉子相對面(即第1及第2齒部的各個前端部的轉子相對面)具有微小的間隙，且以可旋轉的狀態配置在旋轉中心O的周圍。
永久磁鐵的形狀是比如如圖8A所示那樣的、與徑向垂直的直線狀的永久磁鐵61，如圖8B所示那樣的、朝定子側的相反側的方向凸出的圓弧狀的永久磁鐵62，或如圖8C所示那樣的、朝定子側凸出且具有轉子鐵心63的半徑以上的半徑圓弧狀的永久磁鐵64。另外，轉子也可如圖8D所示，由埋入轉子鐵心63內的永久磁鐵65、在永久磁鐵65位置與定子(未圖示)側相反的一側設置有與永久磁鐵65大致相同形狀且具有比永久磁鐵65厚度小的寬度的切槽66的轉子鐵心63構成。
如圖8D所示，通過在永久磁鐵65的附近設置切槽66，切槽66使磁鐵難以通過，以減少d軸電感，進一步加大與q軸電感的差，通過使產生更大的磁阻扭矩，可增加作為電機的產生扭矩。即使在該帶有切槽的轉子鐵心63的場合，永久磁鐵的形狀也可是圖8A～圖8C分別所示的直線狀、朝定子側的相反側方向凸出的圓弧狀或朝定子側凸出的圓弧狀。
如上所述，採用本實施例4，定子的各個齒部及卷繞在其上的第1繞組群分成U相、V相及W相的3組，在同一組內的相鄰的繞組的極性不同，而且通過在轉子中埋入一種永久磁鐵，該永久磁鐵具有使轉子的定子相對面與定子側側面的距離在定子側側面的中央部比端部大的形狀，除磁鐵扭矩以外還可利用磁阻扭矩，產生大的扭矩，並可抑制發生電壓的變形，因而可抑制鐵損，抑制永久磁鐵的減磁，可實現非常高效的電動發電機。
通過如此的結構，與上述實施例1～3相同，由高電壓電池使第1繞組群(未圖示)進行動力運行(施加電壓)，驅動電動發電機，第2繞組群(未圖示)進行再生(發生電壓)，也可對低電壓電池進行充電。
此時，即使將卷繞有上述第2繞組群的第2齒部(未圖示)的個數設定得比卷繞有上述第1繞組群的第1齒部(未圖示)的個數少，上述第2繞組群與上述第1繞組群相比輸出功率也小，因而可充分確保發電特性。
另外，無論上述第1繞組群與上述第2繞組群雙方作為再生用時，還是再生時第1繞組群的發電電壓是高電壓的場合，都可使上述第2繞組群為低電壓，比如，對額定旋轉時產生的發電電壓，可將上述第1繞組群作為高壓系統的高電壓電池的電壓，將上述第2繞組群作為低壓系統的低電壓電池的電壓。因此，不必像傳統的那樣為了低電壓電池而另外設置電動發電機，也不必在電動發電機以外另設DC/DC變換器。
另外，通過對卷繞有上述第2繞組群的第2齒部的齒寬設定為合適的寬度，上述第2齒部內的磁通達到一定程度後，因磁飽和而抑制磁通量，因而即使是高速旋轉時也能將第2繞組群產生的發電電壓抑制得很小。
而且，即使是更高速旋轉時，通過上述第1繞組群對弱勵磁控制，將第1繞組群的電壓抑制在高電壓系統的高電壓電池的允許電壓範圍內，同時也可將上述第2繞組群的電壓抑制在低電壓電池的允許電壓範圍內。
(實施例5)
上述實施例1～3中，對轉子處於定子的內側的結構即所謂內轉子型電動發電機進行了說明，當然也可是轉子處於定子的外側即所謂的外轉子型電動發電機的結構。以下，利用圖9對永久磁鐵埋入型外轉子型電動發電機進行說明。
圖9中，定子具有9個卷繞有第1繞組群114的第1齒部112，這些第1齒部112每3個作成1組，定子整體合計形成3組。各組中，與上述實施例1～3相同，1組施加U相電壓，第2組施加V相電壓，第3組施加W相電壓，同時，各組內的卷繞在第1齒部112上的第1繞組群114的卷繞方向與相鄰的繞組的卷繞方向互為反向。而且，在各組之間形成卷繞有第2繞組群115的第2齒部113，以電氣角120度的相位差配置，並星形接線。
而且，設有與該定子第1及第2齒部112、113的各個前端部具有微小的間隙、埋入有在定子的徑向外側大致V字形的永久磁鐵117的轉子鐵心116，且配置成圍繞旋轉中心O的周圍可自由旋轉的狀態。
使用如此結構的外轉子型電動發電機，與上述實施例1～3相同，由高電壓電池使第1繞組群114進行動力運行(施加電壓)，驅動電動發電機，第2繞組群115進行再生(發生電壓)，也可對低電壓電池進行充電。
