(57)【要約】【課題】誘導機において、コストの大幅な上昇を招くことなく、低速運転で高トルクを発揮することと、高速運転で良好な性能を発揮することとの両立を図れる構造を実現することである。【解決手段】誘導機である誘導電動機１２は、３相の集中巻巻線である、ステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗを有するステータ２２と、ステータ２２に対向するロータ２４とを備える。ステータ２２のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗが持っている起磁力調波次数成分に応じてステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗに流す電流の駆動周波数を変えることにより、極数を切換可能とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相の集中巻巻線を有するステータと、
ステータに対向するロータと、を備える誘導機であって、
ステータの集中巻巻線が持っている起磁力調波次数成分に応じて各集中巻巻線に流す電流の駆動周波数を変えることにより、極数を切換可能とすることを特徴とする誘導機。
【請求項２】
請求項１に記載の誘導機において、
ステータの３６０度の電気角におけるスロット数は、９、１２、１５、１８，２１，２４，２７，３０，３３，３６のいずれか１であることを特徴とする誘導機。
【請求項３】
請求項１に記載の誘導機において、
ステータは、３６０度の電気角におけるスロット数を１２とし、３６０度の電気角で、１０極の永久磁石付ロータを有する永久磁石型回転電機と、１４極の永久磁石付ロータを有する永久磁石型回転電機との両方に使用可能な永久磁石型回転電機用ステータと同じ集中巻巻線の配置構成を有することを特徴とする誘導機。
【請求項４】
請求項１に記載の誘導機において、
ステータは、３６０度の電気角におけるスロット数を９とし、３６０度の電気角で、８極の永久磁石付ロータを有する永久磁石型回転電機と、１０極の永久磁石付ロータを有する永久磁石型回転電機との両方に使用可能な永久磁石型回転電機用ステータと同じ集中巻巻線の配置構成を有することを特徴とする誘導機。
【請求項５】
請求項１に記載の誘導機において、
ステータは、３６０度の電気角におけるスロット数を１８とし、３６０度の電気角で、１０極の永久磁石付ロータを有する永久磁石型回転電機と、１４極の永久磁石付ロータを有する永久磁石型回転電機と、２２極の永久磁石付ロータを有する永久磁石型回転電機とのすべてに使用可能な永久磁石型回転電機用ステータと同じ集中巻巻線の配置構成を有することを特徴とする誘導機。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１に記載の誘導機において、
ロータは、周方向複数個所に軸方向に貫通する孔部を有する板状導電体、または、かご形導電体を有することを特徴とする誘導機。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１に記載の誘導機と、
各集中巻巻線に流す電流の駆動周波数を、ステータが生成する回転磁束の起磁力調波次数成分に応じた複数の選択周波数のいずれか１に切り替え可能な切り替え制御部と、を備えることを特徴とする誘導機極数切換システム。
【請求項８】
請求項７に記載の誘導機極数切換システムにおいて、
切り替え制御部は、各集中巻巻線に流す電流の駆動周波数を、誘導機のロータの回転速度に応じて複数の選択周波数範囲のいずれか１に切り替えることを特徴とする誘導機極数切換システム。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載の誘導機極数切換システムにおいて、
各集中巻巻線に流す電流の電源の相順を切り替え可能な通電相順切り替え部を備えることを特徴とする誘導機極数切換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３相の集中巻巻線を有するステータと、ステータに対向するロータと、を備える誘導機、及び、誘導機極数切換システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、誘導電動機、同期電動機等の回転電機において、ステータが巻線を有する巻線型回転電機が知られている。例えば、非特許文献１には、ステータを構成するステータ巻線が集中巻巻線であり、ステータのスロット数をＺ1とし、ロータの極対数をＺ2とし、相数をｍとした場合に、毎極毎相のスロット数であるｑ（ｑ＝Ｚ1／（２Ｚ2ｍ））が分数となる集中巻分数スロットの磁石モータであって、スロット数Ｚ1を２４スロットとし、ロータの極数を２８極とする磁石モータが記載されている。このような磁石モータによれば、低速大トルクモータとして優れた特性を持ち、集中巻のコイルエンドは短いので、コイルエンドを含めたモータ体格を小さくできるとされている。
【０００３】
また、非特許文献２には、相数を六相とし、六相インバータを用い、８極及び４極に極数を切り換え可能で、極数を切り換える周波数は、８極と４極ともに効率が高い周波数、すなわち８極１００Ｈｚ、４極５０Ｈｚとする六相極数切換誘導電動機が記載されている。
なお、本発明に関連する先行技術文献として、非特許文献１、２の他に、特許文献１から特許文献３がある。
【０００４】
【非特許文献１】知念真太郎，外２名，「分布巻ＰＭバーニアモータと集中巻分数スロットＰＭモータの比較検討」，平成１８年電気学会全国大会５−１３１，２００６年、第５分冊、ｐ．１９０
【非特許文献２】谷藤康裕，外３名，「ＥＶ用六相極数切換誘導電動機の高効率運転時における極数切換」，平成１７年電気学会全国大会５−１３７，２００５年、第５分冊、ｐ．１９０−１９１
【特許文献１】特開平８−２２３９９９号公報
【特許文献２】特開平１１−１８３８２号公報
【特許文献３】特開２００２−３６９４６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ただし、非特許文献１に記載された集中巻分数スロットの磁石モータの場合、ロータ側の永久磁石の極数によって、モータの極数が決定され、２８極のロータを有する場合には、低速運転時には高トルク化が可能であるが、高速運転時には高周波で、かつ、高電圧が必要になるため、電気的に良好な性能を発揮させることが難しい。
【０００６】
また、非特許文献２に記載された六相極数切換誘導電動機の場合には、誘導電動機の極数切換が可能となるが、電機子巻線及びインバータがいずれも六相分必要になるため、コストが大幅に上昇する原因となる。このため、従来から考えられている一般的な誘導電動機に対して、製造面、及び、実用面の両方で劣ることとなる。また、六相分のインバータを制御する必要もあるため、制御性が複雑化する。
【０００７】
このような事情から、コストの大幅な上昇を招くことなく、極数の切換を可能とすることで、低速運転で高トルクを発揮することと、高速運転で良好な性能を発揮することとの両立を図れる誘導機の実現が望まれている。このような誘導機は、上記の特許文献１から特許文献３のいずれにも開示されていない。
【０００８】
