(57)【要約】【課題】複数の磁極数に相当する磁石磁束を組み合わせた際に生じる、トルクに寄与しない高調波成分の影響によって、モータの損失が増加してしまう。【解決手段】異なる複数の磁極数に相当する磁石磁束を、その表面に合算して発生させる磁束発生部材を有する回転子５１と、複数の磁極数に対応した複数の電流磁界を合算し、かつ、回転子５１を回転させることができるように電流を与えられる固定子５２とを備えた電動機であって、複数の磁極数成分の磁束の位相差を、磁束発生に寄与する基本波成分に対する、基本波成分とは異なる高調波成分の比率である歪率が最小となるように設定した。【選択図】図５
2010259242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる複数の磁極数に相当する磁石磁束を、その表面に合算して発生させる磁束発生部材を有する回転子と、
前記複数の磁極数に対応した複数の電流磁界を合算し、かつ、前記回転子を回転させることができるように電流を与えられる固定子と、
を備え、
前記複数の磁極数成分の磁束の位相差を、磁束発生に寄与する基本波成分に対する、該基本波成分とは異なる高調波成分の比率である歪率が最小となるように設定したことを特徴とする電動機。
【請求項２】
多極側の極対数が少極側の極対数に対してｎ倍（ｎは偶数）であり、かつ、前記位相差を０に設定したことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
多極側の極対数が少極側の極対数に対してｎ倍（ｎは奇数）であり、かつ、前記位相差をπ／ｎに設定したことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項４】
多極側の極対数が少極側の極対数に対して３倍であり、かつ、前記位相差をπ／ｎに設定したことを特徴とする請求項３に記載の電動機。
【請求項５】
多極側の極対数が少極側の極対数に対して３倍であり、かつ、前記位相差をπに設定したことを特徴とする請求項４に記載の電動機。
【請求項６】
多極側の極対数が少極側の極対数に対してｓ／ｐ倍（ｓ＞ｐ＞１、かつ、ｓとｐは互いに素）であることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項７】
前記固定子のスロット数ＳＬが偶数の場合に、多極側の極対数をＳＬ／２＋１、少極側の極対数をＳＬ／２−１としたことを特徴とする請求項６に記載の電動機。
【請求項８】
前記固定子のスロット数ＳＬが偶数であり、かつ、ＳＬ／２も偶数の場合に、前記位相差をπ／（ｓｐ）に設定したことを特徴とする請求項７に記載の電動機。
【請求項９】
前記固定子のスロット数ＳＬが奇数の場合に、多極側の極対数を（ＳＬ＋１）／２、少極側の極対数を（ＳＬ−１）／２としたことを特徴とする請求項６に記載の電動機。
【請求項１０】
前記ｓおよび前記ｐが共に奇数の場合に、前記位相差をπ／（ｓｐ）に設定したことを特徴とする請求項６に記載の電動機。
【請求項１１】
前記多極側の極対数を５、少極側の極対数を３、前記位相差をπ／（ｓｐ）に設定したことを特徴とする請求項１０に記載の電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、異なる複数の磁極数に相当する磁石磁束を、その表面に合算して発生させる磁束発生部材を有する回転子と、複数の磁極数に対応した複数の電流磁界を合算し、かつ、回転子を回転させることができるように電流を与えられる固定子とを備えた電動機が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１７４８８５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の技術では、複数の磁極数に相当する磁石磁束を組み合わせた