(57)【要約】      （修正有）【課題】出力トルクが大きく，電機子巻線に誘起される誘起電圧の高調波成分を抑制し，弱め界磁制御時のｄ軸インダクタンスが小さい値で安定しているＩＰＭモータを提供する。【解決手段】ｎ１極の界磁を備え，且つ，ステータに対向するロータ側面を有している。界磁はロータの半径方向外側に磁極面を有する永久磁石を含む。永久磁石はロータ半径をｒとしたとき，磁極面の上の点からロータ側面への距離の最大値ｘが，次式を満足する程度に浅く埋め込まれている。ｘ≦Ｄ／１０…（１）、Ｄ＝２πｒ／ｎ１…（２）ステータはｎ２個の電機子歯と，電機子歯のそれぞれに巻回された電機子巻線とを備えている。電機子歯の歯先の，円周方向における両端がロータの中心軸を見込む角θ１と,下記式（３）で定義されるθとは，下記式（４）を満足する。θ＝３６０°／Ｎ，…（３）０．８５≦θ１／θ＜１．０…（４）【選択図】図１
2005080381.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータと，
ステータ
とを含み，
前記ロータは，ｎ１極の界磁を備え，且つ，前記ステータに対向するロータ側面を有し，
前記界磁は，
前記ロータの半径方向外側に磁極面を有する永久磁石を含み，
前記ロータの半径をｒとしたとき，前記磁極面の上の点から前記ロータ側面への距離の最大値ｘは，下記式（１），（２）：
ｘ≦Ｄ／１０，               …（１）
Ｄ＝２πｒ／ｎ１，            …（２）
を満足し，
前記ステータは，
ｎ２個の電機子歯と，
前記電機子歯のそれぞれに巻回された電機子巻線
とを備え，
前記電機子歯の歯先の，円周方向における両端が前記ロータの中心軸を見込む角θ１は，下記式（３）：
θ＝３６０°／ｎ１，                 …（３）
で定義されるθを用いて記述される下記式（４）：
０．８５≦θ１／θ＜１．０          …（４）
を満足する
ＩＰＭモータ。
【請求項２】
請求項１に記載のＩＰＭモータにおいて，
前記電機子巻線は，前記電機子歯のそれぞれに集中巻きで巻回された
ＩＰＭモータ。
【請求項３】
請求項１に記載のＩＰＭモータにおいて，
前記電機子巻線には，３相の電機子電流が供給され，
前記ｎ１と前記ｎ２とは，
下記組み合わせ：
ｎ１＝１２，ｎ２＝９，
ｎ１＝１４，ｎ２＝１２，
ｎ１＝１６，ｎ２＝１２，
ｎ１＝１６，ｎ２＝１８，
ｎ１＝２０，ｎ２＝１５，
ｎ１＝２０，ｎ２＝１８，
ｎ１＝２０，ｎ２＝２１，
ｎ１＝２２，ｎ２＝２４，
ｎ１＝２４，ｎ２＝１８，
ｎ１＝２４，ｎ２＝２７，
ｎ１＝２６，ｎ２＝２４，
ｎ１＝２８，ｎ２＝２４，
ｎ１＝３０，ｎ２＝２７，
のいずれかである
ＩＰＭモータ。
【請求項４】
請求項１に記載のＩＰＭモータにおいて，
前記電機子巻線には，５相の電機子電流が供給され，
前記ｎ１と前記ｎ２とは，
下記組み合わせ：
ｎ１＝１２，ｎ２＝１０，
ｎ１＝１４，ｎ２＝１０，
ｎ１＝１８，ｎ２＝１５，
ｎ１＝１８，ｎ２＝２０，
ｎ１＝２２，ｎ２＝２０，
ｎ１＝２４，ｎ２＝２０，
ｎ１＝２６，ｎ２＝２０，
ｎ１＝２８，ｎ２＝２０，
ｎ１＝２６，ｎ２＝３０，
ｎ１＝２８，ｎ２＝３０，
のいずれかである
ＩＰＭモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータ及びＩＰＭ発電機の
ような，ＩＰＭ回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＰＭモータは，ロータ鉄心の内部に永久磁石が埋め込まれたブラシレスモータである。ＩＰＭモータは，体積あたりの出力トルクが大きく，且つ，入力電圧が小さいという特長を有している。このような特長を有するＩＰＭモータは，電気自動車の駆動用モータへの応用が好適である。