本発明の目的は、誘導機及び誘導機極数切換システムにおいて、コストの大幅な上昇を招くことなく、低速運転で高トルクを発揮することと、高速運転で良好な性能を発揮することとの両立を図れる誘導機を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の誘導機は、３相の集中巻巻線を有するステータと、ステータに対向するロータと、を備える誘導機であって、ステータの集中巻巻線が持っている起磁力調波次数成分に応じて各集中巻巻線に流す電流の駆動周波数を変えることにより、極数を切換可能とすることを特徴とする誘導機である。なお、本明細書及び特許請求の範囲の全体で、「駆動周波数」とは、誘導機を駆動するインバータのスイッチング周波数ではなく、ステータに供給される３相交流の周波数を意味する。
【００１０】
上記の誘導機によれば、誘導機の運転状態に応じて極数を変化させることを容易に行える。すなわち、駆動周波数を変えることで、低速運転時に極数を多くしたり、高速運転時に極数を少なくすることができ、低速運転で高トルクを発揮することと、高速運転で良好な性能を発揮することとの両立を図れる誘導機を実現でき、自由度の高い多機能な誘導機を実現できる。また、誘導機を構成するステータの巻線及び誘導機駆動用のインバータのいずれも六相分設ける必要がなくなるため、コストが大幅に上昇することを防止できる。
【００１１】
また、本発明に係る誘導機において、好ましくは、ステータの３６０度の電気角におけるスロット数は、９、１２、１５、１８，２１，２４，２７，３０，３３，３６のいずれか１である。
【００１２】
また、本発明に係る誘導機において、好ましくは、ステータは、３６０度の電気角におけるスロット数を１２とし、３６０度の電気角で、１０極の永久磁石付ロータを有する永久磁石型回転電機と、１４極の永久磁石付ロータを有する永久磁石型回転電機との両方に使用可能な永久磁石型回転電機用ステータと同じ集中巻巻線の配置構成を有する。
【００１３】
上記の誘導機によれば、電機子であるステータの起磁力波形が１次成分を含む多くの空間的な調波次数成分を含むようになる。このうち、調波次数が５次、７次、１次の順に起磁力振幅が大きくなる。このため、ステータ起磁力波の５次成分を利用することにより、１０極で駆動する誘導機を実現でき、ステータ起磁力波の７次成分を利用することにより、１４極で駆動する誘導機を実現できる。いずれにしても、１０極で駆動する誘導機と１４極で駆動する誘導機とを、同じステータ配置及び同じステータ巻線の接続で実現でき、ステータに流す電流の駆動周波数と、ステータに流す電流の相の順である通電相順とを変えることにより、１０極駆動と１４極駆動とを変えることができる。
【００１４】
また、本発明に係る誘導機において、好ましくは、ステータは、３６０度の電気角におけるスロット数を９とし、３６０度の電気角で、８極の永久磁石付ロータを有する永久磁石型回転電機と、１０極の永久磁石付ロータを有する永久磁石型回転電機との両方に使用可能な永久磁石型回転電機用ステータと同じ集中巻巻線の配置構成を有する。
【００１５】
上記の誘導機によれば、電機子であるステータの起磁力波形が１次成分を含む多くの空間的な調波次数成分を含むようになる。このうち、調波次数が４次、５次で起磁力振幅が大きくなる。このため、ステータ起磁力波の４次成分を利用することにより、８極で駆動する誘導機を実現でき、ステータ起磁力波の５次成分を利用することにより、１０極で駆動する誘導機を実現できる。いずれにしても、８極で駆動する誘導機と１０極で駆動する誘導機とを、同じステータ配置及び同じステータ巻線の接続で実現でき、ステータに流す電流の駆動周波数と、ステータに流す電流の相の順である通電相順とを変えることにより、８極駆動と１０極駆動とを変えることができる。
【００１６】
また、本発明に係る誘導機において、好ましくは、ステータは、３６０度の電気角におけるスロット数を１８とし、３６０度の電気角で、１０極の永久磁石付ロータを有する永久磁石型回転電機と、１４極の永久磁石付ロータを有する永久磁石型回転電機と、２２極の永久磁石付ロータを有する永久磁石型回転電機とのすべてに使用可能な永久磁石型回転電機用ステータと同じ集中巻巻線の配置構成を有する。
【００１７】
上記の誘導機によれば、電機子であるステータの起磁力波形が１次成分を含む多くの空間的な調波次数成分を含むようになる。このうち、調波次数が５次、７次、１１次で起磁力振幅が大きくなる。このため、ステータ起磁力波の５次成分を利用することにより、１０極で駆動する誘導機を実現でき、ステータ起磁力波の７次成分を利用することにより、１４極で駆動する誘導機を実現でき、ステータ起磁力波の１１次成分を利用することにより、２２極で駆動する誘導機を実現できる。いずれにしても、１０極で駆動する誘導機と１４極で駆動する誘導機と２２極で駆動する誘導機とを、同じステータ配置及び同じステータ巻線の接続で実現でき、ステータに流す電流の駆動周波数と、ステータに流す電流の相の順である通電相順とを変えることにより、１０極駆動と１４極駆動と２２極駆動とを変えることができる。
【００１８】
また、本発明に係る誘導機において、好ましくは、ロータは、周方向複数個所に軸方向に貫通する孔部を有する板状導電体、または、かご形導電体を有する。
【００１９】
また、本発明に係る誘導機極数切換システムは、上記の本発明に係る誘導機と、各集中巻巻線に流す電流の駆動周波数を、ステータが生成する回転磁束の起磁力調波次数成分に応じた複数の選択周波数のいずれか１に切り替え可能な切り替え制御部と、を備えることを特徴とする誘導機極数切換システムである。
【００２０】
また、本発明に係る誘導機極数切換システムにおいて、好ましくは、切り替え制御部は、各集中巻巻線に流す電流の駆動周波数を、誘導機のロータの回転速度に応じて複数の選択周波数範囲のいずれか１に切り替える。
【００２１】
また、本発明に係る誘導機極数切換システムにおいて、好ましくは、各集中巻巻線に流す電流の電源の相順を切り替え可能な通電相順切り替え部を備える。
【００２２】
上記の誘導機極数切換システムによれば、切り換えることが可能な極数の種類をより有効に多くしやすくできる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る誘導機及び誘導機極数切換システムによれば、コストの大幅な上昇を招くことなく、低速運転で高トルクを発揮することと、高速運転で良好な性能を発揮することとの両立を図れる誘導機を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
［第１の発明の実施の形態］
【００２５】
以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。図１から図１０は、本発明の第１の実施の形態を示している。図１は、第１の実施形態の誘導機極数切換システムを示す略構成図である。図２は、図１に示す通電相順切り替え部の構成を詳しく示す図である。図３は、第１の実施の形態の誘導機である、誘導電動機を構成するステータとロータとを取り出して示す半部略断面図である。図４は、図１に示すステータの巻線配置を説明するための、ステータの周方向を横方向に展開して示す略図である。図５は、第１の実施の形態において、ステータの起磁力波形の１状態における電気角と起磁力との関係を示す図である。図６は、第１の実施の形態において、ステータの起磁力振幅を調波次数で分解して示す図である。図７は、第１の実施の形態において、ステータ巻線に流す電流の入力周波数である、駆動周波数に対するトルク特性を示す図である。図８は、第１の実施の形態において、ステータの１次成分の起磁力波形の時間変化を、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順に交流電流を流す場合で示す図である。図９は、第１の実施の形態において、ステータの５次成分の起磁力波形の時間変化を、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順に交流電流を流す場合で示す図である。図１０は、第１の実施の形態において、ステータの７次成分の起磁力波形の時間変化を、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順に交流電流を流す場合で示す図である。
