(57)【要約】【課題】トルクリプルを、より低減することができる回転電機を提供することである。【解決手段】集中巻きの回転電機であって、スロット数Ｓ＝６ｎ（ｎは整数）であり、ｎ＞２であり、極数Ｐは４ｎ＜Ｐ＜８ｎの偶数であり、｜Ｐ−Ｓ｜は６の倍数でなく、ＳとＰの最大公約数が２である回転電機１において、周方向に隣接するスロットの間に配置されたティースに巻線が巻回されており、対向する前記巻線が直列に結線されており、ｎ個の三相インバータにより駆動され、前記ｎ個の三相インバータの電流位相が独立に制御され、前記ｎ個の三相インバータに対応する各々の巻線系統がその隣に配置される巻線系統と異なるように設けられる、ことを特徴とする。【選択図】図４Ａ
2020198743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スロット数Ｓ＝６ｎ（ｎは整数）であり、ｎ＞２であり、極数Ｐは４ｎ＜Ｐ＜８ｎの偶数であり、｜Ｐ−Ｓ｜は６の倍数でなく、ＳとＰの最大公約数が２である、集中巻きの回転電機であって、
周方向に隣接するスロットの間に配置されたティースに巻線が巻回されており、対向する前記巻線が直列に結線されており、ｎ個の三相インバータにより駆動され、前記ｎ個の三相インバータの電流位相が独立に制御され、前記ｎ個の三相インバータに対応する各々の巻線系統がその隣に配置される巻線系統と異なるように設けられる
ことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機であって、
前記回転電機の回転子の回転方向に各ティースの番号を１からＳまで付け、磁極ピッチの電気角１８０°に対してティースピッチの電気角を１８０＊Ｐ／Ｓ＝θとし、番号１のティースを円周上の０°の位置に配置し、番号２のティースを円周上のθの位置に配置し、番号３のティースを円周上の２θの位置に配置し、これを繰り返して番号Ｓのティースを円周上の（Ｓ−１）θの位置に配置し、前記円周を６分割したときの円弧の周方向中心の角度と、当該円弧に含まれるＳ／６個のティースの平均角度が一致するように円周が６分割されており、Ｓ／６個のティースの平均角度（相中央角度）をずれ角度０としてＳ／６個のティースのそれぞれにずれ角度を配するときにおいて、異なる円弧に属して同じずれ角度を有するティースの巻線を１つのグループとして同じ系統とする
ことを特徴とする回転電機。
【請求項３】
スロット数Ｓ＝６ｎ（ｎは整数）であり、ｎ＞２、であって、極数Ｐは４ｎ＜Ｐ＜８ｎの偶数であり、｜Ｐ−Ｓ｜は６の倍数でなく、ＳとＰの最大公約数が２であり、前記Ｓをｍ倍（ｍは整数）したスロット数Ｓｍ、及び前記Ｐをｍ倍した極数Ｐｍを有する集中巻の回転電機であって、
周方向に隣接するスロットの間に配置されたティースに巻線が巻回されており、
前記回転電機の回転子の回転方向に各ティースの番号を１からＳまで付け、磁極ピッチの電気角１８０°に対してティースピッチの電気角を１８０＊Ｐ／Ｓ＝θとし、番号１のティースを円周上の０°の位置に配置し、番号２のティースを円周上のθの位置に配置し、番号３のティースを円周上の２θの位置に配置し、これを繰り返して番号Ｓのティースを円周上の（Ｓ−１）θの位置に配置し、前記円周を６分割したときの円弧の周方向中心の角度と、当該円弧に含まれるＳ／６個のティースの平均角度が一致するように円周が６分割されており、Ｓ／６個のティースの平均角度（相中央角度）をずれ角度０としてＳ／６個のティースのそれぞれにずれ角度を配するときにおいて、Ｓ／２ｍ個の巻線を含み周方向に隣接して配置された２ｍ個のセクターを有し、ｍの約数をＭとしたとき、２ｍ／Ｍ個のセクター内で同一ずれ角度の巻線を直列結線して１つの系統として、ｎ＊Ｍ個の三相インバータにより駆動され、前記ｎ＊Ｍ個の三相インバータの電流位相が独立に制御され、前記ｎ＊Ｍ個の三相インバータに対応する各々の巻線系統がその隣に配置される巻線系統と異なるように設けられる
ことを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の回転電機であって、
前記インバータの通電位相には、当該系統の相中央の角度から位相差がつけられており、前記ずれ角度×−１を基準ずらし角としたとき、前記位相差は、基準ずらし角−１５／ｎ＜前記位相差＜基準ずらし角＋１５／ｎの範囲にある
ことを特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項２又は請求項３に記載の回転電機であって、
直列結線された同相の同グループ巻線が半整数巻数を有し、当該巻線の渡り線を口出しと軸方向逆側に有する
ことを特徴とする回転電機。
【請求項６】
請求項２又は請求項３に記載の回転電機であって、
直列結線された同相の同グループ巻線が整数巻数を有し、ティース巻線端部が配線プレートに溶接接続されており、口出しと軸方向同側に配線プレートを有する
ことを特徴とする回転電機。
【請求項７】
スロット数Ｓ＝６ｎ（ｎは整数）であり、ｎ＞２であって、極数Ｐは４ｎ＜Ｐ＜８ｎの偶数であり、｜Ｐ−Ｓ｜は６の倍数でなく、ＳとＰの最大公約数が２である集中巻きの回転電機であって、
周方向に隣接するスロット間に配置されたティースに巻線が巻回されており、対向して直列結線された前記巻線を有し、ｎ未満で１以外の２ｎの約数をＫとするとき、Ｋ個の三相インバータにより駆動され、前記Ｋ個の三相インバータの電流位相が独立に制御され、前記Ｋ個の三相インバータに対応する各々の巻線系統は、前記巻線が周方向に隣接する個数が、２ｎ／Ｋが偶数のときｎ／Ｋ以下、２ｎ／Ｋが奇数のとき（２ｎ／Ｋ−１）／２＋１以下である
ことを特徴とする回転電機。
【請求項８】
請求項７に記載の回転電機であって、
前記回転電機の回転子の回転方向に各ティースの番号を１からＳまで付け、磁極ピッチの電気角１８０°に対してティースピッチの電気角を１８０＊Ｐ／Ｓ＝θとし、番号１のティースを円周上の０°の位置に配置し、番号２のティースを円周上のθの位置に配置し、番号３のティースを円周上の２θの位置に配置し、これを繰り返して番号Ｓのティースを円周上の（Ｓ−１）θの位置に配置し、前記円周を６分割したときの円弧の周方向中心の角度と、当該円弧に含まれるＳ／６個のティースの平均角度が一致するように円周が６分割されており、Ｓ／６個のティースの平均角度（相中央角度）をずれ角度０としてＳ／６個のティースのそれぞれにずれ角度を配するときにおいて、同じずれ角度を有するティースの巻線を１つのグループとして、前記Ｋがｎの約数のときは、ｎ個の巻線グループをＫ個に分割してずれ角度の近い（ｎ／Ｋ）個の巻線グループを直列結線して通電系統数をＫとし、前記Ｋがｎの約数でないときは、ｎ個のグループを２ｎ／Ｋずつにずれ角度の近いグループの組に分割し、各々のグループの組において、中央ずれ角度のグループの巻線を両側の（２ｎ／Ｋ−１）／２個のグループを有する２つのグループ群に分配して２個の集約グループとし、集約グループの個数を全体でＫとし、各集約グループ内の巻線を直列結線して通電系統数をＫとする
ことを特徴とする回転電機。
【請求項９】
スロット数Ｓ＝６ｎ（ｎは整数）であり、ｎ＞２であって、極数Ｐは４ｎ＜Ｐ＜８ｎの偶数であり、｜Ｐ−Ｓ｜は６の倍数でなく、ＳとＰの最大公約数が２であり、前記Ｓをｍ倍（ｍは整数）したスロット数Ｓｍ、及び前記Ｐをｍ倍した極数Ｐｍを有する集中巻の回転電機であって、
周方向に隣接するスロット間に配置されたティースに巻線が巻回されており、
前記回転電機の回転子の回転方向に各ティースの番号を１からＳまで付け、磁極ピッチの電気角１８０°に対してティースピッチの電気角を１８０＊Ｐ／Ｓ＝θとし、番号１のティースを円周上の０°の位置に配置し、番号２のティースを円周上のθの位置に配置し、番号３のティースを円周上の２θの位置に配置し、これを繰り返して番号Ｓのティースを円周上の（Ｓ−１）θの位置に配置し、前記円周を６分割したときの円弧の周方向中心の角度と、当該円弧に含まれるＳ／６個のティースの平均角度が一致するように円周が６分割されており、Ｓ／６個のティースの平均角度（相中央角度）をずれ角度０としてＳ／６個のティースのそれぞれにずれ角度を配するときにおいて、Ｓ／２ｍ個の巻線を含み周方向に隣接して配置された２ｍ個のセクターを有し、ｍの約数をＭとし、２ｍ／Ｍ個のセクター内で同一ずれ角度の巻線を１つのグループとし、ｎ未満で１以外の２ｎの約数をＫとするとき、２ｍ／Ｍ個のセクター内において、前記Ｋがｎの約数のときは、ｎ個の巻線グループをＫ個に分割してずれ角度の近い（ｎ／Ｋ）個の巻線グループを直列結線して通電系統数をＫとし、前記Ｋがｎの約数でないときは、ｎ個のグループを２ｎ／Ｋずつにずれ角度の近いグループの組に分割し、各々のグループの組において、中央ずれ角度のグループの巻線を両側の（２ｎ／Ｋ−１）／２個のグループを有する２つのグループ群に分配して２個の集約グループとし、集約グループの個数を全体でＫとし、各集約グループ内の巻線を直列結線して通電系統数をＫとし、Ｋ＊Ｍ個の三相インバータにより駆動され、前記Ｋ＊Ｍ個の三相インバータの電流位相が独立に制御される
ことを特徴とする回転電機。
【請求項１０】
請求項８又は請求項９に記載の回転電機であって、
前記インバータの通電位相には、当該系統の相中央の角度から位相差がつけられており、系統巻線の平均ずれ角度と系統巻線を構成する各巻線のずれ角度絶対値の平均が最小となる角度の平均値を基準ずらし角としたとき、前記位相差は、基準ずらし角−１５／ｎ度＜前記位相差＜基準ずらし角＋１５／ｎ度の範囲にある
ことを特徴とする回転電機。
【請求項１１】
請求項８又は請求項９に記載の回転電機であって、
直列結線された同相の同一ずれ角度の対向巻線が半整数巻数を有し、その渡り線を口出しと軸方向逆側に有し、前記対向巻線に直列結線される非対向の巻線は整数巻数を有して口出しと軸方向同側にて溶接接続される
ことを特徴とする回転電機。
【請求項１２】
請求項８又は請求項９に記載の回転電機であって、
口出しと軸方向同側に配線プレートを有し、前記ティースに巻回された巻線が整数巻数を有し、ティース巻線端部が配線プレートに溶接接続される
ことを特徴とする回転電機。
【請求項１３】
請求項２、請求項４、請求項５、請求項６、請求項８、請求項１０、請求項１１、及び請求項１２のいずれか１項に記載の回転電機であって、
Ｐ＝１４、Ｓ＝１８である
ことを特徴とする回転電機。
【請求項１４】
請求項１３に記載の回転電機を備え、前記回転電機を用いて、電動パワーステアリングまたは電動ブレーキを動作させる
ことを特徴とする自動車用電動補機システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機および自動車用電動補機システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の自動車は、油圧システムから電動システムへの移行や、ハイブリッド自動車、電気自動車の市場拡大の流れを受けて、電動パワーステアリング装置（以下、「ＥＰＳ装置」と称する）や電動ブレーキ装置の装着率が急速に増大している。また、アイドリングストップやブレーキなどの運転操作の一部を自動化した車の普及を背景に、運転快適性の向上とともに車室内の静音化が進展している。また、運転操作の自動化に伴って、ＥＰＳ装置によるアシストトルクの提供を消失させないため、インバータを含む電子制御部の２系統化が進展している。
