(57)【要約】【課題】毎極毎相のスロット数２以上の電動機で、通電次数（極数）の切換を行なう。【解決手段】ｍ相巻線（ｍは５以上の奇数の整数）の各相で隣接する機械的位相角度となる巻線間の機械的位相角度差の平均θが、電動機におけるｍ相巻線のセット数を示す変数ｐを値１以上の任意の整数として、θ＝３６０°／（ｍ・ｐ）の関係を満たし、各相の巻線の結線がスパンＬ（Ｌはｍ／２以下の正の整数）の値に対して、Ｌ・θ離れた機械的位相角度差となる相の巻線同士を結線した星形環状結線された電動機３０を、各相で隣接する機械的位相角度となる巻線間の通電電流の電気的位相差δが、通電次数ｈ（ｈ≧１の任意の整数）を用いて、δ＝ｈ・３６０°／ｍを満たす構成とする。通電次数ｈ＝１の時の極数を基にした毎極毎相のスロット数ｑを、６≧ｑ≧２とすることで、駆動装置６０が通電次数を切換えた際の効率の低下を抑制する。【選択図】図１３Ａ
2020188531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機（３０）と電動機を運転する駆動部（６０）とからなる電動機運転システム（２０）であって、
前記電動機は、
ｍ相巻線（ｍは５以上の奇数の整数）の各相で隣接する機械的位相角度となる巻線間の機械的位相角度差の平均θが、電動機におけるｍ相巻線のセット数を示す変数ｐを値１以上の任意の正の整数として、
θ＝３６０°／（ｍ・ｐ）
の関係を満たし、
前記各相の巻線の結線は、スパンＬ（Ｌはｍ／２以下の正の整数）の値に対して、Ｌ・θ離れた機械的位相差角度となる相の巻線同士を結線した星形環状結線であり、
通電次数ｈ（ｈ≧１の任意の整数）が値１のときの極数を基にした毎極毎相のスロット数ｑが、６≧ｑ≧２であり、
前記駆動部は、各相で隣接する機械的位相角度となる巻線間に流れる電流の電気角位相差δが、
δ＝ｈ・３６０°／ｍ
となるよう前記ｍ相巻線への通電を行なう、
電動機運転システム。
【請求項２】
請求項１記載の電動機運転システムであって、
前記電動機の前記ｍ相巻線は、各相巻線の巻線ピッチと磁極ピッチの比γが、０＜γ＜１となる短節巻きであり、
前記駆動部は、前記各相巻線に、前記通電次数ｈ＝１またはｈ＝２の電流を切換えて通電する
電動機運転システム。
【請求項３】
請求項１記載の電動機運転システムであって、
前記電動機の前記ｍ相巻線は、各相巻線の巻線ピッチγが、１＞γ＞０となる短節巻きであり、
前記駆動部は、前記各相巻線に、前記通電次数ｈ＝１およびｈ＝２の電流を通電する
電動機運転システム。
【請求項４】
前記電動機の前記巻線ピッチγが値０．４〜０．６である、請求項２または請求項３に記載の電動機運転システム。
【請求項５】
前記電動機が、５相巻線（ｍ＝５）を備える、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電動機運転システム。
【請求項６】
前記電動機が、前記通電次数ｈ＝１のときの極数を基にした毎極毎相のスロット数ｑ＝２である、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電動機運転システム。
【請求項７】
前記電動機が誘導機である、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の電動機運転システム。
【請求項８】
ｍ相巻線（ｍは５以上の奇数の整数）の各相で隣接する機械的位相角度となる巻線間の機械的位相角度差の平均θが、電動機におけるｍ相巻線のセット数を示す変数ｐを値１以上の任意の正の整数として、
θ＝３６０°／（ｍ・ｐ）
の関係を満たし、
前記各相の巻線の結線が、スパンＬ（Ｌはｍ／２以下の正の整数）の値に対して、Ｌ・θ離れた機械的位相差角度となる相の巻線同士を結線した星形環状結線の電動機であり、
前記各相で隣接する機械的位相角度となる巻線間の電流の電気的位相差δが、通電次数ｈ（ｈ≧１の任意の整数）を用いて、
δ＝ｈ・３６０°／ｍ
を満たし、
ｈ＝１のときの極数を基にした毎極毎相のスロット数ｑが、６≧ｑ≧２である
電動機。
【請求項９】
電動機の駆動方法であって、
（ａ）ｍ相巻線（ｍは５以上の奇数の整数）の各相で隣接する機械的位相角度となる巻線間の機械的位相角度差の平均θが、電動機におけるｍ相巻線のセット数を示す変数ｐを値１以上の任意の整数として、次式（１）、
θ＝３６０°／（ｍ・ｐ）
の関係を満たし、
（ｂ）前記各相の巻線の結線がスパンＬ（Ｌはｍ／２以下の正の整数）の値に対して、Ｌ・θ離れた機械的位相角度差となる相の巻線同士を結線した星形環状結線であり、かつ
（ｃ）通電次数ｈ（ｈ≧１の任意の整数）が値１の時の極数を基にした毎極毎相のスロット数ｑが、６≧ｑ≧２となる
電動機の前記各相の巻線に、
前記電動機に対する要求に従って、前記電動機の前記通電次数ｈを切換え、
前記通電次数ｈを切換えた場合に、前記各相で隣接する機械的位相角度となる巻線間に流れる電流の電気的位相差δが、
δ＝ｈ・３６０°／ｍ
となるように、前記各相の巻線への通電を行なう、
