(57)【要約】      （修正有）【課題】ラジアル異方性リング磁石のように起磁力高調波が存在し、無負荷誘起電圧に高調波が含まれている場合においても、トルク脈動の小さい永久磁石型回転電機を得る。【解決手段】周方向に配設したティースに複数相の電機子巻線を巻回してなる固定子と、複数の永久磁石を周方向に交互に極性が異なるように配設した回転子とを備え、無負荷誘起電圧波形に高調波が含まれている永久磁石型回転電機において、無負荷誘起電圧波形に電気角３６０度を基本波としたときの第（６ｐ−１）高調波と第（６ｐ＋１）高調波（ただしｐは正の整数）の振幅あるいは位相を実質的に一致させるようにした。【選択図】図３
2010226935.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に配設したティースに複数相の電機子巻線を巻回してなる固定子と、複数の永久磁石を交互に極性が異なるように周方向に配設した回転子とを備え、無負荷誘起電圧波形に高調波が含まれている永久磁石型回転電機において、前記無負荷誘起電圧波形に電気角３６０度を基本波としたときの第（６ｐ−１）高調波と第（６ｐ＋１）高調波（ただしｐは正の整数）の振幅及び位相を実質的に一致させるようにしたことを特徴とする永久磁石型回転電機。
【請求項２】
上記無負荷誘起電圧の空間高調波成分は第５高調波と第７高調波であることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石型回転電機。
【請求項３】
上記無負荷誘起電圧の空間高調波成分は第１１高調波と第１３高調波であることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石型回転電機。
【請求項４】
無負荷誘起電圧波形V(ωt)を基本波と第５、第７高調波とにより
【数１】
2010226935.tif 000021
（ただし、V１、V5、V7は基本波、第５、第７高調波の振幅で正の実数、α5、α7は第５、第７高調波の位相、ωは電気角周波数、ｔは時刻とする）
と表したときに、
V5とV7、およびα5とα7をそれぞれ実質的に同一となるように調整したことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石型回転電機。
【請求項５】
上記第（６ｐ−１）高調波と第（６ｐ＋１）高調波（ただしｐは正の整数）の振幅あるいは位相を実質的に一致させるために、前記回転子および固定子の少なくとも一方にスキュー角を設定したことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石型回転電機。
【請求項６】
上記第（６ｐ−１）高調波と第（６ｐ＋１）高調波（ただしｐは正の整数）の振幅あるいは位相を実質的に一致させるために、セグメント磁石の断面形状を変更するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石型回転電機。
【請求項７】
上記セグメント磁石の断面形状をかまぼこ形としたことを特徴とする請求項６に記載の永久磁石型回転電機。
【請求項８】
上記回転子はラジアル異方性リング磁石により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石型回転電機。
【請求項９】
上記磁石の極数mと固定子のスロット数nの関係が２：３であることを特徴とする請求項８に記載の永久磁石型回転電機。
【請求項１０】
上記磁石の極数mと固定子のスロット数nの関係が１０：１２であることを特徴とする請求項８に記載の永久磁石型回転電機。
【請求項１１】
上記磁石の極数mと固定子のスロット数nの関係が１４：１２であることを特徴とする請求項８に記載の永久磁石型回転電機。
【請求項１２】
電機子巻線に通電される電機子電流はd軸電流とq軸電流の両方を含んでおり、上記d軸電流の大きさは上記q軸電流の１０％から３０％の範囲の値とされ、さらに上記ｄ軸電流はｑ軸電流の大きさに応じて変化するよう制御されることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石型回転電機。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、永久磁石型回転電機に関するものであり、例えば、自動車用電動パワーステアリング装置に用いられるモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
図２０は、一般の車両用電動パワーステアリング装置を示す概念図である。図において、電動パワーステアリング装置には、ステアリングホイール３０から操舵力を伝えるためのコラムシャフト３１が設けられている。コラムシャフト３１にはウォームギヤ３２が接続されており、コントローラ３３によって駆動される永久磁石型モータ３４の出力（トルク、回転数）を、回転方向を直角に変えながら伝達し、同時に減速し、アシストトルクを増加させる。３５はハンドルジョイントであり、操舵力を伝えると共に、回転方向も変えることができる。３６はステアリングギヤであり、コラムシャフト３１の回転を減速し、同時にラック３７の直線運動に変換し、所要の変位を得ると共に、このラック３７の直線運動により車輪（図示せず）を動かし、車両の方向転換等を可能とする。
【０００３】
