(57)【要約】【課題】製造効率を向上させ、高速駆動上の諸対策を効果的に実現すること。【解決手段】この多相モータＭのステータ１には、内周近傍に全閉形かつ深溝形のコイルスロットＳａ１〜Ｓｃ２が設けられる。スロット断面は内周側が先細形状で外周側の広い底部が長方形を呈し、ステータコイル３のバー状導体部３ａ２，３ａ４；３ｂ２，３ｂ４；３ｃ２，３ｃ４がスロット底部に組み込まれ（スロット底部を円形とし丸型バー状導体を組み込んでもよい）、各スロットでのコイル占有率を上げ、ステータ１の隣接スロット間隔を拡げる。ロータ２は、高透磁率で低抵抗の円柱状ソリッドロータであり、軸心Ｘに近い部分には高強度鋼を用い短絡リングの外周縁に面取りを施して高速回転による遠心力に対する強度を高める。ステータコイル３は、５相以上の相数増大により、高周波インバータでＰＷＭ制御無しの方形波で駆動しても磁束分布を正弦波に近づけることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面側に回転軸に沿って全閉形のスロットが形成された積層鉄心製のステータと、
上記スロットのそれぞれを貫通するバー状導体を有する各相ステータコイルと、
上記ステータの内周面側に空隙を介して対向する円柱形状のロータと
から成り、
各相ステータコイルには多相高周波電源の各相出力が供給される
ことを特徴とする多相モータ。
【請求項２】
前記スロットは、回転軸に直交する方向の断面が、外側方向にほぼ長方形の形状を呈すると共に、内側方向には先細るほぼ二等辺三角形の形状を呈し、
各相ステータコイルのバー状導体は、断面がほぼ長方形であり、前記スロットの断面長方形の部分に嵌め込まれる
ことを特徴とする請求項１に記載の多相モータ。
【請求項３】
前記スロットは、回転軸に直交する方向の断面がほぼ円形の形状を呈する外側部分と、同方向の断面が内側方向に先細り外側部分の径より幅狭でほぼ長方形の形状を呈する内側部分とから成り、
各相ステータコイルのバー状導体は、断面がほぼ円形であり、前記スロットの断面円形の外側部分に嵌め込まれる
ことを特徴とする請求項１に記載の多相モータ。
【請求項４】
ステータコイルは、各相毎に、１つのスロットを貫通する１本のバー状導体で構成され、各相バー状導体は、一端が各相電源に接続され他端が全相共通に接続されることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の多相モータ。
【請求項５】
各相ステータコイルは、直列接続された２ｎ本のバー状導体を有し、各バー状導体は、２ｎ（ｎは正の整数）個のスロットの夫々を貫通し、ステータの何れかの端面で他のバー状導体の端子間と接続され、コイル両端のバー状導体については、一端のバー状導体の端子がステータの一端面側で各相電源に接続され、他端のバー状導体の端子がステータの一端面側で全相共通に接続されることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の多相モータ。
【請求項６】
各相ステータコイルの一端をなすバー状導体は、ステータの一端面から突出した端部を有し、当該端部には、電源供給用引出し線を接続するための引出し部が形成されることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の多相モータ。
【請求項７】
内周面側に回転軸に沿って全閉形のスロットが形成された積層鉄心製のステータと、
上記スロットのそれぞれを貫通するバー状導体を有し、多相高周波電源の各相出力が供給される各相ステータコイルと、
上記ステータの内周面側に空隙を介して対向する円柱形状のロータと
から成り、
上記空隙に対して冷却用流体を回転軸に沿う方向に強制的に通流する
ことを特徴とする多相モータ。
【請求項８】
内周面側に回転軸に沿って全閉形のスロットが形成された積層鉄心製のステータと、
上記スロットのそれぞれを貫通するバー状導体を有し、多相高周波電源の各相出力が供給される各相ステータコイルと、
上記ステータの内周面側に空隙を介して対向する円柱形状のロータと
から成り、
上記ロータの主要素は、比抵抗が低く透磁率が高い外側部分と回転軸に結合される高強度鋼製の内側部分とを強固に接合したものである
ことを特徴とする多相モータ。
【請求項９】
前記ロータの内側部分と回転軸とは一体化された構造であることを特徴とする請求項８に記載の多相モータ。
【請求項１０】
内周面側に回転軸に沿って全閉形のスロットが形成された積層鉄心製のステータと、
上記スロットのそれぞれを貫通するバー状導体を有し、多相高周波電源の各相出力が供給される各相ステータコイルと、
上記ステータの内周面側に空隙を介して対向する円柱形状のロータと
から成り、
上記ロータの主要素は、外側ほど純鉄に近い炭素鋼成分となり、内側ほど高強度鋼成分となるように、外側から内側へと両成分が漸次変化して分布するものである
ことを特徴とする多相モータ。
【請求項１１】
前記ロータの外側の部分は、比抵抗が２０μΩｃｍ以下であり、比透磁率が１０００以上であることを特徴とする請求項８〜１０の何れか１項に記載の多相モータ。
【請求項１２】
前記ロータは、抵抗が低く線膨張率が炭素鋼に近い金属を前記ロータ主要素の両端面に接合した短絡リングを備え、該短絡リングは、外周縁が面取りされた構造であることを特徴とする請求項８〜１１の何れか１項に記載の多相モータ。
【請求項１３】
内周面側に回転軸に沿って全閉形のスロットが形成された積層鉄心製のステータと、
上記スロットのそれぞれを貫通するバー状導体を有する各相ステータコイルと、
上記ステータの内周面側に空隙を介して対向する円柱形状のロータと
から成り、
前記ステータコイルは、相数が５以上であり、方形波の高周波電源出力が供給される