際に生じる、トルクに寄与しない高調波成分の影響によって、モータの損失が増加し、電動機の効率が低下してしまうという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による電動機は、異なる複数の磁極数に相当する磁石磁束を、その表面に合算して発生させる磁束発生部材を有する回転子と、複数の磁極数に対応した複数の電流磁界を合算し、かつ、回転子を回転させることができるように電流を与えられる固定子とを備え、複数の磁極数成分の磁束の位相差を、磁束発生に寄与する基本波成分に対する、基本波成分とは異なる高調波成分の比率である歪率が最小となるように設定したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、モータの損失を抑制することができるので、電動機の効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】異なる極対数の複数の回転子を一体に統合した電動機について説明するための図である。
【図２】異なる極対数成分を組み合わせる際の位相の定義について説明するための図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、１極対の磁石と２極対の磁石とを、異なる位相差φで配置した場合に、着磁方向の異なる磁石が張り合わせてある部分から磁石を排除して、残った磁石を示す図である。
【図４】３極対の磁石を外周側に、５極対の磁石を内周側に配置した図である。
【図５】図４に示す磁石配置に対して、異なる磁性の磁石を排除して、同一磁性の磁石のみを残したロータと、９スロットのステータとを備えるモータの断面構成図を示す図である。
【図６】図６（ａ）は、３極対の磁石を有するロータを回転駆動させるための正弦波の電流波形を示す図、図６（ｂ）は、５極対の磁石を有するロータを回転駆動させるための正弦波の電流波形を示す図、図６（ｃ）は、図６（ａ）に示す電流波形と図６（ｂ）に示す電流波形とを複合させた複合電流の波形の一例を示す図である。
【図７】極対数およびスロット数と、巻線係数との関係を示す図である。
【図８】組み合わせる極対数に応じた歪率をまとめた図である。
【図９】位相差φに応じて、組み合わせる極対数の比が１：３の場合のときの基本波の歪率と、ｎ次基本波（ｎ＝３）の歪率とを示す図である。
【図１０】図１０（ａ）は、位相差を０とした場合に、様々な極対数の基本波とｎ次基本波とを組み合わせた際の基本波歪率の一例を示す図であり、図１０（ｂ）は、位相差を０とした場合に、様々な極対数の基本波とｎ次基本波とを組み合わせた際のｎ次基本波歪率の一例を示す図である。
【図１１】図１１（ａ）は、位相差をπとした場合に、様々な極対数の基本波とｎ次基本波とを組み合わせた際の基本波歪率の一例を示す図であり、図１１（ｂ）は、位相差をπとした場合に、様々な極対数の基本波とｎ次基本波とを組み合わせた際のｎ次基本波歪率の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
一実施の形態における電動機は、異なる極対数の複数の回転子を一体に統合して形成されている。まず始めに、異なる極対数の複数の回転子を一体に統合した電動機について説明する。
【０００９】
図１（ａ）は、１８スロットのステータ（固定子）１と、６極対の磁石を有するロータ（回転子）２により構成されるモータ３の断面図である。各スロットには、巻線４が集中的に巻かれている。図１（ｂ）は、１８スロットのステータ５と、３極対の磁石を有するロータ６により構成されるモータ７の断面図であり、各スロットには、巻線８が集中的に巻かれている。スロットに巻かれている巻線は、６個おきに配置されている３個が１セット（トータル６セット）となっており、直列、あるいは並列に接続され、その一方が中性点として他の相の一方と接続され、他方は、図示しないインバータの内部で、電源ラインのＰ側・Ｎ側にスイッチング素子を介して接続されている。