【０００３】
車室内の振動、騒音に繋がる電気モータ起因の加振源としては、電気モータのトルク変動成分（コギングトルクやトルクリプル）と、電気モータのステータとロータの間に発生する電磁加振力がある。これらのうちトルク変動成分による振動エネルギーは、電気モータの出力軸を介して車室内へ伝搬し、また、電磁加振力による振動エネルギーは、ＥＰＳ装置の機械部品などを介して車室内へ伝搬する。これらの振動エネルギーが車室内へ伝搬することで、車室内の振動、騒音に繋がっている。
【０００４】
例えば、ＥＰＳ装置では、電気モータがステアリングホイール操作をアシストすることから、運転者はステアリングホイールを介して、電気モータのコギングトルク、トルクリプル、電磁加振力によるモータ振動を手に感じることになる。また、トルクリプルと電磁加振力によるモータ振動は、ステアリングホイールを介して騒音になる場合と、その他の経路を介して車室内前面ボードに至って騒音になる場合がある。
【０００５】
これを抑制するため、ＥＰＳ装置に用いる電気モータでは、一般にコギングトルクをアシストトルクの１／１０００未満に、トルクリプルをアシストトルクの１／１００未満に抑制することが求められる。また、電磁加振力の主たる空間モードの最小次数が２以下でないことがよいとされる。
【０００６】
ここで、ＥＰＳ装置に用いられる電気モータとしては、通常、小型化および信頼性の点から、永久磁石式のブラシレスモータ（以下、「永久磁石式回転電機」と称する）が使用される。永久磁石式回転電機には、大別して、出力密度で優れる表面磁石式（ＳＰＭ）と、磁石コストで優れる埋め込み磁石式（ＩＰＭ）があるが、何れの場合も、磁石コスト低減の点から、極数に応じた個数に分離された磁石が使用されることが多い。
【０００７】
例えば、埋め込み磁石式では、通常、磁石収納空間を持つ一体ロータコアを用いる。一体ロータコアはロータ磁極の製造精度が高いため、ロータ磁極とステータ間のエアギャップ長を短縮できる。磁石収納空間のブリッジ部からの磁束漏れにより、表面磁石式に対してトルクが低下するが、エアギャップ長の短縮によりトルク低下を抑制できる。また、矩形の磁石を使用できるため、磁石コストを低減できる。
【０００８】
ここで、従来の厳しいトルクリプル許容上限値を課す場合、ＩＰＭにおいても磁石トルクのみを利用する突出磁極形状のモータが用いられる。円筒ＩＰＭ形ロータを用いる場合は、トルクリプルが５％程度になり、上述のトルクリプル許容上限値との乖離が大きかったことが理由である。
【０００９】
一方、自動車の自動運転が導入される場合、ステアリングホイールとＥＰＳ装置を従来のように機械的に連結せずに、電気信号で接続することが想定されている。この場合、ステアリングホイール経由の振動・騒音がなくなり、モータ振動許容上限値は緩和され、無人運転である場合はモータ振動許容上限値がさらに緩和されると考えられる。有人自動運転の場合は、運転者が操舵するときのステアリングホイールとＥＰＳ装置の接続が機械的か電気的かの違いがあり、モータ振動許容上限値は前者よりも後者の方が緩和されると考えられる。また、モータのトルクリプルの場合、ＮＳ磁極の対の数の６倍の次数である６次成分が基本の次数であり、１２次以上が高次成分であるが、伝播途中の減衰は高次ほど大きいため、高次成分のモータ振動許容上限値が緩和されると考えられる。このように、自動運転の導入に伴ってモータ振動許容上限値のバリエーションが増加するとともに、緩和される傾向にあると考えられる。また、ステアリングホイールとＥＰＳ装置が機械的に接続される場合もトルクリプル高次成分の許容上限値が緩和される場合があると考えられる。このため、トルクリプルを低減できれば、トルク増加が見込まれる円筒ＩＰＭ形ロータを使用できる余地が生じている。
【００１０】
また、ＥＰＳ装置では正逆の両方に回転するため、磁極周囲の磁束集中を両回転方向に対称にする必要があり、対称な形状の磁極が用いられる。
【００１１】
１２ティースを有するブラシレスモータの先行技術として、特許第３６８１３３２号公報に記載されたものがある。特許第３６８１３３２号公報の段落［００１４］には、「固定子巻線２４のＵ相には、Ｕ１＋、Ｕ１−、Ｕ２＋、Ｕ２−がそれぞれ接続され、Ｖ相には、Ｖ１＋、Ｖ１−、Ｖ２＋、Ｖ２−がそれぞれ接続され、Ｗ相には、Ｗ１＋、Ｗ１−、Ｗ２＋、Ｗ２−がそれぞれ接続される」と記載されている。また、図２から、Ｕ１＋とＵ１−はステータの対向位置にある巻線であり、Ｕ２＋とＵ２−、Ｖ１＋とＶ１−、Ｖ２＋とＶ２−、Ｗ１＋とＷ１−、Ｗ２＋とＷ２−は、ステータの対向位置にある巻線であることが読み取れる。また、特許第３６８１３３２号公報の段落［００３２］〜［００３５］には、（１）Ｕ１＋、Ｕ１−、Ｖ１＋、Ｖ１−、Ｗ１＋、Ｗ１−の各固定子巻線に、正弦波電流を加えた場合に発生するトルクに電気角で６０度を周期とするトルク脈動を発生する。（２）Ｕ２＋、Ｕ２−、Ｖ２＋、Ｖ２−、Ｗ２＋、Ｗ２−の各固定子巻線に、正弦波電流を加えた場合に発生するトルクに電気角で６０度を周期とするトルク脈動を発生する。前記（１）、（２）のトルク脈動は、電気角で３０度の位相差があるために、発生トルクの脈動は逆相となり、前記（１）、（２）の合成されたトルクは、脈動トルクを低減したものとなることが記されている。ここで、電気角で６０度を周期とするトルク脈動は、３６０度において６周期であり、６次の脈動である。
【００１２】
このように、特許第３６８１３３２号公報には、１２ティースを有するステータにおいて、前記（１）の巻線に発生するトルク脈動と前記（２）の巻線に発生するトルクリプルの６次成分を低減するという考え方が示されている。
【００１３】
また、１８ティースを有するブラシレスモータの先行技術として、特許第５９８９１５４号公報に記載されたものがある。特許第５９８９１５４号公報の図２には１４極１８スロットのモータ断面図が示されており、図１４には、周方向に近距離の巻線を直列に接続する巻線結線図が示されている。また、特許第５９８９１５４号公報には、その段落［００２７］〜［００３０］の説明により、第１の電機子巻線と第２の電機子巻線が、モータ断面の左右で別系統とする構成であり、第１の電機子巻線と第２の電機子巻線が互いに電気角２０°〜４０°ずらして駆動され、「望ましくは電気角３０°とすることによって６次のトルクリップルを低減することができる」と記されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特許第３６８１３３２号公報
【００１５】
【特許文献２】特許第５９８９１５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
特許第３６８１３３２号公報および特許第５９８９１５４号公報に開示されたブラシレスモータは、トルクリプルの低減に関して改良の余地が多く残されている。特に円筒ロータＩＰＭにおいてはトルクリプルの高次成分も大きくなりやすいため、トルクリプルの高次成分も低減できることが望ましい。しかし、特許第３６８１３３２号公報に記された技術はトルクリプルの高次成分低減には適さない。また、特許第５９８９１５４号公報に記された技術は、特に円筒ロータＩＰＭのようにロータコアとステータコアの距離が全周において近く、トルクリプルが大きくなりやすい場合には、６次成分の低減においても適さない。そこで、トルクリプル６次成分を低減するだけでなく、トルクリプル１２次成分を低減することにより、低トルクリプルにすることが望まれる。
【００１７】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、トルクリプルを、より低減することができる回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記した課題を解決するために本発明は、スロット数Ｓ＝６ｎ（ｎは整数）であり、ｎ＞２であり、極数Ｐは４ｎ＜Ｐ＜８ｎの偶数であり、｜Ｐ−Ｓ｜は６の倍数でなく、ＳとＰの最大公約数が２である回転電機１において、周方向に隣接するスロットの間に配置されたティースに巻線が巻回されており、対向する前記巻線が直列に結線されており、ｎ個の三相インバータにより駆動され、前記ｎ個の三相インバータの電流位相が独立に制御され、前記ｎ個の三相インバータに対応する各々の巻線系統がその隣に配置される巻線系統と異なるように設けられる、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、回転電機においてトルクリプルをより低減することができる。
【００２０】
上記した以外の本発明の課題、構成、作用および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る永久磁石式回転電機の回転面内断面図である。
【図２】巻線の相とずれ角度の説明図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る回転電機の断面における巻線の系統・相・巻回方向とずれ角度の対応を示す図である。
【図４Ａ】本発明の第１の実施形態に係るＹ巻線結線図である。
【図４Ｂ】本発明の第１の実施形態に係るΔ巻線結線図である。
【図５】３系統駆動の回路図である。
【図６】トルクリプル６次成分と１２次成分の低減原理の説明図である。
【図７Ａ】従来の回転電機の巻線結線を説明する図である。
【図７Ｂ】従来の回転電機の回転面内断面図である。
【図７Ｃ】１２スロットの回転電機のトルクリプル６次成分の低減原理の説明図である。
【図８】位相差に対するトルクリプル６次成分の変化の説明図である。
【図９Ａ】図４の巻線結線と半整数巻を用いる場合のティースへの巻き回しを示す図である。
【図９Ｂ】図４の巻線結線と配線プレートを用いる場合のティースへの巻き回しを示す図である。
【図１０】本発明の回転電機１の３６スロットの例である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係るステータの断面図である。
【図１２Ａ】第４の実施形態の巻線結線の例である。
【図１２Ｂ】第４の実施形態の巻線結線の例である。
【図１２Ｃ】第４の実施形態の巻線結線の例である。
【図１２Ｄ】第４の実施形態の巻線結線の例である。
【図１３Ａ】半整数巻使用時の位相差に対するトルクリプル各成分の変化の説明図である。
【図１３Ｂ】整数巻使用時の位相差に対するトルクリプル各成分の変化の説明図である。
【図１４Ａ】電流位相角に対するトルクリプル各成分の計算値の説明図である。