電動機の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、多相の電動機を運転する電動機運転システムおよびその電動機、並びに電動機駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多相の電動機において、運転可能なトルクと回転数の範囲を拡げることを目的として、極数を切換え可能とするものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のモータでは、巻線ピッチγを値１より小さくして、電動機に通電される電流の高調波次数ｈが値２の場合に対する特性を改善する試みがなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許公報第７，９２８，６８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１では、毎極毎相のスロット数ｑが値１の場合しか考慮しておらず、極数切換えを行なった場合、高調波磁束によりモータの特性が悪化してしまうことがあり得た。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００６】
本開示の実現態様として、電動機（３０）と電動機を運転する駆動部（６０）とからなる電動機運転システム（２０）が提供される。この電動機運転システムにおいて、前記電動機は、ｍ相巻線（ｍは５以上の奇数の整数）の各相で隣接する機械的位相角度となる巻線間の機械的位相角度差の平均θが、電動機におけるｍ相巻線のセット数を示す変数ｐを値１以上の任意の正の整数として、
θ＝３６０°／（ｍ・ｐ）
の関係を満たし、前記各相の巻線の結線はスパンＬ（Ｌはｍ／２以下の正の整数）の値に対して、Ｌ・θ離れた機械的位相角度差となる相の巻線同士を結線した星形環状結線され、通電次数ｈ（ｈ≧１の任意の整数）が値１の時の極数を基にした毎極毎相のスロット数ｑが、６≧ｑ≧２であり、前記駆動部は、前記各相で隣接する機械的位相角度となる巻線間に流れる電流の電気的位相差δが、
δ＝ｈ・３６０°／ｍ
となるよう前記ｍ相巻線への通電を行なうものとすることができる。この電動機運転システムは、電動機における正相磁束密度と逆相磁束密度との差分を大きくすることができる。このため、前記毎極毎相のスロット数ｑ＝１の電動機と比べて、電動機の特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態の電動機運転システムを示す概略構成図。
【図２】電動機の軸方向に沿った断面図。
【図３】図２における電動機の３−３断面図。
【図４】５相の巻線をスパンＬ＝２で星形環状結線した様子を示す説明図。
【図５】５相の巻線をスパンＬ＝１で星形環状結線した様子を示す説明図。
【図６】極数切換を伴うモータ制御ルーチンを示すフローチャート。
【図７】通電次数を切換えることによる電動機の運転領域を示す説明図。
【図８】端子Ｔ１からの電流を例示する説明図。
【図９】４極の場合と８極の場合での線電流とコイル電流との関係を示す模式図。
【図１０】４極（通電次数ｈ＝１）と８極（通電次数ｈ＝２）での各相コイルの電流分布を示すグラフ。
【図１１】磁束密度が正相成分となる次数と逆相成分となる次数とを相数ｍ毎に例示する説明図。
【図１２Ａ】通電次数ｈ＝２の場合の毎極毎相のスロット数ごとの正逆相磁束密度の実効値の差分を示すグラフ。
【図１２Ｂ】通電次数ｈ＝１の場合の毎極毎相のスロット数ごとの正逆相磁束密度の実効値の差分を示すグラフ。
【図１３Ａ】通電次数ｈ＝２の場合の毎極毎相のスロット数ごとの正逆相磁束密度の実効値の正規化済の差分を示すグラフ。
【図１３Ｂ】通電次数ｈ＝１の場合の毎極毎相のスロット数ごとの正逆相磁束密度の実効値の正規化済の差分を示すグラフ。
【図１４】５相巻線において、毎極毎相のスロット数を値２とした場合の電動機の構成を示す説明図。
【図１５】５相巻線において、毎極毎相のスロット数を値３とした場合の電動機の構成を示す説明図。
【図１６】５相巻線をγ＝３／５で短節巻きとした電動機の構成を示す説明図。
【図１７】第２実施形態としての１３相分の巻線を備えた電動機の構成を示す説明図。
【図１８】１３相の巻線をスパン５で星形環状結線した様子を示す説明図。
【図１９】２極の場合と６極の場合での線電流とコイル電流との関係を示す模式図。
【図２０】２極（通電次数ｈ＝１）と６極（通電次数ｈ＝３）での各相コイルの電流分布を示すグラフ。
【図２１】１３相の巻線を各スパンで星形環状結線した例を示す説明図。
【図２２】他の実施形態としてアウタロータタイプの電動機の構成を示す説明図。
【図２３】電動機の他の形態であるコンシクエント型ＳＰＭモータの構成を例示する説明図。
【図２４】電動機の他の形態であるコンシクエント型ＩＰＭモータの構成を例示する説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
Ａ．第１実施形態の装置構成：