【００１０】
なお、ステータ１、５は分割されたコアにより構成されているが、分割されていないコアとしてもよいし、スロットレス型であってもよい。また、巻線は、集中巻に限らず分布巻でもよい。
【００１１】
図１（ｃ）は、図１（ａ）のロータ２を抽出した図であり、図１（ｄ）は、図１（ｂ）のロータ６を抽出した図である。
【００１２】
図１（ｅ）は、図１（ｃ）に示すロータ２の磁石を内周側に、図１（ｄ）に示すロータ５の磁石を外周側に重ねて配置した図である。図１（ｅ）を見ると、着磁方向の異なる２種類の磁石（Ｎ極、Ｓ極）が幾つかの位置で互いに接している。周知のように、着磁方向の異なる磁石を張り合わせた場合、双方の磁力が同じであれば、磁石が無いものと等価である。
【００１３】
図１（ｆ）は、径方向に見て異なる着磁の磁石が張り合わせてある部分から磁石を排除したモータの断面構成を示す図である。図１（ｆ）に示すように、このモータのロータは、３つのＮ極磁石１１〜１３と、６つのＳ極磁石１４〜１９とを有し、これらの磁石は、３極対と６極対の２種類の極対数を備える２組の磁石として機能する。ここで、３極対、６極対の極対数とは、ロータが一周（０deg〜３６０deg）する間に、ロータ表面に現れる磁束のことである。この場合の２組の磁石は、概念的なものであり、部材が明確に分離されているものではなく、ステータの巻線に供給される複合電流を構成する１つの電流に対して、３極対の磁石のセットとして振る舞う磁石の組が１つあり、複合電流を構成するもう１つの電流に対して、６極対の磁石のセットとして振る舞う磁石の組が１つあることを意味するものであり、各磁石１１〜１３、１４〜１９が同時に双方の組の磁石として機能するものである。これらの磁石１１〜１９が複合磁束を発生する。この場合、基本波３極対、ｎ次基本波６極対（ｎ＝６／３＝２）の複合起磁力分布モータとなる。
【００１４】
なお、図１（ｆ）では、不要な磁石を除去した領域は空間となっており、空気がその領域を占めているが、この空気が占める領域は、磁束を通さない機能を果たしている。すなわち、磁石を除去したこの領域には、鉄などの磁束を通しやすい素材以外の部材を置く必要があるが、通常は、空間（空気）でこと足りる。もちろん、当該領域には、空気以外の磁束を通しにくい部材が設置されていてもかまわない。
【００１５】
図２は、異なる極対数成分を組み合わせる際の位相の定義について説明するための図である。ここでは、基本波１極対、ｎ次基本波２極対（ｎ＝２）の複合起磁力分布モータを例に挙げて説明する。図２において、Ｎ極の磁束をプラス（＋）、Ｓ極の磁束をマイナス（−）と便宜的に表現し、上から順に、基本波、ｎ次基本波、基本波にｎ次基本波を重畳させた複合波形をそれぞれ示している。
【００１６】
基本波に対して、ｎ次基本波を重畳する場合に、基本波の位相が０度の位置を基準として、ｎ次基本波の０度位置との差を、位相差φと定義する。以下、位相差φによって、複合起磁力分布を得るために必要な磁石数が異なることを説明する。図２に示す例では、複合波形から明らかなように、必要な磁石が３つとなる。
【００１７】
図３（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、１極対の磁石と２極対の磁石とを、異なる位相差φで配置した場合に、着磁方向の異なる磁石が張り合わせてある部分から磁石を排除して、残った磁石を示す図である。
【００１８】
図３（ａ）は、位相差φを０とした場合である。この場合、磁石数は２となる。一方、図３（ｂ）および（ｃ）は、位相差φが０ではない場合である。この場合、図３（ｂ）および（ｃ）にそれぞれ示すように、磁石数は３となる。
【００１９】