【図１４Ｂ】電流に対するトルクリプル各成分の計算値の説明図である。
【図１５】２系統駆動の回路図である。
【図１６】従来の２系統回転電機の巻線結線を説明する図である。
【図１７Ａ】トルクリプル波形の計算値の説明図である。
【図１７Ｂ】トルクリプル各成分とトルクの計算値の比較の説明図である。
【図１８Ａ】図１２Ａの巻線結線と半整数巻を用いる場合のティースへの巻き回しを示す図である。
【図１８Ｂ】図１２Ａの巻線結線と配線プレートを用いる場合のティースへの巻き回しを示す図である。
【図１９】図１２Ｃの巻線結線と配線プレートを用いる場合のティースへの巻き回しを示す図である。
【図２０】自動車用補機モータを適用した操舵装置の外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明は、１８スロット以上の集中巻の回転電機において、巻線の結線を工夫することにより、トルクリプル６次成分のみでなく、１２次成分を低減できる。その構成と原理を以下に説明する。
【００２３】
以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。ここでは、１４極１８スロットの回転電機を例にとって説明する。
【００２４】
（第１の実施形態）
図１から図５を用いて、本発明の第１の実施形態に係る巻線の結線を備えた永久磁石式回転電機１の構成を説明する。図１は、第１の実施形態に係る永久磁石式回転電機１の回転面内断面図である。図２は、図１の巻線の相とずれ角度の説明図である。図３は、第１の実施形態に係る回転電機１の断面における巻線の系統・相・巻回方向とずれ角度の対応を示す図である。図４は、第１の実施形態に係る巻線結線図である。なお、図４は、３系統駆動の回路図である。
【００２５】
図１に示すように、本実施形態の永久磁石式回転電機１は、外周側に略環状のステータ１０を配置し、内周側に略円柱状のロータ２０を配置した、１４極１８スロット集中巻の永久磁石式回転電機である。ステータ１０とロータ２０の間にはエアギャップ３０が設けられている。ステータ１０は、ステータコア１００、コアバック１１０、複数のティース１３０および複数の巻線１４０を有しており、エアギャップ３０を介してロータ２０と対向して配置されている。
【００２６】
ステータ１０は、例えば次のようにして形成される。まず、電磁鋼板の分割打ち抜きコアを積層した複数の分割ティース１３０を形成する。次に、各ティース１３０に巻線を巻回して巻線１４０を形成した後、円環状に配置し、図示しないハウジングに焼嵌めまたは圧入して一体化する。このようにして、ステータ１０が形成される。
【００２７】
また、ロータ２０は、電磁鋼板を積層した鉄心であるロータコア２００と、回転軸となるシャフト３００とを有する。ロータコア２００の外周には、周方向に１４極の磁極部２２０が設けられている。磁極部２２０の各々は、周方向に長い１つの磁石挿入孔２０１を有し、磁石挿入孔２０１の両端の内周側に磁石止め部２１１を有し、磁石止め部２１１の間に矩形形状の磁石収容部２１２を有し、前記磁石収容部２１２に永久磁石２１０が収容される。永久磁石２１０は、周方向にＮ極とＳ極が交互に配置される。
【００２８】
図１に示すように、１８スロットの固定子を構成するティースに記号を付けて区別する。記号の付け方は、反時計まわりの方向に隣接して並ぶ順に、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ７、Ｔ８、Ｔ９、Ｔ１０、Ｔ１１、Ｔ１２、Ｔ１３、Ｔ１４、Ｔ１５、Ｔ１６、Ｔ１７、Ｔ１８のようにする。このティースＴ１〜Ｔ１８に巻回される巻線は、系統番号と相と巻回方向（もしくは電流方向）を用いて記号を付けて、それぞれ、３Ｕ＋、２Ｖ＋、１Ｖ−、３Ｗ−、２Ｕ−、１Ｕ＋、３Ｖ＋、２Ｗ＋、１Ｗ−、３Ｕ−、２Ｖ−、１Ｖ＋、３Ｗ＋、２Ｕ＋、１Ｕ−、３Ｖ−、２Ｗ−、１Ｗ＋のように区別されている。数字はグループ番号を表し、Ｕ、Ｖ、Ｗの記号はＵ相、Ｖ相、Ｗ相を表し、＋と−は巻回方向（または電流方向）の正逆を表す。
【００２９】
ここで、図２と図３を用いてティースＴ１〜Ｔ１８のそれぞれが有するずれ角度、グループ、相、巻回方向の決め方について説明する。ロータ２０の各磁極はＮ極とＳ極が交互に並んでおり、ＮＳ極対を１周期として周方向に繰り返すため、ＮＳ極対が電気的な３６０度を表し、全周の電気角は３６０＊７度である（「＊」は乗算の演算子である）。このとき、ティース１個は電気角で３６０＊７／１８＝１４０度である（「／」は除算の演算子である）。電気角の３６０度を図２のように円盤で表すとき、通し番号１のティースＴ１を０度に配置し、１４０度回転した位置に次番号のティースを配置していくと、図２に示すように、ティースを棒線で表して放射状に各ティースを配置した図を作成できる。図２において、ティースＴ１をＵ相とし、６０度ピッチで各相の領域を決定できる。ただし、６０度ピッチ各相の領域内では、６０度ピッチの中央線に対してティース配置が対称になるようにする。あるいは、６０度ピッチに含まれるティースの角度の平均と６０度ピッチ中心角とが一致するように６０度ピッチの範囲を設定する。また、各相の＋、−の記号は、ティースに巻回す巻線の巻回方向の正逆を示す。ここで、各相の中央線上のティースのずれ角度を０度と定義すると、各ティースの属する相とずれ角度が一意的に決定される。１４極１８スロットの場合は、ずれ角度が−２０、０、＋２０度の３つあるため、ずれ角度が同じ巻線を同じグループとしてグループ分けすると、３つのグループができる。各グループはグループ番号あるいは、ずれ角度の違いで区別できる。このとき、最小ずれ角度を第１グループ、最大ずれ角度を第２グループ、ずれ角度なしを第３グループとするように、６０度ピッチ内のティースの両側から番号付けする。
【００３０】
このようにして決めたグループ番号・相・巻回方向は、図１に記してある。また、図３には、各ティース、巻線のグループ番号・相・巻回方向とずれ角度を永久磁石式回転電機１の各ティース・巻線に対応させて表した。
【００３１】
ここで、通電周波数とロータ回転数が同期しているとき、各相の中央（ずれ角度０度）においては、通電位相とロータ磁極回転の位相が一致している。しかし、ずれ角度があると、通電位相とロータ磁極回転位相がずれていることを示しており、例えばずれ角度−２０度のティースＴ６は通電位相がロータ磁極回転位相よりも２０度遅れており、ずれ角度＋２０度のティースＴ５は通電位相がロータ磁極回転位相よりも２０度進んでいる。ここで、同じずれ角度の巻線を同じグループとするため、１８個のティースと巻線が、ずれ角度が−２０、０、＋２０度の３つのグループに分けられる。これらの巻線に従来の１系統通電のように、ずれ角度０度に合わせて共通位相で通電すると、ずれ角度の違う２つの巻線グループは、異なるトルク脈動とトルクを生じさせると考えられる。そこで、同じずれ角度を持つ巻線グループを同じ系統にし、３系統の通電として、ずれ角度がなくなるように各系統の通電位相に差をつけると、すべての巻線の通電位相がロータ磁極回転の位相に一致することになる。ここで、最小ずれ角度を第１系統、最大ずれ角度を第２系統、ずれ角度なしを第３系統とする。このとき、通電系統は、グループ番号または、ずれ角度で区別して表せる。
【００３２】
このとき、図１と図３に示した、３Ｕ＋、２Ｖ＋、１Ｖ−、３Ｗ−、２Ｕ−、１Ｕ＋、３Ｖ＋、２Ｗ＋、１Ｗ−、３Ｕ−、２Ｖ−、１Ｖ＋、３Ｗ＋、２Ｕ＋、１Ｕ−、３Ｖ−、２Ｗ−、１Ｗ＋のグループ番号、相、巻回方向において、グループ番号は系統番号でもある。円環状のステータの対向位置にある巻線同士は、ずれ角度が同じであり、同じグループ・系統になっている。周方向に隣接する巻線同士は、ずれ角度が相互に違っており、違うグループ・系統になっている。すなわち、各巻線の系統はその隣に配置される巻線の系統とは異なる。
【００３３】
図４Ａおよび図４Ｂに、このように結線したときの巻線の結線図を各系統について示す。図４Ａの各系統の巻線はＹ結線であり、ずれ角度だけ回転して表示されている。また、矢印方向に図示された角度数値をその系統の相中央の通電位相に加えることによって、巻線の通電位相が相中央に揃うことを示している。ここで、系統の相中央の通電位相に加える角度は、系統のずれ角度×（−１）であり、これを基準ずらし角と定義する。図４ＢにはΔ結線の場合を示しており、各巻線は、ずれ角度だけ回転して表示されている。矢印方向に図示された角度数値をその系統の相中央の通電位相に加えることによって、巻線の通電位相が相中央に揃うことを示している。
【００３４】
図５は３系統巻線を駆動する回路ブロック図の一例を示す。構成について説明する。３相巻線で構成される第１系統巻線１４１ａと、第１系統巻線１４１ａに対して電気角で４０度の位相差を持って構成される第２系統巻線１４１ｂと、第１系統巻線１４１ａに対して電気角で２０度の位相差を持って構成される第３系統巻線１４１ｃに、それぞれ第１駆動回路４１ａ、第２駆動回路４１ｂおよび第３駆動回路４１ｃが接続されている。第１駆動回路４１ａ、第２駆動回路４１ｂおよび第３駆動回路４１ｃのそれぞれにはインバータ回路及び制御用ＥＣＵが含まれている。これにより、３個の三相インバータの電流位相が独立に制御できる。
【００３５】
第１駆動回路４１ａは、各相の電流をフィードバックできるように相電流の検出手段ＣｔＵ１、ＣｔＶ１およびＣｔＷ１を有している。第２駆動回路４１ｂは、各相の電流をフィードバックできるように相電流の検出手段ＣｔＵ２、ＣｔＶ２およびＣｔＷ２を有している。第３駆動回路４１ｃは、各相の電流をフィードバックできるように相電流の検出手段ＣｔＵ３、ＣｔＶ３およびＣｔＷ３を有している。第１駆動回路４１ａ、第２駆動回路４１ｂおよび第３駆動回路４１ｃのそれぞれは、相電流の検出手段ＣｔＵ１〜ＣｔＷ３により、電流指令に対して実際に流れている電流を測定することで、２系統間のアンバランスを補正している。これにより、第２系統巻線１４１ｂ、第３系統巻線１４１ｃの電流位相を調整することができる。第１駆動回路４１ａにはバッテリーＢａｔ１が接続され、第２駆動回路４１ｂにはバッテリーＢａｔ２が接続され、第３駆動回路４１ｃにはバッテリーＢａｔ３が接続される。バッテリーＢａｔ１とバッテリーＢａｔ２とバッテリーＢａｔ３は、互いに独立したバッテリーである。また、バッテリーＢａｔ１、Ｂａｔ２及びＢａｔ３を充電するための発電機４２も独立した系統端子を有しており、バッテリーＢａｔ１、Ｂａｔ２及びＢａｔ３のそれぞれに独立して電力を供給できるようになっている。図５では発電機４２は１つの筐体から独立した発電電圧を供給する構造として説明したが、完全に３系統を分けられるように３個の発電機からそれぞれ供給するようにしても良い。また、第１駆動回路４１ａ、第２駆動回路４１ｂおよび第３駆動回路４１ｃは、互いの状況を把握できるように通信手段４３ａ、４３ｂおよび４３ｃを有しており、異常発生時に不具合側のモータ駆動の低下分を助けるように動作できるようになっている。
【００３６】