第１実施形態の電動機運転システム２０は、図１に示すように、ｍ相巻線（ｍ＝５）の電動機３０と、この電動機３０への通電を制御する駆動装置６０とを備える。駆動装置６０は、ｍ相のインバータ７０、インバータ７０に電力を供給するバッテリ７２、バッテリ７２からの供給電圧Ｖinを測定する電圧センサ７４、インバータ７０のｍ相の電流を測定する５個の電流センサ８１，８２，８３，８４，８５、インバータ７０の動作を制御するコントローラ８８、を備える。コントローラ８８は、電動機３０の出力軸３２に設けられた回転角度センサ３５からの角度信号αと、電圧センサ７４からの供給電圧Ｖinの信号、電流センサ８１から８５からの各巻線を流れる線電流Ｉt1，Ｉt2，Ｉt3，Ｉt4，Ｉt5 の信号を入力し、上位のＥＣＵ９０からの指示に基づき、インバータ７０の各スイッチング素子のオン・オフを制御する。インバータ７０の各スイッチング素子のオフ・オフにより、電動機３０の各相の巻線には、所望の電流が流れ、電動機３０は、ＥＣＵ９０より求められたトルクＮｑおよび回転数Ｒｔで運転され、出力軸３２に結合された負荷ＬＤを駆動する。インバータ７０と電動機３０の各相巻線との接続については、後述する。
【０００９】
第１実施形態の電動機３０は、誘導機であり、出力軸３２の軸方向に沿った断面図である図２、および図２において出力軸３２に垂直な平面で破断した３−３矢視図である図３に示すように、ケース３６に収容されており、その出力軸３２は、ケース３６に固定された２つの軸受３７，３８により回転自在に支持されている。電動機３０は、この出力軸３２に固定されたロータ４０と、ケース３６に固定されたステータ５０とを備える。ロータ４０は、円盤形状のロータコア４１と、このロータコア４１の外周に所定の間隔で設けられた複数の２次導体４３と、複数の２次導体４３をロータコア４１の軸方向両面で短絡する短絡環４５とを備える。他方、ステータ５０は、ロータコア４１を僅かなエアギャップを介して取り囲むステータコア５１と、このステータコア５１の内側に設けられた複数のティース５３と、ティース５３の間に収容されたコイル５５とを備える。
【００１０】
第１実施形態の電動機３０は、ｍ＝５相の誘導機であり、図３には、５相の巻線（コイルとも呼ぶ）の区別を符号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅにより示し、各巻線の巻き始めと巻き終わりを、「Ａ」および「−Ａ」のように、符号なしとマイナス符号付きとで示すものとした。第１実施形態の電動機３０は、５相の巻線を１セット備えることから、電動機におけるｍ相巻線のセット数を示す変数ｐは値１である。このため、各相で隣接する機械的位相角度となる巻線間の機械的位相角度差の平均θが、次式（１）
θ＝３６０°／（ｍ・ｐ）      …（１））
で表わされることから、第１実施形態では、
θ＝７２°
となる。また、巻線のピッチγは、図示するように、３／５（０．６）である。更に、毎極毎相のスロット数ｑは値２である。
【００１１】
電動機３０の巻線の接続の様子を図４に示した。各巻線Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，ＥはスパンＬ（Ｌはｍ／２以下の正の整数）の値に対して、Ｌ・θ離れた機械的位相差角度となる相の巻線同士を結線した星形環状結線され、本実施形態では、接続のスパンＬはＬ＝２とされている。これは、図１に示したインバータ７０の５本の出力端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５の各々から見て、各巻線ＡからＥの接続が、一つおきになっていることを意味する。スパンＬが値１の場合の接続例を図５に示した。５相の場合は、スパンＬは、値１か値２に限られる。Ｌ＝３は、Ｌ＝２と実質的に同じだからである。相数が増えるにつれて取り得るスパンＬは増えていくこととなり、ｍ＝１３相の場合、スパンＬ＝６まで取り得る。なお、後述する図２１ではＬ＝１〜４までを例示した。
【００１２】
Ｂ．駆動装置６０による運転：
上記電動機３０を駆動する駆動装置６０のコントローラ８８は、ＣＰＵを内蔵しており、図６に示した極数の切り替えを伴うモータ制御ルーチンを実行する。この処理は、駆動装置６０に電源が投入された時から繰り返し実行される。コントローラ８８は、図６に示した処理を開始すると、まで上位のＥＣＵ９０からの指令を入力する（ステップＳ１００）。ＥＣＵ９０は、負荷ＬＤの状態に基づき、電動機３０が出力すべきトルクＮｑと回転数Ｒｔを求め、このトルクＮｑおよび回転数Ｒｔを出力可能な極数に電動機３０を切換えるかを指令する。
【００１３】
この指令を受けて、コントローラ８８は、極数の切り替えが必要かを判断する（ステップＳ１１０）。電動機３０の極数とトルクＮｑおよび回転数Ｒｔとの関係を図７に示した。図７において、実線Ｊ８は、電動機３０を８極とした場合のトルク−回転数の関係を示し、実線Ｊ４は、電動機３０を４極とした場合のトルク−回転数の関係を示す。図示するように、第１実施形態の電動機３０は、８極で運転する場合には低回転数域で高トルクを出力でき、４極で運転する場合には、低トルク域で高回転数とすることができる。
【００１４】
ＥＣＵ９０から極数の切り替えの指示がなければ、何も行なわず、本ルーチンを一旦終了する。他方、４極での運転が指示されていれば、通電次数ｈは値１であり、電動機３０を４極で運転するものとし、各相で隣接する機械的位相角度となる巻線間に流れる電流の電気的位相差δが、次式（２）
δ＝ｈ・θ・ｐ＝ｈ・３６０°／ｍ        …（２）
となるようｍ相巻線への通電を制御する（ステップＳ１２０）。この場合は、ｈ＝１、ｍ＝５なので、δ＝７２°である。
【００１５】