ことを特徴とする多相モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、多相モータに関し、特に、低電圧・高周波数の駆動回路により高速運転する装置、例えば、ターボ機械のように高速駆動を行い高速でも回生制動を必要とする電気的な駆動装置に使用するのに適した高速多相モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関のターボチャージャー（過給機）における圧縮機を電気的な駆動装置でアシストする試みがなされている。このような駆動装置では、例えば、毎分５万回転以上というような高速度で回転させる必要があるため、高周波数インバータで駆動されるモータを圧縮機に直結する方法が考えられている。
【０００３】
このような高速駆動に適したモータとして、例えば、特許文献１には、外周を開放溝とし内周を全閉溝として環状巻線を両溝を交互に貫通させた固定子と塊状鉄の回転子鉄心を備えた高速誘導電動機が提案されている。
【特許文献１】特開２００４−９６９１０号公報
【０００４】
この提案によると、大きな回転トルクを発生させ、高調波駆動による各種損失を低減させて高速回転が可能な誘導電動機を実現することができるが、環状巻線を固定子の全閉スロットを貫通して固定子に環状に巻き付けるなど製造上の効率が悪い上に、高周波数駆動に伴う損失や軸長に対する考慮、回転子振動に対する対策などが十分でない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明は、このような事情に鑑み、製造効率を向上させることができると共に高速駆動上の諸対策を更に効果的に実現することができる高効率の多相モータ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】
【０００６】
この発明の１つの特徴に従うと、内周面側に回転軸に沿って全閉形のスロット（Ｓ）が形成された積層鉄心製のステータ（１）と、スロット（Ｓ）のそれぞれを貫通するバー状導体を有する各相ステータコイル（３）と、ステータ（１）の内周面側に空隙を介して対向する円柱形状のロータ（２）とから成り、各相ステータコイル（３）には多相高周波電源（ＩＶ）の各相出力が供給される多相モータ〔請求項１〕が提供される。なお、括弧書きは、理解の便の為に付した実施例の参照記号乃至用語である。
【０００７】
この多相モータにおいて、スロット（Ｓ）は、回転軸（Ｘ−Ｘ）に直交する方向の断面が、外側方向にほぼ長方形の形状を呈すると共に、内側方向には先細るほぼ二等辺三角形の形状を呈し、各相ステータコイル（３）のバー状導体は、断面がほぼ長方形であり、スロット（Ｓ）の断面長方形の部分に嵌め込まれる〔請求項２〕ように構成することができる。
【０００８】
或いは、スロット（Ｓ）は、回転軸（Ｘ−Ｘ）に直交する方向の断面がほぼ円形の形状を呈する外側部分と、同方向の断面が内側方向に先細り外側部分の径より幅狭でほぼ長方形の形状を呈する内側部分とから成り、各相ステータコイル（３）のバー状導体は、断面がほぼ円形であり、スロット（Ｓ）の断面円形の外側部分に嵌め込まれる〔請求項３〕ように構成することができる。
【０００９】
また、この多相モータにおいて、各相ステータコイル（３）は、各相毎に、１つのスロット（Ｓ）を貫通する１本のバー状導体で構成され、各相バー状導体は、一端が各相電源に接続され他端が全相共通に接続される〔請求項４〕ように構成することができる。
【００１０】
或いは、各相ステータコイル（３）は、直列接続された２ｎ本のバー状導体を有し、各バー状導体は、２ｎ（ｎは正の整数）個のスロット（Ｓ）の夫々を貫通し、ステータ（１）の何れかの端面で他のバー状導体の端子間と接続され、コイル両端のバー状導体については、一端のバー状導体の端子がステータ（１）の一端面側で各相電源に接続され、他端のバー状導体の端子がステータ（１）の一端面側で全相共通に接続される〔請求項５〕ように構成することができる。
【００１１】
さらに、この多相モータにおいて、各相ステータコイル（３）の一端をなすバー状導体（３ａｉ〜３ｃｉ）は、ステータ（１）の一端面から突出した端部を有し、当該端部には、電源供給用引出し線を接続するための引出し部が形成される〔請求項６〕ように構成することができる。
【００１２】
この発明の別の特徴に従うと、内周面側に回転軸に沿って全閉形のスロット（Ｓ）が形成された積層鉄心製のステータ（１）と、スロット（Ｓ）のそれぞれを貫通するバー状導体を有し、多相高周波電源（ＩＶ）の各相出力が供給される各相ステータコイル（３）と、ステータ（１）の内周面側に空隙を介して対向する円柱形状のロータ（２）とから成り、空隙に対して冷却用流体（ＦＬ）を回転軸（Ｘ−Ｘ）に沿う方向に強制的に通流する多相モータ〔請求項７〕が提供される。
【００１３】
この発明の更に別の特徴に従うと、内周面側に回転軸に沿って全閉形のスロット（Ｓ）が形成された積層鉄心製のステータ（１）と、スロット（Ｓ）のそれぞれを貫通するバー状導体を有し、多相高周波電源（ＩＶ）の各相出力が供給される各相ステータコイル（３）と、ステータ（１）の内周面側に空隙を介して対向する円柱形状のロータ（２）とから成り、ロータ（２）の主要素は、比抵抗が低く透磁率が高い外側部分（２１）と回転軸に結合される高強度鋼製の内側部分（２２）とを強固に接合したものである多相モータ〔請求項８〕、或いは、内周面側に回転軸に沿って全閉形のスロット（Ｓ）が形成された積層鉄心製のステータ（１）と、スロット（Ｓ）のそれぞれを貫通するバー状導体を有し、多相高周波電源（ＩＶ）の各相出力が供給される各相ステータコイル（３）と、ステータ（１）の内周面側に空隙を介して対向する円柱形状のロータ（２）とから成り、ロータ（２）の主要素は、外側ほど純鉄に近い炭素鋼成分となり、内側ほど高強度鋼成分となるように、外側から内側へと両成分が漸次変化して分布するもの（２０）である多相モータ〔請求項１０〕が提供される。
【００１４】
ここで、前者の多相モータにおいては、ロータ（２）の内側部分（２２）と回転軸（Ｘ−Ｘ）とは一体化された構造（２Ａ）である〔請求項９〕ように構成することができる。
【００１５】
この多相モータにおいて、ロータ（２）の外側の部分は、比抵抗が２０μΩｃｍ以下であり、比透磁率が１０００以上である〔請求項１１〕ように構成することができる。
【００１６】
