(57)【要約】  この発明は、一部のコイル部の導線のターン数または線径を変えた場合に、局所的な発熱の増大を抑制できる回転電機を得る。  この回転電機の電機子巻線では、直列コイル部群の内、二つのコイル部間の電気角位相差が最も大きいものをθmとおき、電気角位相差が最も大きいコイル部の内の一方の電気角位相差をθ1＝０°とし、θ1のコイル部に対する残りのコイル部の電気角各位相差をそれぞれ小さいものから順に、θ2，・・・，θmとした場合に、θ1＜θk＜θm（ｋ＝２，３，・・・，ｍ−１）を満たすθkの電気角位相差を有するコイル部の導線のターン数は、θ1，θmのコイル部の導線のターン数と異なり、かつθkのコイル部の固定子鉄心の周方向の両側に隣接するコイル部の導線のターン数とも異なり、またθkのコイル部の相は、θkのコイル部の周方向の両側に隣接するそれぞれのコイル部の相と異なる。
2017073092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環状のコアバックから周方向に間隔を空けて径内側方向に延びた複数のティースにより複数のスロットが形成された固定子鉄心、この固定子鉄心の前記ティースに巻装された複数のコイル部を有する電機子巻線を含む固定子と、
この固定子の内側に磁気的空隙部を介して設けられ回転軸を中心に回転する回転子と、を備え、
前記電機子巻線では、前記コイル部のうち同相のコイル部の数がｎ個（ｎ≧３）であって、ｍ個（ｍ≦ｎ）の直列接続された同相の前記コイル部からなる直列コイル部群の内、二つの前記コイル部間の電気角位相差が最も大きいものをθmとおき、電気角位相差が最も大きい前記コイル部の内の一方の電気角位相差をθ1＝０°とし、電気角位相差が前記θ1の前記コイル部に対する残りの前記コイル部の電気角各位相差をそれぞれ小さいものから順に、θ2，θ3，・・・，θmとした場合において、
θ1＜θk＜θm（ｋ＝２，３，・・・，ｍ−１）を満たすθkの電気角位相差を有する前記コイル部の導線のターン数は、電気角位相差がθ1，θmの前記コイル部の導線のターン数と異なり、かつ電気角位相差が前記θkの前記コイル部の前記固定子鉄心の周方向の両側に隣接する前記コイル部の導線のターン数とも異なり、さらに、電気角位相差が前記θkの前記コイル部の相は、電気角位相差が前記θkの前記コイル部の前記周方向の両側に隣接するそれぞれの前記コイル部の相と異なる、
または、
θ1＜θk＜θm（ｋ＝２，３，・・・，ｍ−１）を満たすθkの電気角位相差を有する前記コイル部の導線の線径は、電気角位相差がθ1，θmの前記コイル部の導線の線径と異なり、かつ電気角位相差が前記θkの前記コイル部の前記固定子鉄心の周方向の両側に隣接する前記コイル部の導線の線径とも異なり、さらに、電気角位相差が前記θkの前記コイル部の相は、電気角位相差が前記θkの前記コイル部の前記周方向の両側に隣接するそれぞれの前記コイル部の相と異なる回転電機。
【請求項２】
電気角位相差が前記θkの前記コイル部の線径は、同じ前記直列コイル部群の他の前記コイル部と異なる請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
Ｌを２以上の整数としたとき、各前記コイル部の相とターン数の配置が、前記回転軸の中心に機械角でＬ回回転対称である請求項１又は請求項２記載の回転電機。
【請求項４】
前記直列コイル部群は、並列回路を構成し、前記並列回路の並列数が前記Ｌである請求項３に記載の回転電機。
【請求項５】
電気角位相差が前記θkの前記コイル部が巻装された前記ティースの前記周方向の幅は、他の前記ティースの前記周方向の幅より大きい請求項１〜４の何れか１項に記載の回転電機。
【請求項６】
電気角位相差が前記θkの前記コイル部が収納された前記スロットの周方向の幅は、他の前記スロットの前記周方向の幅より大きい請求項１〜５の何れか１項に記載の回転電機。
【請求項７】
ｙを自然数とし、(１８±４)ｙ極、１８ｙスロットで構成されている請求項１〜６の何れか１項に記載の回転電機。
【請求項８】
直列コイル部群は、並列回路を構成し、各前記直列コイル部群は、同じ電気角位相差の前記コイル部同士の線径が等しい請求項１〜７の何れか１項に記載の回転電機。
【請求項９】
前記直列コイル部群を構成するｍ個（ｍ≦ｎ）の前記コイル部の内、電気角位相差が前記θkの前記コイル部のターン数を分子とし、残りの前記コイル部のターン数を分母として求めた比率をターン数比率と定義したとき、ターン数比率が１.０より大きく２.０以下である請求項７に記載の回転電機。
【請求項１０】
前記固定子鉄心の前記ティースの前記回転子側の先端部は、前記周方向の両隣の前記ティースの先端部と連結している請求項１〜９の何れか１項に記載の回転電機。
【請求項１１】
前記回転電機は、電動機であり、
前記電機子巻線は、第１の電機子巻線部と第２の電機子巻線部とから構成され、前記第１の電機子巻線部及び前記第２の電機子巻線部は、それぞれ個別のインバータに接続されている請求項１〜１０の何れか１項に記載の回転電機。
【請求項１２】
前記電動機は、電動パワーステアリング装置に搭載される請求項１１に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転電機の構造に関するものであり、例えば車両用の電動パワーステアリング装置等に用いられる回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、固定子鉄心に形成された複数のスロットに納められ複数のティースに導線を集中して巻回されたコイル部からなる電機子巻線に３相の電流をインバータから供給する電動機において、隣接するティースのコイル部の導線のターン数を異ならせることで、スロットに対するコイル部の占積率を向上させる電動機が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。【０００３】
また、上記特許文献１、上記特許文献２では、回転子の界磁極の数を１２ｎ±２ｎ(ｎは自然数)個、スロット数を１２ｎ個とすることを特徴とする回転電機、ならびに回転子の界磁極の数を１８ｎ±２ｎ(ｎは自然数)個、スロット数を１８ｎ個とすることを特徴とする電動機が開示されており、電動機の低振動、低騒音化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−６８４９７号公報
【特許文献２】特開２００９−２１３２５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１、特許文献２に記載されているように、回転子の界磁極の数を１２ｎ±２ｎ(ｎは自然数)個、スロット数を１２ｎ個とすることを特徴とする電動機、並びに電動機の界磁極の数を１８ｎ±２ｎ(ｎは自然数)個、スロット数を１８ｎ個とすることを特徴とする電動機においては、少なくとも一つの同相のコイル部が周方向において隣接する構造となる。
その結果、導線のターン数が大きいコイル部、すなわち多巻コイル部と隣接するコイル部が同相となり、局所的に発熱が集中する。
例えば、車両用の電動パワーステアリング装置に用いられる電動機においては、一般的にバッテリー電圧が１２Ｖ程度と小さく、出力を高めるために電流を増加させる必要があるため、ターン数が少なく、径が大きい導線を用いてコイル部を形成する。
このとき、電動パワーステアリングのハンドル操作時にハンドル位置が一定位置に保持され、３相の電流が変動せず固定された場合などに、同相のコイル部が隣接する同相のコイル部との間で局所的な発熱が増大するという課題があった。【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、一部のコイル部の導線のターン数または線径を変えた場合に、局所的な発熱の増大を抑制できる回転電機を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る回転電機は、円環状のコアバックから周方向に間隔を空けて径内側方向に延びた複数のティースにより複数のスロットが形成された固定子鉄心、この固定子鉄心の前記ティースに巻装された複数のコイル部を有する電機子巻線を含む固定子と、
この固定子の内側に磁気的空隙部を介して設けられ回転軸を中心に回転する回転子と、を備え、
前記電機子巻線では、前記コイル部のうち同相のコイル部の数がｎ個（ｎ≧３）であって、ｍ個（ｍ≦ｎ）の直列接続された同相の前記コイル部からなる直列コイル部群の内、二つの前記コイル部間の電気角位相差が最も大きいものをθmとおき、電気角位相差が最も大きい前記コイル部の内の一方の電気角位相差をθ1＝０°とし、電気角位相差が前記θ1の前記コイル部に対する残りの前記コイル部の電気角各位相差をそれぞれ小さいものから順に、θ2，θ3・・・・θmとした場合において、
