(57)【要約】【課題】損失を抑えつつ、トルクの低下を抑えることが可能な多相集中巻かご形誘導機を提供することを目的とする。【解決手段】固定子２に複数設けられる各ティース３にそれぞれコイル４が集中巻され、回転子５周囲内側に複数の２次導体６が設けられる多相集中巻かご形誘導機１において、コイル４に流れる電流の相数を４又は５とする。【選択図】図１
2010011674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のティースが設けられ、それらのティースにそれぞれコイルが集中巻される固定子と、
かご形回転子と、
を備え、
前記コイルに流れる電流の相数は、４又は５である
ことを特徴とする多相集中巻かご形誘導機。
【請求項２】
請求項１に記載の多相集中巻かご形誘導機であって、
前記コイルに流れる電流の相数は、５である
ことを特徴とする多相集中巻かご形誘導機。
【請求項３】
請求項２に記載の多相集中巻かご形誘導機であって、
前記固定子と前記回転子との空隙長は、前記コイルに流れる電流の相数の逆比の長さである
ことを特徴とする多相集中巻かご形誘導機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多相集中巻かご形誘導機に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７は、従来の多相集中巻かご形誘導機における回転軸に対して垂直方向の断面図である。
図７に示す多相集中巻かご形誘導機７０は、固定子７１に複数設けられる各ティース７２にそれぞれコイル７３が集中巻され、回転子７４周囲内側に複数の２次導体７５が設けられている。
【０００３】
このように構成される多相集中巻かご形誘導機７０では、コイル７３が集中巻されているため、コイルが固定子の各スロットに分布巻される多相分布巻かご形誘導機に比べて、コイル７３の占積率や量産性を高くすることができる。また、多相集中巻かご形誘導機７０は、固定子７１のコイルエンドを低くすることができるので、小型化することができるという効果もある。
【０００４】
しかしながら、多相集中巻かご形誘導機７０は、コイル７３が集中巻されているため、コイル７３により発生する起磁力の波形に多くの高調波成分が含まれてしまう。例えば、コイル７３に流れる電流の相数を３にする場合、起磁力波形に含まれる２次高調波が１次高調波（基本波）の１／２に達してしまい、多相集中巻かご形誘導機７０は、各コイル７３による磁束が２次導体７５と鎖交するため損失（２次銅損）が大きいという問題もある。
【０００５】
そこで、例えば、コイル７３に流れる電流の相数を６にして、高調波起磁力を低下させて、損失を抑えるものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−２７１１８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述したように、コイル７３に流れる電流の相数を６にする場合は、相あたりの起磁力が分散され起磁力波形の波高値が低下し、トルクが低下してしまうという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明では、損失を抑えつつ、トルクの低下を抑えることが可能な多相集中巻かご形誘導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】
【０００８】
上記の課題を解決するために本発明では、以下のような構成を採用した。
すなわち、本発明の多相集中巻かご形誘導機は、複数のティースが設けられ、それらのティースにそれぞれコイルが集中巻される固定子と、かご形回転子とを備え、前記コイルに流れる電流の相数を４又は５とする。
【０００９】
これにより、コイルに流れる電流の相数を３にするものに比べて、相あたりの起磁力を低下させることができ損失を抑えることができる。また、コイルに流れる電流の相数を６にするものに比べて、相あたりの起磁力が分散されずトルクの低下を抑えることができる。
【００１０】
また、前記コイルに流れる電流の相数を５としてもよい。
これにより、コイルに流れる電流の相数を４にする場合に比べて、高調波起磁力をさらに低下させることができ、より損失を抑えることができる。
【００１１】
また、前記固定子と前記回転子との空隙長は、前記コイルに流れる電流の相数の逆比の長さとしてもよい。