さらに、この多相モータにおいて、ロータ（２）は、抵抗が低く線膨張率が炭素鋼に近い金属をロータ主要素の両端面に接合した短絡リング（２３）を備え、この短絡リング（２３）は、外周縁が面取り（ＢＶ）された構造である〔請求項１２〕ように構成することができる。
【００１７】
この発明の他の特徴に従うと、内周面側に回転軸に沿って全閉形のスロット（Ｓ）が形成された積層鉄心製のステータ（１）と、スロット（Ｓ）のそれぞれを貫通するバー状導体を有する各相ステータコイル（３）と、ステータ（１）の内周面側に空隙を介して対向する円柱形状のロータ（２）とから成り、ステータコイル（３）は、相数が５以上であり、方形波の高周波電源出力（ＩＶ）が供給される多相モータ〔請求項１３〕が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
この発明による多相モータでは、ステータ（１）は、その内周面側に全閉形のスロット（Ｓ）が形成されており「クローズドスロットステータ」と呼ばれる構造になっているので、回転磁界の高調波成分を抑制することができると共に、各相ステータコイル（３）には、これらスロット（Ｓ）の夫々を貫通するバー状導体が用いられるので、クローズドスロットステータ（固定子）へのコイル導体の取付け作業を容易にして製造効率を向上することができる。また、コイルエンド（バー状導体のステータ両端面からの突出部）が短くなるので、軸系〔回転軸（Ｘ−Ｘ）の軸受け間の長さ＝軸長〕が短くなって高速回転時の軸系の振動設計が容易になると共に、各コイルの電流容量を増大することができる。しかも、スロット（Ｓ）に成型コイルのステータコイル（３）を挿通することにより、スロット（Ｓ）におけるコイル占有率を上げてステータ鉄心の磁路を広くすることができるので、空隙の磁束密度を高めて高トルクを得ることができる。〔請求項１〕
【００１９】
この多相モータにおいては、回転軸（Ｘ−Ｘ）方向からみた全閉スロット（Ｓ）の断面は、外側方向にほぼ長方形の形状であり、内側方向には、先細るほぼ二等辺三角形の形状を呈し２つの斜辺（等辺）によるテーパが与えられている。そして、この断面長方形の部分に、断面が長方形のバー状導体を嵌め込んで、所謂“深溝形”の構造になっているので、ステータコイル間の間隔を広げることができる。また、スロット（Ｓ）の内周側断面にはテーパが形成されるので、全閉スロット（Ｓ）近傍のステータ鉄心の磁路も拡げられる。従って、有効磁束を更に増大して高トルクを得ることができる。〔請求項２〕
【００２０】
この多相モータでは、また、全閉スロット（Ｓ）の断面は、外側部分がほぼ円形であり、内側部分は、内側方向に先細り外側部分の径より幅狭のほぼ長方形の形状を呈している。そして、この断面円形の部分に、断面が円形のバー状導体を嵌め込んで、所謂“深溝形”の構造にされるので、ステータコイル間の間隔を広げることができる。また、スロット（Ｓ）の内周側断面は先細且つ幅狭の細長い長方形になっているので、全閉スロット（Ｓ）近傍のステータ鉄心の磁路も拡げられる。従って、有効磁束を更に増大して高トルクを得ることができるだけでなく、バー状導体には、電線などに通常使用される丸型導体を用いて製造コストを低減することができる。〔請求項３〕
【００２１】
この多相モータでは、ステータコイル（３）は、各相毎に、１つのスロット（Ｓ）を貫通する１本のバー状導体で構成するハーフターン構造を採用することができる。そして、このようなハーフターン構造を採用することによって、スロット及びバー導体の数を減少することでステータ構造を非常に簡単にすることができると共に、スロットの導体収納部及びバー導体の断面積を増大することで電流容量を増大することができる。また、各相バー状導体の一端はそのまま各相電源に接続され、他端は全相共通に接続する構成を簡単に採ることができ、製造コストを下げ、モータ外からの電源取出しも容易になる。〔請求項４〕
【００２２】
この多相モータでは、また、各相ステータコイル（３）を２ｎ本のバー状導体で構成し、これらのバー状導体をステータ（１）の何れかの端面で直列接続し、コイル両端のバー状導体については、各相ステータコイル（３）の一方の端部となるバー状導体の端子をステータ（１）の一端面側で各相電源に接続し、各相ステータコイル（３）の他方の端部となるバー状導体の端子を、やはり、ステータ（１）の一端面側で全相共通に接続する構造を採用すると、帯状の導体間接続部をステータ（１）の外周に回す方法を用いることなく、バー状導体端部のコイルエンドを接続する接続部をステータ（１）の両端面に装着することができるので、モータ外形を小さくすることができるだけでなく、板状の接続部を用いて、導体間接続部を含むコイルエンドを短くすることができ、また、ステータの一端面側に電源引出し部を設けることができ、製造も容易となる。〔請求項５〕
【００２３】
例えば、ｎ＝１の３相１ターン型モータ（図６参照）では、ステータ（１）の一端面側において、各相ステータコイル（３）の一方の端部バー状導体（３ａｉ〜３ｃｉ）の一端子端子（コイルエンド）を電源引出し部として各相電源に接続すると共に、各相ステータコイル（３）の他方の端部バー状導体（３ａｋ〜３ｃｋ）の一端子（コイルエンド）を板状の共通接続部（３ｎ）で相互に接続し合って全相共通に接続する。これに対して、ステータ（１）の他端面側では、各相毎に、両端部バー状導体（３ａｉ〜３ｃｉ，３ａｋ〜３ｃｋ）の他端子（コイルエンド）を板状の導体接続部（３ａｊ〜３ｃｊ）で相互に接続して当該バー状導体を直列接続する。
【００２４】
また、ｎ≧２以上の場合は、各相当り４本以上のバー状導体が設けられ〔例えば、図８参照（ｎ＝４）〕、ステータ（１）の一端面側において、各相ステータコイルの一方の端部となる１本目バー状導体（ａ１〜ｃ１）の端子（コイルエンド）を各相電源に接続し、各相毎に、残る３本のバー状導体を、順次、ステータ（１）の何れかの端面で交互に端子（コイルエンド）間を板状の導体間接続部で直列接続して行く。そして、ステータ（１）の一端面側において、各相ステータコイルの他方の端部となる４本目バー状導体（ａ１５〜ｃ１５）の端子（コイルエンド）を板状の共通接続部（ｎ）で全相で共通接続する。
【００２５】