【０００３】
ＩＰＭモータは，外部から動力を供給することにより発電機としても機能する。ＩＰＭモータが発電機として機能することは，電気自動車への応用において特に重要である。以下においてＩＰＭモータとＩＰＭ発電機とを区別する必要がない場合，これらはＩＰＭ回転電機と記述される。
【０００４】
ＩＰＭ回転電機は，大きな出力トルクが得られることが望ましい。大きな出力トルクを得るためのＩＰＭモータの構造が，特許文献１に開示されている。公知のそのＩＰＭモータは，界磁を構成する永久磁石がロータ鉄心に浅く埋められている。このような構造は，大きなマグネットトルクを得ることを可能にする上に，補助的なリラクタンストルクを得ることを可能にし，ＩＰＭモータの出力トルクを有効に増大する。
【特許文献１】特開２０００−１５３０３３号公報
【０００５】
このようなＩＰＭ回転電機は，一層に大きな出力トルクを得られることが望まれる。マグネットトルクの増大は，ＩＰＭ回転電機の出力トルクを有効に増大させる。
【０００６】
更に，このようなＩＰＭ回転電機は，ロータの回転によって電機子巻線に誘起される誘起電圧の高調波成分が，抑制されることが望まれる。ロータが回転すると，ロータの電機子巻線に鎖交する磁束が変化し，電機子巻線には誘起電圧が生じる。誘起電圧は，基本波成分と，その高調波で構成される高調波成分とで構成される。基本波成分は，マグネットトルクに寄与して有用である。一方，高調波成分は，トルクリップル及び鉄心損失の原因となり，好ましくない。高調波成分の減少は，トルクリップルを抑制し，ＩＰＭ回転電機の鉄心損失を減少するために重要である。
【０００７】
更に，このようなＩＰＭ回転電機は，弱め界磁制御がなされているときのｄ軸インダクタンスが小さい値で安定していることが望まれる。ｄ軸インダクタンスが小さいことは，弱め界磁制御に使用されるｄ軸電流成分（弱め電流）を大きくすることを可能にする。これは，電機子電流を大きくし，ＩＰＭ回転電機の出力効率を高くするため望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は，出力トルクが一層に大きいＩＰＭモータを提供することにある。
本発明の他の目的は，ロータの回転によって電機子巻線に誘起される誘起電圧の高調波成分を抑制するＩＰＭモータを提供することにある。
本発明の更に他の目的は，弱め界磁制御がなされているときのｄ軸インダクタンスが小さい値で安定しているＩＰＭモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下に，上記の目的を達成するための手段を説明する。その手段に含まれる技術的事項には，［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載との対応関係を明らかにするために，［発明の実施の形態］で使用される番号・符号が付加されている。但し，付加された番号・符号は，［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１０】
本発明によるＩＰＭモータ（１０，３０）は，ロータ（１１，３１）と，ステータ（１２，３２）とを含む。ロータ（１１，３１）は，ｎ１極の界磁を備え，且つ，ステータ（１２，３２）に対向するロータ側面（１１ａ）を有している。界磁は，ロータ（１１，３１）の半径方向外側に磁極面（１５ａ）を有する永久磁石（１５）を含む。永久磁石（１５）は，ロータ（１１，３１）の半径をｒとしたとき，該磁極面（１５ａ）の上の点からロータ側面（１１ａ）への距離の最大値ｘが，下記式（１），（２）：