此時，即使將卷繞有第2繞組群115的第2齒部113的個數設定得比卷繞有第1繞組群114的第1齒部112的個數少，但第2繞組群115與第1繞組群114相比輸出功率小，因而可充分確保發電特性。
另外，無論第1繞組群114與第2繞組群115雙方作為再生用時，還是再生時第1繞組群114的發電電壓是高電壓的場合，都可使第2繞組群115為低電壓，比如，對額定旋轉時產生的發電電壓，可將第1繞組群114作為高壓系統的高電壓電池的電壓，將第2繞組群115作為低壓系統的低電壓電池的電壓。因此，不必像傳統的那樣為了低電壓電池而另外設置電動發電機，也不必在電動發電機以外另設DC/DC變換器。
另外，通過對卷繞有第2繞組群115的第2齒部113的齒寬設定為合適的寬度，第2齒部113內的磁通達到一定程度後，因磁飽和而抑制磁通量，因而即使是高速旋轉時也能將第2繞組群115產生的發電電壓抑制得很小。
而且，即使是更高速旋轉時，通過第1繞組群114對弱勵磁控制，將第1繞組群114的電壓抑制在高電壓系統的高電壓電池的允許電壓範圍內，同時也可將第2繞組群115的電壓抑制在低電壓電池的允許電壓範圍內。
此外，既可在第1齒部112的前端部的周向端部設置與上述實施例2說明的相同的切除部，也可在同一前端部設置與上述實施例3說明的相同的凹部。而轉子也可具有上述實施例4說明的直線狀和圓弧狀這樣形狀的永久磁鐵。
(實施例6)
圖10是表示本發明的實施例6的、搭載了具有在機械·電氣上獨立結構的2種繞組的電動發電機的混合汽車結構的概要圖。
圖10中，8是發動機，110是電動機，藉助動力切換機構10而向車輪傳遞發動機8或電動機110或發動機8和電動機110雙方的動力。電動機110是具有2個獨立繞組的電動機，作為該電動機，可使用已描述的實施例1～5的各電動發電機。在上述機械·電氣上獨立的2種繞組中，1個繞組的端部通過電力變換轉子121而與高電壓電池70連接，另一個繞組通過電力變換轉子122而與低電壓電池90連接，但電機的結構上2種繞組在機械·電氣獨立，因而能容易確保絕緣。
1個繞組與高電壓電池70連接，以該繞組的動力使車輛行走。另一個繞組與低電壓電池90連接，作為對低電壓電池70進行充電的發電機進行控制。
通過如此連接，即使是用電動機行走中，也能對低電壓電池90進行充電，即使不準備交流發電機、DC-DC變換器等其他部件，也能對低電壓電池90進行充電，有助於降低成本、節省空間。
另外，在如圖17所示的傳統結構的、從高電壓電池70通過DC-DC變換器100對低電壓電池90進行充電的系統中，在高電壓電池70因故而發生故障的場合，有可能會因為低電壓電池90的負荷情況而使低電壓電池90放電，導致車輛無法行駛。但是，採用本實施例6，高電壓系統和低電壓系統是獨立的，因而即使高電壓系統發生故障，也能穩定地供給低電壓，故同時兼有作為低電壓電源的備份的功能。
圖10對機械·電氣上獨立的繞組為2個(種)形態進行了說明，圖11是有關機械·電氣上獨立的繞組3個(3種)形態的說明圖。圖10中，90是12V的電源，130是42V的電源，70是240V的電源，在裝載有這些多個不同電源的車輛中，最大電壓的240V是作為車輛驅動用的電機的電源，42V是空調、動力轉向等消耗電力較大的負荷用電源，12V是燈、音響等消耗電力小的負荷用的電源。通過設定與負荷容量相對應的電源，可在各設備的高效區域進行使用，有利於設備的小型、輕量化。
為各電源搭載專用的發電機，則會增加該發電機的裝載空間和重量，就失去了電源電壓多樣化的優點。但是，採用實施例6，不需要單獨確保發電機用的空間，可對12V系統、42V系統、240V系統分別進行充電控制。
這裡，機械·電氣上獨立的3個繞組中的2個繞組與具有上述2種繞組的電動機的結構相同，對設置在定子上的2種齒部卷繞繞組，將剩下的1個繞組重疊卷繞在上述機械·電氣上獨立的2個繞組中的任何1個上。
(實施例7)圖12是表示本發明的實施例7的、搭載了電動發電機的混合汽車結構的概要圖。