このような電動パワーステアリング装置では、永久磁石型モータ３４にて発生するトルクの脈動がウォームギヤ３２とコラムシャフト３１を介して、ステアリングホイール３０に伝達される。したがって、モータ３４が大きなトルク脈動を発生する場合、滑らかなステアリング感覚を得ることが出来ない。
上記トルク脈動とは、電機子巻線に電流を流した状態において、回転子側の起磁力高調波の影響によりトルクが一定値とならず、回転子の角度によってトルクが変化する現象をいい、たとえ電機子巻線に流れる電流の波形が正弦波であっても生じるトルクむらである。
【０００４】
従来、このようなトルク脈動を低減するために回転子にスキューを施すことが提案されているが、例えば、スキュー角を増大させることに伴うトルクリップル定数の漸減を防止する方法（例えば特許文献１を参照）や、電機子コイル通電下でのトルクむらを低減するためにスキュー角度を特定する方法（例えば特許文献２を参照）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１２６２７９号公報
【特許文献２】特開平１１−６９６７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の永久磁石型回転電機においては、無負荷誘起電圧の第５高調波と第７高調波の振幅と位相の両方を考慮して、スキュー角度を設定するということがなかったので、回転子側の起磁力高調波の影響を十分には低減できなかった。
本発明はラジアル異方性リング磁石を使った永久磁石型回転電機のように起磁力高調波が存在し、無負荷誘起電圧に高調波が含まれている場合においても、トルク脈動の小さい永久磁石型回転電機の構造を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の永久磁石型回転電機は、周方向に配設したティースに複数相の電機子巻線を巻回してなる固定子と、複数の永久磁石を周方向に交互に極性が異なるように配設した回転子とを備え、無負荷誘起電圧波形に高調波が含まれている永久磁石型回転電機において、無負荷誘起電圧波形に電気角３６０度を基本波としたときの第５高調波、第７高調波の振幅あるいは位相を一致させるようにしたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、ラジアル異方性リング磁石を使った永久磁石型回転電機のように起磁力高調波が存在し、無負荷誘起電圧に高調波成分が含まれている場合でも、トルク脈動を大幅に低減することができる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施対象である永久磁石型回転電機の縦断面図である。
【図２】図１に示した永久磁石型回転電機の永久磁石の表面の磁束密度波形である。
【図３】本発明の実施の形態１による無負荷誘起電圧の第５高調波と第７高調波の振幅を従来例と対比的に示したものである。
【図４】本発明の実施の形態１による無負荷誘起電圧の第５高調波と第７高調波の位相を従来例と対比的に示したものである。
【図５】本発明の実施の形態１による永久磁石型回転電機のトルク脈動を従来例と比較して示した図である。
【図６】本発明の実施の形態１による永久磁石型回転電機の回転子の斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態１による永久磁石型回転電機の固定子鉄心の斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態１による永久磁石型回転電機の無負荷誘起電圧の第５高調波と第７高調波の振幅を示した図である。
【図９】本発明の実施の形態１における永久磁石型回転電機の無負荷誘起電圧の第５高調波と第７高調波の位相を示した図である。
【図１０】本発明の実施の形態１におけるスキュー角とトルク脈動（トルクリップル）の関係を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態２における極数が６、スロット数が９の永久磁石型回転電機の断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態２における極数が１０、スロット数が１２の永久磁石型回転電機の断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態２における極数が１４、スロット数が１２の永久磁石型回転電機の断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態３における永久磁石の断面形状をかまぼこ形にした回転子の例を示している。
【図１５】本発明の実施の形態３における永久磁石の断面形状をかまぼこ形にした回転子の他の例を示している。
【図１６】本発明の実施の形態３におけるかまぼこ形永久磁石３の表面の磁束密度を測定した結果を示すグラフである。
【図１７】本発明の実施の形態３におけるかまぼこ形永久磁石３の周波数分析結果を示すグラフである。
【図１８】本発明の実施の形態３におけるかまぼこ形永久磁石３の位相分析結果を示すグラフである。
【図１９】本発明の実施の形態４における永久磁石型回転電機のｄ軸電流とトルク脈動の関係を示す図である。
【図２０】本発明の永久磁石型回転電機を用いた車両用の電動パワーステアリング装置の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１.  