ｘ≦Ｄ／１０，               …（１）
Ｄ＝２πｒ／ｎ１，            …（２）
を満足する程度に浅く埋め込まれている。ステータ（１２，３２）は，ｎ２個の電機子歯（１６，３３）と，電機子歯（１６，３３）のそれぞれに巻回された電機子巻線（１８，３５）とを備えている。電機子歯（１６，３３）の歯先の，円周方向における両端（１６ａ，１６ｂ，３３ａ，３３ｂ）がロータ（１１，３１）の中心軸（１１ｂ，３１ｂ）を見込む角θ１と,下記式（３）：
θ＝３６０°／Ｎ，                 …（３）
で定義されるθとは，下記式（４）：
０．８５≦θ１／θ＜１．０          …（４）
を満足する。
【００１１】
θ１／θが式（４）を満足するような構造を電機子歯（１６，３３）が有していることにより，界磁が発生する磁束の多くが電機子巻線（１８，３５）に鎖交してＩＭＰモータ（１０，３０）のマグネットトルクが一層に大きくなる。これは，マグネットトルクを出力トルクの主成分として有するＩＰＭモータ（１０，３０）の出力トルクを有効に増大させる。
【００１２】
更に，θ１／θが式（４）を満足するような構造を電機子歯（１６，３３）が有していることにより，ロータ（１１，３１）の回転によって電機子巻線（１８，３５）に誘起される誘起電圧の高調波成分が抑制され，更に，弱め界磁制御時のｄ軸インダクタンスが小さい値で安定する。
【００１３】
電機子巻線（１８，３５）は，電機子歯（１６，３３）のそれぞれに集中巻きで巻回されていることが好適である。
【００１４】
電機子巻線（１８）に，３相の電機子電流が供給される場合，ｎ１とｎ２とは，下記組み合わせ：
ｎ１＝１２，ｎ２＝９，
ｎ１＝１４，ｎ２＝１２，
ｎ１＝１６，ｎ２＝１２，
ｎ１＝１６，ｎ２＝１８，
ｎ１＝２０，ｎ２＝１５，
ｎ１＝２０，ｎ２＝１８，
ｎ１＝２０，ｎ２＝２１，
ｎ１＝２２，ｎ２＝２４，
ｎ１＝２４，ｎ２＝１８，
ｎ１＝２４，ｎ２＝２７，
ｎ１＝２６，ｎ２＝２４，
ｎ１＝２８，ｎ２＝２４，
ｎ１＝３０，ｎ２＝２７，
のいずれかであることが好適である。
【００１５】
電機子巻線（３３）に，５相の電機子電流が供給される場合，ｎ１とｎ２とは，下記組み合わせ：
ｎ１＝１２，ｎ２＝１０，
ｎ１＝１４，ｎ２＝１０，
ｎ１＝１８，ｎ２＝１５，
ｎ１＝１８，ｎ２＝２０，
ｎ１＝２２，ｎ２＝２０，
ｎ１＝２４，ｎ２＝２０，
ｎ１＝２６，ｎ２＝２０，
ｎ１＝２８，ｎ２＝２０，
ｎ１＝２６，ｎ２＝３０，
ｎ１＝２８，ｎ２＝３０，
のいずれかであることが好適である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により，出力トルクが一層に大きいＩＰＭモータが提供される。
また，本発明により，ロータの回転によって電機子巻線に誘起される誘起電圧の高調波成分を抑制するＩＰＭモータが提供される。
また，本発明により，弱め界磁制御がなされているときのｄ軸インダクタンスが小さい値で安定しているＩＰＭモータが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（実施の第１形態）
図１は，本発明の実施の第１形態のＩＰＭモータ１０を示す。ＩＰＭモータ１０は，ロータ１１とステータ１２とを含む。ロータ１１は，そのロータ側面１１ａにおいてステータ１２に対向する。ステータ１２は，電磁的作用によってロータ１１にトルクを与え，ロータ１１を中心軸１１ｂの周りに回転させる。ＩＰＭモータ１０は，外部から動力を供給することにより発電機としても機能する。ロータ１１とステータ１２の構造が，以下に詳細に説明される。
【００１８】
まず，ロータ１１の構造が以下に説明される。