θ1＜θk＜θm（ｋ＝２，３，・・・，ｍ−１）を満たすθkの電気角位相差を有する前記コイル部の導線のターン数は、電気角位相差がθ1,θmの前記コイル部の導線のターン数と異なり、かつ電気角位相差が前記θkの前記コイル部の前記固定子鉄心の周方向の両側に隣接する前記コイル部の導線のターン数とも異なり、さらに、電気角位相差が前記θkの前記コイル部の相は、電気角位相差が前記θkの前記コイル部の前記周方向の両側に隣接するそれぞれの前記コイル部の相と異なる、
または、
θ1＜θk＜θm（ｋ＝２，３，・・・，ｍ−１）を満たすθkの電気角位相差を有する前記コイル部の導線の線径は、電気角位相差がθ1，θmの前記コイル部の導線の線径と異なり、かつ電気角位相差が前記θkの前記コイル部の前記固定子鉄心の周方向の両側に隣接する前記コイル部の導線の線径とも異なり、さらに、電気角位相差が前記θkの前記コイル部の相は、電気角位相差が前記θkの前記コイル部の前記周方向の両側に隣接するそれぞれの前記コイル部の相と異なる。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る回転電機によれば、一部のコイル部の導線のターン数または線径を変えた場合に、特定のコイル部における局所的な発熱の増大を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１の電動機が搭載された車両用の電動パワーステアリング装置を示す構成図である。
【図２】図１の電動駆動装置を示す断面図である。
【図３】図２の電動機を示す正断面図である。
【図４】図３の電動機の電機子巻線がΔ結線されたときの結線図である。
【図５】図３の電動機の電機子巻線がＹ結線されたときの結線図である。
【図６】図４の変形例を示す結線図である。
【図７】図５の変形例を示す結線図である。
【図８】実施の形態１の電動機の変形例を示す正断面図である。
【図９】実施の形態１の電動機の他の変形例を示す正断面図である。
【図１０】実施の形態１の電動機のさらに他の変形例を示す正断面図である。
【図１１】実施の形態１の電動機のさらに他の変形例を示す正断面図である。
【図１２】図１１の固定子鉄心の部分斜視図である。
【図１３】図１のインバータを示す回路図である。
【図１４】第１の参考例の電動機を示す正断面図である。
【図１５】図１４の固定子鉄心の組立手順を説明する図である。
【図１６】第２の参考例の電動機を示す正断面図である。
【図１７Ａ】実施の形態１の電動機の直列コイル部群の起磁力ベクトルを示す図である。
【図１７Ｂ】第１の参考例の電動機の直列コイル部群の起磁力ベクトルを示す図である。
【図１８Ａ】実施の形態１の電動機の直列コイル部群の起磁力ベクトルを示す図である。
【図１８Ｂ】導線の総ターン数が実施の形態１の電動機と等しい電動機の直列コイル部群の起磁力ベクトルを示す図である。
【図１９Ａ】実施の形態１の電動機の直列コイル部群の合成起磁力ベクトルを示す図である。
【図１９Ｂ】導線の総ターン数が実施の形態１の電動機と等しい電動機の直列コイル部群の合成起磁力ベクトルを示す図である。
【図２０】図３の固定子のティースの機械角位相を示す図である。
【図２１】実施の形態１の電動機の変形例の固定子のティースの機械角位相を示す図である。
【図２２】図２１の電動機の電機子巻線がΔ結線されたときの結線図である。
【図２３】図２１の電動機の電機子巻線がＹ結線されたときの結線図である。
【図２４】図２２及び図２３に示した電機子巻線におけるＵ相の直列コイル部群の各コイル部の電気角位相のベクトル図である。
【図２５】実施の形態１の電動機の他の変形例の固定子のティースの機械角位相を示す図である。
【図２６】図２５の電動機の電機子巻線がΔ結線されたときの結線図である。
【図２７】図２５の電動機の電機子巻線がＹ結線されたときの結線図である。
【図２８】図２６及び図２７で示した結線方法における第１の電機子巻線部のＵ相を構成するコイル部の電気角位相のベクトル図である。
【図２９】実施の形態１の電動機の別の変形例を示す正断面図である。
【図３０】実施の形態１の電動機の電磁加振力を示す棒グラフである。
【図３１】実施の形態１の電動機の別の変形例を示す正断面図である。
【図３２】図３の固定子鉄心を示す正断面図である。
【図３３】実施の形態１の電動機におけるターン数を変化させた際のターン数比率を示す図である。
【図３４】実施の形態１の電動機におけるターン数を変化させた際のターン数比率に対する平均トルクとトルクリプルの変化を示す折れ線グラフである。
【図３５】実施の形態２の電動機を示す正断面図である。
【図３６】実施の形態３の電動機を示す正断面図である。
【図３７】実施の形態３の変形例を示す正断面図である。
【図３８】実施の形態４の電動機を示す正断面図である。
【図３９】実施の形態５の電動機を示す正断面図である。
【図４０】実施の形態６の電動機を示す正断面図である。
【図４１】実施の形態６の電動機の変形例を示す正断面図である。
【図４２】実施の形態７の電動機及びＥＣＵの回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明の各実施の形態の電動機について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当部材、部位については、同一符号を付して説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１の電動機７が搭載された自動車の電動パワーステアリング装置１を示す構成図、図２は、図１の電動駆動装置１３を示す断面図である。
この電動パワーステアリング装置は、回転電機である電動機７と、この電動機７と一体のＥＣＵ(Electric Control Unit)６とからなる電動駆動装置１３を備えている。
なお、上記電動駆動装置１３では、電動機７とＥＣＵ６が電動機７の軸線方向に一体になって配置されているが、この限りではなく、ＥＣＵ６が電動機７の径方向に配置されていてもよく、また電動機７とＥＣＵ６とが別体となっていてもよい。
【００１２】
この電動パワーステアリング装置１では、運転者はステアリングホイール（図示しない）を操舵し、そのトルクがステアリングシャフト（図示せず）を介してシャフト２に伝達される。このときトルクセンサ３が検出したトルクは、電気信号に変換されケーブル（図示しない）を通じて第１のコネクタ４を介してＥＣＵ６に伝達される。
一方、車速などの自動車の情報が電気信号に変換されて第２のコネクタ５を通じてＥＣＵ６に伝達される。ＥＣＵ６は、上記トルクと車速などの自動車の情報から、必要なアシストトルクを演算し、インバータを通じてハウジング１０と平行に配置された電動機７に電流を供給する。
また、ＥＣＵ６への電源供給は、バッテリーやオルタネータから電源コネクタ８を介して送られる。
電動機７で発生したトルクは、ベルト（図示せず）とボールネジ（図示せず）が内蔵されたギヤボックス９を介してハウジング１０内のラック軸（図示せず）を矢印Ｘの方向に動かす推力を発生させ、運転者の操舵力をアシストする。
これにより、タイロッド１１が動き、タイヤが転舵して車両を旋回させることができる。
この結果、運転者は、電動機７のトルクによってアシストされ、少ない操舵力で車両を旋回させることができる。
なお、ラックブーツ１２は、異物が装置内に侵入しないように設けられている。
【００１３】
電動機７は、固定子２２と、この固定子２２が内壁面に固定された円筒形状のフレーム２４と、フレーム２４の片側開口部を複数本のボルト６０で固定して覆ったハウジング２３と、固定子２２の内側に回転自在に設けられた回転子２９と、を備えている。
【００１４】
固定子２２は、電磁鋼板等の磁性体のコアシートを積層して構成された固定子鉄心２０と、この固定子鉄心２０に収められた電機子巻線３８と、を有している。
【００１５】
回転子２９は、ハウジング２３に嵌着された第１の軸受２５と壁部２８に嵌着された第２の軸受２６とにより両端部が支持された回転軸であるシャフト２７と、このシャフト２７が貫通した回転子鉄心３０と、この回転子鉄心３０の内部に周方向に沿って等間隔で１４個埋め込まれた貼り付けられた永久磁石３２と、シャフト２７の一端部に固定されたプーリ６１と、シャフト２７の他端部に固定され、基板１９に設けられた回転角度センサである磁気センサ１４と対向したセンサ用永久磁石３１と、を有している。
【００１６】
図３は、図２の電動機７を示す正断面図である。