図１は本発明の実施対象である永久磁石型回転電機の断面図を示す。固定子鉄心１は電磁鋼板を積層して構成され、円環状の鉄心に径方向に突出したティース1aが周方向に等間隔に配置されている。図１ではティースの数は１２である。さらに、各ティース1aには電機子巻線２が巻回されている。
【００１１】
電機子巻線２は３相の巻線で構成されており、それぞれU相、V相、W相とすると、電機子巻線の配置は図１のティース1aの根元に示しているように、U1、V1、W1、U2、V2、W2、U3、V3、W3、U4、V4、W4となる。ここでアルファベットは相を示し、数字は同じ相であっても配置が異なる電機子巻線を区別するために便宜的に割り当てたものである。U1、U2、U3、U4はそれぞれ並列に接続されてもよいし、直列に接続されてもよいし、並列と直列の組み合わせでもよい。さらに、各相の電機子巻線２はY結線あるいはデルタ結線にて接続されている。電機子巻線２には回転子の位置に応じて正弦波状に変化する電流が流れる。
【００１２】
回転子は永久磁石３と回転子鉄心４から構成され、永久磁石３は周方向にN極、S極が
交互に配置されるように着磁されている。図１では極数が８となっている。また、永久磁
石３はリング形状の磁石であり、さらに配向はラジアル方向を向いた、いわゆるラジアル
異方性リング磁石となっている。回転子鉄心４は電磁鋼板を積層して構成してもよいし、
塊状の鉄心であってもよい。
【００１３】
図２は図１に示した永久磁石型回転電機の回転子を固定子から取り出し、周辺に磁性体のない状態、すなわち磁気的に開放した状態にて表面部分の磁束密度の分布を測定したグラフである。横軸は角度を電気角で示し、縦軸は磁束密度の径方向成分を示している。ラジアル異方性リング磁石では、図２のように正弦波よりはむしろ矩形波状に近い波形をしているため、回転子の起磁力高調波を多く含んでいる。この起磁力高調波がトルク脈動の原因となる。
【００１４】
上記図２で示す起磁力高調波は無負荷誘起電圧の高調波成分として現れる。図３は無負荷誘起電圧の高調波のうち、第５高調波と第７高調波の振幅をほぼ同じに変化させた本発明を従来例と対比的に示したものである。ここで言う、無負荷誘起電圧はU相−V相間、あるいはV相−W相間あるいはW相−U相間を測定した、いわゆる線間電圧である。図３の従来例１は第５高調波の振幅が第７高調波の振幅よりやや大きい例、従来例２は第５高調波がほぼゼロ、第７高調波が従来例１とほぼ同じ振幅である例を示している。一方、本発明は従来例１と同様に第５高調波と第７高調波の振幅がほぼ同じ構成とした場合を示している。
【００１５】
図４は無負荷誘起電圧の高調波のうち、第５高調波と第７高調波の位相を示したものである。ここで、位相の定義について説明しておく。無負荷誘起電圧（線間電圧）の基本波と第５高調波と第７高調波を
【数１】
2010226935.tif 000003
と表したときのα5とα7がそれぞれ第5高調波と第7高調波の位相である。
ただし、数１において、ωは電気角周波数、ｔは時刻、V1は基本波の振幅、V5は第5高調波の振幅、V7は第7高調波の振幅とした。
【００１６】
図４の従来例１と従来例２では第５高調波の位相はほぼゼロであるのに対し、第７高調波は約１８０度とほぼ位相が反転している。一方、本発明では第５高調波と第７高調波の位相が約１８０度でほぼ一致している。図５はこの３種類の永久磁石型回転電機のトルク脈動の６次成分についてそれぞれ測定した結果である。図５では、本発明が従来例１の約１／３、従来例２の約１／２までトルク脈動が低減できていることが分かる。
【００１７】
このことから、回転子の起磁力高調波を多く含んでいるラジアル異方性リング磁石であ