また、８極での運転が指示されていれば、通電次数ｈは値２であり、電動機３０を８極で運転する（ステップＳ１３０）。このとき、各相で隣接する機械的位相角度となる巻線間に流れる電流の電気的位相差δは、ｈ＝２、ｍ＝５であることから、位相差δ＝１４４°となる。
【００１６】
この制御の様子を図８から図１０を用いて説明する。図８に示すように、インバータ７０からの出力のうちの１つが、電動機３０の端子Ｔ１に接続されているとする。本実施形態では、電動機３０の５相の巻線はスパンＬ＝２で星形環状結線されているので、この端子Ｔ１には、コイルＡおよびＤが接続されている。このときの位相差δと線電流Ｉｔの振幅との関係を図９に示した。この場合、インバータ７０から端子Ｔ１に流れ込む電流を線電流Ｉｔ１と呼び、コイルＡ，Ｄに流れる電流をコイル電流ＩA 、ＩD と呼ぶと、線電流Ｉｔ１は、コイルＡおよびＤに流れ、コイル電流ＩA 、ＩD を合成したものが、線電流Ｉｔ１と等しくなる。端子Ｔ１からの電流が流れる巻線間の機械的位相角度差は、最小の機械的位相角度差θに対して、スパンＬにより変わるので、２つのコイルＡ，Ｄの機械的位相角度差は、（ｍ−Ｌ）・θ＝２１６°である。図９に示したように、４極（ｈ＝１）の場合には、コイル電流ＩA 、ＩDの電気的位相差は、ｈ・（ｍ−Ｌ）・θ・ｐ＝２１６°となり、８極（ｈ＝２）の場合には、コイル電流ＩA 、ＩDの電気的位相差はｈ・（ｍ−Ｌ）・θ・ｐ＝４３２°＝７２°となる。また、この場合の巻線Ａを流れるコイル電流の電流振幅｜ＩA ｜は、次式（３）、
｜ＩA ｜＝｜｛Ｉｔ１／sin（ｈ・（ｍ−Ｌ）・θ・ｐ・２π／３６０°／２）｝／２｜  …（３）
として求められる。具体的にコイル電流ＩA の電流振幅を求めると、
通電次数ｈ＝１の場合、
｜ＩA ｜＝｜｛Ｉｔ１／sin（１４４°・２π／３６０°／２）｝／２｜
＝０．５２５７３・｜Ｉｔ１｜
通電次数ｈ＝２の場合、
｜ＩA ｜＝｜｛Ｉｔ１／sin（４３２°・２π／３６０°／２）｝／２｜
＝０．８５０６５・｜Ｉｔ１｜
となる。このため、同じ線電流Ｉｔ１に対するコイル電流ＩA 、ＩDの電流振幅、つまりモータのトルクは、通電次数ｈ＝１の時の方が小さい。この結果、通電次数ｈ＝１、つまり４極の場合の方が、トルクＮｑが小さく、回転数Ｒｔが高い特性（図７）となる。
【００１７】
各相で隣接する機械的位相角度となる巻線間に流れる電流の位相差δが、７２
°の場合（ｈ＝１）と、１４４°の場合（ｈ＝２）とのコイル電流の振幅を、図１０に示した。図において、横軸は、巻線ＡからＥの配列を示す。図において、「○」に「×」のマークは巻線の始まりを示し、「○」に「・」のマークは巻線の終わりを示す。図示するように、第１実施形態の電動機運転システム２０では、駆動装置６０は、極数の切換え（４極，８極）を行なうと、通電次数ｈを切換え（ｈ＝１，２）、各相で隣接する機械的位相角度となる巻線間、例えば、コイルＡとコイルＢとに流れる電流の電気的位相差δが、
δ＝ｈ・３６０°／ｍ
となるようｍ相巻線への通電を行なう。
【００１８】
かかる通電を行なったときに、電動機３０のロータ４０を回転させる力（トルク）について検討する。インバータ７０から通電次数ｈの電流を通電したときに電動機３０のロータ４０とステータ５０とのエアギャップ部に発生する磁束密度の理論式に基づいて、磁束密度Ｂの振幅を決める係数項のみを取り出すと、磁束密度Ｂの中のｎ次の磁束密度振幅Ｂｎは、以下の関係（４）
Ｂｎ∝sin｛（１−γ／２）ｎ・π｝・cos｛（１／（２・ｍ・ｑ））ｎ・π｝／ｎ  …（４）
の関係にある。ここで、
γ：相巻線の巻線ピッチと磁極ピッチの比
ｍ：巻線の相数
ｑ：ｈ＝１の時の極数を基にした毎極毎相のスロット数（ｑ＞１）
ｎ：起磁力分布の次数（極対数）
である。上記式の右辺は、ｎ以外は、電動機３０において確定しているから、関係（４）の右辺を、表示を簡略にするために、関数ｆを用いた表現に改め、
Ｂｎ∝ｆ（ｎ）
と表わすことにする。
【００１９】
ロータ４０とステータ５０とのエアギャップに働くｎ次成分の磁束密度Ｂｎは、ｌを任意の整数（０を含む）として、
ｎ＋ｈ＝ｌ・ｍ
が成り立つときには逆相成分の磁束が支配的となり、ｎ次の磁束密度Ｂｎによる電動機３０のトルクは負トルクとなる。他方、
ｎ−ｈ＝ｌ・ｍ
が成り立つときには正相成分の磁束が支配的となり、ｎ次の磁束密度Ｂｎによる電動機３０のトルクは正トルクとなる。
【００２０】
ロータ４０とステータ５０とのエアギャップに働くｎ次成分の磁束密度Ｂｎは、ｌを任意の整数（０を含む）として、
ｎ＋ｈ≠ｌ・ｍ  またはｎ−ｈ≠ｌ・ｍ
となる場合、回転磁場成分を含まないので、そのｎ次成分の磁束密度Ｂｎは、無視することができる。例えば相数ｍ＝５、通電次数ｈ＝１であれば、ｎ＝２、３などの場合の磁束密度Ｂｎは無視することができる。
【００２１】
図１１に、ｍ相誘導機において、磁束密度Ｂが正相成分となる次数をｎ1 として、磁束密度Ｂが逆相成分となる次数をｎ2 として、通電次数ｈ＝１およびｈ＝２の場合に分けて、それぞれ示した。通電次数ｈ＝１または２の一方において、ロータ４０に加わる力、つまりトルクを考えると、電動機３０が５相モータであれば、正トルクは、ｎ1＝１、６、１１、１６、２１、２６・・・の場合の磁束密度の実効値に比例し、負トルクは、ｎ2＝４、９、１４、１９、２４、２９・・・の場合の磁束密度の実効値に比例する。従って、正のトルクを生じる正相磁束の実効値ＢＰと逆相磁束の実効値ＢＮとの差分ΔＢが、その通電次数におけるトルクの大きさに比例する。図１１に示した次数ｎ1，ｎ2を用いて表わせば、正相磁束の実効値Ｂｐは、次の関係（５）、