一般に、磁石の個数が増える（１個あたりの磁石の大きさは小さくなる）と、磁石端部における磁束漏洩の影響によって起磁力が減少するので、位相差φについては考慮が必要である。
【００２０】
図４は、３極対の磁石４１を外周側に、５極対の磁石４２を内周側に配置した図である。上述したように、異なる磁性の磁石を排除して、同一磁性の磁石のみを残したロータ５１と、９スロットのステータ５２とを備えるモータの断面構成図を図５に示す。
【００２１】
図６（ａ）は、３極対の磁石を有するロータを回転駆動させるための正弦波の電流波形を、図６（ｂ）は、５極対の磁石を有するロータを回転駆動させるための正弦波の電流波形をそれぞれ示している。ただし、図６（ｂ）は、３極対の磁石に対する５極対の磁石の位相差φをπとした場合の電流波形を示している。また、図６（ｃ）は、図６（ａ）に示す電流波形と図６（ｂ）に示す電流波形とを複合させた複合電流の波形の一例を示している。図６（ｃ）に示すような複合電流をティースに巻かれた巻線に流すことにより、３極対と５極対のロータのトルクを合算したトルクを得ることができる。
【００２２】
なお、この極対数の組み合わせでは、磁石数は合計６個となっている（図５参照）。ここで、スロット数に対して、極対数が決まったときの巻線係数について説明する。ここでの巻線係数とは、短節係数のことであり、その値が大きいほど、トルク特性に優れていることを示す。
【００２３】
図７は、極対数およびスロット数と、巻線係数との関係を示す図である。横軸が極対数を、縦軸がスロット数をそれぞれ示している。上述した９スロット３極対の場合の巻線係数は、０．８６６であり、９スロット５極対の場合の巻線係数は、０．９８５と高い値になっており、トルク特性に優れている。
【００２４】
本実施の形態では、異なる極対数を組み合わせる際の位相差を、磁束発生に寄与する基本波成分に対する、磁束発生に寄与しない高調波成分の比率として定義される歪率が最小となるように設定する。以下、歪率について説明する。
【００２５】
基本波の歪率δｂは、次式（１）により定義される。
【００２６】
【数１】
2010259242.tif 000003
【００２７】
また、ｎ次基本波の歪率δｎは、次式（２）により定義される。
【００２８】
【数２】
2010259242.tif 000004
【００２９】
ここで、複合磁石配置時の磁束密度波形は、次式（３）により表される。
【００３０】
【数３】
2010259242.tif 000005
【００３１】
ただし、ｘは位相、φは上述した基本波に対するｎ次基本波の位相差である。
【００３２】
以下では、極対数ｐ、極対数ｓ（ｐ＜ｓ）の磁石を組み合わせる場合において、少極側の極対数ｐに対する多極側の極対数ｓの割合ｎ（ｎ＝ｓ／ｐ）が整数であるか、分数であるかで場合分けをして、式（１）および式（２）で定義される歪率を算出する。
【００３３】
＜ｎが整数で、かつ、偶数の場合＞
ｎが偶数の場合、複合波形に含まれる第ｍ次の振幅について考える。式（３）より、ｋは奇数なので、ｎが偶数の場合には、任意のｎおよびｋにおいて、式（３）の第１項および第２項は独立である。従って、
・ｍ＝１、３、５、…の時、第ｍ次の振幅Ａｃ＿ｍは、次式（４）で表される。
【００３４】
【数４】
2010259242.tif 000006
【００３５】
・ｍ＝ｎ、３ｎ、５ｎ、…の時、第ｍ次の振幅Ａｃ＿ｍは、ｋ＝ｍ／ｎの場合のみ存在し、次式（５）で表される。
【００３６】
【数５】
2010259242.tif 000007
【００３７】
ここで、各次数の振幅を整理すると、基本波の振幅は２／π、ｎ次基本波の振幅は２／πである。また、高調波の振幅は、
・ｍ＝１、３、５、…の場合は、２／（πｍ）
・ｍ＝ｎ、３ｎ、５ｎ、…の場合は、２ｎ／（πｍ）
である。
【００３８】
従って、基本波歪率δｂ、δｎはそれぞれ、式（１）、（２）より、次式（６）、（７）で表される。
【００３９】
【数６】