っても、無負荷誘起電圧の高調波のうち、第５高調波と第７高調波の振幅と位相を同じに
しておけば、たとえ無負荷誘起電圧に高調波が含まれていても、トルク脈動の６次成分が
大幅に低減できることが確認できた。これらは、特許文献１や特許文献２では述べられて
おらず、特許文献２では、第５高調波と第７高調波の２乗和の平方根を極小にすることが
述べられているが、この構成では第５高調波と第７高調波の振幅と位相を一致させること
が必ずしもできないため、トルク脈動を十分に低減することができなかったのである。
【００１８】
次に、上記のように二つの高調波の振幅と位相を一致させると、二つの高調波の影響が互いに打ち消され、トルク脈動が大幅に低減される原理を説明する。
基本波と第5高調波、第7高調波を考慮した場合モータのU相巻線の鎖交磁束は下式で表される。
【数２】
2010226935.tif 000004
ここでφuはU相巻線の鎖交磁束、φ1は鎖交磁束の基本波の振幅、φ５は鎖交磁束の第5高調波の振幅、φ７は鎖交磁束の第７高調波の振幅、α５は鎖交磁束の第5高調波の位相、α７は鎖交磁束の第７高調波の位相、θはモータの回転角度（電気角）である。
【００１９】
モータの回転速度（機械角の角速度）をω、極対数をP、時刻をｔとすると、
【数３】
2010226935.tif 000005
と書ける。また、誘起電圧euは鎖交磁束の時間微分であるから上記数２、３より
【数４】
2010226935.tif 000006
を得る。電流については id=0のときUVW相の電流iu、iv、iwをiqで表すと、
【数５】
2010226935.tif 000007
となる。 V相の鎖交磁束φvや誘起電圧euは数２、４の位相を2π/３遅らせたもの、W相の鎖交磁束φｗや誘起電圧ewは数２、４の位相を2π/３進めたものであるので、それぞれθにθ−2π/３、θ＋2π/３を代入したものとなることに注意し、数２、４、５をモータのトルクTの式
【数６】
2010226935.tif 000008
に代入するとトルク脈動に関する下式が得られる。
【数７】
2010226935.tif 000009
【００２０】
数７の右辺第1項は電気角6次のトルク脈動、右辺第2項は平均トルクとなる。したがって、トルク脈動がゼロになる条件は右辺第1項がゼロになる条件なので、
【数８】
2010226935.tif 000010
となる。数８が成立するときは、5φ5＝７φ7  、α5＝α7となるときであり、この条件は、数４から、誘起電圧第5高調波、第7高調波の振幅と位相が一致したときである。
したがって、二つの高調波の振幅と位相を一致させると、二つの高調波の影響が互いに打ち消されトルク脈動が大幅に低減される。また、この場合、たとえ誘起電圧に第5高調波、第7高調波が含まれていても、トルク脈動の6次成分が大幅に低減できることが分かる。
【００２１】
数７より、平均トルクに対するトルク脈動の振幅の割合Trは
【数９】
2010226935.tif 000011
となる。電動パワーステアリング用モータとしては、良好な操舵フィーリングを得るためトルクリップルは５％以下が望ましく、より望ましくは１％以下である。したがって、
【数１０】
2010226935.tif 000012
が望ましく、
【数１１】
2010226935.tif 000013
がより望ましい。
【００２２】
位相が一致するとすれば誘起電圧の振幅V1、V5、V7に置き換えると数９は
【数１２】
2010226935.tif 000014
と書ける。したがって、
【数１３】
2010226935.tif 000015
が望ましく、
【数１４】