ＢＰ∝√［Σ｛ｆ（ｎ1）｝２ ］      …（５）
として表わすことができ、逆相磁束の実効値Ｂｎは、次の関係（６）、
ＢＮ∝√［Σ｛ｆ（ｎ2）｝２ ］      …（６）
で表わすことができる。ここで式（５）における「Σ」は、図１１に示した該当相数でのｎ1 における磁束の実効値の和を取る演算を示す。具体的には、相数ｍ＝５、つまり５相電動機３０であれば、ｎ1 ＝１、６、１１、１６、２１、２６、３１・・・の場合の磁束の実効値の累積値を求めることになる。他方、式（６）における「Σ」は、図１１に示した該当相数でのｎ2 における磁束の実効値の和を取る演算を示す。具体的には、５相電動機３０であれば、ｎ1 ＝４、９、１４、１９、２４、２９、３４・・・の場合の磁束の実効値の累積値を求めることになる。
【００２２】
このため、ロータ４０に加わるトルクＮｑは、
Ｎｑ∝ΔＢ＝ＢＰ−ＢＮ
として求めることができる。図１１には、上記条件を満たす全ての次数ｎを掲載したが、実際には、このうちの一部の次数ｎについて、求めればよい、演算に用いられる次数ｎは、正相成分、逆相成分のいずれにおいても、各通電次数ｈ＝１または２において発生する磁極数Ｑは、Ｑ＝２×ｐ×ｎであり、ステータ５０の総スロット数Ｓ＝２・ｎ・ｍ・ｐ・ｑより多い磁極は生じないので、Ｑ≦Ｓの条件となるｎ≦ｍ・ｑを満たすｎ（図１１では、ｎ1 ，ｎ2 ）が演算の対象となる。この次数ｎについての正相および逆相磁束の実効値ＢＰ，ＢＮの差分ΔＢを求めれば、電動機３０において、通電次数ｈ＝１または２におけるトルクを求めることができる。
【００２３】
実際に第１実施形態の電動機３０において、通電次数ｈ＝２とｈ＝１において、正逆相磁束密度の実効値ＢＰ，ＢＮの差分ΔＢを求めたグラフを図１２Ａ，図１２Ｂとして示した。図において、横軸は、毎極毎相のスロット数ｑである。またグラフは、電動機３０の相数、５相、７相、９相、１１相、１３相、１５相をパラメータとしている。相数によらず、通電次数２の場合、毎極毎相のスロット数ｑ＝２である場合に、正逆相磁束密度の実効値ＢＰ，ＢＮの差分ΔＢが最大になっていることが理解できる。この点を、更に理解し易くするために、毎極毎相のスロット数ｑが値１である場合を基準として、図１２Ａ，図１２Ｂの内容を正規化したのが、図１３Ａ，図１３Ｂである。図１３Ａによれば、５相電動機では、毎極毎相のスロット数ｑが値２から値６の間では、通電次数ｈ＝２において、毎極毎相のスロット数ｑが値１の場合より、正逆相磁束密度の実効値ＢＰ，ＢＮの差分ΔＢが大きくなる、つまり電動機３０の出力するトルクが大きくなることが分かる。
【００２４】
以上説明した様に、第１実施形態の電動機運転システム２０によれば、電動機３０として５相の誘導機を用い、５相の各相で隣接する機械的位相角度となる巻線間の機械的位相角度差θを、θ＝３６０°／５＝７２°、とし、インバータ７０による通電次数ｈが値１の場合の毎極毎相のスロット数ｑを２とし、コントローラ８８がインバータ７０を介して、各相で隣接する機械的位相角度となる巻線間に流れる電流の電気角位相差δが、通電次数ｈ＝１または２において、δ＝ｈ・３６０°／５、つまり通電次数ｈ＝１で７２°、通電次数ｈ＝２で１４４°となるよう５相巻線への通電を行なっている。この結果、図１３Ａ，図１３Ｂに示したように、特に通電次数ｈ＝２の場合、５相巻線の電動機３０では、正逆相磁束密度の実効値ＢＰ，ＢＮの差分ΔＢが、毎極毎相のスロット数ｑが値１の場合より、１０％程度大きくできる。このため、毎極毎相のスロット数ｑが値２以上６以下であっても、通電次数の切換えによる効率の低下を招くことがない。従って、通電次数ｈを切換えることで、図７に示したように、高トルク低回転の運転領域から、低トルク高回転の運転領域までの運転領域を拡大することができる。特に、通電次数ｈを値２に切換えた場合の８極運転時の最大トルクを、毎極毎相のスロット数ｑが値１の場合より、高くすることができる。なお、上述したように、この効果は、毎極毎相のスロット数ｑが値２に限定されず、５相巻線の電動機３０では、毎極毎相のスロット数ｑが値２から６の範囲で、通電次数ｈが値２の場合に、得ることができる。また、本実施形態では、相巻線の巻線ピッチと磁極ピッチの比γを０．６としている。従って、関係（４）において、ピッチの比γが小さくなると、磁束密度の実効値を大きくでき、この結果、正相磁束密度と逆相磁束密度の差分ΔＢを大きくすることができる。
【００２５】
Ｃ．第１実施形態のバリエーション：
上述した第１実施形態では、電動機３０として５相の誘導機を用いたが、巻線の相数は５相に限らず、５相以上の奇数相であれば、採用することができる。また、スパンＬも、１以上、いずれの値にすることも可能である。更に、各相で隣接する機械的位相角度となる巻線間の機械的位相角度差の平均θが、電動機におけるｍ相巻線のセット数を示す変数ｐを値１以上の任意の正の整数として、
θ＝３６０°／（ｍ・ｐ）
と定めるに当たって、ｐ＝１以外の正の整数とすることも可能である。例えば、図１４は、この電動機３０のロータ４０は、第１実施形態と同様、ロータコア４１と２次導体４３とが設けられている。また、ステータ５０には、ステータコア５１と４０個のティース５３と５相２組のコイル５５とが設けられている。相巻線の巻線ピッチと磁極ピッチの比γは、３／５（０．６）、毎極毎相のスロット数ｑは値２である。