ロータ１１は，シャフト１３とロータ鉄心１４とを含む。シャフト１３は，図示されない軸受によって回転可能に支持されている。ロータ鉄心１４は，シャフト１３に固定的に接合され，シャフト１３と同体に回転する。ロータ鉄心１４は，珪素鋼板のような磁性材料で形成されている。
【００１９】
ロータ鉄心１４には，永久磁石で形成された界磁磁石１５が挿入されている。界磁磁石１５のそれぞれは，ロータ１１の界磁の一極を構成し，ロータ１１の半径方向に磁力線を発生する。隣接する２つの界磁磁石１５は，互いに逆の方向の磁力線を発生する，即ち，隣接する２つの界磁磁石１５の極性は逆である。本実施の形態では，界磁磁石１５の数，即ち，界磁の極数ｎ１は１４である。
【００２０】
図２に示されているように，ロータ鉄心１４には，界磁磁石１５の半径方向外側に位置する部分１４ａ（磁力線誘導部分１４ａ）が設けられる。この磁力線誘導部分１４ａの存在は，リラクタンストルクを発生させ，且つ，弱め界磁制御を可能にするために重要である。磁力線誘導部分１４ａの体積は，弱め界磁制御が可能であり，且つ，所望のリラクタンストルクが得られるように選ばれる。
【００２１】
一般的なＩＰＭモータとは異なり，本実施の形態のＩＰＭモータ１０では，界磁磁石１５のロータ側面１１ａからの埋め込み深さｘ（即ち，界磁磁石１５の半径方向外側の磁極面１５ａの上の点からロータ側面１１ａへの距離の最大値）が浅い。定量的に表現すれば，図３に示されているように，界磁磁石１５は，その埋め込み深さｘが，ロータ１１の半径ｒと極数ｎ１とを用いて記述される下記式：
ｘ≦Ｄ／１０，                               …（１）
Ｄ＝２πｒ／ｎ１，                            …（２）
を満足するような浅い位置に埋め込まれる。
【００２２】
界磁磁石１５の埋め込み深さｘが浅いことは，本実施の形態のＩＰＭモータ１０の出力トルクの主成分を，リラクタンストルクではなくマグネットトルクにする。永久磁石の埋め込み深さが深い一般的なＩＰＭモータは，その出力トルクの主たる成分が，リラクタンストルクである。一方，埋め込み深さｘが浅い界磁磁石１５を有する本実施の形態のＩＰＭモータ１０は，界磁磁石１５が発生する磁束の多くがステータ１２に鎖交するため，マグネットトルクが大きい。更に，埋め込み深さｘが浅いことは，ｑ軸インダクタンスを減少させ，従って，リラクタンストルクを減少させる。従って，式（１），（２）を満足させる本実施の形態のＩＰＭモータ１０は，通常のＩＰＭモータとは異なり，マグネットトルクをその出力トルクの主成分として有する。
【００２３】
埋め込み深さｘが浅いことは，ＩＰＭモータ１０の出力トルクを大きくするために重要である。上述のように，界磁磁石１５の埋め込み深さｘが浅いことはｑ軸インダクタンスを低減させる。一般には，ｑ軸インダクタンスの低減は，ＩＰＭモータの出力トルクを減少させるように思われるかもしれない。しかし，界磁磁石１５の埋め込み深さが浅く，ゆえに出力トルクの主成分がマグネットトルクである場合には，これは正しくない。出力トルクの主成分がマグネットトルクである場合，ｑ軸インダクタンスの低減によるリラクタンストルクの減少の効果よりも，ｑ軸インダクタンスの低減によって電機子電流が増大し，電機子電流の増大によってマグネットトルクとリラクタンストルクとの両方が大きくなる効果の方が大きい。
【００２４】
ロータ側面１１ａには，中心軸１１ｂが延伸する方向（軸方向）に溝１１ｃが延設されている。溝１１ｃは，隣接する２つの界磁磁石１５の間に設けられる。溝１１ｃは，界磁磁石１５が発生する磁束の多くをステータ１２に鎖交させ，マグネットトルクの増大に寄与する。
【００２５】
続いて，ステータ１２の構造が以下に説明される。