2010259242.tif 000008
【００４０】
【数７】
2010259242.tif 000009
【００４１】
＜ｎが整数で、かつ、奇数の場合＞
ｎが奇数の場合、式（３）の第２項ｎｋも奇数となるため、第１項のみで記述される場合と、第１項および第２項の和で記述される場合に分けて考察する必要がある。
【００４２】
ｍ＝１、３、５、…であって、かつ、ｍ≠ｎ×ｋの場合、第ｍ次の項は、式（３）において、ｋ＝ｍの時のみ存在し得るので、第ｍ次の振幅Ａｃ＿ｍは、次式（８）で表される。
【００４３】
【数８】
2010259242.tif 000010
【００４４】
また、ｍ＝ｎ、３ｎ、５ｎ、…の時に、第ｍ次の項は、ｋ＝ｍの場合、および、ｋ＝ｍ／ｎの場合において、それぞれ以下の式（９）、（１０）の合成関数の振幅で表される。
【００４５】
【数９】
2010259242.tif 000011
【００４６】
【数１０】
2010259242.tif 000012
【００４７】
式（９）および（１０）の合成関数の振幅Ａｃ＿ｍは、次式（１１）で表される。
【００４８】
【数１１】
2010259242.tif 000013
【００４９】
ここで、各次数の振幅を整理すると、基本波の振幅は、２／π、ｎ次基本波の振幅は２／（πｎ）×｛ｎ2＋２ｎｃｏｓ（−ｎφ）＋１｝1/2と表される。また、高調波の振幅は、
・ｍ＝１、３、５、…で、かつ、ｍ≠ｎｋの場合に、２／（πｍ）
・ｍ＝ｎ、３ｎ、５ｎ、…の場合に、２／（πｍ）×｛ｎ2＋２ｎｃｏｓ（−ｍφ）＋１｝1/2
である。
【００５０】
従って、基本波歪率δｂおよびｎ次基本波歪率δｎは、それぞれ、次式（１２）、（１３）で表される。
【００５１】
【数１２】
2010259242.tif 000014
【００５２】
【数１３】
2010259242.tif 000015
【００５３】
＜ｎが分数の場合＞
基本波の極対数ｐおよびｓが互いに素な自然数であり、ｎ（ｎ＝ｓ／ｐ）が分数になる場合、複合磁束密度波形は、次式（１４）により表される。
【００５４】
【数１４】
2010259242.tif 000016
【００５５】
式（１４）より、ｐｋ1≠ｓｋ2の場合には、第１項および第２項は独立の次数となるが、ｐｋ1＝ｓｋ2が成立する条件下でのみ、第ｍ次の振幅は、第１項および第２項によって構成される合成関数の振幅となる。
【００５６】
ここで、ｋ＝１、３、５、…の条件下で、ｐｋ1＝ｓｋ2が成立するためには、次式（１５）が成り立つ必要があり、ｐおよびｓがいずれも奇数の場合にのみ、成立することがわかる。
【００５７】
【数１５】
2010259242.tif 000017
【００５８】
以下では、ｐ、ｓのうち、少なくとも一方が偶数の場合、および、ｐ、ｓの両方が奇数の場合に場合分けをして説明する。
【００５９】
＜＜ｐ、ｓのうち、少なくとも一方が偶数の場合＞＞
この場合、式（１５）が成り立たないので、式（１４）の第１項および第２項が独立の次数をとる。ｍ＝ｐ・ｇ（ｇ＝１、３、５、…）の次数成分が生じるのは、ｋ＝ｍ／ｐの場合のみであり、その第ｍ次の振幅Ａｃ＿ｍは、次式（１６）で表される。
【００６０】
【数１６】
2010259242.tif 000018
【００６１】
また、ｍ＝ｓ・ｇ（ｇ＝１、３、５、…）の次数成分が生じるのは、ｋ＝ｍ／ｓの場合のみであり、その第ｍ次の振幅Ａｃ＿ｍは、次式（１７）で表される。
【００６２】
【数１７】
2010259242.tif 000019
【００６３】
ここで、各次数の振幅を整理すると、基本波の振幅は、２／π、ｎ次基本波の振幅は２／π、高調波の振幅は、
・ｍ＝ｐｇ（ｇ＝１、３、５、…）の場合に、２ｐ／（πｍ）
・ｍ＝ｓｇ（ｇ＝１、３、５、…）の場合に、２ｓ／（πｍ）
となる。
【００６４】
従って、ｐ次基本波歪率δｐ、およびｓ次基本波歪率δｓは、次式（１８）、（１９）のように表される。