圖12中，8是發動機，110是電動機，其藉助動力切換機構10而向車輪傳遞發動機8或電動機110或發動機8和電動機110雙方的動力。電動機110是具有2個獨立的繞組的電動機，作為該電動機，可使用已描述的實施例1～4的各電動發電機。2個獨立的繞組中，1個繞組的端部通過電力變換轉子126而與高電壓電池70連接，另一個繞組通過電力變換轉子127而與低電壓電池90連接。
在圖12所示結構的本實施例7的系統中，各個電力變換裝置由變換器構成。本系統如圖13所示，包括由開閉元件構成的變換器141、142；驅動變換器的開關元件的門驅動電路151、152；控制變換器的控制部160；對電動機電流進行檢測的電流檢測傳感器171、172；對電動機的磁極位置進行檢測的位置檢測傳感器180；電源部190。
通過輸出入接口200對電動機輸入指令，電動機內流動的電流、電動機的磁極位置由電流檢測傳感器171、172和位置檢測傳感180向控制部160輸入，根據上述各傳感器的輸入，控制部160進行用於為執行剛才的指令對電動機進行控制的運算，將其結果通過門驅動電路151、152對構成變換器141、142的開關元件進行驅動，從而對電動機進行控制。只要控制部160由微處理器構成，則為了控制2個以上的繞組即電動機，如圖11所示可共用控制部160、磁極位置傳感器180和電源部190，與獨立控制2個電動機的場合相比，有助於減少構成的零部件個數，降低成本，尺寸的小型化。
(實施例8)以下，對本發明的實施例8進行說明。以先前敘述的實施例6、7的系統結構為前提進行說明。
電動機產生的發電電壓隨電動機的轉速而產生。比如，1000r/min下10V，如電動機發生電壓，則10000r/min下產生100V的電壓。車輛驅動用主電動機，即高電壓用繞組為了確保車輛的高速性能，必須升至10000r/min附近旋轉。另一方面，低電壓用繞組發電機需要控制在一定的電壓比如14V。為此，將低電壓繞組設計成在10000r/min時產生額定電壓14V，電力變換轉子用變換器構成。這樣，在比10000r/min低的轉速時，只產生14V以下的發電電壓。為此，通過利用升壓模式對變換器進行控制，確保一定的電壓14V。圖14是表示一例利用變換器構成電力變換轉子的結構圖。
通過上述結構，變換器的開關元件由原來需要6個變為了3個，有助於減少零件個數、降低成本、小型化。
(實施例9)以下，對本發明的實施例9進行說明。以先前敘述的實施例6、7的系統結構為前提進行說明。
電動機產生的發電電壓隨電動機的轉速而產生。比如，1000r/min下10V，如電機發生電壓，則10000r/min下產生100V的電壓。車輛驅動用主電動機，即高電壓用繞組為了確保車輛的高速性能，必須升至10000r/min附近旋轉。另一方面，低電壓用繞組發電機需要控制在一定的電壓比如14V。但是，在0～10000r/min變化的轉速中，假設將低電壓繞組設計成在1000r/min時產生10V，則會產生0V～100V的電壓，故需要將該電壓控制為一定電壓14V。為了控制為一定電壓，發生電壓的動態範圍越小控制性越好。為此，將繞組設計成大致一半的轉速5000r/min時產生額定電壓14V，電力變換轉子用變換器構成。
在超過額定電壓的轉速範圍進行弱勵磁控制，以下的轉速範圍則進行強勵磁控制。通過如此的控制狀態切換，在發生電壓低於額定電壓的範圍內，進行強勵磁，提高發生電壓，在發生電壓高於額定電壓的範圍，則進行弱勵磁，將發生電壓控制得小一些，從而將動態範圍名義上抑制為一半，提高控制性。
這裡，對發生電壓的控制使用變換器進行勵磁控制的方法進行了說明，但即使對控制繞組流通電流，改變來自磁鐵的磁阻，其結果，對第2繞組中產生的電壓進行控制，也可得到相同的效果。
(實施例10)以下，對本發明的實施例10進行說明。圖15中，4是第1繞組群，通過電力變換裝置30而與高電壓電池70連接。5是第2繞組群，通過整流器300而與低電壓電池90連接。
將第1繞組群4作為電動機(動力運行)，將第2繞組群5作為發電機(再生)進行動作，為了使低電壓電池90的電壓一定，通過對第1繞組群4的電力進行控制，調節電動機的轉速，不管低電壓電池90的負荷狀態如何，都能控制成一定電壓。