次に、図６を用いて、本実施形態によるトルクリプルの低減原理について説明する。各巻線のずれ角度が消えるように、位相差をつけて通電する場合、どの系統の巻線もロータ磁極回転位相と同じ位相になり、ロータとの相互作用がどの系統も位相以外は同じになる。このため、どの系統も発生させるトルク波形が同じ形になり、位相が電気的に２０度ずれているだけになる。このときのトルク脈動波形を模式的に図６に示す。トルク脈動は、基本次数（４２次）の１周期が電気角６０度であるが、１／３周期ずれた３つの同一波形を重ね合わせることになるので、図６に示すように、基本次数（４２次）と２倍次数（８４次）が相殺されて３倍次数が残ることになる。３倍次数のトルク脈動は円筒形ロータにおいて小さいことが期待できる。また、各巻線がロータ磁極と同位相でロータを駆動するので、共通位相で通電するよりもトルクが増加することが期待できる。
【００３７】
また、ｎ系統の場合においても図６と同様に考えると、電気角で６０／ｎ度の位相差をつけることにより、各系統のトルク脈動が１／ｎ周期ずれ、６＊１、６＊２、・・・、６＊（ｎ−１）次が除去され、影響の小さい６＊ｎ次の高次成分が残るため、トルクリプルが減少することが分かる。
【００３８】
次に、磁場解析によるトルクリプルの低減の検証について説明する。図１に示した永久磁石式回転電機１の断面形状に基づいて磁場解析を実施して得た、位相差なしと位相差２０度のトルクリプルを表１に示す。表１は、１４極１８スロットのモータのトルクリプルの計算値を説明する表である。
【００３９】
【表１】
2020198743.tif 000003
【００４０】
ここでは、巻回数５．５ターン、電流５０Ａとして計算した。表１において、位相差０度の場合は、１系統通電や２系統の位相差なしの通電と同じであり、第１グループと第２グループの巻線は、ロータ磁極の位相とずれ角度を持ってロータを駆動する場合になっている。このとき、極対６次（１４極１８スロットなので全周では４２次）のトルクリプルは目標の１％を大きく超えており、特に弱め磁束極限の電流位相８５度において２０％に達していた。
【００４１】
これに対して、第１系統の位相差が２０度、第２系統の位相差が−２０度、第３系統の位相差が０度の場合は、表１に示すように、極対６次と極対１２次のトルクリプルが極めて小さかった。この理由は、３つの系統が同条件のため、結果としてトルク脈動波形が同じ形であり、位相だけが１／３周期ずれたことにより、完全に相殺されたためである。
【００４２】
表２は、１４極１８スロットのモータのトルク比の計算値を説明する表である。
【００４３】
【表２】
2020198743.tif 000004
【００４４】
表２に示すように、トルク比は、位相差を０度から２０度にすると、電流位相０度で４％増加し、電流位相３０度で６％増加した。この理由は、各巻線がロータ磁極と同位相でロータを駆動するためである。
【００４５】
ここで、系統間位相差２０度の電流位相８５度において、トルクリプル全体が５．３４％である（表１参照）のは、極対１８次（１４極１８スロットなので全周では１２６次）成分が５％程度になっているためである。本実施形態で使用したロータ磁極形状が、コギングトルクと同じ次数（この例では極対１８次）のトルクリプル成分を低減する形状であるためである。
【００４６】
上記の検討から、１８スロットの集中巻モータで、同じずれ角度を持つ巻線を同じ系統として、３つの系統でずれ角度を消すように位相差をつけると、基本次数と２倍次数のトルクリプルを消しうることが示された。この方式では失陥時に１つの系統が使えない場合、残存アシストトルクは健全時の２／３になる。このため大重量大型車の失陥時を含めたアシストトルク提供の方式の１つとなりうる。６ｎスロットの回転電機でｎ系統の場合は、失陥時に１つの系統が使えない場合、残存アシストトルクは健全時の（ｎ−１）／ｎになり、失陥時でも大重量大型車に十分なアシストトルクを提供できる。
【００４７】
ここで、特許第３６８１３３２号公報に示される１０極１２スロットの場合は、図７Ａに示す２つの巻線結線を並列に用いており、図７Ｂに示すティース・巻線の配置になっている。２つの巻線結線は３０度の位相差を内在しており、２つの巻線結線のトルク脈動が１／２周期ずれているため、並列にして電流を共通位相で通電すると、トルクリプルを低減できるとしている。ただし、トルクリプルを完全に除去することはできない。これは、共通位相通電の場合、上述したように、実際には、ロータ磁極の位相から１Ｕを含む巻線グループは１５度遅れ、２Ｕを含む巻線グループは１５度進むように通電されるためである。このとき、遅れ側と進み側でトルク脈動とトルクの大きさが違ってしまうため、完全な相殺ができないためである。
【００４８】
完全に相殺するためには、１Ｕを含む巻線グループを第１系統として位相差を１５度とし、２Ｕを含む巻線グループを第２系統として位相差を−１５度として、ロータ磁極の位相と巻線通電位相を同じにし、トルク波形を１／２周期ずれる以外は全く同じにする必要がある。このようにした時のトルク脈動の波形を図７Ｃに示す。図７Ｃによれば、極対６次のトルクリプルを除去できることが理解できる。しかし、円筒形ロータを用いる際には、２倍次数の大きなトルク脈動が残るため、極対６次のトルクリプル低減のみでは好ましくない。これに対して、本発明の実施形態では、極対６次に加えて極対１２次のトルクリプルを除去することができ、トルクリプルを大きく低減可能である。
【００４９】
次に、位相差が基準ずらし角から変化したときの影響について図８を用いて説明する。すべての系統の位相差を基準ずらし角から同じ方向に変化させる場合は、電流位相を変化させる場合と同じであるので、この場合を除き、各系統の位相が相対的に変化する場合について述べる。ここでは、代表例として、ずれ角度０度の系統は変化させずに、位相差が±２０度の系統において±１０度から±３０度に変化した場合、すなわち、基準ずらし角−１０度から基準ずらし角＋１０度まで位相差の絶対値が変化した場合を述べる。図８に、基準ずらし角からの位相差の変化に対する、トルクリプル６次成分の変化を、電流位相が０度と８５度について示す。図８に示されるように、電流位相０度は位相差が変化しても２％未満であり、従来（５％）よりも小さい。一方、電流位相８５度では、５（＝１５／ｎ）度の変化で５％程度、１０（＝３０／ｎ）度の変化で１０％程度にトルクリプル６次成分が増加した。
【００５０】
電流位相が８５度ではトルクが小さいためにトルクリプルが大きくなりやすいが、ハンドルの高速操舵時に対応しており感度が低いため、従来と同様の５％程度でも問題ない。そのため、位相差の基準ずらし角からの変化は、１５／ｎ（１４極１８スロットでは５度）度以内の範囲にあることが好ましい。
【００５１】
図９Ａに、図４に示した巻線結線を、ティースの並びに対する、導線の巻方向、渡り、口出し、中性点の結線を表す図として示す。図９Ａにおいて、ティースの並びは図１のステータを外側から見た配置になっており、直列結線された対向巻線の渡り線（９本）が口出しと軸方向逆側になっている構成になっている。直列結線された対向巻線は同相の同グループ巻線である。中性点の結線は３つの系統のそれぞれに存在し、溶接接続される。口出し線は各系統に３本存在しており、図９Ａの例からさらに引き回すと系統ごとに口出し線をまとめることも可能である。この例の場合、各巻線の巻き数は半整数になる。
【００５２】
図９Ｂに、図４に示した巻線結線を、口出しと軸方向同側に配線プレートを有する場合に、ティースの並びに対する、導線の巻方向、渡り、口出し、中性点の結線を表す図として示す。図９Ｂにおいて、渡り線と中性点の結線は、配線プレート内に予め配置されている。このとき、巻線の端部が配線プレートに溶接接続されると、渡り線と中性点の結線が完成する構成になっている。口出し線は図９Ａと同様に存在しているが、系統ごとに口出し線をまとめるために、口出し線の引き回しを配線プレート内に含めることも可能である。この例の場合、各巻線の巻き数は整数になる。
【００５３】
（第２の実施形態）
これまで１４極１８スロット永久磁石式回転電機を回転電機１の例として説明したが、ずれ角度は、極数とスロット数が決まれば図２で説明した手順により、各ティース・巻線に対して一意的に決定される。また、トルクリプルの６次と１２次の成分を除去するには、１８スロットよりも小さい回転電機の整数倍の極数・スロット数であってはならない。このため、１８スロット以上であって、極数とスロット数が４：６、８：６、１０：１２、１４：１２の回転電機を含まない回転電機を考える。また、Ｓ（スロット数）とＰ（極数）の最大公約数が２であるような基本単位の回転電機を考える。このような回転電機１は、スロット数Ｓ＝６ｎ（ｎは整数）であり、ｎ＞２であって、極数Ｐは４ｎ＜Ｐ＜８ｎの偶数であり、｜Ｐ−Ｓ｜（ＰとＳの差の絶対値）は６の倍数でなく、ＳとＰの最大公約数が２である。回転電機１において、周方向に隣接するスロットの間に配置されたティースに巻線が巻回されている。本発明の集中巻回転電機は、対向する前記巻線が直列に結線されており、ｎ個の三相インバータにより駆動され、前記ｎ個の三相インバータの電流位相が独立に制御され、前記ｎ個の三相インバータに対応する各々の巻線系統がその隣に配置される巻線系統と異なるように設けられる。
【００５４】
また、巻線のずれ角度の一般的な決定手順は、前記回転電機の回転子の回転方向に各ティースの番号を１からＳまで付け、磁極ピッチの電気角１８０°に対して前記ティースピッチの電気角を１８０＊Ｐ／Ｓ＝θとし、番号１のティースを円周上の０°の位置に配置し、番号２のティースを円周上のθの位置に配置し、番号３のティースを円周上の２θの位置に配置し、これを繰り返して番号Ｓのティースを円周上の（Ｓ−１）θの位置に配置する。前記円周を６分割したときの円弧の周方向中心の角度と、当該円弧に含まれるＳ／６個のティースの平均角度が一致するように円周が６分割されるとき、Ｓ／６個のティースの平均角度（相中央角度）をずれ角度０としてＳ／６個のティースのそれぞれにずれ角度を配することができる。このとき、本発明の集中巻回転電機は、異なる円弧に属して同じずれ角度を有するティースの巻線を１つのグループとして同じ系統とすることを特徴とする。前記の手順でずれ角度を決定すると、ずれ角度はｎ個存在し、通電系統は、グループ番号またはずれ角度で区別して表せる。
【００５５】
本発明の回転電機１において、同相の同じずれ角度の巻線はステータ円環の対向位置に対として存在するため、１つの系統の１つの相の巻線の結線は、同相の同じずれ角度の巻線の直列結線すなわち対向巻線の直列結線である。３相の巻線はＹ結線あるいはΔ結線にすることができる。回転電機１のｎ個の系統のそれぞれを、電流位相が独立に制御できるｎ個の三相インバータに接続して駆動することによりトルクリプルを低減できる。このとき、各系統に接続される三相インバータの位相は相中央に対して、系統のずれ角度×（−１）の基準ずらし角に近い位相差がつけられる。