【００２６】
図１に示すように、本実施の形態の誘導機極数切換システム１０は、回転電機であり誘導機である誘導電動機１２と、電源である二次電池１４と、二次電池１４から供給される直流電流を、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の三相交流電流に変換するインバータ１６と、インバータ１６から供給される３相交流電流の通電相順を切り替え、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相交流電流に変換し、誘導電動機１２に出力するための、図２に詳しく構成を示す通電相順切り替え部１８と、インバータ１６（図１）が備えるスイッチング素子（図示せず）にＰＷＭ信号等の制御信号を出力することにより、誘導電動機１２の駆動を制御する切り替え制御部である、コントローラ２０（図１）とを備える。コントローラ２０は、通電相順切り替え部１８のスイッチ切り替え状態も制御する。なお、本実施の形態では、図１に示すように、誘導電動機極数切換システム１０として、二次電池１４、インバータ１６を含む構成を説明するが、本発明はこのような構成に加えて、例えば二次電池１４以外に燃料電池を含んでもよく、例えば、システムメインリレー、低電圧バッテリ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、平滑化用コンデンサ等を含むものとすることもできる。通電相順切り替え部１８の構成は、後で詳しく説明する。
【００２７】
本実施の形態の場合、誘導電動機１２を構成するステータ巻線に流す電流の駆動周波数と、ステータ巻線に流す電流の通電相順とを変えることにより、誘導電動機１２の極数を切換可能としている。すなわち、図３に示すように、誘導電動機１２は、図示しないケーシングの内側に固定されたステータ２２と、ステータ２２の内側に径方向に対向するように配置され、ステータ２２に対し回転可能なロータ２４とを備える。ロータ２４は、ケーシングに対し回転可能に支持された図示しない回転軸の外径側に設けられている。すなわち、本実施の形態の誘導電動機１２は、ステータ２２とロータ２４とが径方向に対向するように配置された、ラジアル型の誘導電動機１２である。なお、誘導電動機１２は、発電機としても使用可能なモータジェネレータとすることもできる。モータジェネレータは、電力が供給されるときは電動機として機能し、制動時には発電機として機能する。
【００２８】
ステータ２２は、複数の電磁鋼板を積層する等により構成する鉄心等により構成する、ステータコア２６と、複数相である、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の集中巻巻線である、ステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗとを備える。ステータコア２６は、径方向内側に突出した複数のティース３０を周方向に互いに間隔を置いて設けており、各ティース３０の間にスロット３２を形成している。すなわち、ステータ２２の周方向に関して、３６０度の電気角で１２個所にスロット３２を設けることにより、いわゆる１２スロットステータとしている。すなわち、ステータ２２の全周で、２４個のスロット３２を設けている。各相のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗは、スロット３２を通って、ティース３０に集中巻きで巻装している。各相のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗに３相の交流電流を流すことにより、ティース３０が磁化し、ステータ２２の周方向に回転する回転磁界が生成されるようにしている。また、ステータ２２は、１８０度の機械角、すなわち半部である、半円部分で電気角が３６０度となるようにしている。
【００２９】
一方、ロータ２４は、銅、アルミニウム等により構成するかご形導電体３４と、複数の鋼板を積層する等により構成する、鉄心等により構成するロータコア３６とを備える。かご形導電体３４は、従来から誘導電動機用として使用されているかご形導電体と同様の構成を有し、ロータコア３６の周方向複数個所に設けられた孔部に複数本、例えば４０本の柱部を挿入し、各柱部の両端を、軸方向両側に設けた一対の短絡環（図示せず）の周方向複数個所に連結している。かご形導電体は、アルミニウムの鋳造により、一体成形することもできる。
【００３０】
また、ステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗの巻き方向は、電気角によって異ならせている。図４は、ステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗの配置をより詳しく説明するために、ステータ２２の周方向を左右方向に展開して示している。図３、図４では、同じ相の２個のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗを周方向に隣り合うように配置して１組のステータ巻線組とし、各組のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗで巻き方向を互いに異ならせている。図３、図４において、各ステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗの内側に示した○の中に・または×を示した記号は、ステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗを流れる電流の向きを表しており、○の中に・を示したものは、電流が図の表側に流れることを、○の中に×を示したものは電流が図の裏側に流れることを表している（後述する図１３から図１５で同様とする）。また、図４で、ＣＷは正方向にティース３０にステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗを巻いていることを、ＣＣＷは、逆方向にティース３０に巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗを巻いていることを表している。
【００３１】
このように構成するため、ステータ２２は、３６０度の電気角におけるスロット数を１２とし、３６０度の電気角で、１０極の永久磁石付ロータを有する永久磁石型回転電機と、１４極の永久磁石付ロータを有する永久磁石型回転電機との両方に使用可能な永久磁石型回転電機用ステータと同じステータ巻線の配置構成を有する。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗには、インバータ１６（図１）側から、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電流がそれぞれ供給される。
【００３２】