これにより、固定子と回転子との空隙長をコイルに流れる電流の相数に応じて変えない場合に比べてトルクの低下を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、多相集中巻かご形誘導機において、損失を抑えつつ、トルクの低下を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
図１（ａ）は、本発明の実施形態の多相集中巻かご形誘導機における回転軸に対して垂直方向の断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す構成において回転子がない状態を示す図である。
【００１４】
図１（ａ）に示す多相集中巻かご形誘導機１は、例えば、ハイブリットカーのメインモータとして利用されるものであって、複数のティース３が設けられ、それらティース３にそれぞれコイル４が集中巻される固定子２と、周囲内側に複数の２次導体６が設けられるかご形回転子５とを備えて構成されている。
【００１５】
本実施形態の多相集中巻かご形誘導機１の特徴とする点は、コイル４に互いに位相が異なる４相又は５相の電流が流れている点である。
図２（ａ）は、３相の電流が流れるコイル４により生じる起磁力の波形（起磁力の空間分布）を示す図であり、図２（ｂ）は、５相の電流が流れるコイル４により生じる起磁力の波形を示す図である。
【００１６】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、相数を変えることにより、起磁力の波形が変わる。すなわち、上述したように、コイル４に流れる電流の相数を変えることにより起磁力が変わる。
【００１７】
図３は、３、４、５、６、８相において、それぞれ、起磁力波形に対してフーリエ解析を行った結果を示す図である。なお、３、４、５、６、８相において、固定子２と回転子５との空隙長はそれぞれ一定に保たれているものとする。
【００１８】
図３に示すように、１次高調波（基本波）成分が相数の増加に伴って低下している。また、３相では、２次高調波（２倍調波）成分が１次高調波成分の１／２に達しており、４次高調波（４倍調波）成分や５次高調波（５倍調波）成分においても、１次高調波成分の１／４、１／６に達している。また、６相の１次高調波成分は、３相の１次高調波成分の１／２弱しか得られていない。
【００１９】
ところで、固定子２と回転子５との空隙長が一定に保たれている場合は、起磁力波形のフーリエ解析結果をそのまま磁束密度波形のフーリエ解析結果にそのまま置き換えることができる。
【００２０】
また、多相集中巻かご形誘導機１のトルクは、（磁束密度波形のフーリエ解析結果の１次高調波成分）２（「式１」）により求めることができるため、この「式１」と図３によ
り各相にそれぞれ対応するトルクを求めることができる。
【００２１】
図４（ａ）は、３、４、５、６、８相にそれぞれ対応するトルクを示す図である。
上述したように、１次高調波成分が相数の増加に伴って低下するため、上記「式１」により、トルクも相数の増加に伴って低下する。すなわち、上述したように、相数の増加に伴って相あたりの起磁力が分散してトルクが低下する。
【００２２】
また、損失（２次銅損）は、（磁束密度波形のフーリエ解析結果のｎ次高調波成分）２×√ｎ（「式２」）を高調波成分の次数毎に計算し、それら計算結果を相毎に合計することにより求めることができるため、この「式２」と図２とにより各相にそれぞれ対応する損失を求めることができる。なお、「式２」において√ｎは、表皮効果による抵抗増加を模擬したものとする。
【００２３】
図４（ｂ）は、３、４、５、６、８相にそれぞれ対応する損失を示す図であり、図４（ｃ）は、３、４、５、６、８相にそれぞれ対応する損失／トルクを示す図である。
図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように、損失や損失／トルクも相数の増加に伴って低下する。
【００２４】
そのため、本実施形態の多相集中巻かご形誘導機１では、３相よりも損失や損失／トルクが小さく、６相よりもトルクが大きいコイル４に流れる電流の相数として、４又は５が選定されている。すなわち、本実施形態の多相集中巻かご形誘導機１によれば、コイル４に流れる電流の相数を３にするものに比べて損失を抑えつつ、コイル４に流れる電流の相数を６にするものに比べてトルクの低下を抑えることができる。
【００２５】
なお、上記実施形態では、固定子２と回転子５との空隙長を一定にしているが、固定子２と回転子５との空隙長を、相数の増加に伴い相数の逆比で小さくしていくように構成してもよい。