【００２６】
この電動機３０では、５相の各相で隣接する機械的位相角度となる巻線間の機械的位相角度差の平均θは、ｐが値２であることから、θ＝３６０°／（５・２）＝３６°であり、通電次数ｈ（ｈ≧１の任意の整数）が値１の場合の毎極毎相のスロット数ｑが値２であり、インバータ７０は、各相で隣接する機械的位相角度となる巻線間に流れる電流の電気的位相差δが、通電次数ｈ＝１では、δ＝１・３６０°／５＝７２°であり、通電次数ｈ＝２では、δ＝２・３６０°／５＝１４４°であるように、５相巻線への通電を行なう。こうしても上記第１実施形態とほぼ同様の効果を奏する。
【００２７】
また、図１５に示すように、毎極毎相のスロット数ｑを値３としてもよい。図１５に示した電動機３０では、相数ｍ＝５、ｐ＝１、γ＝５／５、ｑ＝３である。あるいは、図１６に示すように、図１５とほぼ同様の構成で、γ＝３／５で短節巻きとして、電動機３０を構成することも可能である。この電動機３０でも、上述した第１実施形態とほぼ同様の作用効果を奏する。
【００２８】
Ｄ．第２実施形態：
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態の電動機運転システム２０は、第１実施形態とほぼ同様に構成を備えるが、電動機３０が相数１３の誘導機であること、インバータ７０の出力が電動機３０の相数に合わせて、１３相分の出力を有する点で相違する。電動機３０の端子数も、これに応じて１３となっていること、インバータ７０やコントローラ８８も１３相分の用意されていることなどで相違するが、これらは相数が単にスケールアップされただけなので、図１に対応する図面は省略した。
【００２９】
図１７は、１３相分の巻線ＡないしＭを備えた電動機３０の構成を示す。この電動機３０の各パラメータは、相数ｍ＝１３、ｐ＝１、γ＝７／１３、ｑ＝２である。また巻線ＡないしＭの結線は、図１８に示すように、スパンＬ＝５である。この電動機３０では、１３相の各相で隣接する機械的位相角度となる巻線間の機械的位相角度差の平均θは、ｐが値１であることから、θ＝３６０°／（１３・１）＝３６０°／１３であり、通電次数ｈ（ｈ≧１の任意の整数）が値１の場合の毎極毎相のスロット数ｑが値２であり、インバータ７０は、各相で隣接する機械的位相角度となる巻線間に流れる電流の電気角位相差δが、通電次数ｈ＝１では、δ＝３６０°／１３であり、通電次数ｈ＝３では、δ＝１０８０°／１３であるように、１３相巻線への通電を行なう。
【００３０】
この電動機３０では、例えば端子Ｔ１を例に取ると、図１９に示すように、スパンＬが値５であることから、端子Ｔ１における線電流Ｉｔ１は、コイルＡとコイルＩとに流れる。コイルＩに流れる電流の振幅は、式（３）として記載した式に従う。この結果、通電次数ｈ＝３、つまり６極の場合の方が、通電次数ｈ＝１、つまり２極の場合より、コイル電流ＩA の振幅は大きくなる。通電次数ｈが値１の場合と、値３の場合の相電流の一例を図２０に示した。第１実施形態で示した図１０と同様に、図２０において、横軸は、巻線ＡからＭの配列を示す。図において、○に×のマークは巻線の始まりを示し、○に・のマークは巻線の終わりを示す。図示するように、第２実施形態の電動機運転システム２０では、駆動装置６０は、極数の切換え（２極／６極）を行なうと、通電次数ｈを切換え（ｈ＝１，３）、各相で隣接する機械的位相角度となる巻線間、例えば、コイルＡとコイルＢとに流れる電流の電気角位相差δが、
δ＝ｈ・３６０°／ｍ
となるようｍ相巻線への通電を行なう。
【００３１】
各相コイルに流れる電流を用いて、正相および逆相磁束密度の差分ΔＢを求めてトルクを演算できることは、第１実施形態と同様である。第２実施形態の電動機運転システム２０によれば、電動機３０として１３相の誘導機を用い、１３相の各相で隣接する機械的位相角度となる巻線間の機械的位相角度差θを、θ＝３６０°／１３とし、インバータ７０による通電次数ｈが値１の場合の毎極毎相のスロット数ｑを２とし、コントローラ８８がインバータ７０を介して、各相で隣接する機械的位相角度となる巻線間に流れる電流の電気角位相差δが、通電次数ｈ＝１または３において、δ＝ｈ・３６０°／１３、つまり通電次数ｈ＝１で約４１．５°、通電次数ｈ＝３で約８３°となるよう１３相巻線への通電を行なっている。この結果、通電次数ｈ＝３の場合、１３相巻線の電動機３０では、正逆相磁束密度の実効値ＢＰ，ＢＮの差分ΔＢが、毎極毎相のスロット数ｑが値１の場合より、僅かだが大きくできる（図１３Ａ参照）。このため、通電次数ｈを切換えることで、図７に示したように、高トルク低回転の運転領域から、低トルク高回転の運転領域までの運転領域を拡大することができる。
【００３２】
Ｅ．第２実施形態のバリエーション：
上述した第２実施形態では、電動機３０として１３相、スパン５の誘導機を用いたが、巻線の相数は１３相に限らず、１３相以上の奇数相であれば、採用することができる。また、スパンＬも、１以上、いずれの値にすることも可能である。図２１は、１３相巻線のスパンＬを、値１、２、３、４とした場合の星形環状結線を示す模式図である。スパンＬ＝２以上では、図示の都合上、コイルの形状を省略している。いずれの場合も、各相で隣接する機械的位相角度となる巻線間の機械的位相角度差の平均θは、