固定子２２の固定子鉄心２０は、円環状のコアバック３３と、コアバック３３から磁気的空隙長の方向である内径方向に延びた計１８個のティース３４と、を有し、隣接したティース３４間にはスロット３５が形成されている。
固定子２２の電機子巻線３８は、１８個のティース３４にインシュレータ３９を介してそれぞれ導線２１が集中巻で巻回されてスロット３５に収容された複数のコイル部から構成されている。
【００１７】
各コイル部は、反時計回りに１、２、３、・・・，１８の番号が付された各ティース３４に巻装されており、またＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電源と接続されている。
Ｖ相に含まれるコイル部は、−Ｖ１１、＋Ｖ１２、−Ｖ１３、＋Ｖ２１、−Ｖ２２、＋Ｖ２３の６個、Ｗ相に含まれるコイル部は、−Ｗ１１、＋Ｗ１２、−Ｗ１３、＋Ｗ２１、−Ｗ２２、＋Ｗ２３の６個、Ｕ相に含まれるコイル部は、−Ｕ１１、＋Ｕ１２、−Ｕ１３、＋Ｕ２１、−Ｕ２２、＋Ｕ２３の６個あり、外部でそれぞれ接続される。
また、図３に示すように、各コイル部は、ティース３４の番号１〜１８のそれぞれに対応して、−Ｖ１１、−Ｗ２２、＋Ｗ２３、＋Ｕ２１、＋Ｖ１２、−Ｖ１３、−Ｗ１１、−Ｕ２２、＋Ｕ２３、＋Ｖ２１、＋Ｗ１２、−Ｗ１３、−Ｕ１１、−Ｖ２２、＋Ｖ２３、＋Ｗ２１、＋Ｕ１２、−Ｕ１３の順に並んで配置されている。なお、「＋」、「−」はコイル部の巻極性を示しており、「＋」と「−」は巻極性が逆となる。
【００１８】
図４は、電機子巻線３８の結線説明図であり、電機子巻線３８は、第１の電機子巻線部３６と第２の電機子巻線部３７とから構成されている。
第１の電機子巻線部３６は、−Ｕ１１、＋Ｕ１２及び−Ｕ１３の各コイルが直列に接続されており、−Ｖ１１、＋Ｖ１２及び−Ｖ１３の各コイル部が直列に接続されており、−Ｗ１１、＋Ｗ１２及び−Ｗ１３が直列に接続されており、これらの各第１の同相巻線部の接続部Ａ１、Ｂ１、Ｃ１を接続してΔ結線を構成されている。
第２の電機子巻線部３７は、＋Ｕ２１、−Ｕ２２及び＋Ｕ２３の各コイル部が直列に接続されており、＋Ｖ２１、−Ｖ２２及び＋Ｖ２３の各コイル部が直列に接続されており、＋Ｗ２１、−Ｗ２２及び＋Ｗ２３が直列に接続されており、これらの各第２の同相巻線部の接続部Ａ２、Ｂ２、Ｃ２を接続してΔ結線を構成されている。
なお、各相の並列数が２の回路を構成する電機子巻線３８は、図５に示すように、第１の電機子巻線部３６及び第２の電機子巻線部３７をＹ結線で構成してもよい。
なお、今後、同相のコイル部が複数直列に接続されたものを直列コイル部群と呼ぶことにする。
【００１９】
また、電機子巻線３８は、図６に示すように、同相の各コイル部を全て直列に接続した各相の直列コイル部群の両端部の接続部であるＡ、Ｂ、Ｃを接続して１組の３相のΔ結線構成としてもよい。
また、電機子巻線３８、図７に示すように、同相の各コイル部を全て直列に接続した各相の直列コイル部群の両端部の接続部であるＡ、Ｂ、Ｃを接続して１組の３相のＹ結線構成としてもよい。
【００２０】
図３において、各スロット３５では、コイル部を構成する導線２１の断面が示されている。同図において、各ティース３４の径方向に延びた両側壁に隣接した導線２１の数が、各コイル部の導線２１のターン数を示している。
同図において、ティース３４の番号２、３、５、６、８、９、１１、１２、１４、１５、１７、１８を纏めてティースＡと呼び、ティース３４の番号１、４、７、１０、１３、１６を纏めてティースＢと呼ぶこととすると、ティースＢに巻装されたコイル部の導線２１のターン数及び線径は、ティースＡに巻装されたコイル部の導線２１のターン数及び線径より、多くまた大きい。
なお、同図では、ティースＢに巻装されたコイル部の断面にはハッチングを加えて示している。
【００２１】
なお、回転子２９の界磁極が１４個、固定子２２のスロット３５の数、及びティース３４の数が１８個の電動機７であれば、回転子２９の構成、並びに固定子２２の構造が図３のものと異なる場合でもよい。
図８は、この実施の形態１の電動機７の変形例を示す縦断面図であり、この電動機７では、１４個の永久磁石３２の径方向長さが周方向長さに比べて長い形状となるように回転子鉄心３０に１４個埋め込まれ、隣り合う永久磁石３２の向かい合う面が互いに同じ極になるように着磁されている。
【００２２】
図９は、この実施の形態１の電動機７の他の変形例を示す縦断面図であり、この電動機７では、回転子鉄心３０の外周側に永久磁石３２が周方向に等間隔に１４個貼り付けられている。
なお、この例の場合、永久磁石３２の外側に、永久磁石３２の保護と飛散防止用にステンレスやアルミニウムなどの非磁性材料を円筒状にしたカバーで覆う場合がある。
【００２３】
さらに、図１０は、この実施の形態１の電動機７のさらに他の変形例を示す縦断面図であり、この電動機７では、固定子２２の各ティース３４の先端部が周方向の端面で当接している。
【００２４】
さらに、図１１は、この実施の形態１の電動機７のさらに他の変形例を示す縦断面図であり、この電動機７では、固定子鉄心２０は、周方向に１／６の固定子鉄心２０の部位を示す図１２から分かるように、隣接した各ティース３４の回転子２９側の先端部が開口した開口コアブロック４１と、この開口コアブロック４１の上側及び下側に配置され、隣接した各ティース３４の回転子２９側の先端部同士が連結された連結コアブロック４０とから構成されている。
なお、連結コアブロック４０は、隣接した各ティース３４の回転子２９側の先端部の両端面が当接したものを含む。
【００２５】
図１３は、電動機７及びＥＣＵ６の回路図である。
電動機７では、詳細は省略し、電機子巻線のみ示している。
ＥＣＵ６も簡単のため詳細は省略し、インバータ４２のパワー回路部のみを示す。
ＥＣＵ６は１台のインバータ４２の回路から構成されていて、このインバータ４２から電機子巻線３８に３相の電流を供給する。
電機子巻線３８では、図５に示す、Ｙ結線の第１の電機子巻線部３６の接続部Ａ１、Ｂ１、Ｃ１と、Ｙ結線の第２の電機子巻線部３７の接続部Ａ２、Ｂ２、Ｃ２において、接続部Ａ１とＡ２、接続部Ｂ１とＢ２、接続部Ｃ１とＣ２とをそれぞれ接続部Ａ、Ｂ、Ｃで接続され、各相が２並列である回路が構成されている。
なお、インバータ４２を接続される電機子巻線３８に関しては、図４に示すΔ結線された、第１の電機子巻線部３６及び第２の電機子巻線部３７を用いてもよい。
また、図６及び図７に示す、同相のコイル部がそれぞれ直列に接続された電機子巻線３８でもよい。
【００２６】
ＥＣＵ６にはバッテリー等の電源４３から直流電源が供給されており、ノイズ除去用のコイル４４を介して、電源リレー４５に接続されている。
なお、図１３では電源４３がＥＣＵ６の内部にあるかのように描かれているが、実際はバッテリー等の外部の電源からコネクタを介して、電力が供給される。
電源リレー４５は、１個設けられていて、２個のＭＯＳ−ＦＥＴで構成され故障時などは電源リレー４５を開放して、過大な電流が流れないように動作する。
また、同図では、電源４３、コイル４４、電源リレー４５の順に接続されているが、電源リレー４５は、コイル４４よりも電源４３に近い位置に設けられてもよいことは言うまでもない。
なお、コンデンサ４６は平滑コンデンサである。
また、同図では１個のコンデンサ４６で構成されているが、複数のコンデンサを並列に接続して構成してもよいことは言うまでもない。
【００２７】
インバータ４２は、６個のＭＯＳ−ＦＥＴを用いたブリッジで構成され、第１のＭＯＳ−ＦＥＴ４７、第２のＭＯＳ−ＦＥＴ４８が直列接続され、第３のＭＯＳ−ＦＥＴ４９、第４のＭＯＳ−ＦＥＴ５０が直列接続され、第５のＭＯＳ−ＦＥＴ５１、第６のＭＯＳ−ＦＥＴ５２が直列接続されて、さらにこの３組のＭＯＳ−ＦＥＴが並列に接続されている。さらに、下側の３つの第２のＭＯＳ−ＦＥＴ４８、第４のＭＯＳ−ＦＥＴ５０、第６のＭＯＳ−ＦＥＴ５２のＧＮＤ（グランド）側にはそれぞれ、電流値の検出に用いられる、第１のシャント５３、第２のシャント５４及び第３のシャント５５がそれぞれ接続されている。なお、シャント５３、５４、５５は３個の例を示したが、２個のシャントであってもよいし、１個のシャントであっても電流検出は可能であるため、そのような構成であってもよいことは言うまでもない。
【００２８】