図３に示されているように，ステータ１２は，電機子歯１６１〜１６１２を含む。電機子歯１６１〜１６１２は，互いに区別される必要がない場合には電機子歯１６と表記される。電機子歯１６は，同一円周上に等間隔に配置されている。隣接する２つの電機子歯１６の間には，スロット１７が形成されている。スロット１７は，同一円周上に等間隔に配置されることになる。
【００２６】
図３に示されているように，電機子歯１６１〜１３１２には，それぞれ，電機子巻線１８１〜１８１２が巻かれている。ステータ１２の内側に回転磁界を発生するために，電機子巻線１８１〜１８１２には，三相の電機子電流が供給される。詳細には，電機子巻線１８１，１８２，１８７，１８８には，Ｕ相電流が供給され，電機子巻線１８３，１８４，１８９，１８１０には，Ｖ相電流が供給され，電機子巻線１８５，１８６，１８１１，１８１２には，Ｗ相電流が供給される。電機子巻線１８１，１８４，１８５，１８８，１８９，１８１２は，第１方向に（例えば，時計周りに）電機子電流が流れるように巻かれており，電機子巻線１８２，１８３，１８６，１８７，１８１０，１８１１は，第１方向と逆の第２方向に（例えば，反時計周りに）電機子電流が流れるように巻かれている。電機子巻線１８１〜１８１２は，互いに区別される必要がない場合には，電機子巻線１８と表記される。
【００２７】
電機子巻線１８は，集中巻きで電機子歯１６に巻かれている。電機子巻線１８が集中巻きで巻かれることは，ＩＰＭモータ１０の出力トルクの主成分であるマグネットトルクを大きくするために重要である。
【００２８】
電機子歯１６の歯先幅θ１（即ち，電機子歯１６の円周方向の２端１６ａ，１６ｂが，ロータ１１の中心軸１１ｂを見込む角θ１）は，下記式（３）：
θ＝３６０°／ｎ１，                …（３）
で定義されるθを用いて記述される下記式（４）：
０．８５≦θ１／θ＜１．０          …（４）
を満足している。このような構造は，ＩＰＭモータ１０のマグネットトルクを一層に大きくし，ロータ１１の回転によって電機子巻線１８に誘起される誘起電圧の高調波成分を抑制し，更に，弱め界磁制御時のｄ軸インダクタンスを小さい値で安定させるため好適である。
【００２９】
歯先幅θ１が０．８５以上であることは，界磁磁石１５が発生する磁束の多くを電機子巻線１８に鎖交させ，したがってマグネットトルクを増大させる。マグネットトルクの増大は，結果として，マグネットトルクを出力トルクの主成分とするＩＰＭモータ１０の効率の向上をもたらすため好適である。電機子歯１６の歯先が，θ１／θが０．９０以上であるように形成されることは，より好適である。歯先幅θ１が広いほど界磁磁石１５が発生する磁束の多くが電機子巻線１８に鎖交するが，出願人は，θ１／θが０．８５以上である程度に歯先幅θ１が広いＩＰＭモータを本願発明の範囲として要求する。ＩＰＭモータ１０のマグネットトルクの増大のために，歯先幅θ１を広くするという技術的思想は，出願人の知る限り当業者の技術水準にない。
【００３０】
その一方で，θ１／θが１．０未満であることは，マグネットトルクを増大し，更に，電機子巻線１８に誘起される誘起電圧の高調波成分を抑制させる。θ１／θが１．０よりも大きいということは，一の電機子歯１６が，常に，隣接する２つの界磁磁石１５と対向することを意味している。隣接する２つの界磁磁石１５は逆向きに磁束を発生するから，これは，電機子巻線１８に誘起される誘起電圧の基本波成分を減少させ，したがってマグネットトルクの増大を阻害する。更に，θ１／θが１．０よりも相当に大きい場合には，電機子巻線１８への誘起電圧の高調波成分が増大する事態が生じる。高調波成分の増大はトルクリップルを増大し，更に，ＩＰＭ回転電機の鉄心損失を減少するため好ましくない。