2010226935.tif 000016
となる条件がより望ましい。
【００２３】
一方、振幅が一致している場合、第5高調波と第７高調波の影響が互いに打ち消しあうためには、少なくとも
【数１５】
2010226935.tif 000017
とならなれればならない。θは任意の値をとることを考えると、
【数１６】
2010226935.tif 000018
とならなければならない。さらに、
【数１７】
2010226935.tif 000019
となっていれば
【数１８】
2010226935.tif 000020
となり、もともとの第5高調波と第７高調波の影響をわずか、２６．８％以下にまで低減することができるという効果が得られる。
【００２４】
第５高調波と第７高調波の振幅と位相を変化させる手段としては、例えばスキューを用いることが考えられる。図６は回転子スキューが施された回転子鉄心を示す。ラジアル異方性リング磁石３にスキュー着磁を施して実現できる。一方、図７は固定子鉄心１をスキュー構造にした例である。構造が理解しやすいように、１２個あるティースのうち半分しか示していない。電磁鋼板を積層する際に徐々に角度をずらしながら積層すれば、このような構成が可能となる。もちろん、回転子、固定子両方ともスキューを施してもよい。
【００２５】
回転子のリング形状磁石をスキュー着磁する場合は、各磁極が個々のセグメント磁石で
構成される場合と比べて部品点数が減るため量産性に優れているという効果がある。固定
子鉄心にスキューを施す場合は、回転子にスキューを施す必要がないため、セグメント磁
石を使った場合には、スキューのかかった複雑な形状としなくてもよいという効果がある。
回転子と固定子の両方にスキューを施す場合は、それぞれのスキュー角が小さくても同様
の効果が得られるという効果がある。
【００２６】
図８はスキュー角に対する無負荷誘起電圧の高調波の振幅を図示したものである。第５高調波は７０度〜７５度の間にて極小となっている。一方、第７高調波は７０度〜８０度の間で極大となっているが、第５高調波に比べるとスキュー角に拘らずほぼ一定の値を示している。第５高調波と第７高調波の振幅が一致する点は、図８に示すようにスキュー角Ａとスキュー角Ｂの2点がある。
【００２７】
スキュー角に対する無負荷誘起電圧の高調波の位相について示したのが図９である。ス
キュー角Ａでは第５高調波と第７高調波は１８０度近く差異があるが、スキュー角Ｂでは
第５高調波と第７高調波の位相がほぼ一致している。
スキュー角とトルク脈動の電気角６次成分の関係を示したのが図１０である。スキュー角Ａではトルク脈動が大きいが、スキュー角Ｂ付近では大幅にトルク脈動が低減できていることが分かる。ここでは、スキュー角が８０度付近にてトルク脈動が最小となったが、実際はこれに限ったことではなく、無負荷誘起電圧の第５高調波と第７高調波の振幅と位相がほぼ一致する構成にしておけば、回転子の起磁力高調波に含まれる第５高調波と第７高調波の大きさに拘らず、トルク脈動が大幅に低減できる。
【００２８】
また、これまでは、第５高調波と第７高調波のみについて示したが、本発明はこれに限ったことではない。第１１高調波と第１３高調波の影響が互いに打ち消す作用を及ぼす構成とすれば、トルク脈動のうち電気角１２次高調波の低減が可能となる。
一般に、第（６ｐ−１）次高調波、（６ｐ＋１）次高調波の影響が互いに打ち消す作用を及ぼす構成とすれば、トルク脈動のうち電気角６ｐ次高調波成分を大幅に低減することが可能である。ただし、ｐは正の整数である。例えば、無負荷誘起電圧の第（６ｐ−１）高調波と第（６ｐ＋１）高調波の振幅と位相がほぼ一致する構成にしておけばよい。
実施の形態２.