以第1繞組群4使電動機旋轉(動力運行)，利用旋轉的能量能控制發電電力，因而越是高速旋轉，就越能提供小型化的電動發電機。
通過將上述實施例1～10的電動發電機作為PEV(Pure Electric Vehicle純電動汽車)、HEV(Hybrid Electric Vehicle混合電動汽車)、FCEV(Fuel Cell ElectricVehicle燃料電池汽車)等的汽車驅動用電機使用，從而不必像傳統的那樣需要高壓系統和低壓系統2種電動發電機和另設DC-DC變換器，可做成節省空間且成本低的電動汽車驅動系統，因而可提供低成本、對車室內能更寬敞地加以利用的電動汽車。
產業上的可利用性如上所述，採用本發明，第1繞組群與第2繞組群是分別相互電氣·機械上獨立的結構，同時卷繞在第2齒部上的第2繞組群的繞組規格與第1繞組群不同，因而即使再生時的發電電壓是第1繞組群的高電壓的場合，也適合第2繞組群做成低電壓。具體地說，能將額定旋轉時產生的發電電壓做成第1繞組群是高壓系統的高電壓電池的電壓，第2繞組群是低壓系統的低電壓電池的電壓，而不必需要高電壓電池用和低電壓電池用2種電動發電機、和對單體的電動發電機再另設DC-DC變換器，適合於提供節省空間且成本低的驅動系統。
另外，因為卷繞在各個第1齒部與第2齒部上的第1繞組群和第2繞組群相互在電氣·機械上獨立，所以適合於利用高電壓電池由第1繞組群進行動力運行，驅動電動發電機，第2繞組群進行再生，對低電壓電池進行充電。
而且，作為永久磁鐵埋入型集中卷繞電動機，產生大的扭矩的同時，在具有多個卷繞有第1繞組群的第1齒部的各組內，相鄰的第1齒部相互之間為不同的極性，因而可緩和磁場分布的偏重，可實現抑制電機驅動時的端子之間發生電壓的變形，適合於降低鐵損，而且，可減小永久磁鐵的渦電流引起的發熱，還抑制永久磁鐵的減磁，適合於提供非常高效的電動發電機。
權利要求書(按照條約第19條的修改)1.刪除。
2.一種電動發電機，包括保持有多個永久磁鐵(7，61，62，64，65)的轉子；具有多個齒部(2，32，52，3，33，53)的定子，同時，具有2個以上的、分別卷繞在所述多個齒部(2，32，52，3，33，53)上而成且相互在機械、電氣上獨立的結構的繞組群(4，34，54，5，35，55)，其特徵在於，所述多個齒部(2，32，52，3，33，53)區分為第1齒部(2，32，52)和第2齒部(3，33，53)，所述繞組群(4，34，54，5，35，55)區分為第1繞組群(4，34，54)和第2繞組群(5，35，55)，在所述定子整體中設有多個組(I，II，III)，該組(I，II，III)具有多個卷繞有所述第1繞組群(4，34，54)的所述第1齒部(2，32，52)，對於處於同一組(I，II，III)內的所述多個第1齒部(2，32，52)，分別卷繞有施加有同相電壓的第1繞組群(4，34，54)，且其卷繞方向與相鄰的互為反向，對相鄰的所述多個組(I，II，III)分別施加異相電壓，並在組(I，II，III)與組(I，II，III)之間配置有卷繞有所述第2繞組群(5，35，55)的所述第2齒部(3，33，53)。
3.如權利要求2所述的電動發電機，其特徵在於，所述多個組(I，II，III)由分別卷繞有第1繞組群(4，34，54)的n個(n≥2的整數)第1齒部(2，32，52)構成。
4.如權利要求2或3中任一項所述的電動發電機，其特徵在於，在將所述轉子的極數設為p、所述第1齒部(2，32，52)的總數設為t、將U·V·W的3相的第1繞組群(4，34，54)1套作為1組的繞組組數設為s(p、t、s都是正的整數)時，則滿足以下關係。
p＝2×s×(±1+3×k)且p＞t(k≥0的整數)5.如權利要求2所述的電動發電機，其特徵在於，在由卷繞有所述第1繞組群(54)的所述第1齒部(52)構成的各個組(I，II，III)中，在組(I，II，III)內的1個以上的第1齒部(52)前端部設有1個以上的凹部(56，58a，58b，59)。