【００３１】
更に，θ１／θが１．０未満であることは，弱め界磁制御が行われるときのｄ軸インダクタンスを低い値で安定させる。歯先幅θ１がθ１／θが１．０未満であることにより，弱め界磁制御が行われ，電機子歯１６と界磁磁石１５とが正対しない場合にも，一の界磁磁石１５が発生する磁束の多くが一の電機子歯１６に鎖交するようになる。これは，磁性材料で形成されている電機子歯１６の歯先の一部を磁気的に飽和させる。電機子歯１６の歯先の一部が磁気的に飽和していることは，当該部分の透磁率を減少させ，ｄ軸インダクタンスを低くする。更に，電機子歯１６の歯先が磁気的に飽和している場合には，歯先の透磁率は，歯先に印加される磁界に依存せずほぼ一定である。ゆえに，θ１／θが１．０未満であることは，ｄ軸インダクタンスを低い値で一定にする。
【００３２】
θ１／θは，０．９８以下であることがより好適である。電機子歯１６の歯先は，磁束をその内部に誘導するため，電機子歯１６の実効的な歯先幅は，実際の歯先幅よりも広い。このような現象はギャップ効果と呼ばれる。このギャップ効果を考慮すると，θ１／θは，０．９８以下であることがより好適である。
【００３３】
本実施の形態において，ロータ１１の界磁の極数ｎ１とスロット１７の数（即ち，電機子歯１８の数）ｎ２との組み合わせは，
ｎ１＝１４，ｎ２＝１２，
以外であることが可能である。ただし，式（４）を原理的に満足させることが可能であることが必要である。例えば，１０極１２スロットのＩＰＭモータでは，θ１／θは，原理的に，０．８３３よりも小さくしかならない。なぜなら，１０極１２スロットのＩＰＭモータについて，θは，３６°（＝３６０°／１０）であり，且つ，歯先幅θ１は，必然的に３０°（＝３６０°／１２）未満である。従って，θ１／θは，０．８３３（＝３０°／３６°）よりも大きくならない。
【００３４】
ｎ１とｎ２の組み合わせは，式（４）を満足させることが可能な組み合わせのうち，特に，下記組み合わせ：
ｎ１＝１２，ｎ２＝９，
ｎ１＝１４，ｎ２＝１２，
ｎ１＝１６，ｎ２＝１２，
ｎ１＝１６，ｎ２＝１８，
ｎ１＝２０，ｎ２＝１５，
ｎ１＝２０，ｎ２＝１８，
ｎ１＝２０，ｎ２＝２１，
ｎ１＝２２，ｎ２＝２４，
ｎ１＝２４，ｎ２＝１８，
ｎ１＝２４，ｎ２＝２７，
ｎ１＝２６，ｎ２＝２４，
ｎ１＝２８，ｎ２＝２４，
ｎ１＝３０，ｎ２＝２７，
のいずれかであることが好適である。上述のように，本実施の形態の一般的なＩＰＭモータとは異なり，ＩＰＭモータ１０は，マグネットトルクが出力トルクの主成分であり，リラクタンストルクが出力トルクの補助的な成分である。これは，界磁磁石１５の埋め込み深さが浅いことに起因している。上記のｎ１とｎ２の組み合わせは，このようなＩＰＭモータ１０において特異的に有利である。その理由が，以下に説明される。
【００３５】
第１に，これらの組み合わせは，いずれも，極数ｎ１が比較的に大きい。既述の特許文献１に記載されているように，極数ｎ１が大きいことは，界磁が発生する磁力線のうち電機子巻線に鎖交する成分を多くし，ＩＰＭモータ１０の出力トルクの主成分たるマグネットトルクを増加するために有効である。
【００３６】
第２に，これらの組み合わせは，極数ｎ１とスロット数ｎ２との差が小さいため，界磁の１極を構成する一の界磁磁石１５を，単一の電機子歯１６と正対しやすくする。具体的には，上記組み合わせでは，極数ｎ１とスロット数ｎ２との差は高々５である。これは，ＩＰＭモータ１０の出力トルクの主成分たるマグネットトルクを増加するために有効である。極数ｎ１とスロット数ｎ２との差が小さいことは，更に，巻線係数を大きくするためにも有効である。巻線係数が大きいことは，界磁磁石１５が発生する磁力線をより多く電機子巻線１８に鎖交させ，マグネットトルクを増加させる。定量的には，上記組み合わせは，いずれも，巻線係数を０．９４以上にすることを可能にする。