このような誘導電動機１２は、ステータ２２が生成する回転磁束に応じて各ステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗに流す電流の駆動周波数を変えることにより、極数が切換可能となる。すなわち、ステータ２２が生成する回転磁束の、起磁力調波次数成分のうち、起磁力振幅が１次成分の起磁力振幅よりも大となる起磁力調波次数成分に応じて各ステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗに流す電流の駆動周波数を、１次成分に応じた駆動周波数に対して変えることにより、誘導電動機１２の極数が切換可能となる。すなわち、ステータ２２のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗが持っている起磁力調波次数成分に応じて、各ステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗに流す電流の駆動周波数を変えることにより、極数が切換可能となる。この理由について、次に詳しく説明する。なお、以下の説明では、図１から図４に示す要素と同一の要素には同一の符号を付して説明する。本実施の形態では、ステータ２２に回転磁界を発生させる起磁力の分布は、基本波、すなわち１次成分のみの正弦波分布とならず、高調波成分を含むものとなる。特に、本実施の形態のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗの配置構成を有する場合には、ステータ２２が発生する１状態における電気角に対する起磁力分布は、図５に示すようになる。図５において、ｐ．ｕは、無次元単位を表している（図６でも同様である）。そして、図６に示すように、起磁力を調波次数で分解すると、５次成分、７次成分、１次成分の順に起磁力振幅が大きくなる。このようなステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗの配置に起因して起磁力に生じる高調波成分は、空間高調波と呼ばれる。このため、１次成分の起磁力、すなわちステータ２２の起磁力波の１次成分に同期した周波数の電流をステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗに供給することにより、ステータ２２に回転磁界が発生し、この場合には、ステータ２２は、３６０度の電気角で２極となる。すなわち、ステータ２２は全周で４極を有するものとして機能する。
【００３３】
また、５次成分の起磁力、すなわちステータ２２の起磁力波の５次成分に同期した周波数の電流をステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗに供給することにより、ステータ２２に回転磁界が発生し、この場合には、ステータ２２は、３６０度の電気角で１０極となる。すなわち、ステータ２２は全周で２０極を有するものとして機能する。
【００３４】
また、７次成分の起磁力、すなわちステータ２２の起磁力波の７次成分に同期した周波数の電流をステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗに供給することにより、ステータ２２に回転磁界が発生し、この場合には、ステータ２２は、３６０度の電気角で１４極となる。すなわち、ステータ２２は全周で２８極を有するものとして機能する。
【００３５】
いずれにしても、ステータ２２の極数が、３６０度の電気角で２極と１０極と１４極とのいずれか１になることにより、ロータ２４の極数もステータ２２と同じ極数に変化し、かご形導電体３４に誘導電流が発生し、誘導電動機１２が駆動する。この場合、図７に示すように、例えば誘導電動機１２を同じ回転速度である、約２５回転／秒で回転させる場合に、ステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗに５０Ｈｚよりも少し高い周波数（例えば６０Ｈｚ）の電流を流すことにより、誘導電動機１２が３６０度の電気角で２極の極数、全体で４極を有するものとして駆動する。また、ステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗに２５０Ｈｚよりも少し高い周波数の電流を流すことにより、誘導電動機１２が３６０度の電気角で１０極の極数、全体で２０極を有するものとして駆動する。また、ステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗに３５０Ｈｚよりも少し高い周波数の電源電流を流すことにより、誘導電動機１２が３６０度の電気角で１４極の極数、全体で２８極を有するものとして駆動する。
【００３６】
また、３６０度の電気角において、２極で駆動するようにステータ２２に低い周波数の電流を入力する場合には、付加する電圧が低くてすみ、高速回転で良好な性能を確保しやすくなる。これに対して、３６０度の電気角において、１０極または１４極で駆動するようにステータ２２に高い周波数の電流を入力する場合には、図７からも明らかなように、低速回転時において大きいトルクで誘導電動機１２を駆動させることができる。なお、本実施の形態では、高速回転時にはステータ２２に入力する電圧Ｖと駆動周波数Ｆとの比であるＶ／Ｆが一定となるように制御するＶ／Ｆ一定制御を行う。これに対して、低速回転では、周波数の変更のみで誘導電動機１２の駆動を制御する。なお、図７に示す極数は、ステータ２２全体の極数を表している。
【００３７】
一方、３６０度の電気角において、１０極で駆動するようにステータ２２に電流を入力する場合には、２極及び４極で駆動するようにステータ２２に電流を入力する場合のいずれの場合とも異なり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗの順に交流電流を流した場合に、誘導電動機１２が逆方向に回転する。本実施の形態では、このような事情を考慮して、２極で駆動するようにステータ２２に電流を入力する場合と、４極で駆動するようにステータ２２に電流を入力する場合と、１０極で駆動するようにステータ２２に電流を入力する場合とのすべてで誘導電動機１２が正方向に回転するようにするため、誘導電動機極数切換システム１０に通電相順切り替え部１８を設けている。次に、これについて詳しく説明する。
【００３８】
図８は、ステータ２２の１次成分の起磁力成分の時間経過を、図９は、ステータ２２の５次成分の起磁力成分の時間経過を、図１０は、ステータ２２の７次成分の起磁力成分の時間経過を、それぞれ示している。また、図８から図１０では、いずれも、ステータ２２に流す電流をＵ相、Ｖ相、Ｗ相の順に入れる場合を表している。なお、一点鎖線は、すべての成分の合成後の実際に生じるステータ２２の起磁力波の時間経過を表している。図８から図１０に示すように、ステータ２２の１次成分及び７次成分の起磁力成分は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順にステータ２２に電流を流した場合に、正方向に回転する、すなわち図８、図１０の右方向に移行する。これに対して、ステータ２２の５次成分の起磁力成分は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順にステータ２２に電流を流した場合に、逆方向に回転する、すなわち図９の左方向に移行する。したがって、５次成分の起磁力成分を利用して誘導電動機１２を正方向に回転させる、すなわち、３６０度の電気角で１０極を有するものとして正方向に回転させる場合には、Ｕ相、Ｗ相、Ｖ相の順にステータ２２に電流を流す必要がある。一方、１次成分の起磁力成分を利用して誘導電動機１２を正方向に回転させる、すなわち、３６０度の電気角で２極を有するものとして正方向に回転させる場合と、７次成分の起磁力成分を利用して誘導電動機１２を正方向に回転させる、すなわち、３６０度の電気角で１４極を有するものとして正方向に回転させる場合との両方では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順に電流をステータ２２に流せばよい。