6.如權利要求2所述的電動發電機，其特徵在於，在由卷繞有所述第2繞組群(55)的所述第2齒部(53)前端部設有1個以上的凹部(56，58a，58b，59)。
7.如權利要求5或6中任一項所述的電動發電機，其特徵在於，所述凹部(56，58a，58b，59)的形狀為矩形狀或圓弧狀。
8.如權利要求2所述的電動發電機，其特徵在於，在由卷繞有所述第1繞組群(4，34，54)的所述多個第1齒部(2，32，52)構成的組(I，II，III)與組(I，II，III)之間，設有多個卷繞有所述第2繞組群(5，35，55)的所述多個第2齒部(3，33，53)。
9.如權利要求8所述的電動發電機，其特徵在於，小由卷繞有所述第1繞組群(4，34，54)的所述多個第1齒部(2，32，52)構成的組(I，II，III)與組(I，II，III)之間，以與轉子的磁極節距相對應的間隔設置所述多個第2齒部(3，33，53)。
10.如權利要求8所述的電動發電機，其特徵在於，在由卷繞有所述第1繞組群(4，34，54)的所述多個第1齒部(2，32，52)構成的組(I，II，III)與組(I，II，III)之間，以等間隔配置卷繞有所述第2繞組群(5，35，55)的所述多個第2齒部(3，33，53)。
11.如權利要求2所述的電動發電機，其特徵在於，在與所述轉子的定子相對面相對的、構成所述定子的所述多個第1齒部932)的各個前端部(41)的周向端部附近，從所述轉子(36)的定子相對面(42)離開地分別設置切除部(43，44)。
12.如權利要求2所述的電動發電機，其特徵在於，在將轉子極數設為10q、所述第1齒部(2，32，52)之間形成的切槽總數設為9q、所述第2齒部(3，33，53)相互之間形成的切槽總數設為3q(無論怎樣q是正的整數)、所述第1齒部(2，32，52)的轉子相對部角度設為θ1[rad]、所述第2齒部(3，33，53)的轉子相對部角度設為θ2[rad]時，滿足以下關係π/10q＜θ1＜π/5q及π/45q＜θ2＜π/10q。
13.如權利要求2所述的電動發電機，其特徵在於，由卷繞有所述第1繞組群(4，34，54)的n個所述第1齒部(2，32，52)構成的組(I，II，III)，在所述定子整體中合計構成3n(n都是正的整數)個，且卷繞有所述第2繞組群(5，35，55)的所述第2齒部(3，33，53)構成3m個。
14.如權利要求13所述的電動發電機，其特徵在於，由卷繞有所述第2繞組群(5，35，55)的m個所述第2齒部(3，33，53)構成的組，在所述定子整體中合計構成3m(m都是正的整數)個。
15.如權利要求1所述的電動發電機，其特徵在於，所述轉子是埋入有多個永久磁鐵(7，61，62，64，65)的結構。
16.如權利要求1所述的電動發電機，其特徵在於，所述轉子是將多個永久磁鐵(7，61，62，64，65)配置在表面的結構。
17.如權利要求1所述的電動發電機，其特徵在於，所述轉子包括所述多個永久磁鐵(65)；將具有與所述永久磁鐵(65)大致相同形狀且具有比所述永久磁鐵(65)厚度小的寬度的多個切槽(66)設置在所述多個永久磁鐵(65)的定子側的相反側的轉子鐵心(63)。
18.如權利要求2所述的電動發電機，其特徵在於，具有所述多個永久磁鐵(7，61，62，64，65)的所述轉子中，所述永久磁鐵(7，61，62，64，65)的形狀為，各個永久磁鐵(7，61，62，64，65)的定子側側面與所述轉子的定子相對面之間的距離，在所述多個永久磁鐵(7，61，62，64，65)的中央部比各個端部大的形狀。
19.如權利要求18所述的電動發電機，其特徵在於，構成所述轉子的所述多個永久磁鐵(7，65)的形狀是朝與所述轉子的所述定子相對面側相反的方向凸出的大致V字形。
20.如權利要求18所述的電動發電機，其特徵在於，構成所述轉子的所述多個永久磁鐵(61)的形狀是與所述轉子的徑向垂直的直線狀。
21.如權利要求18所述的電動發電機，其特徵在於，構成所述轉子的所述多個永久磁鐵(62)的形狀是朝與所述轉子的定子相對面側的相反方向凸出的圓弧狀。