この場合、極数（ｐ）が「２」の２極多相モータでは、導体間接続部の長さを短くするために、帯状の導体間接続部をステータ（１）の外周に回す方法を採ることもできるが〔例えば、図３（２極２ターン：ｐ＝２，極当り各相ターン数ｔ＝ｎ＝２）参照〕、特に、４極以上でこの方法を採ると〔例えば、図８（４極２ターン：ｐ＝４，極当り各相ターン数ｔ＝ｎ／２＝２）参照〕、ステータ端面にて板状（弧状）の導体間接続部でバー状導体を接続する方が、ステータ（１）の外周に帯状の導体間接続部を回すよりも、導体間接続部の長さを短くすることができるので、各相コイルのインピーダンスを小さくすることができるという実用上の効果がある。
【００２６】
この多相モータでは、さらに、各相ステータコイル（３）の一端をなすバー状導体（３ａｉ〜３ｃｉ）を、そのまま、ステータ（１）の一端面から突出させ、突出した各端部に各相ステータコイルへの電源が供給されるようにしているので、引出し部として機能する各突出部分の長さを等しくするなど、引出し長を簡単に合わせることができ、極く容易に、相間インピーダンス差を少なくし相間インピーダンスバランスを取ることができる。〔請求項６〕
【００２７】
この発明による多相モータは、ステータ（１）内周とロータ（２）外周との隙間（空隙）に、回転軸（Ｘ−Ｘ）方向に沿って、空気、潤滑油などの気体又は液体の冷媒から成る冷却用流体（ＦＬ）を強制的に通して、ステータ（１）及びロータ（２）を冷却すると共に、回転軸（Ｘ−Ｘ）の軸振動をダンピングさせることができる。すなわち、この多相モータでは、ステータ（１）の内面側に全閉形スロット（Ｓ）が設けられ、ロータ（２）の形状が円柱状を呈し、ステータ（１）内周及びロータ（２）外周には平滑な面が形成されるので、ロータ（２）の高速回転中に、平滑状の両面間に軸方向に冷却用流体（ＦＬ）を強制通流させると、高速回転によって回転軸（Ｘ−Ｘ）が変位して狭くなった空隙部では冷却用流体（ＦＬ）によりロータ（２）を押し返すダンピング力が働いて、軸振動が抑えられ円滑に高速運転を行うことができる。〔請求項７〕
【００２８】
この発明による多相モータは、ロータ（２）は所謂“ソリッドロータ”で構成することができ、ロータ（２）の主要素には、トルク発生に寄与する磁束及び電流をよく通す高透磁率で低抵抗の材料でできた円柱（筒）形状の塊状体が採用される〔請求項８，１０〕。この場合、ステータ（１）の内周面に対向してトルク発生に寄与する外側部分（２１）には、例えば、純鉄に近い低炭素鋼や低比抵抗・高透磁率の合金鋼など、比抵抗が低く透磁率が高い金属を用い、回転軸に結合される内側部分（２２）に高強度鋼を用いて両部分（２１，２２）を拡散接合などにより強固に接合して二層構造にしたものをロータ（２）の主要素にする方法が好適である。このような二層のロータ構造にすることにより、ロータ高速回転による過大な遠心力に対するロータ内部（軸心Ｘに近い部分）の強度を大きく向上することができる。〔請求項８〕
【００２９】
また、ロータ（２）の内側部分（２２）と回転軸（Ｘ−Ｘ）とを一体化された構造（２Ａ）にすることによって、更に強度を向上し而も製造効率を高め製造コストを低減することができる。〔請求項９〕
【００３０】
別の方法として、外側ほど純鉄に近い炭素鋼成分となり、内側ほど炭素成分が増える等の高強度鋼成分となるように、外側から内側へと両成分が漸次変化して分布する分布構造のもの（２０）をロータ（２）の主要素に採用してもよく、この方法によっても、ロータ高速回転による過大な遠心力に対するロータ内部の強度を大きく向上することができる。これらの方法により、誘導機の２次抵抗を下げて滑りを減少させ効率を向上させるというソリッドロータの一目標を現実化することができる。〔請求項１０〕
【００３１】
この多相モータにおいて、ロータ（２）の外側の部分には、比抵抗が２０μΩｃｍ以下であり比透磁率が１０００以上である磁性材料を用いることにより、純銅を用いたかご型誘導モータ並以上にスリップを少なくして高効率で運転することができ、さらに、高透磁率材料を使うことで励磁電流を抑制してモータの損失を抑えることができる。〔請求項１１〕
【００３２】
さらに、高透磁率かつ低抵抗の円柱状ソリッドロータ（２）を採用する場合、抵抗が低く線膨張率が炭素鋼に近い金属を、拡散接合や摩擦圧接などの接合方法によってロータ主要素の両端面に接合した短絡リング（２３）を設け、この短絡リング（２３）の外周縁には面取り（ＢＶ）を施すことにより、短絡リング（２３）についても、ロータ高速回転による過大な遠心力に対する強度を上げることができる。〔請求項１２〕
【００３３】
この発明の多相モータは、さらに、ステータコイル（３）の相数を５以上とし、これら各相ステータコイル（３）に高周波電源（ＩＶ）からＰＷＭ（Pulse Width Modulation）無しの方形波で駆動することにより、高周波電源（ＩＶ）のスイッチングロスを低減しつつ回転磁界を正弦波に近づけて高効率で運転することができる。〔請求項１３〕
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
〔要部全体及びステータの構成例〕
この発明の一実施例による高速多相モータでは、予め成形加工で作成された剛性をもつバー状の成形コイルをステータコイルに採用して、コイルの装着工程を簡単にするだけでなく、コイルエンドの短縮化などを図り、高速駆動に必要な有利な種々の特性を得ることができる。図１は、この発明の一実施例による高速多相モータの要部の分解斜視図である。また、図２は、同要部の両側面及び断面図であり、図２（１）及び図２（３）は、それぞれ、同要部を回転軸（Ｘ−Ｘ）方向の左側及び右側からみた左側面図及び右側面図を示し、図１（２）は、同要部を回転軸の中心線Ｘ−Ｘを垂直（Ｙ−Ｙ）に通る面（Ｘ−Ｙ）で切ったときの断面図を示す。
【００３５】