【００６５】
【数１８】
2010259242.tif 000020
【００６６】
【数１９】
2010259242.tif 000021
【００６７】
＜＜ｐ、ｓ共に奇数の場合＞＞
ｐ、ｓ共に奇数の場合、式（１４）より、ｐｋ1≠ｓｋ2の場合には、第１項および第２項は独立の次数となるが、ｋ＝１、３、５、…の条件下でｐｋ1＝ｓｋ2が成立する場合のみ、第ｍ次の振幅は、第１項および第２項によって構成される合成関数の振幅となる。つまり、ｋ1＝ｓｇ、ｋ2＝ｐｇ（ただし、ｇ＝１、３、５、…）の場合に、第ｍ次（ただし、ｍ＝ｐｓｇ）の振幅は、次式（２０）、（２１）の合成関数の振幅となる。
【００６８】
【数２０】
2010259242.tif 000022
【００６９】
【数２１】
2010259242.tif 000023
【００７０】
式（２０）および（２１）の合成関数の振幅は、次式（２２）で表される。
【００７１】
【数２２】
2010259242.tif 000024
【００７２】
ｐｋ1≠ｓｋ2の場合、ｍ＝ｐｇ（ｇ＝１、３、５、…）の次数成分が生じるのは、ｋ＝ｍ／ｐの場合のみであり、その第ｍ次の振幅Ａｃ＿ｍは、次式（２３）で表される。
【００７３】
【数２３】
2010259242.tif 000025
【００７４】
また、ｍ＝ｓｇ（ｇ＝１、３、５、…）の次数成分が生じるのは、ｋ＝ｍ／ｓの場合のみであり、その第ｍ次の振幅Ａｃ＿ｍは、次式（２４）で表される。
【００７５】
【数２４】
2010259242.tif 000026
【００７６】
ここで、各次数の振幅を整理すると、基本波の振幅は、２／π、ｎ次基本波の振幅は２／π、高調波の振幅は、
・ｍ＝ｐｇ（ｇ＝１、３、５、…）の場合（ただし、ｍ≠ｐｓｇ）に、２ｐ／（πｍ）
・ｍ＝ｓｇ（ｇ＝１、３、５、…）の場合（ただし、ｍ≠ｐｓｇ）に、２ｓ／（πｍ）
・ｍ＝ｐｓｇ（ｇ＝１、３、５、…）の場合に、２／（πｍ）×｛ｐ2＋２ｐｓ×ｃｏｓ（−ｍφ）＋ｓ2｝1/2
である。
【００７７】
従って、ｐ次基本波歪率δｐ、およびｓ次基本波歪率δｓは、次式（２５）、（２６）のように表される。
【００７８】
【数２５】
2010259242.tif 000027
【００７９】
【数２６】
2010259242.tif 000028
【００８０】
図８は、ｎ（ｎ＝ｓ／ｐ）が整数、分数のそれぞれの場合の歪率をまとめた図である。図８から明らかなように、組み合わせ次数ｎが整数で、かつ奇数の場合の基本波（式（１２））、および、ｎ次基本波の歪率（式（１３））、組み合わせ次数ｎが分数で、かつ、ｐおよびｓがそれぞれ奇数の場合の歪率（式（２５）、（２６））は、組み合わせ位相差φに依存する関数となるが、それ以外の歪率については、位相差φには依存しない。ただし、上述したように、組み合わせ位相差φによって、磁石の個数が異なるため、それぞれの得失が生じる。
【００８１】
ｎが整数で、かつ、偶数の場合、歪率は組み合わせ位相差φに依存しない。この場合、組み合わせ位相差φを０に設定することにより、配置する磁石の個数が必要最低限となるため、磁石端部での磁束漏洩による起磁力の低下を抑制することができ、また、組立作業性も向上する。
【００８２】
また、式（１３）、（２５）、（２６）から分かるように、組み合わせ次数ｎが小さければ小さいほど、歪率は小さくなる。従って、歪率が最も小さくなる極対数の組み合わせは、組み合わせ次数ｎが整数でかつ奇数の場合には、１：３となり、組み合わせ次数が分数で、かつ、次数ｐおよびｓがそれぞれ奇数の場合は、３：５となる。また、歪率が最も小さくなる位相差φは、ｃｏｓ（−ｍφ）が−１になる時であって、極対数が１：３の場合には、φ＝π／ｍ、３π／ｍ、５π／ｍ、…（ただし、ｍ＝ｎ、３ｎ、５ｎ、…）であり、極対数が３：５の場合には、φ＝π／ｍ、３π／ｍ、５π／ｍ、…（ただし、ｍ＝ｐｓ、３ｐｓ、５ｐｓ、…）である。