電動機７側への電流の供給は、図１３に示すように第１のＭＯＳ−ＦＥＴ４７、第２のＭＯＳ−ＦＥＴ４８の間からバスバー６２を通じて電動機７の第１の電機子巻線部３６の直列コイル部群である第１のＵ相巻線部Ｕ１と、第２の電機子巻線部３７の直列コイル部群である第２のＵ相巻線部Ｕ２へ、第３のＭＯＳ−ＦＥＴ４９、第４のＭＯＳ−ＦＥＴ５０の間からバスバー６２を通じて電動機７の第１の電機子巻線部３６の直列コイル部群である第１のＶ相巻線部Ｖ１と、第２の電機子巻線部３７の直列コイル部群である第２のＶ相巻線部Ｖ２へ、第５のＭＯＳ−ＦＥＴ５１、第６のＭＯＳ−ＦＥＴ５２の間からバスバー６２を通じて電動機７の第１の電機子巻線部３６の直列コイル部群である第１のＷ相巻線部Ｗ１と、第２の電機子巻線部３７の直列コイル部群である第２のＷ相巻線部Ｗ２へそれぞれ供給される。
電動機７とＥＣＵ６の電気的接続箇所は、３相分で計３箇所であるが、電動機７の内部で、第１の電機子巻線部３６と第２の電機子巻線部３７とに別れるように接続されている。
【００２９】
同相のコイル部が全て直列で接続された図６及び図７に結線の場合は、第１のＭＯＳ−ＦＥＴ４７、第２のＭＯＳ−ＦＥＴ４８の間からバスバー６２を通じて電動機７の電機子巻線３８の直列コイル部群であるＵ相巻線部Ｕへ、第３のＭＯＳ−ＦＥＴ４９、第４のＭＯＳ−ＦＥＴ５０の間からバスバー６２を通じて電動機７の電機子巻線３８の直列コイル部群であるである第１のＶ相巻線部Ｖへ、第５のＭＯＳ−ＦＥＴ５１、第６のＭＯＳ−ＦＥＴ５２の間からバスバー６２を通じて電動機７の電機子巻線３８の直列コイル部群であるであるＷ相巻線部Ｗへそれぞれ供給される。
【００３０】
次に、この実施の形態の効果を説明するための比較例として、第１の参考例を示す電動機について図に基づいて説明する。
図１４は、この参考例である電動機を示す縦断面図であり、図３に示す実施の形態１の電動機との違いは、導線２１のターン数及び線径が異なるだけで、固定子２２の構造、即ち電機子巻線３８、その構成要素である各コイル部の配置は図３のものと同じである。
【００３１】
図１５は、図１４に示した電動機の固定子鉄心２０の製造方法を示す図である。
この固定子鉄心２０は、隣接したティース３４の先端部同士が連結されており、ティース３４を含みコアバック３３を含まない内コア５７と、コアバック３３を含みティース３４を含まない外コア５６とから構成され、外コア５６に内コア５７を圧入して製造される。
圧入前の内コア５７のティース３４は、コアバック３３がない状態であり、径外側方向からコイル部を挿入することができる。そこで、コイル部をインシュレータ３９が装着された内コア５７に挿入した後、外コア５６を圧入することで、固定子２２が製造される。
この第１の参考例の場合、全ティース３４の各コイル部の導線２１のターン数が等しい。
図１４には、各スロット３５の内部に、スロット３５を固定子２２の周方向に対称的に二等分する破線を示しており、スロット３５内に示す破線に対しスロット３５内のコイル部の導線２１の配置がティース３４を中心に対称となる。
【００３２】
この第１の参考例のものでは、各スロット３５内において、固定子鉄心２０の径方向の外側に行く程隙間が大きくなっており、スロット３５内のコイル部が占める占積率が低下し、スロット３５の平断面積に対するコイル部が占める平断面積の割合が小さく、コイル部の抵抗が増大し発熱量が増大するという課題があった。
【００３３】
図１６は、第２の参考例を示す電動機の正断面図である。
この電動機は、回転子２９の界磁極が１０個、固定子２２のスロット３５の数及びティース３４の数が１２個であり、固定子２２の内側に回転自在の回転子２９が設けられている。
回転子２９は、回転軸となるシャフト２７とシャフト２７外側に回転子鉄心３０が設けられ、さらに回転子鉄心３０の内部に永久磁石３２が周方向に等間隔に１０個埋め込まれている。
固定子２２は、コアバック３３、等間隔に配置されコアバック３３から磁気的空隙長の方向に突出した１２個のティース３４及びティース３４間に設けられた１２個のスロット３５が形成された磁性体からなる固定子鉄心２０と、この固定子鉄心２０の１２個のティース３４にそれぞれ集中巻で巻装され、スロット３５に収容された複数のコイル部を有する。
コイル部を巻装するティース３４の番号を、反時計回りに１、２、３、・・・、１２とし、それぞれのティース３４に巻装されたコイル部は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電源と接続されており、Ｖ相に含まれるものは＋Ｖ１１、−Ｖ１２、−Ｖ２１、＋Ｖ２２の４個、Ｗ相に含まれるものは＋Ｗ１１、−Ｗ１２、−Ｗ２１、＋Ｗ２２の４個、Ｕ相に含まれるものは＋Ｕ１１、−Ｕ１２、−Ｕ２１、＋Ｕ２２の４個、を有し、外部でそれぞれ接続されて構成される。
また、図１６に示すように、各相のコイル部は、ティース３４の番号１〜１２のそれぞれに対応して、−Ｕ２１、＋Ｕ２２、＋Ｖ１１、−Ｖ１２、−Ｗ２１、＋Ｗ２２、＋Ｕ１１、−Ｕ１２、−Ｖ２１、＋Ｖ２２、＋Ｗ１１、−Ｗ１２の順に並んでいる。
なお、「＋」、「−」はコイル部の巻極性を示しており、「＋」と「−」は巻極性が逆となる。
【００３４】
同図において、ティース３４の番号２、４、６、８、１０、１２に巻装されたコイル部の導線２１のターン数は、ティース３４の番号１、３、５、７、９、１１に巻装されたコイル部の導線２１のターン数より大きい多巻コイル部である。多巻コイル部の断面を、図１６ではスロット３５においてハッチングで示している。
同図では、多巻コイル部に隣接するコイル部が同相となる個所が６つある。
これにより、各相のコイル部が収められたスロット３５が６つ存在する。ティース３４の番号２、４、６、８、１０、１２に巻装された多巻コイル部が収納されたスロット３５の占積率が向上するため、全ティース３４のコイル部の導線２１のターン数が等しい場合と比較し、発熱量を低減することができる。
しかし、すべてのコイル部に対しそれぞれ同相のコイル部が隣接して配置されているため、電流による発熱が隣接した同相のコイル部間に集中し、局所的な発熱が増大する。
このことは、電動パワーステアリングのハンドルが固定され、電流が変動せず固定された場合において、単一の相のコイル部が配置されたスロット３５における局所的な発熱量が増大するため、永久磁石３２の磁気特性の低下によるトルクの低下や、基板１９への加熱による性能の低下などを招くという課題があった。
【００３５】
図１７Ａはこの実施の形態１のＵ相の第２の電機子巻線部３７（図４、図５参照）における直列接続されたコイル部＋Ｕ２１、−Ｕ２２、＋Ｕ２３の電気角位相をベクトル図で示したものであり、ベクトルの長さが各ティース３４に巻装されたコイル部が発生する起磁力の強さを示し、ベクトルの角度が各ティース３４に巻装されたコイル部の電気角位相を示している。コイル部の起磁力はターン数と電流の大きさの積に比例するため、同図のベクトルの長さはターン数に比例する。
ここで電気角位相とは、電動機７の回転子２９上で隣り合う１つのＮ極と１つのＳ極がなす角度を１８０°に変換したときの角度である。また、コイル部の巻極性が異なる場合、電気角位相は１８０°反転する。
これらを踏まえると、例えば、図３に示す界磁極が１４、固定子２２のスロット３５の数が１８の電動機７において、隣接するＮ極とＳ極がなす角度は３６０°／１４＝２５．７１°なのでこの角度を１８０°に変換する。
この電動機７において、隣接する２本のティース３４がなす角度は３６０°/１８＝２０°なので、この角度を電気角位相に変換すると２０°×１８０／２５．７１＝１４０°となる。
なお、電気角位相に対し、回転子２９が１周回転するときの角度を３６０°とする場合の角度を機械角または機械角位相、あるいは単に角度と呼ぶこととする。
【００３６】
図１７Ａに示すコイル部＋Ｕ２１、−Ｕ２２、＋Ｕ２３の電気角位相は、コイル部＋Ｕ２１を基準としたとき、それぞれ０°、２０°、４０°となる。電気角位相差は、ベクトルの長さをコイルの起磁力、ベクトルの角度を電気角位相としたベクトル図において、２つのベクトルがなす角度と定義する。
よって、最も電気角位相差が大きいのは−Ｕ２２と＋Ｕ２３の電気角位相差４０°である。ここで、＋Ｕ２３を基準として電気角位相をθ1＝０°とおくと、コイル部＋Ｕ２１の電気角位相は２０°でありθ2＝２０°となり、コイル部−Ｕ２２の電気角位相は４０°でありθ3＝４０°となる。このベクトル図を示したものが図１７Ａであり、θ1＜θ2＜θ3であることがわかる。
この実施の形態の例では、＋Ｕ２１のコイル部、即ち電気角位相がθ2であるコイル部の導線２１のターン数が、直列接続された他の同相のコイル部より大きい多巻コイルであり、発生する起磁力が−Ｕ２２、＋Ｕ２３より強いため、ベクトル長さが他に比べて大きく示されている。
【００３７】
比較例として、すべてのコイル部のターン数が等しい、第１の参考例で示した図１４のＵ相の第２の電機子巻線部３７におけるコイル部に発生する起磁力ベクトルを図１７Ｂに示す。Ｕ相が発生する起磁力は、合成ベクトルの長さで表される。