【００５６】
表３に、スロット数が４８までの回転電機１の例を示す。また、表３は、回転電機１の系統数、結線、ずれ角度を説明する表である。
【００５７】
【表３】
2020198743.tif 000005
【００５８】
各巻線の相・巻回方向・ずれ角度・グループ・系統は、これまで説明した手順により決定でき、結線は対向巻線の直列結線である。ずれ角度の小さい方から番号Ｎを付けると、各ずれ角度は表３に示す式で表される。これにより、ずれ角度に対応する系統の通電時の位相差を決定できる。図１０に２６極３６スロットの場合に、ティース番号に対応するずれ角度と、グループ番号・相・巻回方向を図３と同様にして示す。グループ数は６であり、ずれ角度は−２５、−１５、−５、５、１５、２５度の６つであり、対向巻線が同相同一ずれ角度の対になっている。隣接巻線のずれ角度が異なるため、隣り合う巻線は別のグループに属し、別の系統に属する。これは、他の６ｎスロットの場合でも同様である。
【００５９】
基本系統数ｎの回転電機１において、ずれ角度がなくなるように各系統の通電位相に差をつけると、すべての巻線の通電位相がロータ磁極回転の位相に一致し、各系統のトルク脈動波形が同じ形状になる。各系統のトルク脈動波形は１／ｎ周期ずれるため、６＊１、６＊２、・・・、６＊（ｎ−１）次が除去され、影響の小さい６＊ｎ次の高次成分が残り、トルクリプルが大幅に減少する。また、すべての巻線の通電位相がロータ磁極回転の位相に一致するため、位相差のない時よりもトルクが増加する。このとき、トルクリプルを従来よりも低減するためには、電流位相の相中央角度からの位相差は、基準ずらし角度−１５／ｎ度と基準ずらし角度＋１５／ｎ度の範囲内にあることが好ましい。
【００６０】
また、回転電機１を各系統の三相インバータに接続する際に、直列結線された同相の同グループ巻線が半整数巻数を有し、当該巻線の渡り線を口出しと軸方向逆側に配置できる。あるいは、回転電機１を各系統の三相インバータに接続する際に、直列結線された同相の同グループ巻線が整数巻数を有し、ティース巻線端部が配線プレートに溶接接続されており、口出しと軸方向同側に配線プレートを配置できる。
【００６１】
なお、表３に示すＰ，Ｓに対して、｜Ｐ−Ｓ｜を６で割った余りは２又は４である。
【００６２】
（第３の実施形態）
本発明の第２の実施形態では、ＳとＰの最大公約数が２の場合の回転電機１について説明した。ここでは、図１１と表４を用いて、回転電機１のＳとＰをｍ倍（ｍは整数）したスロット数と極数を有する回転電機２について説明する。
【００６３】
図１１には、一例として、２８極３６スロットのステータ断面図に、図３と同様にして、ティース番号、ずれ角度、グループ番号・相・巻回方向を示す。２８極３６スロットは、１４極１８スロットの２倍であるため、ステータ円環は第１の半周と残る第２の半周に分けられる。第１の半周に図３と同じ並びで、ティース番号、ずれ角度、グループ番号・相・巻回方向が示される。第２の半周は、第１の半周の繰り返しであるため、ティース番号とグループ番号に下線を付けて繰り返して示す。このとき、第１の半周の半分をセクター１、残りの半分をセクター２、第２の半周の半分をセクター３、残りの半分をセクター４とする。ずれ角度は−２０、０、２０度の３つである。同相同一ずれ角度の巻線を直列結線する場合は、機械角で１８０度の位置の対向巻線と機械角で９０度の位置の巻線を直列結線して、３グループ・３系統にすることができる。あるいは、セクター１とセクター２において、同相同一ずれ角度の巻線を直列結線する場合は、機械角で９０度の位置の巻線を直列結線して、３グループ・３系統にすることができる。セクター３とセクター４においても同様に、３グループ・３系統を作れるので、合計６系統にできる。通電時に、ずれ角度をなくすように位相差をつけると、６次と１２次のトルクリプルを除去して、トルクリプルを低減できる。あるいは、セクター１とセクター４において３系統を作り、セクター２とセクター３において３系統を作ることもできる。
【００６４】
ここで、図２と同様にずれ角度を決定する際においては、３番以上の奇数番のセクターのティース、巻線の相・巻回方向、ずれ角度は、電気角１周期の円盤上において、１番のセクターのティース、巻線の相・巻回方向、ずれ角度と、重なる。また、２番以上の偶数番のセクターのティース、巻線の相・巻回方向、ずれ角度は、円盤上において、２番のセクターのティース、巻線の相・巻回方向、ずれ角度と、重なる。このため、電気角１周期の円盤上で重ならない２つのセクターをモータの１単位と捉えて、結線を構成する必要がある。
【００６５】
表４にスロット数が４８以下の時の、それぞれの極数とスロット数の回転電機２の例を示す。また、表４は、回転電機２の系統数、結線、ずれ角度を説明する表である。
【００６６】
【表４】
2020198743.tif 000006
【００６７】
回転電機２の極数とスロット数の最大公約数は２ｍであり、セクター数も２ｍである。回転電機２の１つの系統の１つの相の巻線結線は、全セクターからセクター対を選んで結線する自由度があるため、選ぶセクター対の数により系統の数が決まる。このとき、選ぶセクター対の数はｍの約数であり、この数のセクター対において同相同一ずれ角度の巻線を直列結線する。このとき、全セクターはｍ／（ｍの約数）に分割され、ｍ／（ｍの約数）＝Ｍもｍの約数であり、系統数は、ｎ×Ｍになる。ずれ角度は、回転電機１と同じく、−３０（１−１／ｎ）から＋３０（１−１／ｎ）まであり、６０／ｎ刻みにｎ個ある。３相の巻線はＹ結線あるいはΔ結線にすることができる。回転電機２のｎ×Ｍ個の系統のそれぞれを、電流位相が独立に制御できるｎ×Ｍ個の三相インバータに接続して駆動することによりトルクリプルを低減できる。このとき、各系統に接続される三相インバータの位相は相中央に対して、系統のずれ角度×（−１）の基準ずらし角に近い位相差がつけられる。
【００６８】
回転電機２において、ずれ角度がなくなるように各系統の通電位相に差をつけると、すべての巻線の通電位相がロータ磁極回転の位相に一致し、各系統のトルク脈動波形が同じ形状になる。各系統のトルク脈動波形は１／ｎ周期ずれるため、６＊１、６＊２、・・・、６＊（ｎ−１）次が除去され、影響の小さい６＊ｎ次の高次成分が残り、トルクリプルが大幅に減少する。また、すべての巻線の通電位相がロータ磁極回転の位相に一致するため、位相差のない時よりもトルクが増加する。このとき、トルクリプルを従来よりも低減するためには、電流位相の相中央角度からの位相差は、基準ずらし角度−１５／ｎ度と基準ずらし角度＋１５／ｎ度の範囲内にあることが好ましい。
【００６９】
また、回転電機２を各系統の三相インバータに接続する際に、直列結線された同相の同グループ巻線が半整数巻数を有し、当該巻線の渡り線を口出しと軸方向逆側に配置できる。あるいは、回転電機２を各系統の三相インバータに接続する際に、直列結線された同相の同グループ巻線が整数巻数を有し、ティース巻線端部が配線プレートに溶接接続されており、口出しと軸方向同側に配線プレートを配置できる。
【００７０】
これまでの実施形態においては、１つの系統の１つの相の巻線として、同相同一ずれ角度の巻線を直列結線して、巻線のずれ角度をなくすように、各系統に位相差をつけて通電する例を説明した。また、各系統の位相差が基準ずらし角に近い範囲において、トルクリプルを低減する効果が生じることを説明した。すなわち、巻線のずれ角度を小さくするような結線と通電位相を工夫できれば、トルクリプルを低減可能であると考えられる。そこで、以下では、これまで説明したよりも少ない系統数であっても、トルクリプル低減が可能な構成について説明する。
【００７１】
（第４の実施形態）
回転電機１において、系統数をｎより少なくする場合について説明する。このとき、回転電機１は、スロット数Ｓ＝６ｎ（ｎは整数）であり、ｎ＞２であって、極数Ｐは４ｎ＜Ｐ＜８ｎの偶数であり、｜Ｐ−Ｓ｜は６の倍数でなく、ＳとＰの最大公約数が２である回転電機１において、周方向に隣接するスロット間に配置されたティースに巻線が巻回されており、対向して直列結線された前記巻線を有し、ｎ未満で１以外の２ｎの約数をＫとするとき、Ｋ個の三相インバータにより駆動され、前記Ｋ個の三相インバータの電流位相が独立に制御され、前記Ｋ個の三相インバータに対応する各々の巻線系統は、前記巻線が周方向に隣接する個数が、２ｎ／Ｋが偶数のときｎ／Ｋ以下、２ｎ／Ｋが奇数のとき（２ｎ／Ｋ−１）／２＋１以下である集中巻回転電機の構成になる。
【００７２】
また、前記回転電機の回転子の回転方向に各ティースの番号を１からＳまで付け、磁極ピッチの電気角１８０°に対して前記ティースピッチの電気角を１８０＊Ｐ／Ｓ＝θとし、番号１のティースを円周上の０°の位置に配置し、番号２のティースを円周上のθの位置に配置し、番号３のティースを円周上の２θの位置に配置し、これを繰り返して番号Ｓのティースを円周上の（Ｓ−１）θの位置に配置し、前記円周を６分割したときの円弧の周方向中心の角度と、当該円弧に含まれるＳ／６個のティースの平均角度が一致するように円周が６分割されており、Ｓ／６個のティースの平均角度（相中央角度）をずれ角度０としてＳ／６個のティースのそれぞれにずれ角度を配するときにおいて、同じずれ角度を有するティースの巻線を１つのグループとする。
【００７３】
前記Ｋがｎの約数のときは、巻線グループをＫ個に分割してずれ角度の近い（ｎ／Ｋ）個の巻線グループを直列結線して通電系統数をＫとする。あるいは、前記Ｋがｎの約数でないときは、（ｎ／Ｋ）の端数は０．５であり、２ｎ／Ｋは奇数でｎの約数であり、ｎ個のグループを２ｎ／Ｋずつにずれ角度の近いグループの組に分割したとき、各々のグループの組において、中央ずれ角度のグループの巻線を両側の（２ｎ／Ｋ−１）／２個のグループを有する２つのグループ群に分配して２個の集約グループとし、集約グループの個数を全体でＫとし、各集約グループ内の巻線を直列結線して通電系統数をＫとする。
【００７４】
次に、図１２から図１９を用いて、具体的に、１４極１８スロットを例にとって、本発明の第４の実施形態に係る永久磁石式回転電機１を説明する。図１２は、第４の実施形態に係る巻線の結線図であり、第１の実施形態で説明した図４と対応している。なお、第１の実施形態と共通の部分は説明を一部省略する。
【００７５】