22.如權利要求18所述的電動發電機，其特徵在於，構成所述轉子的所述多個永久磁鐵(7，65)的形狀是具有比所述轉子的半徑大的半徑且朝所述轉子的定子相對面側凸出的圓弧狀。
23.如權利要求2所述的電動發電機，其特徵在於，所述2個以上的繞組群(4，5)的輸出端，通過各個獨立的電力變換裝置(121，122，126，127)而與各個不同電位的電源(70，90，130，190)作電氣負荷連接。
24.如權利要求23所述的電動發電機，其特徵在於，具有所述2個以上繞組群(4，5)的電動發電機，各個獨立的電力變換裝置(126，127)中的至少2個電力變換裝置(126，127)包括由開關元件構成的變換器(141，142)；對所述變換器(141，142)的開關元件進行驅動的門驅動電路(151，152)；對所述變換器(141，142)進行控制的控制部(160)；對電動機電流進行檢測的電流檢測傳感器(171，172)；對電動機的磁極位置進行檢測的磁極位置檢測傳感器(180)；以及電源部(190)，所述至少2個電力變換裝置(126，127)共有所述控制部(160)、所述磁極位置檢測傳感器(180)和所述電源部(190)。
25.如權利要求23所述的電動發電機，其特徵在於，具有所述2個以上繞組群(4，5)的電動發電機，至少對1個繞組群(4)，將該繞組群(4)的輸出端產生的發電電壓設定為在最高旋轉時成為額定電壓，且以升壓模式驅動與各個繞組的輸出端連接的電力變換裝置。
26.如權利要求23所述的電動發電機，其特徵在於，具有所述2個以上繞組群(4，5)的電動發電機，至少對1個繞組群(5)，將該繞組群(5)的輸出端產生的發電電壓設定為在最高轉速的大致一半的轉速時成為額定電壓，且將與各個繞組的輸出端連接的電力變換裝置切換成弱勵磁和強勵磁並使其驅動。
27.如權利要求23所述的電動發電機，其特徵在於，具有所述2個以上繞組群(4，5)的電動發電機，通過卷繞在來自永久磁鐵的磁路形成部上的控制繞組，對至少1個繞組群(5)的輸出端產生的發電電壓進行控制。
28.如權利要求23所述的電動發電機，其特徵在於，具有所述2個以上繞組群(4，5)的電動發電機，對施加於至少1個繞組群(4)的電壓進行調節，對電機的轉速進行控制，根據其結果，對其他繞組群(5)的輸出端產生的發電電壓進行控制。
29.一種電動汽車，其特徵在於，將權利要求2或23中任一項所述的電動發電機作為發電用的電動機而設置在汽車內部。
權利要求
1.一種電動發電機，其特徵在於，包括保持有多個永久磁鐵(7，61，62，64，65)的轉子；具有多個齒部(2，32，52，3，33，53)的定子，具有2個以上的、分別卷繞在所述多個齒部(2，32，52，3，33，53)上而成且相互在機械、電氣上獨立的結構的繞組群(4，34，54，5，35，55)。
2.如權利要求1所述的電動發電機，其特徵在於，所述多個齒部(2，32，52，3，33，53)區分為第1齒部(2，32，52)和第2齒部(3，33，53)，同時所述繞組群(4，34，54，5，35，55)區分為第1繞組群(4，34，54)和第2繞組群(5，35，55)，在所述定子整體設有多個組(I，II，III)，該組(I，II，III)具有多個卷繞有所述第1繞組群(4，34，54)的所述第1齒部，對處於同一組(I，II，III)內的所述多個第1齒部(2，32，52)，分別卷繞有施加同相電壓的第1繞組群(4，34，54)，且使其與相鄰的繞組群卷繞方向相反，對相鄰的所述多個組(I，II，III)分別施加異相電壓，同時組(I，II，III)與組(I，II，III)之間配置有卷繞有所述第2繞組群(5，35，55)的所述第2齒部(3，33，53)。
3.如權利要求2所述的電動發電機，其特徵在於，所述多個組(I，II，III)由分別卷繞有第1繞組群(4，34，54)的n個(n≥2的整數)第1齒部(2，32，52)構成。