【００８３】
図９は、位相差φに応じて、組み合わせる極対数の比が１：３の場合（組み合わせ次数ｎ＝３）のときの基本波（ｐ＝１）の歪率と、ｎ次基本波（ｎ＝３）の歪率とを示す図である。上述したように、位相差φ＝π／ｍ、３π／ｍ、５π／ｍ、…（ただし、ｍ＝ｎ、３ｎ、５ｎ、…）のときに、基本波の歪率は最小となるので、ｎ＝３の場合には、図９に示すように、π／３、π、５π／３の時に、歪率は最小となる。
【００８４】
特に、ｎ＝３の時に、位相差φをπとすることにより、着磁方向の異なる磁石が張り合わせてある部分から磁石を排除することによって配置される磁石の数を必要最低限とすることができる。これにより、磁石端部での磁束漏洩による起磁力の低下を抑制することができ、また、組立作業性も向上する。
【００８５】
図１０（ａ）は、位相差を０とした場合に、様々な極対数の基本波とｎ次基本波とを組み合わせた際の基本波歪率の一例を示す図である。また、図１０（ｂ）は、位相差を０とした場合に、様々な極対数の基本波とｎ次基本波とを組み合わせた際のｎ次基本波歪率の一例を示す図である。この場合、図１０（ａ）に示すように、３次基本波、５次基本波の組み合わせの時に、歪率は最も大きくなる。また、基本波およびｎ次基本波のいずれかの次数が偶数の場合には、いずれの次数も奇数の場合に比べて、歪率は相対的に小さい。さらに、基本波およびｎ次基本波ともに、次数を大きくすることにより、歪率は小さくなる。
【００８６】
図１１（ａ）は、位相差をπとした場合に、様々な極対数の基本波とｎ次基本波とを組み合わせた際の基本波歪率の一例を示す図である。また、図１１（ｂ）は、位相差をπとした場合に、様々な極対数の基本波とｎ次基本波とを組み合わせた際のｎ次基本波歪率の一例を示す図である。この場合、１次基本波、３次基本波の組み合わせの時に、基本波歪率は最も小さくなり、３次基本波、５次基本波の組み合わせの時に、ｎ次基本波歪率は最も小さくなる。基本波およびｎ次基本波のいずれかの次数が偶数の場合には、いずれの次数も奇数の場合に比べて、歪率は相対的に大きくなる。さらに、基本波およびｎ次基本波ともに、次数を小さくすることにより、歪率は小さくなる。
【００８７】
ここで、図７に示すように、スロット数ＳＬが偶数の場合、極対数ＳＬ／２のときに、巻線係数は１．０で最大となり、極対数がＳＬ／２から離れていくに従って、巻線係数が小さくなる。従って、ステータのスロット数ＳＬが偶数の場合、多極側の極対数をＳＬ／２＋１、少極側の極対数をＳＬ／２−１とすることにより、多極側および少極側の巻線係数をそれぞれ高く設定する設定することができ、高いトルク特性を得ることができる。
【００８８】
また、スロット数ＳＬが偶数で、かつ、ＳＬ／２も偶数の場合、多極側の極対数をＳＬ／２＋１、少極側の極対数をＳＬ／２−１とすると、極対数はそれぞれ奇数となり、かつ、互いに素な自然数となる。従って、上述したように、位相差φ＝π／ｍ、３π／ｍ、５π／ｍ、…（ただし、ｍ＝ｐｓ、３ｐｓ、５ｐｓ、…）の時に、歪率は小さくなるので、位相差φをπ／ｐｓとすることにより、歪率を小さくしつつ、高いトルク特性を得ることができる。
【００８９】
また、スロット数ＳＬが奇数の場合、図７より、多極側の極対数を（ＳＬ＋１）／２、少極側の極対数を（ＳＬ−１）／２とすることにより、多極側および少極側それぞれの巻線係数を高く設定することができ、高いトルク特性を得ることができる。
【００９０】
一実施の形態における電動機によれば、異なる複数の磁極数に相当する磁石磁束を、その表面に合算して発生させる磁束発生部材を有する回転子と、複数の磁極数に対応した複数の電流磁界を合算し、かつ、回転子を回転させることができるように電流を与えられる固定子とを備えた電動機であって、複数の磁極数成分の磁束の位相差を、磁束発生に寄与する基本波成分に対する、基本波成分とは異なる高調波成分の比率である歪率が最小となるように設定した。これにより、電動機の鉄損を低減して、電動機の効率を向上させることができる。