１４極１８スロットの場合、２ｎ＝Ｓ／３＝６であり、ｎ未満の１以外の約数は２であり、２系統通電でトルクリプルを低減することができる。２ｎ／Ｋ＝３であり、３個の巻線グループの組が１つあり、中央のずれ角度０度のグループの巻線を両側のずれ角度−２０度と＋２０度のグループに分配して２個の集約グループとする。すなわち、最小ずれ角度の巻線グループを第１系統、最大ずれ角度の巻線グループを第２系統とし、中間ずれ角度の第３グループの巻線を第１系統と第２系統に分配する。結線図の例で表すと図１２Ａ〜図１２Ｄに示すようになる。１Ｕ＋と１Ｕ−に組み合わされる第３グループの巻線が３Ｕ＋でＹ結線の中性点側にある場合を図１２Ａに示す。３Ｕ−である場合を図１２Ｂに示す。３Ｕ＋でＹ結線の口出し側にある場合を図１２Ｃに示す。３Ｕ＋で１Ｕ＋と１Ｕ−の間にある場合を図１２Ｄに示す。ここで、第１系統のＵ相巻線の３つの巻線のずれ角度は、３Ｕ＋は０度、１Ｕ＋と１Ｕ−は−２０度であり、ずれ角度の平均は−４０／３度である。これを消すように通電位相をつけた場合、第１系統のＵ相巻線の位相の個々のずれ角度は、３Ｕ＋は４０／３度に、１Ｕ＋と１Ｕ−は−２０／３度になり、ずれ角度の平均は４０／３度から０度に減少し、絶対値の平均も４０／３度から８０／９度に減少する。このため、２系統通電においても、通電位相によりずれ角度を小さくできるため、トルクリプルを低減し、トルクを増加しうると考えられる。Δ結線においても同様に２系統の結線を構成して系統巻線のずれ角度を小さくするように通電することが可能である。ここで、１つの巻線系統は、グループ１とグループ３、また、グループ２とグループ３の巻線が周方向に隣接しうるため、隣接する個数は２以下である。すなわち、２ｎ／Ｋ＝３が奇数であり、（２ｎ／Ｋ−１）／２＋１＝２以下である。
【００７６】
ここで、第１系統のＵ相巻線のずれ角度の平均は−４０／３度であるので、通電位相を＋４０／３度としたときに第１系統の平均ずれ角度は０となって、なくすことができる。また、第１系統のＵ相巻線のずれ角度の絶対値の平均は４０／３度であり、通電位相が＋２０度のときに第１系統のずれ角度の絶対値の平均は（＋２０＋｜２０−２０｜＋｜２０−２０｜）／３＝２０／３となって、最も小さくなる。通電位相があるときのずれ角度の平均とずれ角度の絶対値の平均は、最適位相からのずれの符号付き平均と絶対値の平均であり、両方ともに小さい方がトルクリプルを低減できると考えられる。このため、トルクリプルを低減する第１系統の最適な位相差は、＋４０／３度と＋２０度の間にあると考えられる。
【００７７】
一般的に表すと、位相差がない時に、系統内の巻線のずれ角度の平均の絶対値を平均角度Ａとし、系統内の巻線のずれ角度の絶対値の平均を平均角度Ｂとすると、平均角度Ａと平均角度Ｂは系統巻線の最適位相からのずれの大きさを表す。ある位相差Ｃにおける系統内の巻線のずれ角度の平均の絶対値を平均角度ＡＣとし、系統内の巻線のずれ角度の絶対値の平均を平均角度ＢＣとし、平均角度ＡＣ＜平均角度Ａ、且つ平均角度ＢＣ＜平均角度Ｂであれば、位相差Ｃにおいてトルクリプルを低減できると考えられる。ここで、系統に位相差を加えた時に、系統内の巻線のずれ角度の平均が最小（０）になる位相差を位相差Ａとし、系統内の巻線のずれ角度の絶対値の平均が最小になる位相差を位相差Ｂとする。トルクリプルを低減する第１系統の最適な位相差は、位相差Ａと位相差Ｂの間にあると考えられる。また、位相差Ｂは範囲を持つ場合があり、このときの最適な位相差は位相差Ａである。このとき、位相差のない時に比べて各巻線のずれ角度が平均的に小さくなるため、トルクリプルが減少し、トルクが増加すると考えられる。
【００７８】
ここで、図１２Ａに示す２系統の場合の巻回数は、第１系統のＵ相巻線で見ると、口出し線と渡り線を軸方向逆側にする場合は、１Ｕ−と１Ｕ＋が半整数（たとえば５．５ターン）であり、３Ｕ＋が整数（たとえば６ターン）である。軸方向の一方側に配線プレートを配置する場合は、１Ｕ−と１Ｕ＋と３Ｕ＋がともに整数（たとえば６ターン）である。このとき、３つの巻線からなるＵ相巻線の総巻回数は１７ターンか１８ターンのいずれかになり、３巻線のずれ角度の巻回数の多寡による重みは前者がやや不均一で後者は均一である。そこで、各通電電流につけるべき位相を調べるために、位相差を変えてトルクリプルの各成分を、電流位相０、３０、８５度について計算した。総巻回数１７ターンの結果を図１３Ａに示し、総巻回数１８ターンの結果を図１３Ｂに示す。図１３Ａ及び図１３Ｂから、電流位相８５度の４２次トルクリプルを除くと、いずれもトルクリプルが十分小さいため、電流位相８５度の４２次トルクリプルによって最適な位相差を決定する。結果として、単純平均の±４０／３度とは異なり、総巻回数１７ターンの場合は相中央から±１７度、総巻回数１８ターンの場合は相中央から±１５〜１５．５度が最適な位相差である。
【００７９】
ここで、図１３Ａでの位相差Ａは２２０／１７度であり、位相差Ｂは２０度である。この位相差Ａ及び位相差Ｂを図１３Ａに矢印で示す。また、図１３Ｂでの位相差Ａは４０／３度であり、位相差Ｂは２０度である。この位相差Ａ及び位相差Ｂを図１３Ｂに矢印で示す。図１３Ａ及び図１３Ｂに示されるように、電流位相が０度と３０度のトルクリプルの６次と１２次の成分および電流位相が８５度のトルクリプルの６次成分は、位相差Ａと位相差Ｂの間に最小値を有しており、最小値を与える位相差から離れると値が増加する。また、電流位相８５度のトルクリプル６次成分以外は、従来の５％程度の値に対して小さな値である。一方、電流位相が８５度ではトルクが小さいためにトルクリプルが大きくなりやすいが、ハンドルの高速操舵時に対応して感度が低いため、従来と同様の値でも問題ない。そのため、トルクリプル低減効果のある位相差の範囲は、平均角度Ａと平均角度Ｂの中央値から１５／ｎ（１４極１８スロットでは５度）度の範囲である。
【００８０】
次に、図１３Ａに示した最適位相差において、電流位相を変化させたときのトルクリプル各成分と、電流に対するトルクリプル各成分を磁場解析で計算した。図１４Ａに、１００Ａの時の電流位相に対するトルクリプル各成分を示す。また、図１４Ｂに電流位相２０度の時の電流に対するトルクリプル各成分を示す。図１４Ａに示すように、トルクリプル６次は電流位相８５度以下において０．４％以下であり、１２次は電流位相６０度以下において０．３％未満、電流位相８５度以下において１．２％未満であり、１８次は電流位相８５度以下において５％未満であった。また、図１４Ｂに示すように、電流位相２０度でトルクリプル各成分は０．４％未満であった。このため、この巻線結線においては、トルクリプルを低減できる結果になった。上述のように、巻線のずれ角度を小さくするという考え方を用いると、２系統に集約した巻線結線でトルクリプルを十分小さくできる。
【００８１】
図１５は２系統巻線を駆動する回路ブロック図の一例を示す。構成について説明する。３相巻線で構成される第１系統巻線１４１ａと、第１系統巻線１４１ａに対して電気角で３４度の位相差を持って構成される第２系統巻線１４１ｂに、それぞれ第１駆動回路４１ａ及び第２駆動回路４１ｂが接続されている。駆動回路にはインバータ回路及び制御用ＥＣＵが含まれている。これにより、３個の三相インバータの電流位相が独立に制御できる。
【００８２】
また、駆動回路には各相の電流をフィードバックできるように相電流の検出手段ＣｔＵ１〜ＣｔＷ２をそれぞれ有しており、電流指令に対して実際に流れている電流を測定することで２系統間のアンバランスを補正している。第２系統巻線の電流位相を調整することができる。それぞれの駆動回路には独立したバッテリーＢａｔ１及びＢａｔ２が接続され、更にバッテリーを充電するための発電機４２も独立した系統端子を有しており独立して電力を供給できるようになっている。この図では発電機４２は１つの筐体から独立した発電電圧を供給する構造として説明したが、完全に２系統を分けられるように２個の発電機からそれぞれ供給するようにしても良い。また、第１駆動回路４１ａと第２駆動回路４１ｂはお互いの状況を把握できるように通信手段４３を有しており、異常発生時に不具合側のモータ駆動の低下分を助けるように動作できるようになっている。
【００８３】
これに対して、従来の考え方では、周方向に近い３つの巻線を結線し、第１系統と第２系統の巻線を円環の左右に分離するように配置する。この場合、図１６に示すような結線構成になる。第１系統のＵ相巻線で見ると、３Ｕ＋、１Ｕ−、２Ｕ＋が含まれており、３種のずれ角度がすべて含まれており平均ずれ角度は０度になっている。ここで、相中央に合わせて共通位相で通電する場合を考えると、３巻線の組を作る結線方法にはよらずに同じようにモータを駆動できるため、図１６の従来の場合でも問題はなく、むしろ製造しやすい利点があった。
【００８４】
このため、通電位相をずらす強い理由は存在しないが、第１系統と第２系統の位相を半周期ずらすと基本次数のトルクリプルを低減できるという考え方が存在する。この場合、第１系統のＵ相巻線の個々のずれ角度は、３Ｕ＋は＋１５度で１５度増加し、１Ｕ−は−５度で１０度減少し、２Ｕ＋は＋３５度で１５度増加する。ずれ角度の平均は０度から＋１５度に増加し、絶対値の平均でも４０／３度から５５／３度に増加する。このとき、巻線のずれ角度が大きくなるため、トルクリプル低減効果は小さいと考えられ、トルクも減少すると考えられる。
【００８５】
図４Ａと図１２Ａと図１６に示した結線構成を用いて、電流５０Ａ、電流位相０度で磁場解析して得たトルクリプル波形を図１７Ａに示す。また、トルクリプル各成分の比較と、位相差なしの従来のトルクに対するトルク比の比較を図１７Ｂに示す。ただし、２系統の計算では３巻線の総巻回数１７ターンの巻線結線を使用し、トルクの比較では総巻回数で比例させて補正した。図１７Ａにおいて、３系統の位相差有のトルクリプル波形は基本次の３倍次波形が現れており、振幅が小さかった。２系統の位相差有のトルクリプル波形は、基本次の３倍次波形が主体であり、基本次と２倍次が少し含まれる振幅の小さい波形になっていた。これに対して、従来の巻線結線では、位相差なしで大きな基本次数の波形が存在し、位相差３０度をつけても基本次数の振幅が２／３程度にしか減少しなかった。図１７Ｂにおいて、トルクリプルを各成分で見ると、３系統の位相差有では基本次と２倍次が消えており、２系統の位相差有では基本次と２倍次が小さく１％未満であった。このように、２系統の巻線結線の位相差有は、６次トルクリプルと１２次トルクリプルがおもに１％未満であった。これに対して、従来の巻線結線では、基本次が最も大きく、２系統で位相差をつけても１．９％と大きかった。また、従来の位相差なしに対するトルクの比は、３系統位相差有で４％、２系統位相差有で２％増加したが、従来の巻線結線の位相差有は３．３％減少した。これらの結果は、すなわち、トルクリプルが小さいか大きいか、またトルクが大きいか小さいかは、通電位相を含めた巻線のずれ角度が小さいか大きいかによって決まっていると考えられる。また、これらの結果に示されるように、円筒形ロータを用いてトルクリプルが大きくなりやすい場合であっても、本発明の巻線結線方式により、従来の巻線結線方式に比べてトルクリプルを大きく改善できることが示された。
【００８６】