【００３９】
このため、図１、図２に戻って示すように、本実施の形態の誘導電動機極数切換システム１０では、通電相順切り替え部１８を設けて、誘導電動機１２のステータ２２（図３）に流す電流の周波数、または実現する極数の切り換えに応じて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順に電流を流すか、Ｕ相、Ｗ相、Ｖ相の順に電流を流すかを切り替えている。また、誘導電動機極数切換システム１０は、インバータ１６と、コントローラ２０と、誘導電動機１２の回転角度を検出可能なレゾルバ等の角度センサ４０とを設けている。コントローラ２０は、誘導電動機１２のロータ２４の回転速度を算出する回転速度算出部を有し、角度センサ４０からの検出信号がコントローラ２０に入力された場合に、回転速度算出部は、誘導電動機１２のロータ２４の回転角度から誘導電動機１２のロータ２４の回転速度を算出する。
【００４０】
また、コントローラ２０は、電流周波数切り替え制御部４２と、通電相順切り替え制御部４４とを有し、電流周波数切り替え制御部４２は、誘導電動機１２のロータ２４の回転速度が予め設定される所定速度ｖ１未満の低い回転速度の場合に、ステータ２２に流す電流の周波数が、誘導電動機１２が３６０度の電気角で、１０極または１４極で駆動する高い高周波数となるようにインバータ１６を制御する。すなわち、ステータ２２が生成する回転磁束の、起磁力調波次数成分のうち、起磁力振幅が１次成分の起磁力振幅よりも大となる起磁力調波次数成分である、５次成分または７次成分に応じた周波数となるように、各ステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗに流す電流の駆動周波数を、インバータ１６を制御することにより変える。また、電流周波数切り替え制御部４２は、誘導電動機１２の回転速度が所定速度ｖ１以上の高い回転速度の場合に、ステータ２２に流す電流の周波数が、誘導電動機１２が３６０度の電気角で、２極で駆動する、高周波数よりも低い低周波数となるように、インバータ１６を制御する。すなわち、ステータ２２が生成する回転磁束の１次成分に応じた周波数となるように、各ステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗに流す電流の駆動周波数を、インバータ１６を制御することにより変える。また、同じ駆動周波数であっても、ステータ２２に流す電流の大きさによって、誘導電動機１２の回転速度と、極数との関係が決定される。
【００４１】
このように電流周波数切り替え制御部４２は、各ステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗに流す電流の駆動周波数を、誘導電動機１２のロータ２４の回転速度に応じて複数の選択可能な選択周波数範囲のいずれか１に切り替える機能を有する。すなわち、電流周波数切り替え制御部４２は、各ステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗに流す電流の駆動周波数を、誘導電動機１２のロータ２４の回転速度が予め設定される所定速度よりも高い場合に、複数の選択周波数範囲のうち、低周波数に切り替え、誘導電動機１２のロータ２４の回転速度が予め設定される所定速度未満である場合に、複数の選択周波数範囲のうち、低周波数よりも高い高周波数に切り替える機能を有する。すなわち、電流周波数切り替え制御部４２は、各ステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗに流す電流の駆動周波数を、ステータ２２が生成する回転磁束の、起磁力調波次数成分のうち、起磁力振幅が１次成分の起磁力振幅よりも大となる起磁力調波次数成分、及び１次成分に応じた複数の選択周波数のいずれか１に切り替え可能な機能を有する。なお、図７は、全体で４極、２０極、２８極となる誘導電動機１２で同じ速度で回転させる場合を示したもので、誘導電動機１２の回転速度に応じて駆動周波数に対するトルク特性は変化する。
【００４２】
また、図２に戻り、通電相順切り替え部１８は、各ステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗ（図３、図４）に流す電流の通電相順を切り替え可能とし、インバータ１６（図１）から出力されるＲ相、Ｓ相、Ｔ相の３相交流電流が入力され、スイッチＳ１をオンとし、スイッチＳ２をオフとすることでＲ相、Ｓ相、Ｔ相の３相交流電流が、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相交流電流となるようにする。このため、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の順に交流電流が流れることにより、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順にステータ２２に電流が流れる。これに対して、スイッチＳ１をオフとし、スイッチＳ２をオンとすることで、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の３相交流電流が、それぞれＵ相、Ｗ相、Ｖ相の３相交流電流となる。このため、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の順に交流電流が流れることにより、Ｕ相、Ｗ相、Ｖ相の順にステータ２２に電流が流れる。
【００４３】
図１に示す通電相順切り替え制御部４４は、誘導電動機１２の回転速度が、３６０度の電気角で２極で駆動させる場合、または、１４極で駆動させる場合に対応する速度である場合に、図２に示すスイッチＳ１をオンとし、スイッチＳ２をオフとするように、すなわち、ステータ２２（図３）にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の順に電流が流れるように、通電相順切り替え部１８を制御する。
【００４４】
また、図１に示す通電相順切り替え制御部４４は、誘導電動機１２の回転速度が、３６０度の電気角で１０極で駆動させる場合に対応する速度である場合に、図２に示すスイッチＳ１をオフとし、スイッチＳ２をオンとするように、すなわち、ステータ２２（図３）にＵ相、Ｗ相、Ｖ相の順に電流が流れるように、通電相順切り替え部１８を制御する。このような構成により、誘導電動機１２が２極で駆動するようにステータ２２に電流を入力する場合と、誘導電動機１２が１０極で駆動するようにステータ２２に電流を入力する場合と、誘導電動機１２が１４極で駆動するようにステータ２２に電流を入力する場合とのすべてで、誘導電動機１２が正方向に回転する。また、誘導電動機１２のロータ２４の回転速度に応じて極数が切り換えられる。すなわち、ステータ２２が生成する回転磁束の、起磁力調波次数成分のうち、起磁力振幅が１次成分の起磁力振幅よりも大となる起磁力調波次数成分に応じて各ステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗに流す電流の駆動周波数を、１次成分に応じた駆動周波数に対して変えることにより、誘導電動機１２の極数が切換可能となる。
【００４５】