4.如權利要求2或3中任一項所述的電動發電機，其特徵在於，在將所述轉子的極數設為p、所述第1齒部(2，32，52)的總數設為t、將U·V·W的3相的第1繞組群(4，34，54)1套作為1組的繞組組數設為s(p、t、s都是正的整數)時，則滿足以下關係。p＝2×s×(±1+3×k)且p＞t(k≥0的整數)
5.如權利要求2所述的電動發電機，其特徵在於，在由卷繞有所述第1繞組群(54)的所述第1齒部(52)構成的各個組(I，II，III)中，在組(I，II，III)內的1個以上的第1齒部(52)前端部設有1個以上的凹部(56，58a，58b，59)。
6.如權利要求2所述的電動發電機，其特徵在於，在由卷繞有所述第2繞組群(55)的所述第2齒部(53)前端部設有1個以上的凹部(56，58a，58b，59)。
7.如權利要求5或6中任一項所述的電動發電機，其特徵在於，所述凹部(56，58a，58b，59)的形狀為矩形狀或圓弧狀。
8.如權利要求2所述的電動發電機，其特徵在於，在由卷繞有所述第1繞組群(4，34，54)的所述多個第1齒部(2，32，52)構成的組(I，II，III)與組(I，II，III)之間，設有多個卷繞有所述第2繞組群(5，35，55)的所述多個第2齒部(3，33，53)。
9.如權利要求8所述的電動發電機，其特徵在於，小由卷繞有所述第1繞組群(4，34，54)的所述多個第1齒部(2，32，52)構成的組(I，II，III)與組(I，II，III)之間，以與轉子的磁極節距相對應的間隔設置所述多個第2齒部(3，33，53)。
10.如權利要求8所述的電動發電機，其特徵在於，在由卷繞有所述第1繞組群(4，34，54)的所述多個第1齒部(2，32，52)構成的組(I，II，III)與組(I，II，III)之間，以等間隔配置卷繞有所述第2繞組群(5，35，55)的所述多個第2齒部(3，33，53)。
11.如權利要求2所述的電動發電機，其特徵在於，在與所述轉子的定子相對面相對的、構成所述定子的所述多個第1齒部932)的各個前端部(41)的周向端部附近，從所述轉子(36)的定子相對面(42)離開地分別設置切除部(43，44)。
12.如權利要求2所述的電動發電機，其特徵在於，在將轉子極數設為10q、所述第1齒部(2，32，52)之間形成的切槽總數設為9q、所述第2齒部(3，33，53)相互之間形成的切槽總數設為3q(無論怎樣q是正的整數)、所述第1齒部(2，32，52)的轉子相對部角度設為θ1[rad]、所述第2齒部(3，33，53)的轉子相對部角度設為θ2[rad]時，滿足以下關係π/10q＜θ1＜π/5q及π/45q＜θ2＜π/10q。
13.如權利要求2所述的電動發電機，其特徵在於，由卷繞有所述第1繞組群(4，34，54)的n個所述第1齒部(2，32，52)構成的組(I，II，III)，在所述定子整體中合計構成3n(n都是正的整數)個，且卷繞有所述第2繞組群(5，35，55)的所述第2齒部(3，33，53)構成3m個。
14.如權利要求13所述的電動發電機，其特徵在於，由卷繞有所述第2繞組群(5，35，55)的m個所述第2齒部(3，33，53)構成的組，在所述定子整體中合計構成3m(m都是正的整數)個。
15.如權利要求1或2中任一項所述的電動發電機，其特徵在於，所述轉子是埋入有多個永久磁鐵(7，61，62，64，65)的結構。
16.如權利要求1或2中任一項所述的電動發電機，其特徵在於，所述轉子是將多個永久磁鐵(7，61，62，64，65)配置在表面的結構。
17.如權利要求1或2中任一項所述的電動發電機，其特徵在於，所述轉子包括所述多個永久磁鐵(65)；將具有與所述永久磁鐵(65)大致相同形狀且具有比所述永久磁鐵(65)厚度小的寬度的多個切槽(66)設置在所述多個永久磁鐵(65)的定子側的相反側的轉子鐵心(63)。
18.如權利要求1所述的電動發電機，其特徵在於，具有所述多個永久磁鐵(7，61，62，64，65)的所述轉子中，所述永久磁鐵(7，61，62，64，65)的形狀為，各個永久磁鐵(7，61，62，64，65)的定子側側面與所述轉子的定子相對面之間的距離，在所述多個永久磁鐵(7，61，62，64，65)的中央部比各個端部大的形狀。