また、本発明の第４の実施形態における１４極１８スロットの回転電機１を各系統の三相インバータに接続する際に、図１２Ａのように直列結線された同相巻線においては、図１８Ａに示すように、同グループの巻線が半整数巻数を有し、当該巻線の渡り線を口出しと軸方向逆側に配置できる。あるいは、回転電機１を各系統の三相インバータに接続する際に、図１２Ａのように直列結線された同相巻線においては、図１８Ｂに示すように、同グループの巻線が整数巻数を有し、ティース巻線端部が配線プレートに溶接接続されており、口出しと軸方向同側に配線プレートを配置できる。また、図１２Ｄのように直列結線された同相巻線においては、図１９に示すように、同グループの巻線整数巻数を有し、ティース巻線端部が配線プレートに溶接接続されており、口出しと軸方向同側に配線プレートを配置できる。
【００８７】
（第５の実施形態）
本発明の第４の実施形態において詳細に説明した、系統数をｎより小さくする場合の、１４極１８スロット以外の例について、表３の系統ずれ角度より右側を用いて説明する。１つの相の巻線の総数は２ｎ＝Ｓ／３であり、ｎ系統のときは１つの系統の巻線数は同一ずれ角度の対向する２巻線であるが、系統数をｎより小さいＫにするときは巻線総数をＫ個に等分配するため、Ｋは２ｎの約数であり、２以上ｎ未満の数であり、１つの系統の巻線数は２ｎ／Ｋである。ずれ角度は、−３０（１−１／ｎ）から＋３０（１−１／ｎ）まであり、６０／ｎ刻みにｎ個あり、同じずれ角度を有するティースの巻線を１つのグループとする。各グループの基準ずらし角はずれ角度×（−１）である。
【００８８】
このとき、トルクリプルの低減は、系統巻線の結線と、系統の位相により、巻線ずれ角度を小さくすることで実現される。結線については、表３の結線方式の列にあるように、あるグループをずれ角度の近いグループに分配したり、ずれ角度の近いグループを統合したりしてグループ数を減らす。前者については１４極１８スロット以外の例で説明した。後者については、例えば、ｎ＝４、Ｓ＝２４、Ｐ＝２２の例において、基本系統数４以外の相の巻線総数８の約数は２であるので、−２２．５度と−７．５度のグループを直列結線して第１の系統とし、２２．５度と７．５度のグループを直列結線して第２の系統とする。このとき、巻線のずれ角度を小さくする通電の位相の１つの目安は平均ずれ角度×（−１）であり、それぞれ、＋１５度と−１５度である。ここで、Ｋ＝２はｎ＝４の約数であるので、巻線グループをＫ個に分割でき、ずれ角度の近い（ｎ／Ｋ）＝２個の巻線グループを直列結線して通電系統数をＫ＝２とする。ここで、１つの巻線系統は、グループ−２２．５度とグループ−７．５度、また、グループ２２．５度とグループ７．５度の巻線が周方向に隣接しうるため、隣接する個数は２以下である。すなわち、２ｎ／Ｋ＝４が偶数であり、２ｎ／Ｋ／２＝２以下である。
【００８９】
また、例えば、ｎ＝５、Ｓ＝３０、Ｐ＝２２では、基本系統数５以外の相の巻線総数１０の約数は２であるので、−２４度と−１２度のグループと２４度と１２度のグループに、０度のグループを分配して、前者の直列結線を第１の系統とし、後者の直列結線を第２の系統としたとき、巻線のずれ角度を小さくする通電の位相の１つの目安は、それぞれ、１４．４度と−１４．４度である。ここで、Ｋ＝２はｎ＝５の約数でなく、（ｎ／Ｋ）＝２．５であり、２ｎ／Ｋ＝５は奇数でｎの約数であるため、ｎ個のグループを２ｎ／Ｋ＝５ずつにずれ角度の近いグループの２つの組に分割したとき、各グループの組において、中央ずれ角度のグループの巻線を両側の（２ｎ／Ｋ−１）／２＝２個のグループを有する２つのグループ群に分配して２つの集約グループとし、集約グループの個数を全体でＫ＝２とし、各集約グループ内の巻線を直列結線して通電系統数をＫ＝２とている。ここで、１つの巻線系統は、グループ−２４度と−１２度と０度、また、グループ２４度と１２度と０度の巻線が周方向に隣接しうるため、隣接する個数は３以下である。すなわち、２ｎ／Ｋ＝５が奇数であり、（２ｎ／Ｋ−１）／２＋１＝３以下である。
【００９０】
また、例えば、図１１に示すステータ断面図の、ｎ＝６、Ｓ＝３６、Ｐ＝２６の場合では、基本系統数６以外の相の巻線総数１２の約数は２、３、４である。Ｋ＝２の場合は、−２５度と−１５度と−５度のグループを直列結線して第１の系統とし、２５度と１５度と５度のグループを直列結線して第２の系統とし、巻線のずれ角度を小さくする通電の位相の１つの目安は、それぞれ、＋１５度と−１５度である。Ｋ＝３の場合は、−２５度と−１５度のグループを直列結線して第１の系統とし、２５度と１５度のグループを直列結線して第２の系統とし、−５度と５度のグループを直列結線して第３の系統とし、巻線のずれ角度を小さくする通電の位相の１つの目安は、それぞれ、＋２０度と−２０度と０度である。Ｋ＝４の場合は、−２５度と−５度のグループに−１５度のグループを分配して２つのグループに集約し、各集約グループを直列結線して第１の系統と第３の系統とし、２５度と５度のグループに１５度のグループを分配して２つのグループに集約し、各集約グループを直列結線して第２の系統と第４の系統とし、巻線のずれ角度を小さくする通電の位相の１つの目安は、それぞれ、６５／３度と２５／３度と−６５／３度と−２５／３度である。ここで、Ｋ＝４はｎ＝６の約数でなく、（ｎ／Ｋ）＝１．５であり、２ｎ／Ｋ＝３は奇数でｎの約数であるため、ｎ個のグループを２ｎ／Ｋ＝３ずつにずれ角度の近いグループの４つの組に分割したとき、各グループの組において、中央ずれ角度のグループの巻線を両側の（２ｎ／Ｋ−１）／２＝１個の巻線を有する２つのグループに分配して２つの集約グループとし、集約グループの個数を全体でＫ＝４とし、各集約グループ内の巻線を直列結線して通電系統数をＫ＝４とている。ここで、Ｋ＝４の例の１つの巻線系統は、グループ−２５度と−１５度、グループ−５度と−１５度、グループ２５度と１５度、また、グループ５度と１５度の巻線が周方向に隣接しうるため、隣接する個数は２以下である。すなわち、２ｎ／Ｋ＝３が奇数であり、（２ｎ／Ｋ−１）／２＋１＝２以下である。
【００９１】
これまで述べたように、また、表３に示すように、ずれ角度の数ｎより少ないＫ個の系統数を有し、Ｋ個の三相インバータにより駆動され、前記Ｋ個の三相インバータの電流位相が独立に制御され、トルクリプルを低減できる回転電機１を構成できる。系統数Ｋの回転電機１において、ずれ角度が小さくなるように各系統の通電位相に差をつけると、トルク波形が、ｎ系統通電でずれ角度をなくす位相差をつけたときのトルク波形に近づき、６＊１、６＊２、・・・、６＊（ｎ−１）次が低減され、影響の小さい６＊ｎ次の高次成分が残り、トルクリプルが大幅に減少する。また、位相差のない時よりもトルクが増加する。
【００９２】
ここで、系統数Ｋの回転電機１において、系統巻線の平均ずれ角度を最小とする位相差を位相差Ａとし、ずれ角度絶対値の平均を最小とする位相差を位相差Ｂとする。なお、ずれ角度絶対値の平均を最小とする位相差が範囲を有する場合は、位相差Ｂ＝位相差Ａとする。このとき、基準ずらし角を（位相差Ａ＋位相差Ｂ）／２とする。トルクリプルを従来よりも低減するためには、電流位相の相中央角度からの位相差は、基準ずらし角度−１５／ｎ度と基準ずらし角度＋１５／ｎ度の範囲内にあることが好ましい。
【００９３】
第５の実施形態でこれまで説明した通電位相差の目安は、系統内の巻線のずれ角度の平均が最小（０）になる位相差Ａを数値として示した。第２の位相差として、系統内の巻線のずれ角度の絶対値の平均が最小になる位相差Ｂが存在する。ｎ＝４、Ｓ＝２４、Ｐ＝２２、Ｋ＝２の例では、位相差Ａの＋１５度に対応する位相差Ｂは７．５〜２２．５度であり、その範囲でずれ角度の絶対値の平均は一定値３０／４度である。このとき、位相差を１５度とすると、ずれ角度の平均は、平均値Ａ＝１５から０に、ずれ角度絶対値の平均は、平均値Ｂ＝１５から３０／４に双方とも減少するため、トルクリプルを低減可能になる。また、位相差の範囲を１５−７．５度〜１５＋７．５度とすることができる。
【００９４】
ｎ＝５、Ｓ＝３０、Ｐ＝２２、Ｋ＝２の例では、位相差Ａの＋１４．４度に対応する位相差Ｂは１２度であり、ずれ角度の絶対値の平均は７．２度である。このとき、位相差を１４．４度とすると、ずれ角度の平均は、平均値Ａ＝１４．４から０に、ずれ角度絶対値の平均は、平均値Ｂ＝１４．４から７．２に双方とも減少するため、トルクリプルを低減可能になる。また、位相差の範囲を（１４．４＋１２）／２−６度〜（１４．４＋１２）／２＋６度とすることができる。
【００９５】
ｎ＝６、Ｓ＝３６、Ｐ＝２６、Ｋ＝２の例では、位相差Ａの＋１５度に対応する位相差Ｂは１５度であり、ずれ角度の絶対値の平均は一定値２０／３度である。このとき、位相差を１５度とすると、ずれ角度の平均は、平均値Ａ＝１５から０に、ずれ角度絶対値の平均は、平均値Ｂ＝１５から２０／３に双方とも減少するため、トルクリプルを低減可能になる。また、位相差の範囲を１５−５度〜１５＋５度とすることができる。
【００９６】
ｎ＝６、Ｓ＝３６、Ｐ＝２６、Ｋ＝３の例では、位相差Ａの＋２０度に対応する位相差Ｂは１５〜２５度であり、その範囲でずれ角度の絶対値の平均は一定値１０度である。また、位相差Ａの０度に対応する位相差Ｂは−５〜＋５度であり、その範囲でずれ角度の絶対値の平均は一定値５度である。このとき、３系統の位相差を２０、０、−２０度の位相差Ａとすると、ずれ角度の平均は、平均値Ａ＝１５から０に、ずれ角度絶対値の平均は、平均値Ｂ＝１５から２５／３に双方とも減少するため、トルクリプルを低減可能になる。また、位相差の範囲を位相差Ａ−５度〜位相差Ａ＋５度とすることができる。
【００９７】
ｎ＝６、Ｓ＝３６、Ｐ＝２６、Ｋ＝４の例では、位相差Ａの＋６５／３度に対応する位相差Ｂは２５度であり、ずれ角度の絶対値の平均は一定値１０／３度である。また、位相差Ａの＋２５／３度に対応する位相差Ｂは５度であり、ずれ角度の絶対値の平均は一定値１０／３度である。このとき、４系統の位相差を＋６５／３、＋２５／３、−２５／３、−６５／３度の位相差Ａとすると、ずれ角度の平均は、平均値Ａ＝１５から０に、ずれ角度絶対値の平均は、平均値Ｂ＝１５から１０／３に双方とも減少するため、トルクリプルを低減可能になる。また、位相差の範囲を（位相差Ａ＋位相差Ｂ）／２−５度〜（位相差Ａ＋位相差Ｂ）／２＋５度とすることができる。
【００９８】
また、回転電機１を各系統の三相インバータに接続する際に、直列結線された同相の同グループ巻線が半整数巻数を有し、当該巻線の渡り線を口出しと軸方向逆側に配置できる。あるいは、回転電機１を各系統の三相インバータに接続する際に、直列結線された同相の同グループ巻線が整数巻数を有し、ティース巻線端部が配線プレートに溶接接続されており、口出しと軸方向同側に配線プレートを配置できる。
【００９９】
（第６の実施形態）
第３の実施形態で説明した回転電機２の系統数がｎ×Ｍより少ない場合を、表４の系統ずれ角度より右側と図１１を用いて説明する。回転電機２においては、２個のセクター内に、同一ずれ角度の巻線が２個あるため、セクター２個を単位として巻線結線を構成する。
【０１００】