このような本実施の形態の誘導電動機１２によれば、ステータ２２が生成する回転磁束の、起磁力調波次数成分のうち、起磁力振幅が１次成分の起磁力振幅よりも大となる起磁力調波次数成分に応じて各ステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗに流す電流の駆動周波数を、１次成分に応じた駆動周波数に対して変えることにより、極数が切換可能となる。このため、電機子であるステータ２２の起磁力波形が１次成分を含む多くの空間的な調波次数成分を含むようになる。このため、ステータ２２の起磁力波の１次成分以外の次数の起磁力成分を利用することにより、同じステータ２２配置及び同じステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗの接続で異なる極で駆動する誘導電動機１２を実現でき、ステータ２２に流す電流の駆動周波数とステータ２２に流す電流の通電相順とを変えることにより、誘導電動機１２の極数を変えることができる。一方、ステータ２２と対向させるロータ２４として、かご形導体を備える誘導電動機用のロータ２４を用いることにより、ロータ２４の極数がステータ２２の起磁力波に起因して決定される極数に依存し、ステータ２２の起磁力により、ロータ２４に誘導電流が発生する。すなわち、ロータ２４の磁極は、磁石付ロータの場合と異なり、機械的に１に固定されるのではなく、ステータ２２の起磁力により変更される磁気的な柔軟性を持っている。このため、ステータ２２に流す電流の駆動周波数及び通電相順を変えることにより極数が変化する可変極数誘導電動機を実現できる。
【００４６】
このように、本実施の形態の誘導電動機１２によれば、誘導電動機１２の運転状態に応じて極数を変化させることを容易に行える。すなわち、駆動周波数を変えることで、低速運転時に極数を多くしたり、高速運転時に極数を少なくすることができ、低速運転で高トルクを発揮することと、高速運転で良好な性能を発揮することとの両立を図れる誘導電動機１２を実現でき、自由度の高い多機能な誘導電動機１２を実現できる。また、誘導電動機１２を構成するステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗ及び誘導電動機１２駆動用のインバータ１６のいずれも六相分設ける必要がなくなるため、コストが大幅に上昇することを防止できる。この結果、コストの大幅な上昇を招くことなく、低速運転で高トルクを発揮することと、高速運転で良好な性能を発揮することとの両立を図れる誘導電動機１２を実現できる。
【００４７】
また、ステータ２２は、３６０度の電気角におけるスロット３２数を１２とし、１０極の永久磁石付ロータを有する永久磁石型回転電機と、１４極の永久磁石付ロータを有する永久磁石型回転電機との両方に使用可能な永久磁石型回転電機用ステータと同じ集中巻巻線の配置構成を有する。このため、電機子であるステータ２２の起磁力波形が１次成分を含む多くの空間的な調波次数成分を含むようになる。このうち、調波次数が５次、７次、１次の順に起磁力振幅が大きくなる。このため、ステータ２２の起磁力波の５次成分を利用することにより、１０極で駆動する誘導電動機１２を実現でき、ステータ２２の起磁力波の７次成分を利用することにより、１４極で駆動する誘導電動機１２を実現できる。いずれにしても、２極で駆動する誘導電動機１２と１０極で駆動する誘導電動機１２と１４極で駆動する誘導電動機１２とを、同じステータ２２配置及び同じステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗの接続で実現でき、ステータ２２に流す電流の駆動周波数と、ステータ２２に流す電流の相の順である通電相順とを変えることにより、２極駆動と１０極駆動と１４極駆動とを変えることができる。なお、本実施の形態では、ステータ２２が生成する回転磁束の起磁力調波次数成分のうち、起磁力振幅が１次成分の起磁力振幅よりも大となる起磁力調波次数成分が、５次と７次との２つ存在する場合を説明した。ただし、本発明では、起磁力振幅が１次成分の起磁力振幅よりも大となる起磁力調波次数成分が１つのみ、または３つ以上存在する場合でも、駆動周波数を変えることにより極数の変換が可能となる。
［第２の発明の実施の形態］
【００４８】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。まず、本実施の形態の説明に先立って、図１１、図１２を用いて、本発明に係る誘導機において、ステータのスロット数に対する変換可能な極数の種類を説明する。図１１は、ステータのスロット数が９，１２，１８のいずれか１である場合の誘導機の変換可能な極数を示す図である。図１１において、黒で塗りつぶした部分が、電動機駆動が可能である、すなわちトルクの発生可能な電動機を実現できることを表している。また、斜格子で示す部分は、ステータのスロット数が９である場合のステータ巻線の配置を２つ並べた配置とすることで利用可能となることを表している。例えば、上記の図１から図１０に示した第１の実施の形態の場合と同様に、ステータ２２のスロット数が１２である場合には、３６０度の電気角において、２極と１０極と１４極とで駆動可能な誘導機を実現できる。この場合には、誘導機は、３６０度の電気角で、１０極の永久磁石付ロータを有する永久磁石型回転電機と、１４極の永久磁石付ロータを有する永久磁石型回転電機との両方に使用可能な永久磁石型回転電機用ステータと同じ集中巻巻線である、ステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗの配置構成を有する構成とする。
【００４９】
また、ステータのスロット数が９である場合には、３６０度の電気角において、２極と４極と８極と１０極とで駆動可能な誘導機を実現できる。この場合には、誘導機は、３６０度の電気角で、４極の永久磁石付ロータを有する永久磁石型回転電機と、８極の永久磁石付ロータを有する永久磁石型回転電機と、１０極の永久磁石付ロータを有する永久磁石型回転電機とのすべてに使用可能な永久磁石型回転電機用ステータと同じ集中巻巻線である、ステータ巻線の配置構成を有する構成とする。
【００５０】
また、ステータのスロット数が１８である場合には、３６０度の電気角において、２極と１０極と１４極と２２極とで駆動可能な誘導機を実現できる。この場合には、誘導機は、３６０度の電気角で、１０極の永久磁石付ロータを有する永久磁石型回転電機と、１４極の永久磁石付ロータを有する永久磁石型回転電機と、２２極の永久磁石付ロータを有する永久磁石型回転電機とのすべてに使用可能な永久磁石型回転電機用ステータと同じ集中巻巻線である、ステータ巻線の配置構成を有する構成とする。
【００５１】
また、図１２は、図１１と同様の図で、誘導機が駆動可能となる場合の、ロータの回転周波数を１としたときのステータへの通電電流の周波数の倍率と、通電相順とを示す図である。図１２において、×１、×２・・・等と記載した部分は、誘導機が駆動可能となる場合の、ロータの回転周波数を１としたときのステータへの通電電流の周波数の倍率を表している。また、図１２において、「ＵＶＷ」は、ロータの回転方向に対して、ステータにＵ、Ｖ、Ｗの順に電流を流す正方向の通電相順であることを表し、「ＵＷＶ」は、ロータの回転方向に対して、ステータにＵ、Ｗ、Ｖの順に電流を流す逆方向の通電相順であることを表している。また、斜線部分は、ステータのスロット数が９である場合のステータ巻線配置を２つ並べた配置とすることで利用可能となることを表している。
【００５２】
本実施の形態では、まず、ステータのスロット数が９である、極数切換が可能な誘導機を説明し、後述する第３の実施の形態及び第４の実施の形態では、ステータのスロット数が１８である、極数切換が可能な誘導機の２例を説明する。