【００２９】
実施の形態１では本発明を、極数が８、ティースの数、すなわちスロット数が１２のモータに適用したものについて説明したが、実施例２ではそれ以外の態様にも同様に適用できることを説明する。図１１は６極９スロットに適用した場合を、図１２は１０極１２スロット、図１３は１４極１２スロットにそれぞれ適用した例を示している。
【００３０】
図１１は６極９スロットの例であるが、このように磁石の極数mと固定子のスロット数nの関係が２：３である永久磁石型回転電機は、電機子巻線による起磁力高調波が大きく、トルク脈動が大きい傾向にある。しかしながら、本発明のように無負荷誘起電圧の第５高調波と第７高調波の振幅と位相がほぼ一致する構成にしておけば、前述したようにトルク脈動を大幅に低減することができる。
【００３１】
図１２の１０極１２スロットのように極数mと固定子のスロット数nの関係が１０：１２の例では、電機子巻線はＵ１＋、Ｕ１−、Ｖ１−、Ｖ１＋、Ｗ１＋、Ｗ１−、Ｕ２−、Ｕ２＋、Ｖ２＋、Ｖ２−、Ｗ２−、Ｗ２＋の順に配置されている。ここで＋と−は巻き方向が反対であることを表している。このような巻線の配置にすると極数mと固定子のスロット数nの関係が２：３である例と比べて、起磁力高調波の影響が小さくなるのでトルク脈動が小さくなるが、本発明のように無負荷誘起電圧の第５高調波と第７高調波の振幅と位相がほぼ一致する構成にすれば更に大幅にトルク脈動を低減することができる。
【００３２】
図１３の１４極１２スロットのように極数mと固定子のスロット数nの関係が１４：１２の例では、電機子巻線はＵ１＋、Ｕ１−、Ｗ１＋、Ｗ１−、Ｖ１＋、Ｖ１−、Ｕ２−、Ｕ２＋、Ｗ２−、Ｗ２＋、Ｖ２−、Ｖ２＋の順に配置されている。ここで＋と−は上記と同様に巻き方向を表している。このような巻線の配置にすると極数mと固定子のスロット数nの関係が２：３である例と比べて、起磁力高調波の影響が小さくなるのでトルク脈動が小さいが、本発明のように無負荷誘起電圧の第５高調波と第７高調波の振幅と位相がほぼ一致する構成にすればさらにトルク脈動が低減できる。
スキューに関しては図では省略しているが、無負荷誘起電圧の第５高調波と第７高調波の振幅と位相がほぼ一致する構成にしておけばよいので、図６のような連続的に変化するスキューでもよいし、階段状にスキュー角が変化する段スキューの構造でもよい。
実施の形態３.