【００２６】
図５（ａ）は、固定子２と回転子５との空隙長を、相数の増加に伴い相数の逆比で小さくしたときの３、４、５、６、８相にそれぞれ対応するトルクを示す図であり、図５（ｂ）は、固定子２と回転子５との空隙長を、相数の増加に伴い相数の逆比で小さくしたときの３、４、５、６、８相にそれぞれ対応する損失を示す図であり、図５（ｃ）は、固定子２と回転子５との空隙長を、相数の増加に伴い相数の逆比で小さくしたときの３、４、５、６、８相にそれぞれ対応する損失／トルクを示す図である。例えば、固定子２と回転子５との空隙長を、相数の増加に伴い相数の逆比で小さくしたときの起磁力の波形のフーリエ解析結果は、図３に示す解析結果を、対応する相数倍したものとする。
【００２７】
このように構成した場合は、相数が増加しても磁場を低下させないようにすることができるため、固定子２と回転子５との空隙長を相数に応じて変えない場合に比べてトルクを低下させないようにすることができる。
【００２８】
また、図５（ａ）に示すように、５相に対応するトルクは、３相に対応するトルクよりもあまり低下していない。また、図５（ｃ）に示すように、損失／トルクが相数の増加に伴い低下している。そのため、コイル４に流れる電流の相数として５を選定することにより、トルクをあまり低下させることなく、損失／トルクが小さい多相集中巻かご形誘導機１を実現させることができる。
【００２９】
図６は、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示す各計算結果又は図５（ａ）〜図５（ｃ）に示す各計算結果の算出工程を示すフローチャートである。
まず、時間ｔがゼロのときのコイル４に流れる電流（相電流）を設定する。例えば、コ
イル４に流れる電流の最大瞬間値として１を設定する（ステップＳ１）。
【００３０】
次に、コイル４により発生する起磁力の波形をフーリエ解析する（ステップＳ２）。
次に、固定子２と回転子５との空隙長を、相数の増加に伴い相数の逆比に応じて小さくするか否かを決める（ステップＳ３）。
【００３１】
固定子２と回転子５との空隙長を、相数の増加に伴い相数の逆比に応じて小さくしない場合（ステップＳ３がＮｏ）、ステップＳ２の解析結果を、磁束密度波形のフーリエ解析後の結果とする（ステップＳ４）。例えば、図３に示すフーリエ解析結果を、磁束密度の波形に対してフーリエ解析したものとする。
【００３２】
一方、固定子２と回転子５との空隙長を、相数の増加に伴い相数の逆比で小さくする場合（ステップＳ３がＹｅｓ）、ステップＳ２のフーリエ解析結果の各値が、対応する相数倍したものを、磁束密度波形のフーリエ解析後の結果とする（ステップＳ５）。
【００３３】
次に、ステップＳ４又はステップＳ５において得た解析結果に基づいて、トルクを計算する（ステップＳ６）。
そして、ステップＳ４又はステップＳ５において得た解析結果に基づいて、損失を計算する（ステップＳ７）。
【００３４】
なお、本実施形態の多相集中巻かご形誘導機１は、損失を低減することが可能なことから加工機械などに使用されるビルドインモータとして利用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態の多相集中巻かご形誘導機を示す図である。
【図２】起磁力波形を示す図である。
【図３】３、４、５、６、８相において、それぞれ、起磁力波形に対してフーリエ解析を行った結果を示す図である。
【図４】トルク、損失、損失／トルクを示す図である。
【図５】固定子と回転子との空隙長を、相数の増加に伴い相数の逆比で小さくしたときのトルク、損失、損失／トルクを示す図である。
【図６】トルク及び損失の算出工程を示すフローチャートである。
【図７】従来の多相集中巻かご形誘導機を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  多相集中巻かご形誘導機
２  固定子
３  ティース
４  コイル
５  かご形回転子
６  ２次導体
７０  多相集中巻かご形誘導機
７１  固定子
７２  ティース
７３  コイル
７４  回転子
７５  ２次導体
【図６】
2010011674.tif 000003
【図７】
2010011674.tif 000004
【図１】
2010011674.tif 000005
【図２】
2010011674.tif 000006
【図３】
2010011674.tif 000007
【図４】
2010011674.tif 000008
【図５】
2010011674.tif 000009