【００５３】
図１３は、本実施の形態の誘導機である、誘導電動機を構成するステータの巻線配置を説明するための、図４と同様の図である。図１３に示すように、本実施の形態では、ステータ２２ａは、３６０度の電気角で９個のスロット３２を有し、ティース３０に集中巻で集中巻巻線であるステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗを巻装するとともに、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗを、それぞれの相のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗで、３個ずつ周方向に隣り合うように配置したものを１組とし、各組を周方向に隣り合わせて配置している。また、各組でステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗの巻方向を隣り合うもの同士で異ならせている。図１３で、ＣＷはステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗをティース３０に正方向に巻いていることを、ＣＣＷはステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗをティース３０に逆方向に巻いていることを表している（後述する図１４、図１５で同様とする）。また、隣り合う組で、隣り合うステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗ同士は、ティース３０に同じ正方向に巻いている。
【００５４】
このように構成するため、ステータ２２ａは、３６０度の電気角におけるスロット３２数を９とし、４極の永久磁石付ロータを有する永久磁石型回転電機と、８極の永久磁石付ロータを有する永久磁石型回転電機と、１０極の永久磁石付ロータを有する永久磁石型回転電機とのすべてに使用可能な永久磁石型回転電機用ステータと同じ集中巻巻線である、ステータ巻線の配置構成を有する。
【００５５】
また、図１２で示すように、本実施の形態の誘導電動機を２極で駆動する場合と、８極で駆動する場合との両方で、ステータ２２ａにＵ相、Ｖ相、Ｗ相の順に電流を流し、４極で駆動する場合と、１０極で駆動する場合との両方で、ステータ２２ａにＵ相、Ｗ相、Ｖ相の順に電流を流す。また、ステータ２２ａへの通電電流の周波数は、２極で駆動する場合を１とした場合に、４極で駆動する場合、８極で駆動する場合、１０極で駆動する場合は、それぞれ２倍、４倍、５倍の周波数とする。インバータ１６（図１参照）による通電電流の周波数の切り替え、及び、通電相順切り替え部１８（図１参照）による通電相順の切り替えは、コントローラ２０（図１参照）で制御する。
【００５６】
このような本実施の形態の誘導電動機によれば、電機子であるステータ２２ａの起磁力波形が１次成分を含む多くの空間的な調波次数成分を含むようになる。このうち、調波次数が４次、５次で起磁力振幅が大きくなる。このため、ステータ２２ａの起磁力波の４次成分を利用することにより、８極で駆動する誘導電動機を実現でき、ステータ２２ａの起磁力波の５次成分を利用することにより、１０極で駆動する誘導電動機を実現できる。いずれにしても、２極で駆動する誘導電動機と、８極で駆動する誘導電動機と１０極で駆動する誘導電動機とを、同じステータ２２ａの配置及び同じステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗの接続で実現でき、ステータ２２ａに流す電流の駆動周波数と、ステータ２２に流す電流の通電相順とを変えることにより、２極駆動と８極駆動と１０極駆動とを変えることができる。その他の構成及び作用については、上記の第１の実施の形態と同様であるため、同等部分には同一符号を付して重複する図示及び説明を省略する。
［第３の発明の実施の形態］
【００５７】
図１４は、本発明の第３の実施の形態の誘導機である、誘導電動機を構成するステータの巻線配置を説明するための、図４と同様の図である。図１４に示すように、本実施の形態では、ステータ２２ｂは、３６０度の電気角で１８個のスロット３２を有し、ティース３０に集中巻で集中巻巻線であるステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗを巻装するとともに、Ｕ相、Ｗ相、Ｖ相のステータ巻線２８ｕ，２８ｗ，２８ｖを、それぞれの相のステータ巻線２８ｕ，２８ｗ，２８ｖで、３個ずつ周方向に隣り合うように配置したものを１組とし、各組を周方向に隣り合わせて配置している。また、各組の隣り合うステータ巻線２８ｕ，２８ｗ，２８ｖ同士で巻方向を互いに異ならせている。また、隣り合う組の隣り合うステータ巻線２８ｕ，２８ｗ，２８ｖ同士も、巻方向を互いに異ならせている。
【００５８】
このように構成するため、ステータ２２ｂは、３６０度の電気角におけるスロット３２数を１８とし、１０極の永久磁石付ロータを有する永久磁石型回転電機と、１４極の永久磁石付ロータを有する永久磁石型回転電機と、２２極の永久磁石付ロータを有する永久磁石型回転電機とのすべてに使用可能な永久磁石型回転電機用ステータと同じ集中巻巻線である、ステータ巻線の配置構成を有する。
【００５９】
また、上記の図１２で示すように、本実施の形態の誘導電動機を２極で駆動する場合と、１４極で駆動する場合との両方で、ステータ２２ｂにＵ相、Ｖ相、Ｗ相の順に電流を流し、１０極で駆動する場合と、２２極で駆動する場合との両方で、ステータ２２ｂにＵ相、Ｗ相、Ｖ相の順に電流を流す。また、ステータ２２ｂへの通電電流の周波数は、２極で駆動する場合を１とした場合に、１０極で駆動する場合、１４極で駆動する場合、２２極で駆動する場合は、それぞれ５倍、７倍、１１倍の周波数とする。インバータ１６（図１参照）による通電電流の周波数の切り替え、及び、通電相順切り替え部１８（図１参照）による通電相順の切り替えは、コントローラ２０（図１参照）で制御する。
【００６０】
このような本実施の形態の誘導電動機によれば、電機子であるステータ２２ｂの起磁力波形が１次成分を含む多くの空間的な調波次数成分を含むようになる。このうち、調波次数が５次、７次、１１次で起磁力振幅が大きくなる。このため、ステータ２２ｂの起磁力波の５次成分を利用することにより、１０極で駆動する誘導電動機を実現でき、ステータ２２ｂの起磁力波の７次成分を利用することにより、１４極で駆動する誘導電動機を実現でき、ステータ２２ｂの起磁力波の１１次成分を利用することにより、２２極で駆動する誘導電動機を実現できる。いずれにしても、２極で駆動する誘導電動機と１０極で駆動する誘導電動機と１４極で駆動する誘導電動機と２２極で駆動する誘導電動機とを、同じステータ２２ｂの配置及び同じステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗの接続で実現でき、ステータ２２ｂに流す電流の駆動周波数と、ステータ２２ｂに流す電流の通電相順とを変えることにより、２極駆動と１０極駆動と１４極駆動と２２極駆動とを変えることができる。その他の構成及び作用については、上記の図１から図１０に示した第１の実施の形態と同様であるため、同等部分には同一符号を付して重複する図示及び説明を省略する。
［第４の発明の実施の形態］
【００６１】