この比較例では、コイル部＋Ｕ２１、−Ｕ２２、＋Ｕ２３の発生する起磁力は等しい。
従って、すべてのコイル部の導線２１のターン数が等しい場合と比較して、電気角位相が中央に位置するベクトルが大きくなるこの実施の形態１のものでは、合成ベクトル長さが増加し、起磁力を増加させることができる。
これにより、電動機７の固定子２２と回転子２９の磁気的空隙部間における磁束密度を増加させ、トルクを向上することができる。
【００３８】
また、図１８Ｂは、各ティース３４に巻装された全てのコイル部の導線２１のターン数の和が図１８Ａに示す実施の形態１のものと等しくかつ全てのコイル部のターン数が等しい場合の第２の電機子巻線部３７の第２のＵ相巻線部Ｕ２におけるコイル部＋Ｕ２１、−Ｕ２２、＋Ｕ２３の電気角位相をベクトル図で示したものである。
各ティース３４に巻装された全てのコイル部の導線２１のターン数の和を総ターン数と呼ぶこととする。ベクトルの長さをターン数で表すとすると、実施の形態１のものの起磁力は、図１９Ａに示すように、合成ベクトルの長さを求めることにより１７＋２×１４ｃoｓ２０°となる。
一方、総ターン数が実施の形態１のものと等しく、かつ全てのコイル部の導線２１のターン数が等しい場合の起磁力は、図１９Ｂに示すように、１５＋２×１５ｃoｓ２０°となる。起磁力の差は２(１−ｃoｓ２０°）≒０.１２０６であり、実施の形態１のものの方が大きくなる。
つまり、総ターン数を一定とした場合に、第１の参考例と同様に、全てのコイル部の導線２１のターン数を等しくした構成と比較して、実施の形態１のものは、起磁力を増大させ、トルクを向上する効果がある。
【００３９】
即ち、目標値とするトルクを出力する電動機を設計する場合に、コイル部の導線２１の総ターン数を低減することができるため、コイル部を構成する導線２１を短くでき、コイル部の抵抗が低減され、発熱量を低減することができる。
また、目標値とするトルクを出力する電動機を設計する場合に、コイル部＋Ｕ２１の導線２１のターン数を調整し多巻コイルとする、もしくは他のコイル部よりターン数が少ない少巻コイルとすることにより、起磁力を示す合成ベクトルの長さをより細かい値の幅で調整できる。
電動機のトルクは、起磁力に比例するため、トルクをより細かい値の幅で指定することができ、電動機のトルク設計の自由度を向上する効果がある。
【００４０】
なお、図６及び図７に示す結線の場合、直列接続されたＵ相のコイル部−Ｕ１１、＋Ｕ１２、−Ｕ１３、＋Ｕ２１、−Ｕ２２、＋Ｕ２３の電気角位相をベクトル図で表すと、コイル部−Ｕ１１と＋Ｕ２１のベクトルが一致し、コイル部＋Ｕ１２と−Ｕ２２のベクトルが一致し、コイル部−Ｕ１３と＋Ｕ２３のベクトルが一致しているため、図１８Ａと同様のベクトルの配置となり、同様の効果が得られる。
この例では、同相のコイル部の数が６個であり、直列接続されたコイル部の数が３個または６個の場合に、直列コイル部群の電気角位相をθ1＜θ2＜θ3とおけて、電気角位相がθ2であるコイル部のターン数を異ならせることによる効果を得ることができる。
【００４１】
このことを一般化し、コイル部のうち同相のコイル部の数がｎ個（ｎ≧３）であって、ｍ個（ｍ≦ｎ）の直列接続された同相の前記コイル部からなる直列コイル部群の内、二つの前記コイル部間の電気角位相差が最も大きいものをθmとおき、電気角位相差が最も大きい前記コイル部の内の一方の電気角位相差をθ1＝０°とし、電気角位相差が前記θ1の前記コイル部に対する残りの前記コイル部の電気角各位相差をそれぞれ小さいものから順に、θ2、θ3，・・・，θmとした場合において、θ1＜θk＜θm（k＝２,３，・・・，m−１）を満たすθkの電気角位相差が存在し、この場合電気角位相がθkであるコイル部のターン数を異ならせても、同等の効果が得られることは言うまでもない。
【００４２】
図２０は、図３に示した実施の形態１の電動機７における、直列コイル部群である第２のＵ相巻線部Ｕ２の機械角位相を示したものである。
同図では、コイル部＋Ｕ２１、−Ｕ２２、＋Ｕ２３が直列接続された場合を示している。コイル部＋Ｕ２１が巻装されたティース３４の機械角位相を基準としφ1＝０°とする。番号４のティース３４から反時計回りに見た機械角位相が最も大きいのは、番号９のコイル部＋Ｕ２３が巻装されたティース３４であり、番号４のティース３４からφ3＝１００°の位置にある。コイル部−Ｕ２２が巻装された番号８のティース３４は、番号４と番号９のティース３４との間に配置されており、番号４のティース３４からφ2＝８０°の位置にある。
このとき、コイル部＋Ｕ２１が巻装された番号４のティース３４は、異相であるコイル部＋Ｗ２３、コイル部＋Ｖ１２が巻装されたティース３４に隣接している。
コイル部＋Ｕ２１は、コイル部−Ｕ２２、＋Ｕ２３、＋Ｗ２３、＋Ｖ１２よりも多巻コイルであるため、コイル部を構成する導線２１が他のコイル部より長く、抵抗が増大し局所的な発熱が集中し易い。
しかしながら、このコイル部＋Ｕ２１では、固定子２２の周方向の両側で隣接するコイル部がＶ相、Ｗ相であることにより、同相の電流が集中することによる局所的な発熱が抑制され、発熱を分散させることができる。
【００４３】
また、図３に示した実施の形態１の電動機７に限らず、コイル部＋Ｕ２１がコイル部−Ｕ２２、＋Ｕ２３、＋Ｗ２３、＋Ｖ１２よりも少巻コイルである場合や、コイル部＋Ｕ２１の線径がコイル部-Ｕ２２、＋Ｕ２３、＋Ｗ２３、＋Ｖ１２よりも小さく、抵抗が増大する場合でも、コイル部＋Ｕ２１の周方向の両側に隣接するコイル部が異相であるため、回転子２９の界磁極の数を１２ｎ±２ｎ(ｎは自然数)個、スロット３５の数を１２ｎ個とする電動機７、並びに回転子２９の界磁極の数を１８ｎ±２ｎ(ｎは自然数)個、スロット３５の数を１８ｎ個とする電動機７の場合のように、同相のコイル部が隣接する場合よりも、発熱が分散され、局所的な発熱を抑制できる。
さらに、このように同相のコイル部が固定子２２上で分散して配置されることにより、回転子２９に偏芯があった場合に、固定子２２と回転子２９間の磁気的空隙部に発生する磁界の強さが３つの各相の巻線部コイル部で不均一となることを抑制する効果がある。
【００４４】
また、Ｕ相の各コイル部の結線方法が異なる第１の例として、番号４、８、１８のティース３４のコイル部が直列接続された場合の機械角位相を図２１に示す。
このときの電機子巻線３８の結線図を図２２及び図２３に示す。
図２２はΔ結線の場合を示しており、図２３はＹ結線の場合を示している。
Ｕ相では−Ｕ１３、＋Ｕ２１、−Ｕ２２の各コイル部が直列に接続された直列コイル部群を構成している。
図２４は、図２２及び図２３に示した電機子巻線におけるＵ相の直列コイル部群の各コイル部の電気角位相のベクトル図を示す。
同図に示すように、接続される各コイル部のティース３４の番号が図２０と異なる以外は、図１７Ａ、図１８Ａと同様であるため、発生する起磁力は、図２０のものと同様である。
このとき、コイル部−Ｕ１３が巻装された番号１８のティース３４の機械角位相を基準としφ1＝０°とする。番号１８のティース３４から反時計回りに見た機械角位相が最も大きいのは、コイル部−Ｕ２２が巻装された番号８のティース３４であり、φ3＝１６０°とする。基準である番号１８のティース３４から番号８のティース３４を視たたとき、番号４のティース３４は、番号１８と番号８のティース３４との間に配置されており、番号４のティース３４の機械角はφ2＝８０°である。
この場合についても、多巻コイル部＋Ｕ２１が巻装された番号４のティース３４は、異相であるコイル部＋Ｗ２３、コイル部＋Ｖ１２が巻装されたティース３４に隣接しており、図２０のものと同様の効果が得られる。
【００４５】
さらに、Ｕ相コイル部の結線方法が異なる第２の例として、番号４、９、１７のティース３４のコイル部が直列接続された場合の機械角位相を図２５に示す。
このときの電機子巻線３８の結線図を図２６及び図２７に示す。
図２６はΔ結線の場合を示しており、図２７はＹ結線の場合を示している。
Ｕ相では＋Ｕ１２、＋Ｕ２１、＋Ｕ２３の各コイル部が直列に接続された直列コイル部群を構成している。
図２８に、図２６及び図２７で示した結線方法における第１の電機子巻線部３６のＵ相を構成するコイル部の電気角位相のベクトル図を示す。
同図に示すように、接続される各コイル部のティース３４の番号が図２０と異なる以外は、図１７Ａ、図１８Ａと同様であるため、発生する起磁力は、図２０のもの
と同様である。
【００４６】
このとき、コイル部＋Ｕ１２が巻装された番号１７のティース３４の機械角位相を基準としφ1＝０°とする。番号１７のティース３４から反時計回りに見た機械角位相が最も大きいのは、コイル部＋Ｕ２３が巻装された番号９のティース３４であり、φ3＝２００°とする。基準である番号ティース３４から番号９のティース３４を視たとき、番号４のティース３４は、番号１７と番号９のティース３４の間に配置されており、番号４のティース３４の機械角はφ2＝１００°である。