【００３３】
上記実施の形態１、２では、高調波の振幅と位相を変化させるために、リング形状磁石にスキューを施す例について述べたが、セグメント磁石の断面形状を変更することによっても、高調波の振幅と位相を変化させることができる。例えば、周方向端部の厚みを周方向中央部の厚みより小さくした、「かまぼこ形」にすることが考えられる。ただし、磁石形状を変更すると、端部で厚みを小さくする分、トルクが低下するため、厚みが一定であるリング磁石の方が高トルクとなる。
【００３４】
図１４、図１５に永久磁石の断面形状をかまぼこ形にした実施の形態３による回転子の例を示している。それぞれ回転子鉄心４の表面に、その断面形状が周方向端部の厚みを周方向中央部の厚みより小さくした、いわゆる「かまぼこ形」の永久磁石３が配置されている。図１４と図１５の永久磁石はその断面積において異なっており、図１４を断面形状Ｘとし、図１５を断面形状Ｙと定義する。
【００３５】
図１４、図１５の回転子４を固定子（図示せず）から取り外し、回転子４の周辺に磁性体を配置しない状態（磁気的に開放した状態）とし、永久磁石３の表面の磁束密度を測定した結果が図１６である。図において横軸は周方向の角度位置を機械角で示したもの、縦軸は磁束密度の径方向成分である。なお、図１４、１５では永久磁石３が隣り合う永久磁石で極性が異なるように合計８個配置されているが、図１６では理解を助けるため2極分（すなわち電気角３６０度分）のみ示している。磁石形状Ｘと磁石形状Ｙでは波形が大きく異なっていることが分かる。さらに、これを周波数分析したのが、図１７である。第5高調波、第7高調波が磁石形状Ｘと磁石形状Ｙで異なっており、磁石形状Ｙの方が第5高調波、第7高調波ともに磁束密度が小さくほぼ同一レベルであることが分かる。
【００３６】
一方、図１８は第5高調波、第7高調波の位相について示したものである。磁石形状Ｙでは、第5高調波、第7高調波の位相が一致している。以上のように永久磁石の表面の磁束密度が磁石形状によって変化するため、電機子巻線の鎖交磁束に含まれる第5高調波、第7高調波の振幅と位相も変化する。結果として、磁石形状によって誘起電圧の第5高調波、第7高調波の振幅と位相をほぼ同一となるように変化させることができる。
また、このようなセグメント磁石の構造と実施の形態１、２で述べたスキューを組み合わせることによって、誘起電圧の第5高調波、第7高調波の振幅と位相を更に正確に一致させることができるので、トルク脈動の6次成分を大幅に低減できるという効果を有する。
実施の形態４.
【００３７】
上述したように、無負荷誘起電圧の第５高調波と第７高調波の振幅と位相がほぼ一致する構成とした永久磁石型回転電機は、トルク脈動の6次成分を大幅に低減できる効果があるが、トルクが大きい場合、すなわちｑ軸電流が大きい場合はトルク脈動が増加することが知られている。これは、固定子鉄心を構成している電磁鋼板のＢ−Ｈ特性が非線形性を有しており、特に磁束密度の高い領域において非線形性が顕著となるためである。このため、ｑ軸電流が大きくなると、固定子鉄心の磁束密度が高くなって上記非線形性に起因する磁気飽和が生じ、磁気飽和によって磁束密度の空間高調波が増加する。この高調波の増加に起因してトルク脈動が増加するわけである。
【００３８】
この非線形性に起因するトルク脈動を低減するためには、固定子鉄心のＢ−Ｈ特性の動作点を変化させればよいと考えられる。そこで、ｑ軸電流は同じとし、ｄ軸電流を通電するとトルク脈動を低減することができることが分かった。図１９はこのｄ軸電流によりトルク脈動がどのように変化するかを測定した特性図であり、横軸にｄ軸電流、縦軸にトルク脈動の６次成分を示したものである。ｄ軸電流が増加するにつれてトルク脈動の６次成分が減少して行き、極小点を過ぎれば増加に転じることが分かる。この結果から、定格電流の２０％〜３０％のｄ軸電流を通電すれば、概ね６次のトルク脈動がｄ軸電流なしの場合の半分程度までは低減できる。ただし、ｑ軸電流の大きさによってトルク脈動が極小となるｄ軸電流の値が異なるので、ｑ軸電流の大きさに応じてｄ軸電流の大きさも変化させるとよい。
本実施例によれば、無負荷誘起電圧の第５高調波と第７高調波の振幅と位相がほぼ一致する構成とし、さらに、ｄ軸電流を通電することで、ｑ軸電流が増加してもトルク脈動が低減できる効果がある。
【符号の説明】
【００３９】
１    固定子鉄心
１ａ  ティース
２    電機子巻線、
３    永久磁石、
４    回転子鉄心。
【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１２】
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【図１３】
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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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