ここで、図１を用いて、この発明の一実施例による多相モータＭの要点を簡単に説明しておく。ステータ１は、「クローズドスロットステータ」と呼ばれる構造を呈しており、内周近傍に全閉形かつ深溝形のコイルスロットＳａ１〜Ｓｃ２が設けられ、各スロットの内周側断面が先細になっており、広い断面を有する外周側のスロット底部にステータコイル３のバー状導体部３ａ２，３ａ４；３ｂ２，３ｂ４；３ｃ２，３ｃ４が組み込まれる。ここで、スロット底部の断面は矩形でも円形でもよく、この形状に対応した断面形状を有する角型や丸型のバー状導体が組み込まれる。これによって、各スロットでのコイル占有率を上げ、電流容量を増大すると共に、ステータ１の隣接スロット間隔が拡げられるので、空隙の磁束密度を高くし高トルクを得ることができる。さらに、バー状導体部３ａ２〜３ｃ４の端部（コイルエンド）は短小であるためモータ軸長が短くなって高速駆動に適したものとなり、端部を接続する導体間接続部３ａ３，３ｂ３，３ｃ３は、ステータ１の外周を回さず、ステータ１の端面に設けられるので、製造が容易になるだけでなく、導体間接続要素のインピーダンス低下に寄与することができる。また、ステータ１及びロータ２の対向面は平滑化されているので、ロータ２の高速回転中、両面間の空隙に冷却用流体を通流させることで、回転軸（Ｘ−Ｘ）の軸振動がダンピングされる。ロータ２は、高透磁率で低抵抗の円柱状ソリッドロータであり、軸心Ｘに近い部分に高強度鋼が用いられると共に短絡リングの外周縁に面取りが施されるので、高速回転による遠心力に対する強度が高められる。ステータコイル３は、相数を増大することにより（５相以上）、高周波インバータでＰＷＭ制御することなく方形波（矩形波）で駆動しても磁束分布を正弦波に近づけて、駆動波形の高調波成分による損失を小さくすることができる。
【００３６】
以下、図１及び図２の例に従って、より詳しく説明していく。図１及び図２の例では、モータＭの相数は“３”であり、各相当りのステータコイル（固定子巻線）の巻回（ターン）数は“１”であり、「３相１ターンモータ」とも呼ばれる。また、以下の説明では、各相を“Ａ”，“Ｂ”，“Ｃ”で表わし、参照記号中の添字“ａ”、“ｂ”及び“ｃ”は、それぞれ、Ａ相、Ｂ相及びＣ相に対応していることを表わすものとする。なお、各図とも要部の構造を分かり易くするために、機械製図のように完全な断面図或いは側面図にはなっていない。また、同様の趣旨で、図１及び図２には回転軸が示されておらず、回転軸の中心（軸心）のみが記号“Ｘ”で示されている。
【００３７】
この３相モータＭは、ステータ１、ロータ２及びステータコイル３（記号“３”は図示していないが、ステータコイルを総称的に表わす）を主要素とする低圧且つ大出力（大電流）の高速モータである〔例えば、駆動インバータ電源電圧１２Ｖ、出力２ｋＷ程度、最大速度２０万ｒｐｍ〕。
【００３８】
ステータ１は、図１中央及び図２（２）に示すように、環状の磁性鉄板（電磁鋼板）を回転軸（Ｘ−Ｘ）方向に積層した鉄心であって〔例えば、厚さ（軸方向）２０ｍｍ程度〕、中心には、微小な空隙〔例えば、径方向に０．３ｍｍ以下程度〕を介してロータ２が回転するための円柱状の空間が形成され〔例えば、径２５ｍｍ程度〕、その内周近傍には、回転軸（Ｘ−Ｘ）方向に沿って複数のスロット孔が開けられている。
【００３９】
ロータ２は、円柱（筒）の形状をした塊状の所謂“ソリッドロータ”であって〔例えば、径２４．５ｍｍ程度〕、中心に形成された軸孔には回転軸（図示せず）が挿通され、回転軸に機械的に結合され支持される。ロータ２は、例えば、誘導機の場合は、円柱状の鉄製塊状体を主要素とし、その両端に短絡リングを備えており、図１，２は誘導機の場合を示している。また、同期機の場合は円柱状の永久磁石で構成される（図示せず）。
【００４０】
一方、ステータ１には、軸孔内周面の近傍に、６つの全閉形のスロット（「全閉スロット」という）Ｓ（記号“Ｓ”は図示していないが、スロットＳａ１〜Ｓｃ２を総称的に表わす）が周方向に沿って６０°の等間隔で設けられる。これらの全閉スロットＳは、回転軸と直交する方向の断面が、軸心Ｘの方向に丸みをもった頂点が向かう二等辺三角形〔例えば、高さ８ｍｍ（底辺４ｍｍ）〕と、軸心から放射する方向に長い長方形〔例えば、平行辺（長辺）１０ｍｍ、底部辺（短辺）４ｍｍ〕とを合わせた大略五角形の形状を呈している。これら全閉スロットＳは、断面長方形の部分には成形コイル３が貫通され、所謂“深溝形”を形成する。また、各スロットにおいて断面が二等辺三角形の二等辺をなす部分は「テーパ部」と呼ばれる。
【００４１】
全閉スロットＳは、３相Ａ〜Ｃの夫々に対応して、回転軸に関して相対するように（即ち１８０°回転した位置に）２つのスロットＳａ１，Ｓａ２；Ｓｂ１，Ｓｂ２；Ｓｃ１，Ｓｃ２が割り当てられ、Ａ〜Ｃ各相の間では、周方向に沿って１２０°ずつずれた位置に配置される。なお、Ａ相スロットＳａ１，Ｓａ２を記号“Ｓａ”で、Ｂ相スロットＳｂ１，Ｓｂ２を記号“Ｓｂ”で、Ｃ相スロットＳｃ１，Ｓｃ２を記号“Ｓｃ”で、それぞれ、総称的に表わすことがある。
【００４２】
ステータコイル（固定子巻線）３は、成形コイル（formed coil ）と呼ばれ、予め各コイル部材が成形加工され剛性を備えた銅製の導体を主体にして構成され、Ａ相乃至Ｃ相ステータコイル３ａ〜３ｃ（記号“３ａ”〜“３ｃ”は図示していないが、各相Ａ〜Ｃのステータコイルを総称的に表わす）と共通接続部３ｎから成る。各相コイル３ａ〜３ｃ及び共通接続部３ｎの相互間及びステータ１との間で絶縁が必要な箇所については、予め各部材のコイル導体の周面に絶縁被覆ＩＳが施されており、図１では絶縁被覆ＩＳが斜線塗りで示されている。
【００４３】
すなわち、各相ステータコイル３ａ，３ｂ，３ｃは、それぞれ、板状の給電接続部３ａ１，３ｂ１，３ｃ１、直方体状の第１バー導体部３ａ２，３ｂ２，３ｃ２、板状の導体間接続部３ａ３，３ｂ３，３ｃ３及び第１バー導体部と同様の直方体状の第２バー導体部３ａ４，３ｂ４，３ｃ４という４つのコイル部材から構成され、共通接続部３ｎも上述の各接続部と同様に板状である。そして、これら各コイル部材は、銅製の導体が、予め、図１に示される形状に成形加工され、これに絶縁被覆ＩＳ（斜線部）が施されており、図２に示されるように組み立てられる。
【００４４】