19.如權利要求18所述的電動發電機，其特徵在於，構成所述轉子的所述多個永久磁鐵(7，65)的形狀是朝與所述轉子的所述定子相對面側相反的方向凸出的大致V字形。
20.如權利要求18所述的電動發電機，其特徵在於，構成所述轉子的所述多個永久磁鐵(61)的形狀是與所述轉子的徑向垂直的直線狀。
21.如權利要求18所述的電動發電機，其特徵在於，構成所述轉子的所述多個永久磁鐵(62)的形狀是朝與所述轉子的定子相對面側的相反方向凸出的圓弧狀。
22.如權利要求18所述的電動發電機，其特徵在於，構成所述轉子的所述多個永久磁鐵(7，65)的形狀是具有比所述轉子的半徑大的半徑且朝所述轉子的定子相對面側凸出的圓弧狀。
23.如權利要求1所述的電動發電機，其特徵在於，所述2個以上的繞組群(4，5)的輸出端，通過各個獨立的電力變換裝置(121，122，126，127)而與各個不同電位的電源(70，90，130，190)作電氣負荷連接。
24.如權利要求23所述的電動發電機，其特徵在於，具有所述2個以上繞組群(4，5)的電動發電機，各個獨立的電力變換裝置(126，127)中的至少2個電力變換裝置(126，127)包括由開關元件構成的變換器(141，142)；對所述變換器(141，142)的開關元件進行驅動的門驅動電路(151，152)；對所述變換器(141，142)進行控制的控制部(160)；對電動機電流進行檢測的電流檢測傳感器(171，172)；對電動機的磁極位置進行檢測的磁極位置檢測傳感器(180)；以及電源部(190)，所述至少2個電力變換裝置(126，127)共有所述控制部(160)、所述磁極位置檢測傳感器(180)和所述電源部(190)。
25.如權利要求23所述的電動發電機，其特徵在於，具有所述2個以上繞組群(4，5)的電動發電機，至少對1個繞組群(4)，將該繞組群(4)的輸出端產生的發電電壓設定為在最高旋轉時成為額定電壓，且以升壓模式驅動與各個繞組的輸出端連接的電力變換裝置。
26.如權利要求23所述的電動發電機，其特徵在於，具有所述2個以上繞組群(4，5)的電動發電機，至少對1個繞組群(5)，將該繞組群(5)的輸出端產生的發電電壓設定為在最高轉速的大致一半的轉速時成為額定電壓，且將與各個繞組的輸出端連接的電力變換裝置切換成弱勵磁和強勵磁並使其驅動。
27.如權利要求23所述的電動發電機，其特徵在於，具有所述2個以上繞組群(4，5)的電動發電機，通過卷繞在來自永久磁鐵的磁路形成部上的控制繞組，對至少1個繞組群(5)的輸出端產生的發電電壓進行控制。
28.如權利要求23所述的電動發電機，其特徵在於，具有所述2個以上繞組群(4，5)的電動發電機，對施加於至少1個繞組群(4)的電壓進行調節，對電機的轉速進行控制，根據其結果，對其他繞組群(5)的輸出端產生的發電電壓進行控制。
29.一種電動汽車，其特徵在於，將權利要求1、2或23中任一項所述的電動發電機作為發電用的電動機而設置在汽車內部。
全文摘要
在永久磁鐵埋入型集中卷繞式電動發電機中，機械·電氣上獨立的第1及第2繞組群(4，5)中，將卷繞有第1繞組群(4)的多個第1齒部(2)區分為3組(I，II，III)，同組(I，II，III)內相鄰的第1齒部(2)的繞組卷繞方向互為反向。並且，在各組(I，II，III)之間，設有一個個繞組使用與第1繞組群(4)的繞組使用不相同的卷繞有第繞組群(5)的第2齒部(3)。由此，第1繞組群(4)中的發電電壓和第2繞組群(5)中的發電電壓的大小可產生不同，從而可單體對2種類的電位進行充電，可實現省空間、低成本的結構，並可降低反電壓波形的變形，降低鐵損，提高電動機效率，可有效地對2種類的電位的電源進行充電。
文檔編號B60K6/26GK1579042SQ0380137
公開日2005年2月9日 申請日期2003年5月26日 優先權日2002年5月29日
發明者角谷直之, 近藤康宏, 玉木悟史 申請人:松下電器產業株式會社