θ＝３６０°度／１３
である。もとより、こうしたｍ相巻線を、２セット以上（ｐ≧２）設けることも可能である。また、各コイルのピッチγも７／１３に限定されず、他の値の短節巻きとしてもよい。更に、毎極毎相のスロット数ｑを値３〜６の値としてもよい。こうした構成を採用しても、上述した第２実施形態とほぼ同様の作用効果を奏する。
【００３３】
Ｆ．その他の実施形態：
（１）本開示の電動機３０および電動機運転システム２０は、上記の実施形態の他、種々の形態で実施可能である。例えば、アウタロータタイプの電動機として実施することも可能である。こうした電動機１３０の構成例を図２２に示した。図示するように、この電動機１３０は、中心にステータ１５０を備え、その外周に回転自在にロータ１４０が配置されている。ステータ１５０は、ステータコア１５１の外周に放射線状に５２個のティース１５３が設けられ、ティース１５３が形成する空間に、１３相分のコイル５５が巻き取られている。他方、このステータ１５０の外周に配置されたロータ１４０は、アウターロータコア１４１と、その内周に等間隔に配置された複数の２次導体１４３とを備える。この電動機１３０の各パラメータは、相数ｍ＝１３、ｐ＝１、γ＝７／１３、ｑ＝２である。こうしたアウタロータタイプの電動機１３０において、巻線の相数ｍなどは、他の実施形態として示したように、ｍ＝１３以外であっても差し付かないことは勿論である。これは、他のパラメータについても同様である。
【００３４】
また、電動機は誘導機に限る必要はない。電動機は、例えばコンシクエント型ＳＰＭモータであっても、差し支えない。このコンシクエント型ＳＰＭモータは、図２３に例示した様に、ロータコア２４１の外周表面に、径方向に着磁された複数の永久磁石２４７を備える。図２３にロータコア２４１を示したコンシクエント型ＳＰＭモータの場合、通電次数ｈ＝２での極数は８極である。
【００３５】
あるいは、図２４ら示すように、ロータコア３４１の内部に径方向に着磁された複数の永久磁石３４７を埋め込んだコンシクエント型ＩＰＭモータとして実施することも可能である。ロータコア３４１の内部に埋め込まれた永久磁石３４７の両側方には、フラックスバリア３４８が設けられる。フラックスバリア３４８は、空気または非磁性体から構成される。
【００３６】
こうしたコンシクエント型モータでも、誘導機と同様に、毎極毎相のスロット数ｑ＝２とし、通電次数ｈを切換えることにより、図７に示したように、高トルク低回転の運転領域から、低トルク高回転の運転領域までの運転領域を拡大することができる。
【００３７】
（２）電動機と電動機を運転する駆動部とからなる電動機運転システムであって、
前記電動機は、ｍ相巻線（ｍは５以上の奇数の整数）の各相で隣接する機械的位相角度となる巻線間の機械的位相角度差の平均θが、電動機におけるｍ相巻線のセット数を示す変数ｐを値１以上の任意の正の整数として、
θ＝３６０°／（ｍ・ｐ）
の関係を満たし、前記各相の巻線の結線はスパンＬ（Ｌはｍ／２以下の正の整数）の値に対して、Ｌ・θ離れた機械的位相角度差となる相の巻線同士を結線した星形環状結線であり、通電次数ｈ（ｈ≧１の任意の整数）が値１の場合の毎極毎相のスロット数ｑが、６≧ｑ≧２であり、前記駆動部は、前記各相で隣接する機械的位相角度となる巻線間に流れる電流の電気的位相差δが、
δ＝ｈ・３６０°／ｍ
となるよう前記ｍ相巻線への通電を行なうものとし、更に、この電動機運転システムにおいて、前記電動機の前記ｍ相巻線は、各相巻線の巻線ピッチと磁極ピッチの比γが、０＜γ＜１となる短節巻きとし、前記駆動部は、前記各相巻線に、前記通電次数ｈ＝１またはｈ＝２の電流を切換えて通電するものとしてもよい。
【００３８】
こうすれば、通電次数ｈを切換えることで、毎極毎相のスロット数が６≧ｑ≧２の電動機において、通電次数ｈ＝２の場合の正相磁束の実効値を大きくでき、電動機の出力を高めることができる。従って、通電次数の切換えによる効率の低下を招くことなく、高トルク低回転の運転領域から、低トルク高回転の運転領域までの運転領域を拡大することができる。
【００３９】
（３）こうした電動機運転システムにおいて、前記電動機の前記ｍ相巻線は、各相巻線の巻線ピッチγが、１＞γ＞０となる短節巻きであり、前記駆動部は、前記各相巻線に、前記通電次数ｈ＝１およびｈ＝２の電流を通電するものとしてもよい。こうすれば、通電次数ｈ＝２の場合の正相磁束の実効値を大きくでき、電動機の出力を高めることができる。
【００４０】
（４）こうした電動機運転システムにおいて、前記電動機の前記巻線ピッチγを値０．４〜０．６としてもよい。こうすれば、通電次数ｈをｈ＝１とｈ＝２との間で切換えたとき、通電次数ｈ＝２の場合の正相磁束の実効値を最大値またはこれに近い値にすることができる。
【００４１】
（５）こうした電動機運転システムにおいて、電動機が、５相巻線（ｍ＝５）を備えるものとしてもよい。通電次数の切換えを行なうためには、巻線の相数ｍは、５以上の奇数の整数である必要があるが、相数が少ないほど、毎極毎相のスロット数ｑが値１の時の逆相磁束の実効値が大きいため、相数ｍが最も小さい５相巻線とすれば、毎極毎相のスロット数ｑを値２以上としやすいという効果が得られる。