【００３７】
第３に，これらの組み合わせは，ステータ起磁力の基本波成分に対する巻線係数を大きくし，かつ高調波成分に対する巻線係数を小さく設計することを可能にする。このため，特にこれらの組み合わせは，ＩＰＭモータ１０の出力を大きくする。
【００３８】
上記の極数ｎ１とスロット数ｎ２との組み合わせは，これらの有利性を全て具備しており，本実施の形態のＩＰＭモータ１０において有利である。
【００３９】
（実施の第２形態）
図４は，本発明の実施の第２形態のＩＰＭモータ３０を示す。本実施の形態のＩＰＭモータ３０は，５相モータである。５相のＩＰＭモータは，３相のＩＰＭモータよりも，それを駆動するのに必要なインバータの能力及びキャパシタの容量を小さくできるためで好適である。
【００４０】
ＩＰＭモータ３０は，ロータ３１とステータ３２とを備えている。
ロータ３１の構造は，界磁の極数ｎ１が２２である点以外，実施の第１形態のロータ１１の構造と同一である。ロータ３１は，シャフト１３と，ロータ鉄心１４と，２２個の界磁磁石１５とを備えている。界磁磁石１５は、その埋め込み深さｘが、ロータ１２の半径ｒと極数ｎ１とを用いて記述される下記式（１），（２）：
ｘ≦Ｄ／１０，                               …（１）
Ｄ＝２πｒ／ｎ１，                            …（２）
を満足するような浅い位置に埋め込まれる。
【００４１】
図５に示されているように，ステータ３２は，電機子歯３３１〜３３２０を含む。互いに区別されない場合，電機子歯３３１〜３３２０は，電機子歯３３と記載される。電機子歯３３は、同一円周上に等間隔に配置されている。隣接する２つの電機子歯３３の間には、スロット３４が形成されている。スロット３４は、同一円周上に等間隔に配置されることになる。本実施の形態では、スロットの数ｎ２は、２０であり、電機子歯３３１〜３３２０のそれぞれには，電機子巻線３５１〜３５２０が集中巻きで巻かれている。互いに区別されない場合，電機子巻線３５１〜３５２０は，電機子歯３３と記載される。
【００４２】
隣接する２つの電機子巻線３５２ｉ−１，３５２ｉは，巻線対を構成する。ここでｉは１０以下の自然数である。一の巻線対を構成する電機子巻線３５２ｉ−１，３５２ｉは，電気的に直列に接続される。更に，電機子巻線３５２ｉ−１と電機子巻線３５２ｉとは，巻回方向が逆である。詳細には，電機子巻線３５１，３５４，３５５，３５８，３５９，３５１２，３５１３，３５１６，３５１７，３５２０は，第１方向（例えば，時計回り）に巻回され，これら以外の電機子巻線は，第１方向と逆の第２方向（例えば，反時計回り）に巻回される。
【００４３】
ステータ３２の内側に回転磁界を発生するために、電機子巻線３５には，５相の電機子電流が供給される。詳細には，電機子巻線３５２，３５１２にはＵ相電流が，電機子巻線３５８，３５１８にはＶ相電流が，電機子巻線３５４，３５１４にはＷ相電流が，電機子巻線３５１０，３５２０にはＸ相電流が，電機子巻線３５６，３５１６にはＹ相電流が供給され，他の電機子巻線は，中性点に接続される。
【００４４】
電機子歯３３の歯先幅θ１（即ち，電機子歯３３の円周方向の２端３３ａ，３ｂが，ロータ３１の中心軸３１ｂを見込む角θ１）は，下記式（３）：
θ＝３６０°／ｎ１，                …（３）
で定義されるθを用いて記述された下記式（４）：
０．８５≦θ１／θ＜１．０          …（４）