なお、絶縁被覆ＩＳについては、図１に示すように、給電端及び各相における隣接各コイル部材との接続箇所を除いて周面に施されるが、図２（１），（３）の両側面図では、波線のように一部の絶縁被覆だけが示されている。第１及び第２バー導体部３ａ２，３ｂ２，３ｃ２；３ａ４，３ｂ４，３ｃ４の主部導体は同一寸法である〔例えば、長さ３４ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ４．２ｍｍ〕。また、各接続部３ａ１，３ｂ１，３ｃ１；３ａ３，３ｂ３，３ｃ３；３ｎは、主部の幅がほぼ同一とされ〔例えば、１６ｍｍ程度〕、板厚も同一寸法であり、図２（２）の断面図に示すように、絶縁被覆ＩＳを含めても同一の板厚Ｄ〔例えば、２ｍｍ〕になっている。
【００４５】
各相ステータコイル３ａ，３ｂ，３ｃ及び共通接続部３ｎの電気的な接続関係については、各相の給電接続部３ａ１，３ｂ１，３ｃ１の給電端に、“Ａ相”〜“Ｃ相”で図示されるように、高周波電源（後述）の各相出力が供給され、各給電接続部３ａ１，３ｂ１，３ｃ１の他端にはそれぞれ第１バー導体部３ａ２，３ｂ２，３ｃ２の一端が接続される。各相の第１バー導体部３ａ２，３ｂ２，３ｃ２の他端はそれぞれ導体間接続部３ａ３，３ｂ３，３ｃ３の一端が接続され、各導体間接続部３ａ３，３ｂ３，３ｃ３の他端にはそれぞれ第２バー導体部３ａ４，３ｂ４，３ｃ４一端が接続される。そして、各相の第２バー導体部３ａ４，３ｂ４，３ｃ４の他端は共通接続部３ｎの３つの端部３ｎａ，３ｎｂ，３ｎｃにそれぞれ接続される。
【００４６】
各相の給電接続部３ａ１，３ｂ１，３ｃ１は、回転軸（Ｘ−Ｘ）に直交する面を主面とした板体であり、ステータ１の一方の端面側にリング状の絶縁シート４を介して取り付けられる。ここで、絶縁シート４は、エポキシ樹脂などの適当な絶縁性合成樹脂製のものである。これら給電接続部３ａ１，３ｂ１，３ｃ１の給電端は、図示上側に示すように、給電線接続用ネジ孔（○印）が設けられ、各相電源を供給するための端子として用いられる。また、他端側は、軸心Ｘに向かって突き出した突出片（突出部）になっており、給電端及び突出片以外の部分には絶縁被覆ＩＳが施される。そして、各突出片には、軸心に向かう開口が形成され、第１バー導体部３ａ２，３ｂ２，３ｃ２の端部が各開口に嵌め込まれて電気的且つ機械的に結合される。
【００４７】
この例では、Ａ相の給電接続部３ａ１は、ほぼ長方形の板体であり、Ｂ相及びＣ相の給電接続部３ｂ１，３ｃ１は、ほぼ鉤状の板体である。また、Ｂ，Ｃ相の給電接続部３ｂ１，３ｃ１は、給電端を含むほぼ長方形の部分と、長方形部分に続き６０°を超える角度をもつ円弧状の部分と、円弧状部分の端部から軸心に向かう突出片の部分とから成り、Ｂ相とＣ相では、円弧状及び突出片の部分で形成される鉤形部分がＡ相を間にして線対象になっている。これらの給電接続部３ａ１，３ｂ１，３ｃ１は、回転軸（Ｘ−Ｘ）に直交する面に関して同一平面内に位置する。
【００４８】
共通接続部３ｎは、給電接続部３ａ１，３ｂ１，３ｃ１が取り付けられるステータ１の一方の端面に絶縁シート４を介して取り付けられる。共通接続部３ｎは、２４０°を超える角度を持ち絶縁被覆ＩＳが施された円弧状導体板と、円弧状導体板の互いに１２０°ずつ隔てた中央及び両端には、軸心に向かって突き出した突出導体片３ｎａ；３ｎｂ，３ｎｃが設けられる。これら突出片（突出部）３ｎａ；３ｎｂ，３ｎｃには、軸心に向かう開口が形成され、第２バー導体部３ａ４，３ｂ４，３ｃ４の端部が各開口に嵌め込まれて電気的且つ機械的に結合される。なお、円弧状導体板に代えて円弧角３６０°の円環状導体を用いてもよい。
【００４９】
この例では、共通接続部３ｎの円弧状部分は、図１の斜視図又は図２（２）の断面図で左側からみた場合、Ｂ相及びＣ相の給電接続部３ｂ１，３ｃ１の円弧状部分の下に位置している。そして、共通接続部３ｎの円弧状部分と各突出片３ｎａ，３ｎｂ，３ｎｃとの間に段差（図２右側では２本の平行線で示される）が設けられ、突出片３ｎａ，３ｎｂ，３ｎｃは、回転軸（Ｘ−Ｘ）方向の外側〔図１及び図２（２）で右側〕に位置し、回転軸（Ｘ−Ｘ）に直交する面に関して、各相給電接続部３ａ１，３ｂ１，３ｃ１の突出片とほぼ同じ位置になっている。また、Ｂ相及びＣ相の給電接続部３ｂ１，３ｃ１の円弧状部分と絶縁シート４との間に共通接続部３ｎが介在し、一方、Ａ相の給電接続部３ａ１と絶縁シート４との間は浮いている（但し、共通接続部３ｎに円環状導体板を用いた場合は共通接続部３ｎが介在する）。
【００５０】
なお、回転軸（Ｘ−Ｘ）に直交する面に関するＢ，Ｃ相の給電接続部３ｂ１，３ｃ１と共通接続部３ｎとの上下の位置関係は逆にしてもよく、この場合は、各相給電接続部３ａ１，３ｂ１，３ｃ１には段差をもって突出片を回転軸（Ｘ−Ｘ）方向の外側に位置するように設けると共に、共通接続部３ｎについては、段差を省略して、突出片３ｎａ，３ｎｂ，３ｎｃが、回転軸（Ｘ−Ｘ）に直交する面に関して円弧状部分と同一平面上に位置させるのがよい。
【００５１】
各相の導体間接続部３ａ３，３ｂ３，３ｃ３は、回転軸（Ｘ−Ｘ）に直交する面を主面としたほぼ１８０°を超える角度をもち絶縁被覆ＩＳが施された円弧状の部分を主体にした板体であって、３相とも同一の形状を呈しており、絶縁シート４を介してステータ１の他方の端面に、互いに１２０°ずつずれた位置に取り付けられる。円弧の両端は、軸心に向かって突き出した突出片（突出部）が形成されており、両突出片には、軸心に向かう開口が形成され、それぞれ、第１及び第２バー導体部３ａ２，３ｂ２，３ｃ２；３ａ４，３ｂ４，３ｃ４の端部が両開口に嵌め込まれて電気的且つ機械的に結合される。
【００５２】
この例では、各導体間接続部３ａ３，３ｂ３，３ｃ３は、第１バー導体部３ａ２，３ｂ２，３ｃ２に接続される突出片を含む一方の半部と、第２バー導体部３ａ４，３ｂ４，３ｃ４に接続される突出片を含む他方の半部との間に段差（図２左側では２本の平行線で示される）が設けられ、一方の半部が回転軸（Ｘ−Ｘ）方向の外側（図１及び図２断面図で左側）に位置する。従って、図１の斜視図又は図２中央の断面図で左側からみた場合、Ａ，Ｂ，Ｃ相の導体間接続部３ａ３，３ｂ３，３ｃ３の一方の半部の下に、それぞれ、Ｂ，Ｃ，Ａ相の導体間接続部３ｂ３，３ｃ３，３ａ３の他方の半部が位置する。
【００５３】