この場合についても、多巻コイル部＋Ｕ２１が巻装された番号４のティース３４は、異相であるコイル部＋Ｗ２３、コイル部＋Ｖ１２が巻装されたティース３４に隣接しており、図２０のものと同様の効果が得られる。
【００４７】
上記ではコイル部＋Ｕ２１がコイル部−Ｕ２２、＋Ｕ２３よりも多巻コイル部または少巻コイル部である場合について述べたが、コイル部−Ｕ２２及びコイル部＋Ｕ２３をコイル部＋Ｕ２１よりも多巻コイルまたは少巻コイルとしてもよい。
総ターン数をさらに細かく指定することができるため、電動機７のトルクをさらに細かく指定可能とし、トルクの設計の自由度を向上できる。
【００４８】
また、図３に示すように、この実施の形態の電動機７では、同相のコイル部−Ｕ２２とコイル部＋Ｕ２３は隣接している。コイル部−Ｕ２２とコイル部＋Ｕ２３をコイル部＋Ｕ２１よりも少巻コイルとすることによって抵抗を低減し、同相が隣接する個所における発熱量を減らし、発熱の集中を抑制することができる。
【００４９】
また、図３に示すように多巻コイル部を有するティースＢのそれぞれに隣接するコイル部のターン数は、ティースＢのターン数と異なっている。これにより、全てのコイル部のターン数を等しくした図１４のものと比較し、スロット３５の隙間を低減しコイル部の占積率を向上できている。したがって、占積率を向上することにより、スロット３５の面積に対するコイル部の断面積を大きくし、発熱量を低減することができる。
なお、ターン数が１つの固定子２２の構造内で異なるこの実施の形態の例では、第１の参考例で述べた製造方法を採用する場合、ティースＡに巻装するボビンを先に内コア５７に挿入し、ティースＢに巻装するインシュレータを後から挿入することで製造可能である。
この場合、図３に示すように、スロット３５の中心の破線から片側のコイル部がはみ出す構造となる。
以上より、多巻コイル部を有するティースＢを採用することでスロット３５の隙間を低減する上記構造は、製造可能であり、発熱量の低減を図ることができる。
【００５０】
また、図３に示すように、多巻コイル部を有するティースＢに巻装されたコイル部の線径は、それぞれのコイル部と直列接続された他の同相のコイル部の線径と比較して大きい。
例えば、番号１のティース３４に巻装されたコイル部−Ｖ１１に直列接続されたコイル部は、番号５のティース３４に巻装されたコイル部＋Ｖ１２、番号６のティース３４に巻装されたコイル部−Ｖ１３であるが、コイル部−Ｖ１１の線径は、コイル部＋Ｖ１２、−Ｖ１３と比較して大きい。
このように、線径を異ならせることにより、スロット３５の隙間をより少なくし、スロット３５のコイル部に対する占積率を向上しコイル部の抵抗を低減し、発熱量を低減することが可能となる。
【００５１】
また、図３に示すように、固定子２２における各相のコイル部の配置は、固定子２２をその中心に対し１８０°回転させてもその配置が同じとなる。
また、固定子２２における導線２１の各ターン数の配置も、固定子２２をその中心に対し１８０°回転させてもその配置が同じとなっている。
即ち、番号１〜９のティース３４を含む固定子２２の上半分の各相のコイル部及びターン数の配置を、固定子２２中心に対し１８０°回転させると、番号１０〜１８のティース３４を含む固定子２２の下半分における各相のコイル部及びターン数の配置と等しくなっている。
このとき、固定子２２の各コイル部が発生する起磁力は、それぞれのターン数と電流の積で表されるため、固定子２２における起磁力の分布が、同じく１８０°固定子２２を中心に対し回転させてもその分布が同じとなる。
このことを、起磁力が１８０°で回転対称である、即ち２回回転対称であると言うこととする。
この実施の形態の例は１８０°回転対称であるが、一般化しＰを整数として固定子２２を中心に対しＰ°回転させたとき、相とターン数の配置が回転前と同じとなる場合はＰ°で回転対称である、即ち３６０／Ｐ回回転対称であるとする。
【００５２】
この起磁力は、固定子２２の径方向に生じる電磁加振力の発生要因のひとつであり、電磁加振力は、この電機子巻線の起磁力に比例することが知られている。
固定子２２の径方向に生じる電磁加振力は、電動機の騒音・振動の要因であり、特に空間１次の電磁加振力は電動機のベアリングのたたき音を生じ、大きな騒音源となるため低減することが望ましい。
そこで前述のように、固定子２２の各コイル部が発生する起磁力が１８０°で回転対称であることにより、大きな騒音源である空間１次の電磁加振力の発生を抑制することが可能となる。
【００５３】
図２９は、番号１、３、５、７、９、１１、１３、１５、１７の各ティース３４に巻装されたコイル部の導線２１のターン数を大きくした構成を示す電動機７の正断面図である。
図２９に示す構成は、図３に示す実施の形態１のものと比較し、全てのスロット３５にターン数が異なるコイル部が配置されており、スロット３５の隙間がより少なくなり、スロット３５の占積率がより向上している。
しかし、図２９に示す構成では、ターン数の配置、即ち起磁力の分布が１８０°回転対称でない。よって同図の構成を、起磁力非対称の構成と呼ぶことにする。
ここで、起磁力非対称の構成における空間１次の電磁加振力を１としたときの、第１の参考例と実施の形態１の電動機７における空間１次の電磁加振力の値を比較した結果を図３０に示す。
同図より、起磁力非対称の構成では空間１次の電磁加振力が発生しているのに対し、実施の形態１では第１の参考例とほぼ同等に抑えられている。
従って、ターン数を異ならせるコイル部の配置を、固定子２２に対し１８０°回転対称にすることで、前述のターン数を異ならせる効果を有しながら、騒音源である空間１次の電磁加振力の増大を抑えることが可能である。
この実施の形態の例では、１８０°＝３６０°／２で回転対称、即ち２回回転対称であり、起磁力に含まれる空間次数成分が２次以上であるため、空間１次の電磁加振力が発生しないが、このことを一般化してＬを２以上の自然数としターン数の分布が３６０°/Ｌで回転対称、即ちＬ回回転対称である場合は、起磁力に含まれる空間次数成分がＬ次以上であるため、空間１次の電磁加振力が発生しないことはいうまでもない。
なお、Ｌ回回転対称の配置が、製造誤差の範囲（機械角で±１０・程度）でずれた場合でも、図３０の電磁加振力は、図２９のものの例まで増加しないため問題ない。
【００５４】
前記のように界磁極数１４個、ティース３４、スロット３５数が１８個の電動機７は、その各直列コイル部群を構成するコイル部の電気角位相が図１７Ａ、図１８Ａに示すように、２０°の位相差で起磁力ベクトルが３本並ぶような配置となる。
前記のように、この実施の形態の例は起磁力の分布が１８０°で回転対称であるため、電動機７の１周３６０°の間に最大２組の３相を構成することができる。
よって、回路の並列数を１または２とすることにより、同相直列コイル部群を構成するコイルの数を６個または３個とすることができる。
よって、この２０°の電気角位相差で並ぶ３本の起磁力ベクトルに対応するコイルを１組とし、同相とすることにより、図１７Ａ、図１８Ａに示すように各同相の直列コイル部群における総ターン数を等しくすることができる。
【００５５】
この実施の形態の例では、回路の並列数が１または２の場合を示したが、前記のターン数及び起磁力の分布が３６０°/Ｌで回転対称である場合、電動機７の１周３６０°の間に最大Ｌ組の３相を構成することができる。
よって、回路の並列数をＬとすることにより、各同相直列コイル部群における総ターン数を等しくする構成が可能である。
このとき、各同相直列コイル部群の各直列コイル部群に発生する誘起電圧が等しくなるため、各相の並列回路において循環電流が発生しないという効果がある。
【００５６】
この実施の形態の電動機７は、コイル部をティース３４に集中的に巻装した所謂集中巻であり、コイルエンドが小さく、小型であり銅損も小さく低発熱、高効率となるという効果も得られる。
また、界磁極を（１８±４）ｙ個（ｙは自然数）、ティース３４、スロット３５の数を１８ｙ個としたので、界磁極を（３±１）ｙ個、ティース３４またはスロット３５の数を３ｙ個とした場合よりもトルクを向上できる。
また、界磁極を（１２±２）ｙ個、ティース３４またはスロット３５数を１２ｙ個とした場合よりも空間次数が２次の固定子鉄心２０に生じる電磁加振力が小さくでき、振動、騒音を低減できるという効果が得られる。
また、高調波、特にトルクリプルの主成分である６ｆ成分や１２ｆ成分の巻線係数が小さいので、トルクリプルが低減できる。