を満足している。実施の第１形態と同様に，このような構造は，ＩＰＭモータ３０のマグネットトルクを一層に大きくし，ロータ３１の回転によって電機子巻線３３に誘起される誘起電圧の高調波成分を抑制し，更に，弱め界磁制御時のｄ軸インダクタンスを小さい値で安定させるため好適である。
【００４５】
本実施の形態において，ロータ３１の界磁の極数ｎ１とスロット３４の数（即ち，電機子歯３３の数）ｎ２との組み合わせは，
ｎ１＝２２，ｎ２＝２０，
以外であることが可能である。ただし，式（４）を原理的に満足させることが可能であることが必要である。極数ｎ１とスロット数ｎ２とは，式（４）を満足させることを可能な組み合わせのうち，下記組み合わせ：
ｎ１＝１２，ｎ２＝１０，
ｎ１＝１４，ｎ２＝１０，
ｎ１＝１８，ｎ２＝１５，
ｎ１＝１８，ｎ２＝２０，
ｎ１＝２２，ｎ２＝２０，
ｎ１＝２４，ｎ２＝２０，
ｎ１＝２６，ｎ２＝２０，
ｎ１＝２８，ｎ２＝２０，
ｎ１＝２６，ｎ２＝３０，
ｎ１＝２８，ｎ２＝３０，
のいずれかであることが好適である。上述のように，本実施の形態の一般的なＩＰＭモータとは異なり，ＩＰＭモータ３０は，マグネットトルクが出力トルクの主成分であり，リラクタンストルクが出力トルクの補助的な成分である。これは，界磁磁石１５の埋め込み深さが浅いことに起因している。上記のｎ１とｎ２の組み合わせは，このようなＩＰＭモータ３０において特異的に有利である。その理由が，以下に説明される。
【００４６】
第１に、これらの組み合わせは、いずれも、極数ｎ１が比較的に大きい。既述の特許文献１に記載されているように、極数ｎ１が大きいことは、界磁が発生する磁力線のうち電機子巻線に鎖交する成分を多くし、ＩＰＭモータ３０の出力トルクの主成分たるマグネットトルクを増加するために有効である。
【００４７】
第２に、これらの組み合わせは、界磁の１極を構成する界磁磁石１５を、単一の電機子歯３３と正対しやすくする。これは、ＩＰＭモータ３０の出力トルクの主成分たるマグネットトルクを増加するために有効である。これらの組み合わせは，界磁磁石１５が発生する磁力線をより多く電機子巻線３５に鎖交させ、マグネットトルクを増加させる。
【００４８】
第３に、これらの組み合わせは、ステータ起磁力の基本波成分に対する巻線係数を大きくし、かつ高調波成分にたいする巻線係数を小さく設計することを可能にする。このため、特にこれらの組み合わせは、ＩＰＭモータ３０の出力を大きくする。
【００４９】
上記の極数ｎ１とスロット数ｎ２との組み合わせは、これらの有利性を全て具備しており、界磁磁石１５の埋め込み深さが浅い５相のＩＰＭモータ３０において有利である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は，本発明の実施の第１形態のＩＰＭモータの構造を示す。
【図２】図２は，実施の第１形態のＩＰＭモータのロータの拡大図である。
【図３】図３は，実施の第１形態のＩＰＭモータのステータの構造を示す。
【図４】図４は，本発明の実施の第２形態のＩＰＭモータの構造を示す。
【図５】図５は，実施の第２形態のＩＰＭモータのステータの構造を示す。
【符号の説明】
【００５１】
１０：ＩＰＭモータ
１１：ロータ
１２：ステータ
１３：シャフト
１４：ロータ鉄心
１４ａ：磁力線誘導部分
１５：界磁磁石
１５ａ：磁極面
１６：電機子歯
１７：スロット
１８：電機子巻線
３０：ＩＰＭモータ
３１：ロータ
３２：ステータ
３３：電機子歯
３４：スロット
３５：電機子巻線
【図１】
2005080381.tif 000003
【図２】
2005080381.tif 000004
【図３】
2005080381.tif 000005
【図４】
2005080381.tif 000006
【図５】
2005080381.tif 000007