また、各導体間接続部３ａ３，３ｂ３，３ｃ３において、第２バー導体部３ａ４，３ｂ４，３ｃ４が接続される他方の突出片は、他方の半部に段差をもって設けられ、回転軸（Ｘ−Ｘ）方向の外側（図１及び図２断面図で左側）に位置し、回転軸（Ｘ−Ｘ）に直交する面に関して、第１バー導体部３ａ２，３ｂ２，３ｃ２が接続される一方の突出片と同一平面上に位置する。なお、回転軸（Ｘ−Ｘ）に直交する面に関する各相導体間接続部３ａ３，３ｂ３，３ｃ３の各半部上下位置関係（段差）は逆にしてもよい。
【００５４】
各相の第１及び第２バー導体部３ａ２，３ａ４；３ｂ２，３ｂ４；３ｃ２，３ｃ４は、何れも、同一の直方体形状を呈しており、“ステータ１の厚さ〔回転軸（Ｘ−Ｘ）方向の長さ〕＋絶縁シートの厚さの２倍＋導体間、接続部の板厚Ｄの２倍”を僅かに超える長さと、スロット４の断面長方形の長辺及び短辺にほぼ等しい幅及び厚さ（絶縁被覆ＩＳを含む）とを有する。
【００５５】
一端が給電接続部３ａ１，３ｂ１，３ｃ１に接続される第１バー導体部３ａ２，３ｂ２，３ｃ２と、一端が共通接続部３ｎに接続される第２バー導体部３ａ４，３ｂ４，３ｃ４とは、他端が導体間接続部３ａ３，３ｂ３，３ｃ３で接続されて、電気的には直列接続となる。また、両導体部の絶縁被覆ＩＳが施された部分は、それぞれ、ステータ１に設けられた全閉スロットＳａ１，Ｓｂ２，Ｓｃ２；Ｓａ２，Ｓｂ２，Ｓｃ２の断面長方形の部分に収納され、この３相モータＭにおけるステータコイル３の主機能要素として機能する。
【００５６】
すなわち、全閉形の各コイルスロットＳには、これら導体部の端面を図２（１），（３）に黒塗りで示すように、スロットＳの長方形断面に合わせて成形されたステータコイル３が、軸心Ｘから離れた位置にある断面長方形の部分にぴったりと納められ、軸心Ｘに近いステータ内周近傍位置にある断面二等辺三角形部分にはテーパ部が形成される。
【００５７】
この高速３相モータＭでは、このように、ステータコイル３として成型コイルを採用することで、コイルスロットＳへのステータコイル３の装着作業が極めて容易且つ簡単になると共にスロットＳにおけるコイル導体の占有率を上げることができる。さらに、コイルスロットＳ自体の形状も、深溝形にして隣接するステータコイル３との間隔を拡げると共にステータ１の内周近傍にテーパ部を設けることで、隣接するステータコイル３乃至スロットとの間の磁路を広くしてステータ鉄心の磁気抵抗を極力低くし、ステータ１・ロータ２間の空隙の磁束密度を高くして、高トルクを発生することができる。
【００５８】
〔組立て手順例〕
次に、このような３相モータＭのステータコイル３の装着手順の一列を説明する。まず、図１に示すように、ステータ１、ロータ２、成形コイル３の各部材及び２枚の絶縁シート４を用意する。ここで、成形コイル３の各部材には、必要部分をワニスクロステープで巻いたりポリイミドフィルムなどで被覆して絶縁被覆ＩＳが施されている。最初に、ステータ１の両側面には絶縁シート４を適当な合成樹脂製の接着剤で貼り付け、回転軸（Ｘ−Ｘ）方向を水平にしてステータ作業台に載置しておく。
【００５９】
次いで、成形コイル３を構成する部材のうち、全相の導体間接続部３ａ３；３ｂ３；３ｃ３を、Ａ，Ｂ，Ｃ相の一方の半部の上に、それぞれ、Ｂ，Ｃ，Ａ相の導体間接続部の他方の半部が位置するような関係になるように、重ね合わせて仮固定し、コイル作業台に載置する。そして、これら導体間接続部３ａ３；３ｂ３；３ｃ３の両突出片に設けられた開口に、それぞれ、各相第１及び第２バー導体部３ａ２，３ａ４；３ｂ２，３ｂ４；３ｃ２，３ｃ４の一方の端部を嵌め込んで電気的且つ機械的に結合する。
【００６０】
この結合には、例えば、ロウ付け、圧接、超音波接合、レーザ溶接などの任意の導体接合方法が用いられるが、絶縁被覆ＩＳなどの絶縁を破壊しないようになるべく温度を上げない接合方法を採ることが好ましい。そして、この結合作業によって、第１及び第２バー導体部が導体間接続部の両突出片に接続された中間組立体３ａ２−３ａ３−３ａ４；３ｂ２−３ｂ３−３ｂ４；３ｃ２−３ｃ３−３ｃ４が作成される。
【００６１】
続いて、この中間組立体３ａ２−３ａ３−３ａ４；３ｂ２−３ｂ３−３ｂ４；３ｃ２−３ｃ３−３ｃ４をコイル作業台から外して、ステータ作業台に載置されたステータ１に対して、図２（２）における左側面から、第１及び第２バー導体部３ａ２，３ａ４；３ｂ２，３ｂ４；３ｃ２，３ｃ４を各相スロットＳａ１，Ｓａ２；Ｓｂ１，Ｓｂ２；Ｓｃ１，Ｓｃ２に挿入する作業に入る。導体間接続部３ａ３；３ｂ３；３ｃ３の仮固定を外して導体間接続部３ａ３；３ｂ３；３ｃ３の他方の半部をステータ１の左側面にある絶縁シートに密着させると、この挿入作業が終了し、ステータ１の右側面から第１及び第２バー導体部３ａ２，３ａ４；３ｂ２，３ｂ４；３ｃ２，３ｃ４の所望の先端部分が突出する。
【００６２】
次に、ステータ１の右側面から突出している各相第２バー導体部３ａ４；３ｂ４；３ｃ４の先端を、それぞれ、共通接続部３ｎの３突出片に設けられた開口に嵌め込んで、上述と同様の方法で電気的且つ機械的に結合する。さらに、ステータ１の右側面から突出している各相第１バー導体部３ａ２，３ｂ２，３ｃ２の先端を、それぞれ、各相給電接続部３ａ１，３ｂ１，３ｃ１の突出片に設けられた開口に嵌め込んで、上述と同様の導体接合方法を用いて、電気的且つ機械的に結合する。
【００６３】
なお、上述したコイル部材間の結合に当っては、各接続部３ａ１，３ｂ１，３ｃ１；３ａ３，３ｂ３，３ｃ３；３ｎの突出片は、ステータ１の左右の各端面から少なくとも距離Ｄだけ離れて位置するように、必要な段差が設けられて円弧部分に取り付けられているので、第１及び第２バー導体部３ａ２，３ｂ２，３ｃ２；３ｂ２，３ｂ４；３ｃ２，３ｃ４の端部と結合する際、これらバー導体の対ステータ用絶縁被覆ＩＳに熱的な悪影響を及ぼさないという利点がある。
【００６４】
〔冷却媒体の空隙への強制通流〕
この発明の一実施例による高速多相モータにおいては、図２に示されるとおり、全閉形スロットＳが設けられたステータ１の内周並びに円柱状を呈するロータ２の外周は平滑な面が形成されるので、このような両面の特徴を利用し、図２（２）に示すように、両面で形成される隙間（空隙）に冷却媒体ＦＬを強制通流することによって、ステータ１及びロータ２の冷却と合わせて、回転軸（Ｘ−Ｘ）の軸振動をダンピングさせて円滑に高速運転を行うことができる。