図１５は、本発明の第４の実施の形態の誘導機である、誘導電動機を構成するステータの巻線配置を説明するための、図４と同様の図である。図１５に示すように、本実施の形態では、ステータ２２ｃは、３６０度の電気角で１８個のスロット３２を有し、ティース３０に集中巻で集中巻巻線であるステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗを巻装するとともに、Ｕ相、Ｗ相、Ｖ相のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗを、それぞれの相のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗで、２個ずつ周方向に隣り合うように配置したものを１組とし、各組を周方向に隣り合わせて配置したもので、隣り合う組同士の間に、隣り合う組の両方とは異なる相のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗを１個ずつ配置している。また、各組のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗ同士で巻方向を互いに異ならせている。また、隣り合うように配置した全部相が異なる３個のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗ同士で、すべての巻線の巻き方向を一致させている。
【００６２】
このように構成するため、ステータ２２ｃは、３６０度の電気角におけるスロット３２数を１８とし、１０極の永久磁石付ロータを有する永久磁石型回転電機と、１４極の永久磁石付ロータを有する永久磁石型回転電機と、２２極の永久磁石付ロータを有する永久磁石型回転電機とのすべてに使用可能な永久磁石型回転電機用ステータと同じ集中巻巻線である、ステータ巻線の配置構成を有する。
【００６３】
その他の構成及び作用は、上記の図１４に示した第３の実施の形態と同様である。なお、本実施の形態では、上記の第３の実施の形態の場合に対して、ステータ２２ｃに生成される起磁力波の振幅が高い、高振幅調波次数は同じとなるが、それぞれの高振幅調波次数の起磁力成分の振幅及び位相は異なる。
【００６４】
また、図１６は、上記の各実施の形態の場合を含む、ステータのスロット数に対応する、誘導機の変換可能な極数を示す図である。図１６において、黒で塗りつぶした部分が、電動機駆動が可能である、すなわちトルクの発生可能な電動機を実現できることを表している。また、斜線で示す部分は、電動機駆動が可能であるが、トルクの発生効率は高くないことを表している。例えば、ステータのスロット数が１５である場合には、３６０度の電気角において、１４極と１６極とで駆動可能な誘導機を実現できる。この場合には、誘導機は、３６０度の電気角で、１４極の永久磁石付ロータを有する永久磁石型回転電機と、１６極の永久磁石付ロータを有する永久磁石型回転電機との両方に使用可能な永久磁石型回転電機用ステータと同じ集中巻巻線である、ステータ巻線の配置構成を有する構成とする。ステータにおいて、３６０度の電気角におけるスロット数が２１，２４，２７，３０，３３，３６のいずれか１である場合も同様に、誘導機を構成するステータは、異なる極数の永久磁石付ロータを有する異なる永久磁石型回転電機に使用可能な永久磁石型回転電機用ステータと同じ集中巻巻線である、ステータ巻線の配置構成を有する構成とし、ステータに誘導機用のロータを対向させる。すなわち、本発明からは外れる構成である、永久磁石を利用した電動機では、図１６に示す極数を有する永久磁石付きロータと、図１６に示すスロット数を有するステータとを組み合わせることにより構成するが、本発明に係る誘導機は、このようなステータを、誘導機用のロータと組み合わせることにより構成する。
【００６５】
なお、上記の各実施の形態において、誘導電動機１２を構成するロータ２４は、かご形導電体３４を有するものに限定するものではない。例えば、ロータ２４として、周方向複数個所に軸方向に貫通する孔部を有する板状導電体や、板状導電体を複数枚積層したものや、これらの板状導電体の孔部内に磁性材製のコア部を配置した構成を使用することもできる。なお、本発明に係る誘導機は、上記の各実施の形態のような誘導電動機１２として使用するものに限定するものではなく、発電機として使用するものでも実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１の実施形態の誘導機極数切換システムを示す略構成図である。
【図２】図１に示す通電相順切り替え部の構成を詳しく示す図である。
【図３】第１の実施の形態の誘導機を構成するステータとロータとを取り出して示す半部略断面図である。
【図４】図１に示すステータの巻線配置を説明するための、ステータの周方向を横方向に展開して示す略図である。
【図５】第１の実施の形態において、ステータの起磁力波形の１状態における電気角と起磁力との関係を示す図である。
【図６】第１の実施の形態において、ステータの起磁力振幅を調波次数で分解して示す図である。
【図７】第１の実施の形態において、ステータ巻線に流す電流の入力周波数である、駆動周波数に対するトルク特性を示す図である。
【図８】第１の実施の形態において、ステータの１次成分の起磁力波形の時間変化を、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順に交流電流を流す場合で示す図である。
【図９】第１の実施の形態において、ステータの５次成分の起磁力波形の時間変化を、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順に交流電流を流す場合で示す図である。
【図１０】第１の実施の形態において、ステータの７次成分の起磁力波形の時間変化を、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順に交流電流を流す場合で示す図である。
【図１１】ステータのスロット数が９，１２，１８のいずれか１である場合の誘導機の変換可能な極数を示す図である。
【図１２】図１１と同様の図で、誘導機が駆動可能となる場合の、ロータの回転周波数を１としたときのステータへの通電電流の周波数の倍率と、通電相順とを示す図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態の誘導機を構成するステータの巻線配置を説明するための、図４と同様の図である。
【図１４】本発明の第３の実施の形態の誘導機を構成するステータの巻線配置を説明するための、図４と同様の図である。
【図１５】本発明の第４の実施の形態の誘導機を構成するステータの巻線配置を説明するための、図４と同様の図である。
【図１６】ステータのスロット数に対応する、誘導機の変換可能な極数を示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０  誘導機極数切換システム、１２  誘導電動機、１４  二次電池、１６  インバータ、１８  通電相順切り替え部、２０  コントローラ、２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ  ステータ、２４  ロータ、２６  ステータコア、２８  ステータ巻線、３０  ティース、３２  スロット、３４  かご形導電体、３６  ロータコア、３８  柱部、４０  角度センサ、４２  電流周波数切り替え制御部、４４  通電相順切り替え制御部。
【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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