【００４２】
（６）こうした電動機運転システムにおいて、前記電動機が、前記通電次数ｈ＝１のときの毎極毎相のスロット数ｑ＝２としてもよい。こうすれば、正相磁束密度と逆相磁束密度との差分が最も大きくなり、電動機の特性を改善することができる。
【００４３】
（７）こうした電動機運転システムにおいて、前記電動機は誘導機としてもよい。誘導機の場合、高周波磁束の影響が大きいため、逆相磁束による影響を減らすことによる効果は大きい。もとより、電動機は誘導機に限らず、コンシクエント型ＳＰＭモータやコンシクエント型ＩＰＭモータなどを用いた電動機運転システムも可能である。
【００４４】
（８）ｍ相巻線（ｍは５以上の奇数の整数）の各相の巻線が星形環状結線された電動機の態様を採用してもよい。この電動機は、前記各相で隣接する機械的位相角度となる巻線間の機械的位相角度差の平均θが、電動機におけるｍ相巻線のセット数を示す変数ｐを値１以上の任意の整数として、
θ＝３６０°／（ｍ・ｐ）
の関係を満たし、前記各相の巻線の結線はスパンＬ（Ｌはｍ／２以下の正の整数）の値に対して、Ｌ・θ離れた機械的位相角度差となる相の巻線同士を結線した星形環状結線であり、前記各相で隣接する機械的位相角度となる巻線間の電流の電気的位相差δが、通電次数ｈ（ｈ≧１の任意の整数）を用いて、
δ＝ｈ・３６０°／ｍ
を満たし、ｈ＝１の場合の毎極毎相のスロット数ｑが、６≧ｑ≧２である。
【００４５】
この電動機は、正相磁束密度と逆相磁束密度との差分を大きくすることができる。このため、毎極毎相のスロット数ｑ＝１の電動機と比べて、電動機の特性を改善することができる。
【００４６】
（９）電動機の駆動方法としての態様も可能である。この電動機の駆動方法は、
（ａ）ｍ相巻線（ｍは５以上の奇数の整数）の各相で隣接する機械的位相角度となる巻線間の機械的位相角度差の平均θが、電動機におけるｍ相巻線のセット数を示す変数ｐを値１以上の任意の整数として
θ＝３６０°／（ｍ・ｐ）
の関係を満たし、  （ｂ）前記各相の巻線の結線はスパンＬ（Ｌはｍ／２以下の正の整数）の値に対して、Ｌ・θ離れた機械的位相角度差となる相の巻線同士を結線した星形環状結線であり、かつ
（ｃ）通電次数ｈ（ｈ≧１の任意の整数）が値１の場合の毎極毎相のスロット数ｑが、６≧ｑ≧２となる
電動機の前記各相の巻線に、前記電動機に対する要求に従って、前記電動機の前記通電次数ｈを切換え、前記通電次数ｈを切換えた場合に、前記各相で隣接する機械的位相角度となる巻線間に流れる電流の電気的位相差δが、
δ＝ｈ・３６０°／ｍ
となるように、前記各相の巻線への通電を行なう。
【００４７】
こうすれば、電動機の正相磁束密度と逆相磁束密度との差分を大きくすることができので、毎極毎相のスロット数ｑ＝１の電動機と比べて、電動機の特性を改善することができ、通電次数を切換えることで、高トルク低回転数の運転領域から、低トルク高回転数の運転領域まで、電動機を駆動することができる。
【００４８】
（１０）上記各実施形態において、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよい。ソフトウェアによって実現されていた構成の少なくとも一部は、ディスクリートな回路構成により実現することも可能である。また、本開示の機能の一部または全部がソフトウェアで実現される場合には、そのソフトウェア（コンピュータプログラム）は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納された形で提供することができる。「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭのような携帯型の記録媒体に限らず、各種のＲＡＭやＲＯＭ等のコンピュータ内の内部記憶装置や、ハードディスク等のコンピュータに固定されている外部記憶装置も含んでいる。すなわち、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、データパケットを一時的ではなく固定可能な任意の記録媒体を含む広い意味を有している。
【００４９】
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００５０】
２０  電動機運転システム、３０  電動機、３２  出力軸、３５  回転角度センサ、３６  ケース、３７  軸受、４０  ロータ、４１  ロータコア、４３  ２次導体、４５  短絡環、５０  ステータ、５１  ステータコア、５３  ティース、５５  コイル、６０  駆動装置、７０  インバータ、７２  バッテリ、７４  電圧センサ、８１−８５  電流センサ、８８  コントローラ、１３０  電動機、１４０  ロータ、１４１  アウターロータコア、１５０  ステータ、１５１  ステータコア、１５３  ティース、２４１  ロータコア、２４７  永久磁石、３４１  ロータコア、３４７  永久磁石、３４８  フラックスバリア、Ａ−Ｍ  コイル（巻線）、ＬＤ  負荷、Ｔ１−Ｔ５  端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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