【００５７】
また、図３１は、実施の形態１における別の極、スロット３５の構成を示す。
界磁極は、２２個、ティース３４の数は１８個となっている。周方向のコイル部の配置は図３と同様であるため、前記と同等の効果が得られるのはいうまでもない。
【００５８】
また、界磁極を永久磁石３２としたが、永久磁石３２を用いないリラクタンス型の回転電機とすることや、回転子鉄心に巻線を巻装し、電流を通電することで界磁極としてもよいことはいうまでもない。
【００５９】
図３、図１０、図１１は、この実施の形態、及びこの実施の形態の変形例を示す電動機７の正断面図であるが、特に回転子２９側のティース３４の先端部が、隣接したティース３４の先端部と連結した図１０、図１１のものは、ティース３４の連結により熱を逃がすことができる。
よって、この変形例の構造により、熱が伝達する経路をつくり、電動機７の温度上昇を低減することができる。
【００６０】
また、この実施の形態の電動機７は、図３に示すように、コイル部−Ｖ１１、＋Ｕ２１、−Ｗ１１、＋Ｖ２１、−Ｕ１１、＋Ｗ２１は線径が等しい。これらのコイル部はそれぞれ別々の直列コイル部群に属しており、例えばコイル部＋Ｕ２１は、図４及び図５で示すようにコイル部−Ｕ２２、＋Ｕ２１、＋Ｕ２３で構成される直列コイル部群に属している。
コイル部＋Ｕ２１は、他の２つの同相直列コイル部−Ｕ２２、＋Ｕ２３の中間の電気角位相に位置している。
同様に、コイル部−Ｖ１１、−Ｗ１１、＋Ｖ２１、−Ｕ１１、＋Ｗ２１も各直列コイル部群の中で、他のコイル部の中間の電気角位相に位置している。
即ち、電機子巻線３８が第１の電機子巻線部３６と第２の電機子巻線部３７とが並列回路で構成される場合において、並列回路を構成する直列コイル部群のなかのコイル部の線径は、別の直列コイル部群で同じ電気角位相を有するコイル部の線径と等しい。
これにより、各直列コイル部群の抵抗値が等しくなるため、各直列コイル部群に等しい電圧が印加された際に、電流が各直列コイル部群でアンバランスにならないという効果がある。
電動機７の回路の各相や、各相を構成する並列回路で電流がアンバランスとなる場合、起磁力分布が乱れるためトルクリプルが増大するという問題があるが、この実施の形態の例ではこの問題が生じない。
【００６１】
図３２に、この実施の形態における固定子２２を示す。
このとき、ティースＡに巻装されたコイル部のターン数とティースＢに巻装されたコイル部のターン数の比をターン数比率と定義し、（ターン数比率）＝（ティースＢに巻装されたコイル部のターン数（β））／（ティースＡに巻装されたコイル部のターン数（α））で求める。
例えば、この実施の形態の図３に示すように、ティースＡの巻装されたコイル部のターン数（α）は１４、ティースＢに巻装されたコイル部のターン数（β）は１７であるので、ターン数比率は（β／α）＝１７／１４＝１．２１４である。
図３３に、ティースＡとティースＢのコイル部のターン数を異ならせた場合のターン数比率を表で示している。
ターン数の組合せは、固定子２２に巻装されたすべてのコイル部のターン数の和、すなわち総ターン数が等しくなるものを選択した。
例えば、同図でα＝１２、β＝１２のときの総ターン数は、１２×６＋１２×１２＝２１６であるのに対し、同図でα＝１１、β＝１４のときの総ターン数は１１×１２＋１４×６＝２１６であり、等しい値としている。その他の組合せについても、総ターン数は２１６となる。
図１４に示す第１の参考例のように、全コイル部のターン数が等しい電動機７の発生トルクは、コイル部に印加する電流値と総ターン数の積におおむね比例する。よって、総ターン数を揃え、かつ印加する電流を等しくすることで、電動機７の発生トルクがほぼ同等となるようなターン数の組合せを選択した。
図３３で示したターン数の組合せで解析計算を実行し、計算結果をターン数比率に対する平均トルクとトルクリプルの関係として示したものを図３４に示した。
平均トルク及びトルクリプルは、ともにα＝１２、β＝１２の場合の値を１としたときの比率を示したものである。
同図より、平均トルクはターン数比率１.６０で最大となり、トルクリプルはターン数比率１.２７で最小となっている。ターン数比率が１．０より大きく２．０以下であれば、第１の参考例に対応するターン数比率１の場合と比較し、平均トルクを向上し、かつトルクリプルを同等以下とする効果が得られる。
【００６２】
実施の形態２．
図３５は、この発明の実施の形態２の電動機７を示す正断面図である。
この実施の形態の電動機７では、多巻コイル部が巻装されたティースＢの周方向の幅ＷBが、ティースＡの周方向の幅ＷAに比較し大きくなっている。
他の構成は、図３に示した実施の形態１の電動機７と同じである。
【００６３】
この電動機７では、多巻コイル部を巻装したティース３４での磁気飽和が生じにくくなり、トルク向上、及びトルクリプルの低減を図ることができる。
また、ティースＢに少巻コイル部を巻装した場合には、逆に幅ＷBを幅ＷAより小さくすることにより、ティースＢに巻装されたコイル部が収納されたスロット３５の幅を大きくし、ティースＢに巻装されたコイルの線径を大きくすることにより抵抗を低減し、発熱量の低減を図ることができる。
【００６４】
実施の形態３．
図３６は、この発明の実施の形態３の電動機７を示す正断面図である。
この実施の形態の電動機７では、多巻コイル部を有するティースＢの周方向の幅を大きくしＷB＞ＷAとすることに加え、図３５のものと比較してティースＢに巻装されたコイル部が収納されたスロット３５の周方向幅ＷS2'を大きくし、その他のスロット３５の幅ＷS1'を小さくしている。
他の構成は、図３に示した実施の形態１の電動機７と同じである。
【００６５】
図３５のものでは、ティースＢに巻装されたコイル部が収納されるスロット３５の周方向幅がＷS2、その他のスロット３５の周方向幅がＷS1であるが、図３６のものでは、それぞれの幅の値ＷS1'、ＷS2'と比較しＷS1'＜ＷS1、 ＷS2'＞ＷS2となっている。
これにより、ティース３４の周方向の幅のみ変更した場合である図３５のものと比較して、多巻コイル部の−Ｖ１１、＋Ｕ２１、−Ｗ１１、＋Ｖ２１、−Ｕ１１、＋Ｗ２１が収納されたスロット３５の隙間が増え、より多くの導線２１のターン数をティース３４に巻回できるようになり、ターン数を選択する自由度が向上する。
さらに、多巻コイル部が収納されていないその他のスロット３５の隙間が小さくなり、占積率が向上するという効果がある。
【００６６】
図３７は、実施の形態３の電動機７の変形例を示す正断面図である。
この変形例では、図３６に示すティース３４の幅の変更とスロット３５の幅の変更に加え、多巻コイル部が巻装されたティースＢに、導線２１のターン数を１ターン増加させた例を示している。同図では、スロット３５の内部において増加させた１ターンの導線２１の断面をハッチングしている。
このように、スロット３５の周方向幅を異ならせることで、スロット３５の面積を有効に利用し、ターン数の選択の自由度を高め、トルク性能の向上を図ることができる。
【００６７】
実施の形態４．
図３８は、実施の形態４の電動機７を示す正断面図である。
この実施の形態では、ティースＢに巻装されたコイル部の導線２１の線径が、ティースＡの導線２１の線径と等しい。
他の構成は、図３に示した実施の形態１の電動機７と同じである。
この実施の形態では、各ティース３４に巻装するコイル部を１種類の線径の導線２１で構成できるため、製造性を高めながらも実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００６８】
実施の形態５．
図３９は、実施の形態５の電動機７を示す正断面図である。
この実施の形態では、ティースＢに巻装されたコイル部の導線２１のターン数が、ティースＡのコイル部の導線２１のターン数と等しく、かつティースＢに巻装されたコイル部の導線２１の線径が、ティースＡの導線２１の線径と異なる。
同図において、導線２１の線径が異なるコイル部が巻装されたティース３４のコイル部の断面をハッチングしている。
他の構成は、図３に示した実施の形態１の電動機７と同じである。
【００６９】
この実施の形態の電動機７のように、すべてのコイル部のターン数が等しく、かつ導線２１の線径が異なるコイル部を有する構成においても、スロット３５におけるコイル部の占積率を向上させ、発熱量を低減する効果が得られる。
【００７０】
実施の形態６．
図４０は、実施の形態６の電動機７を示す正断面図である。
この実施の形態では、コイル部の構成要素である導線に断面が矩形上の平角線を用いている。
同図において、ティースＢに巻装されたコイル部の導線２１ａのターン数は、ティースＡに巻装されたコイル部の導線２１ａのターン数より大きい。同図では、多巻コイル部の断面にハッチングしている。