ｎ未満で１以外の２ｎの約数をＫとするとき、２ｍ／Ｍ個のセクター内において、前記Ｋがｎの約数のときは、ｎ個の巻線グループをＫ個に分割してずれ角度の近い（ｎ／Ｋ）個の巻線グループを直列結線して通電系統数をＫとし、前記Ｋがｎの約数でないときは、ｎ個のグループを２ｎ／Ｋずつにずれ角度の近いグループの組に分割し、各々のグループの組において、中央ずれ角度のグループの巻線を両側の（２ｎ／Ｋ−１）／２個のグループを有する２つのグループ群に分配して２個の集約グループとし、集約グループの個数を全体でＫとし、各集約グループ内の巻線を直列結線して通電系統数をＫとする。このとき、Ｋ＊Ｍ個の三相インバータにより駆動され、前記Ｋ＊Ｍ個の三相インバータの電流位相が独立に制御される集中巻回転電機が得られる。また、前記Ｋ個の三相インバータに対応する各々の巻線系統は、前記巻線が周方向に隣接する個数が、２ｎ／Ｋが偶数のときｎ／Ｋ以下、２ｎ／Ｋが奇数のとき（２ｎ／Ｋ−１）／２＋１以下である集中巻回転電機の構成になる。
【０１０１】
ここで、系統数Ｋ＊Ｍの回転電機２において、系統巻線の平均ずれ角度を最小とする位相差を位相差Ａとし、ずれ角度絶対値の平均を最小とする位相差を位相差Ｂとする。なお、ずれ角度絶対値の平均を最小とする位相差が範囲を有する場合は、位相差Ｂ＝位相差Ａとする。このとき、基準ずらし角を（位相差Ａ＋位相差Ｂ）／２とする。トルクリプルを従来よりも低減するためには、電流位相の相中央角度からの位相差は、基準ずらし角度−１５／ｎ度と基準ずらし角度＋１５／ｎ度の範囲内にあることが好ましい。
【０１０２】
また、回転電機１を各系統の三相インバータに接続する際に、直列結線された同相の同グループ巻線が半整数巻数を有し、当該巻線の渡り線を口出しと軸方向逆側に配置できる。あるいは、回転電機１を各系統の三相インバータに接続する際に、直列結線された同相の同グループ巻線が整数巻数を有し、ティース巻線端部が配線プレートに溶接接続されており、口出しと軸方向同側に配線プレートを配置できる。
【０１０３】
表４に示すように、２８極３６スロットの場合は、基本系統数は３、６であり、それ以外には、Ｓ／３＝１２の約数として２あるいは４の系統数の構成が可能である。
【０１０４】
表４で、ｎ＝３、ｍ＝２、Ｓ＝３６、Ｐ＝２８、Ｋ＝２の例では、Ｍ＝１であり、２ｍ／Ｍ＝４個のセクター内において、Ｋ＝２がｎ＝３の約数でないため、ｎ＊ｍ／Ｍ＝３＊２個のグループを２ｎ／Ｋ＊ｍ／Ｍ＝３＊２個のずれ角度の近いグループの組とし、中央ずれ角度０度のグループの巻線を両側の（２ｎ／Ｋ−１）／２＊ｍ／Ｍ＝１＊２個のグループを有する２つのグループ群に分配して２個の集約グループとし、集約グループの個数を全体でＫ＊Ｍ＝２とし、各集約グループ内の巻線を直列結線して通電系統数をＫ＊Ｍ＝２とする。図１１で説明すると、２ｎ／Ｋ＝３個のずれ角度は、−２０、０、＋２０度であり、セクター１〜４の−２０度と＋２０度の２つのグループ群に、０度のグループの巻線を分配して２個の集約グループとし、集約グループの個数は全体でＫ＊Ｍ＝２であり、各集約グループ内の巻線を直列結線して通電系統数をＫ＊Ｍ＝２とする。このとき、２個の集約グループに対して、位相差Ａは、それぞれ、４０／３度と−４０／３度であり、位相差Ｂは２０度と−２０度である。基準ずらし角は、それぞれ、５０／３度と−５０／３度であり、トルクリプルを従来よりも低減するためには、電流位相の相中央角度からの位相差は、基準ずらし角度−１５／ｎ度から基準ずらし角度＋１５／ｎ度の範囲内にあることが好ましい。
【０１０５】
表４で、ｎ＝３、ｍ＝２、Ｓ＝３６、Ｐ＝２８、Ｋ＝４の例では、Ｍ＝２であり、２ｍ／Ｍ＝２個のセクター内において、Ｋ＝２がｎ＝３の約数でないため、ｎ＝３個のグループを２ｎ／Ｋ＝３のずれ角度の近いグループの組とし、中央ずれ角度０度のグループの巻線を両側の（２ｎ／Ｋ−１）／２＝１個のグループを有する２つのグループ群に分配して２個の集約グループとし、集約グループの個数を全体でＫ＊Ｍ＝４とし、各集約グループ内の巻線を直列結線して通電系統数をＫ＊Ｍ＝４とする。図１１で説明すると、２ｎ／Ｋ＝３個のずれ角度は、−２０、０、＋２０度であり、セクター１と２の−２０度と＋２０度の２つのグループ群に、０度のグループの巻線を分配して２個の集約グループとする。このとき、２個の集約グループに対して、位相差Ａは、それぞれ、４０／３度と−４０／３度であり、位相差Ｂは２０度と−２０度である。また、セクター３と４の−２０度と＋２０度の２つのグループ群に、０度のグループの巻線を分配して２個の集約グループとする。集約グループの個数は全体でＫ＊Ｍ＝４であり、各集約グループ内の巻線を直列結線して通電系統数をＫ＊Ｍ＝４とする。なお、２個のセクターは、セクター１と４、セクター２と３であってもよい。通電位相差については同様であるので省略する。
【０１０６】
ここで、例外について述べる。系統数を少なくする際に、ｍが奇数のとき、セクター対を１系統として全体でｍ系統とすることは、位相差なしの通電となってしまい、好ましくない。また、ｍ個のセクターをｎ系統にして全体で２ｎ系統とすることもできるが、失陥時にモータとしてのバランスが崩れるため好ましくない。
【０１０７】
（第７の実施形態）
これまで、ずれ角度を小さくするようにした巻線結線と通電位相を用いて、６次および１２次のトルクリプルを低減する好適な構成の例として、１４極１８スロットの例を、図１〜図５、図８、図９Ａ、図９Ｂ、図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃ、図１２Ｄ、図１３Ａ、図１３Ｂ、図１５、図１８Ａ、図１８Ｂ、及び図１９を用いて、説明した。この１４極１８スロットは、極数とスロット数が最小の構成である。１２スロットにおいては、１０極１２スロットは前記のように極対６次のみを低減可能であり、８極１２スロットは２極３スロットの４倍であり、ずれ角度が０度であるため、巻線結線と通電位相によるトルクリプル低減はできないためである。
【０１０８】
ここで、振動の一因である電磁加振力と極数とスロット数の関係について説明する。電磁加振力の空間次数は極数とスロット数の最大公約数であり、空間次数は２次主体でないことが好ましい。空間次数の２次が主体になるのは、図７Ｂの１０極１２スロットのように、前記最大公約数が２であるとともに、同相の巻線がステータ円環の対向位置に集中する構造の場合に生じる。これは対向位置の巻線配置が同じであるため、ステータとロータの磁気的引力が対向位置で強まるからである。これに対して、１４極１８スロットの場合は、最大公約数は２であるが、図３に示すように、Ｕ相の１Ｕ−と２Ｕ＋に対向して１Ｕ＋と２Ｕ−が存在し、さらに機械角で９０度回転した位置に３Ｕ＋に対向して３Ｕ−が存在する。このとき、磁気的引力が対向位置で強まる位置は対向位置と機械角で９０度回転した位置になり、空間４次と空間２次の混在し、空間２次の加振力が弱まる。また、図１０に示した２６極３６スロットの場合も、同様であり、最大公約数は２であるが、Ｕ相巻線が円環上に１０か所あり、空間２次の加振力が弱まる。このように、｜Ｐ−Ｓ｜が４以上であれば、同相の巻線がステータ円環の対向位置に集中することがなく、空間２次の加振力が弱まる。
【０１０９】
このため、１４極１８スロットの場合は、ずれ角度を小さくするようにした巻線結線と通電位相を用いて、６次および１２次のトルクリプルを低減する最小の構成であり、ＥＰＳ装置において騒音を生じにくい。
【０１１０】
（第８の実施形態）
第７の実施形態で説明した永久磁石式回転電機１（回転電機４００）を用いた操舵装置５００の例を図２０に示す。ステアリングホイール（不図示）に連結されたステアリングシャフト５０２の下端にはピニオン（不図示）が設けられ、このピニオンは車体左右方向へ長いラック（不図示）と噛み合っている。このラックの両端には前輪を左右方向へ操舵するためのタイロッド５０３が連結されており、ラックはラックハウジング５０４に覆われている。そして、ラックハウジング５０４とタイロッド５０３との間にはゴムブーツ５０５が設けられている。
【０１１１】
ステアリングホイールを回動操作する際のトルクを補助するため、ＥＰＳ装置５０６が設けられている。即ち、ステアリングシャフト５０２の回動方向と回動トルクとを検出するセンサ５０７が設けられ、センサ５０７の検出値に基づいてラックにギヤ５１０を介して操舵補助力を付与するモータ４００と、モータ４００を制御する制御用ＥＣＵ５０９とが設けられている。
【０１１２】
このような構造において、制御用ＥＣＵ５０９は、センサ５０７により検出された操舵角の変化率から操舵開始を検出し、モータ４００の出力を使用するように制御することができる。
【０１１３】
上記のように永久磁石式回転電機１を備え、この永久磁石式回転電機１を用いて、電動パワーステアリングシステムを構成することにより、車室内に伝搬する振動や騒音を抑制できる。また、その他の自動車用電動補機装置、たとえば電動ブレーキを行う自動車用電動補機装置に適用することでも、振動や騒音を抑制することが可能である。さらには、本実施形態の永久磁石式回転電機１の採用は自動車分野に限定されず、低振動化が好ましい産業用の永久磁石式回転電機全般にも適用可能である。
【０１１４】
＜その他＞
以上説明した各実施形態や各種変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、上記では種々の実施形態や変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【０１１５】
１…永久磁石式回転電機、１０…ステータ、２０…ロータ、３０…エアギャップ、１００…ステータコア、１１０…コアバック、１２０…嵌合部、１３０…ティース、Ｔ１〜Ｔ１８…ティース、１４０…巻線、３Ｕ＋、２Ｖ＋、１Ｖ−、３Ｗ−、２Ｕ−、１Ｕ＋、３Ｖ＋、２Ｗ＋、１Ｗ−、３Ｕ−、２Ｖ−、１Ｖ＋、３Ｗ＋、２Ｕ＋、１Ｕ−、３Ｖ−、２Ｗ−、１Ｗ＋…固定子巻線、Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１…第１系統口出し、１２０…分割固定子コアの嵌合部、２００…ロータコア、２０１…磁石挿入孔、２１０…永久磁石、２１１…磁石止め部、２１２…磁石収容部、２２０…磁極部、３００…シャフト、４００…モータ、５００…操舵装置、５０２…ステアリングシャフト、５０３…タイロッド、５０４…ラックハウジング、５０５…ゴムブーツ、５０６…ＥＰＳ装置、５０７…センサ、５０９…制御用ＥＣＵ、５１０…ギヤ、ＣｔＵ１〜ＣｔＷ３…電流検出器、Ｂａｔ１〜Ｂａｔ３…バッテリー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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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１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【図２０】
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