【００９１】
また、多極側の極対数が少極側の極対数に対してｎ倍（ｎは偶数）であり、かつ、位相差を０に設定するので、配置する磁石の個数が必要最低限となり、磁石端部での磁束漏洩による起磁力の低下を抑制することができる。また、配置する磁石の個数を必要最低限とすることにより、組立作業性も向上する。
【００９２】
多極側の極対数が少極側の極対数に対してｎ倍（ｎは奇数）であり、かつ、位相差をπ／ｎに設定することにより、トルクに寄与しない高調波成分の含有率である歪率を低くすることができる。これにより、電動機の鉄損を低減して、電動機の効率を向上させることができる。特に、ｎ＝３とすることにより、歪率をより小さくすることができる。また、ｎ＝３であって、かつ、位相差をπとすることにより、結果的に配置する磁石の数を必要最低限とすることができるので、磁石端部での磁束漏洩による起磁力の低下を抑制することができ、また、組立作業性も向上する。
【００９３】
また、多極側の極対数が少極側の極対数に対してｓ／ｐ倍（ｓ＞ｐ＞１、かつ、ｓとｐは互いに素）とすることにより、ｓ／ｐが整数となる場合に比べて、少極側および多極側の極対数をそれぞれ巻線係数の高い極対数に設定することができる。これにより、歪率を低く抑えつつ、高いトルク特性を得ることができる。
【００９４】
さらに、スロット数ＳＬを偶数とした場合に、多極側の極対数をＳＬ／２＋１、少極側の極対数をＳＬ／２−１とすることにより、多極側および少極側の巻線係数をそれぞれ高く設定する設定することができるので、歪率を低く抑えつつ、高いトルク特性を得ることができる。
【００９５】
また、スロット数ＳＬが偶数で、かつ、ＳＬ／２も偶数の場合、多極側の極対数をＳＬ／２＋１、少極側の極対数をＳＬ／２−１とすることにより、歪率を小さくしつつ、高いトルク特性を得ることができる。
【００９６】
スロット数ＳＬが奇数の場合には、多極側の極対数を（ＳＬ＋１）／２、少極側の極対数を（ＳＬ−１）／２とすることにより、多極側および少極側それぞれの巻線係数を高く設定することができ、高いトルク特性を得ることができる。
【００９７】
また、多極側の極対数ｓおよび少極側の極対数ｐが共に奇数の場合に、位相差をπ／（ｓｐ）に設定することにより、歪率を小さくすることができる。特に、ｓ＝５、ｐ＝３とすることにより、歪率を最も小さくすることができ、鉄損の小さい高効率の電動機とすることができる。
【００９８】
本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはない。例えば、ステータのスロット数、駆動相数、磁束の次数は、上述した一実施の形態で説明した数値に限定されることはない。また、インナーロータ、アウターロータ、アキシャルロータといったモータ形状や、集中巻き、分布巻きといったステータ形状、埋め込み磁石、表面磁石といったロータ形状、分割磁石、棒方磁石、円弧磁石等の磁石形状にも、本発明は依存しない。
【符号の説明】
【００９９】
１…ステータ
２…ロータ
３…モータ
４…巻線
５…ステータ
６…ロータ
７…モータ
８…巻線
５１…ロータ
５２…ステータ
【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６】
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【図８】
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【図５】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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