他の構成は、図３に示した実施の形態１の電動機７と同じである。
【００７１】
この実施の形態では、平角線の導線２１ａを用いることにより、丸線の導線２１を用いたコイル部と比較してよりスロット３５の隙間を小さくし、占積率を向上できる。
同図に示すように、丸線と同様にターン数を異なる構成とすることができるため、今までに述べた効果に加え、スロット３５の占積率の更なる向上を図ることが可能である。
また、図４１はこの実施の形態６の変形例であり、ティースＢに巻装されたコイル部の導線２１ａのターン数及び断面積が、その他のコイル部より大きい。
この変形例では、断面積が異なることは、丸線では線径が異なることに対応する。
よって、実施の形態１の電動機７において線径を異ならせることと同様に、平角線の断面積を異ならせることにより、スロット３５の占積率をさらに向上することが可能である。
【００７２】
実施の形態７．
図４２は、この実施の形態７における電動機７及びＥＣＵ６の回路図である。
この実施の形態では、電動機７を駆動するインバータ４２を２台とし、図３の電機子巻線３８の第１の電機子巻線部３６の接続部Ａ１、Ｂ１、Ｃ１に、第１のインバータ４２Ａが接続され、第２の電機子巻線部３７の接続部Ａ２、Ｂ２、Ｃ２に、第２のインバータ４２Ｂが接続される。
図４２では、簡単のため電動機７では電機子巻線のみを示している。
この電動機巻線は、第１のＵ相巻線部Ｕ１、第１のＶ相巻線部Ｖ１、第１のＷ相巻線部Ｗ１によって構成される第１の電機子巻線部３６と、第２のＵ相巻線部Ｕ２、第２のＶ相巻線部Ｖ２、第２のＷ相巻線部Ｗ２によって構成される第２の電機子巻線部３７とから構成されている。
ＥＣＵ６も簡単のため詳細は省略し、第１のインバータ４２Ａ、第２のインバータ４２Ｂのパワー回路部のみを示す。
ＥＣＵ６は、２台のインバータ４２Ａ，４２Ｂの回路から構成されていて、それぞれのインバータ４２Ａ，４２Ｂから第１および第２の電機子巻線部３６，３７に３相の電流を供給する。  ＥＣＵ６にはバッテリー等の電源４３から直流電源が供給されており、ノイズ除去用のコイル４４を介して、電源リレー４５Ａが接続されている。
なお、図４２では電源４３がＥＣＵ６の内部にあるかのように描かれているが、実際はバッテリー等の外部の電源からコネクタを介して、電力が供給される。
電源リレー４５Ａ，４５Ｂは、２個あり、それぞれ２個のＭＯＳ−ＦＥＴで構成され故障時などは電源リレー４５Ａ，４５Ｂを開放して、過大な電流が流れないようにする。
なお、図では、電源リレー４５Ａ，４５Ｂは、電源４３、コイル４４の後に接続されているが、コイル４４よりも電源４３に近い位置に設けられてもよいことは言うまでもない。第１のコンデンサ４６Ａ、第２のコンデンサ４６Ｂは、平滑コンデンサである。
図ではそれぞれ、１個のコンデンサで構成されているが、複数のコンデンサを並列に接続されて構成してもよいことは言うまでもない。
【００７３】
第１のインバータ４２Ａは、６個のＭＯＳ−ＦＥＴを用いたブリッジで構成される。具体的には、第１のインバータ４２Ａは、第１のＭＯＳ−ＦＥＴ４７Ａ、第２のＭＯＳ−ＦＥＴ４８Ａが直列接続され、第３のＭＯＳ−ＦＥＴ４９Ａ、第４のＭＯＳ−ＦＥＴ５０Ａが直列接続され、第５のＭＯＳ−ＦＥＴ５１Ａ、第６のＭＯＳ−ＦＥＴ５２Ａが直列接続されて、さらにこの３組のＭＯＳ−ＦＥＴが並列に接続されている。
さらに、下側の３つの第２のＭＯＳ−ＦＥＴ４８Ａ、第４のＭＯＳ−ＦＥＴ５０Ａ、第６のＭＯＳ−ＦＥＴ５２ＡのＧＮＤ（グランド）側にはそれぞれシャント抵抗が１つずつ接続されており、シャント５３Ａ，５４Ａ，５５Ａとしている。これらシャント抵抗は電流値の検出に用いられる。
なお、シャント５３Ａ，５４Ａ，５５Ａは３個の例を示したが、２個のシャントであってもよいし、１個のシャントであっても電流検出は可能であるため、そのような構成であってもよいことは言うまでもない。
【００７４】
電動機７側への電流の供給は、第１のＭＯＳ−ＦＥＴ４７Ａ、第２のＭＯＳ−ＦＥＴ４８Ａの間からバスバー６２等を通じて電動機７の第１のＵ相巻線部Ｕ１へ、第３のＭＯＳ−ＦＥＴ４９Ａ、第４のＭＯＳ−ＦＥＴ５０Ａの間からバスバー６２等を通じて電動機７の第１のＶ相巻線部Ｖ１へ、第５のＭＯＳ−ＦＥＴ５１Ａ、第６のＭＯＳ−ＦＥＴ５２Ａの間からバスバー６２などを通じて電動機７の第１のＷ相巻線部Ｗ１へそれぞれ供給される。
【００７５】
第２のインバータ４２Ｂも第１のインバータ４２Ａと同様に、６個のＭＯＳ−ＦＥＴを用いたブリッジで構成される。具体的には、第２のインバータ４２Ｂは、第１のＭＯＳ−ＦＥＴ４７Ｂ、第２のＭＯＳ−ＦＥＴ４８Ｂが直列接続され、第３のＭＯＳ−ＦＥＴ４９Ｂ、第４のＭＯＳ−ＦＥＴ５０Ｂが直列接続され、第５のＭＯＳ−ＦＥＴ５１Ｂ、第６のＭＯＳ−ＦＥＴ５２Ｂが直列接続されて、さらにこの３組のＭＯＳ−ＦＥＴが並列に接続されている。
さらに、下側の３つの第２のＭＯＳ−ＦＥＴ４７Ｂ、第４のＭＯＳ−ＦＥＴ５０Ｂ、第６のＭＯＳ−ＦＥＴ５２ＢのＧＮＤ（グランド）側にはそれぞれシャント抵抗が１つずつ接続されており、シャント５３Ｂ，５４Ｂ，５５Ｂとしている。これらシャント抵抗は電流値の検出に用いられる。
なお、シャント５３Ｂ，５４Ｂ，５５Ｂは３個の例を示したが、２個のシャントであってもよいし、１個のシャントであっても電流検出は可能であるため、そのような構成であってもよいことは言うまでもない。
【００７６】
電動機７側への電流の供給は、第１のＭＯＳ−ＦＥＴ４７Ｂ、第２のＭＯＳ−ＦＥＴ４８Ｂの間からバスバー６２等を通じて電動機７の第２のＵ相巻線部Ｕ２へ、第３のＭＯＳ−ＦＥＴ４９Ｂ、第４のＭＯＳ−ＦＥＴ５０Ｂの間からバスバー６２等を通じて電動機７の第２のＶ相巻線部Ｖ２へ、第５のＭＯＳ−ＦＥＴ５１Ｂ、第６のＭＯＳ−ＦＥＴ５２Ｂの間からバスバー６２などを通じて電動機７の第２のＷ相巻線部Ｗ２へそれぞれ供給される。
２台のインバータ４２Ａ，４２Ｂは、回転角度センサである磁気センサ１４によって検出した回転角度に応じた制御回路（図示せず）から上記各ＭＯＳ−ＦＥＴに信号を送ることでスイッチングし、第１の電機子巻線部３６及び第２の電機子巻線部３７に所望の３相電流を供給する。
なお、磁気センサ１４の代りに、レゾルバやＧＭＲセンサ等を用いてシャフト２７の回転角度を検出してもよい。
【００７７】
このように、２台のインバータ４２Ａ，４２Ｂで駆動する場合は、２台のインバータ４２Ａ，４２Ｂが供給する電流位相を変化させることでトルクリプルを大幅に低減することができる。２台のインバータ４２Ａ，４２Ｂ４２の電流位相を電気角位相３０度ずらすことで、互いの電気角位相６次のトルクリプルを相殺し、トルクリプルのＰ−Ｐ値を大幅に低減するという効果が得られる。
電動パワーステアリング装置１ではトルクリプルは振動・騒音の原因となるほか、運転者がトルクリプルを感じて操舵感覚が悪化することがある。
しかしながら、この実施の形態の構成により、トルクリプルを大幅に低減できるため振動騒音が小さく、良好な操舵感覚を得ることができるという効果がある。
さらに、それぞれ３相で構成される第１の電機子巻線部３６、第２の電機子巻線部３７は異なるインバータ４２Ａ，４２Ｂに接続されているため、インバータ４２Ａ，４２Ｂの片方の故障や、片方の結線の断線等が生じた場合も、もう片方の３相の入力が継続されるため、電動機７を駆動し続ける冗長性が得られるという効果がある。
また、インバータ４２Ａ，４２Ｂを２台とすることにより、インバータ４２Ａ，４２Ｂが供給する電流をインバータ４２が１台の場合の半分に低減できるため、回路における損失を低減し、発熱量を低減する効果がある。
なお、この実施の形態の効果は、上記各実施の形態の電動機の構成と両立することが可能であるため、上記各実施の形態に述べた効果に加え、発熱量の低減効果、トルクリプルの低減効果、冗長性を持たせる効果を追加することができる。
【００７８】
なお、上記各実施の形態では、回転電機として、三相の電機子巻線を有する電動機について説明したが、これは一例であり、三相以外の多相の電機子巻線を有する電動機であってもよい。
また、電動パワーステアリング装置に搭載される電動機は一例であり、工作用、運搬用等に利用される電動機であってもよい。
また、発電機にもこの発明は適用できる。
【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１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【国際調査報告】
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