【００６５】
つまり、ステータ１の内周とロータ２の外周との隙間には、図２（２）に矢印で示すように、冷却用流体ＦＬが、図示しないポンプから回転軸（Ｘ−Ｘ）方向に沿って強制的に通流される。ここで、冷却用流体ＦＬには、例えば、空気、潤滑油などの気体又は液体の冷却媒体の中から適当なものが選ばれるが、高速回転に伴う回転損失をできるだけ少なくするために、粘性の小さなものが好ましい。また、ステータ１は、ロータ２との対向面の密閉性及び平滑性を高めるために、積層電磁鋼板部分について接着剤で積層したり、内周面を樹脂などでコーティングしておくことが好ましい。
【００６６】
例えば、ロータ２の高速回転によって回転軸（Ｘ−Ｘ）に変位が生じ、ステータ１の内周との間隔が狭くなった空隙部では、冷却用流体ＦＬによりロータ２を押し返すダンピング力が働くので、軸振動が抑えられる。これにより、ステータ１及びロータ２間には最小限の間隔が維持され、円滑に高速運転を行うことができる。
【００６７】
〔ステータコイルのターン数増加〕
ロータの軸方向長を短くすると、固有振動周波数が上がり、機械的な臨界速度を上げて円滑な高速運転を行うことができる。また、高速回転に伴う遠心力に対する強度保持のためにはロータ径を必要以上に大きくすることができない。このために、ステータコイルに十分な誘起電圧が生じないことがある。このような場合には、ステータコイルは、各相のバー導体部を２対以上即ちターン数を２以上とし、別途“コ”字状に成形加工された「廻し導体間接続部」と呼ばれる導体板を追加し、その中間部をステータの外側に廻してその両端部をステータ両端面に位置させて２つのバー導体部を繋ぐ構造を採用することができる。
【００６８】
図３及び図４は、この発明の一実施例による別の高速多相モータの要部分解斜視図及び要部を側面からみた概略図を示す。この例では、モータＭの相数は“３”、各相当りのコイルターン数は“２”であって、３相２ターンモータになっており、全閉スロットＳの数は、図１及び図２で説明した３相１ターンモータの２倍である。なお、図３及び図４では、図１及び図２と共通する要素については同一の用語及び参照番号を用いており、絶縁被覆ＩＳについては記載が省略されている。
【００６９】
この３相２ターンモータＭは、３相１ターンモータと同様に、給電接続部３ａ１，３ｂ１，３ｃ１、第１バー導体部３ａ２，３ｂ２，３ｃ２、導体間接続部３ａ３，３ｂ３，３ｃ３及び第２バー導体部３ａ４，３ｂ４，３ｃ４から成る各相ステータコイル３ａ，３ｂ，３ｃと、共通接続部３ｎとを備え、これらの部材に加えて、第１及び第２バー導体部３ａ２，３ｂ２，３ｃ２；３ａ４，３ｂ４，３ｃ４に対して、夫々３０°の間隔をおいて隣接するスロットに第３及び第４バー導体部３ａ６，３ｂ６，３ｃ６；３ａ８，３ｂ８，３ｃ８が設けられ、それぞれ、帯状の廻し導体間接続部３ａ５，３ｂ５，３ｃ５；３ａ７，３ｂ７，３ｃ７を介して第３及び第４バー導体部が接続される。
【００７０】
ここで、第３及び第４バー導体部３ａ６〜３ｃ８は第１及び第２バー導体部３ａ１〜３ｃ４と同一形状に成形されている。また、廻し導体間接続部３ａ５〜３ｃ７は、導体間接続部３ａ３〜３ｃ３及び共通接続部３ｎと同一板厚Ｄ且つ同一幅を有する帯状導体が、図３に示すように、予め“コ”字状に成形加工されたものである。
【００７１】
同様にして、全閉スロット数を更に増大し、バー導体部及び廻し導体間接続部を増設することにより、１相当りターン数を“３”以上にすることができる。
【００７２】
〔他のステータ構成例〕
図２〜図４のモータでは、回転軸方向からみたスロットの断面を、回転軸側が先細る二等辺三角形部分とその外側の長方形部分とを合わせた形状とし、長方形部分に断面矩形のコイル導体を収納するようにしたが、回転軸側が先細る細長の長方形状を呈する長方形状部分の外側に円形部分を設け、円形部分に断面円形のコイル導体を収納するようにしてもよい。図５は、このような円形断面を有するスロット及び導体形状の他の例を示す。
【００７３】
図５の例では、ステータ１には、６個のスロットＳ１〜Ｓ６が設けられており、各スロットＳ１〜Ｓ６の断面は、回転軸Ｘ側の長方形部分と外側の円形部分から成る。長方形状部分は、長手方向が回転軸Ｘに向かい、長手方向に直交する方向の幅（短辺）が円形部分の径よりも小さい。この長方形状部分は、完全な長方形ではなく、回転軸Ｘ側が先細るように丸くテーパ付けされており、必要に応じて、回転軸Ｘ側の幅を狭くして細長の二等辺三角形とも言い得る形状にしてもよい。一方、長方形状部分の外側方向にある円形部分（底部）には、断面円形のステータコイル導体３ａｉ〜３ｃｊ（３ａ〜３ｆ）がしっかりと嵌め込まれ、例えば、３相１ターン型モータや６相ハーフターン型モータとして機能させることができる。
【００７４】
このようにスロットを長方形状及び円形から成る断面とすることにより、図２〜図４のモータと同様に、各スロットでのコイル占有率を上げ、電流容量を増大すると共に、ステータ１の隣接スロット間隔を拡げられるので、空隙の磁束密度を高くし高トルクを得ることができるだけでなく、さらに、電線などに用いられている断面円形の丸型導体をステータコイルのバー導体として使用することができ、製造コストを低減することができる。
【００７５】
さて、この発明のように低圧且つ高周波の電源で駆動される低圧高速モータにおいては、各相のインダクタンスは、ｎＨ（ナノヘンリ）オーダの低い値であるが、各相間に僅かでも差があると、各相間のインピーダンス差が顕著に表われて、駆動電流のアンバランスを生じてコッキングやトルク変動などの無視できない電磁機械的な悪影響が生じるという問題がある。特に、バー導体から給電端までの引出し線の相間のインピーダンスバランスについては、バー導体からの給電路の長さが僅かに異なっても、引出し線の相間のバランスが取り難くなる。例えば、図２〜図４のモータの引出し線構造では、形状の異なる給電接続部３ａ１；３ｂ１，３ｃ１を各相ステータコイル３ａ，３ｂ，３ｃに設け、その給電端に高周波電源のＡ相〜Ｃ相出力を供給するようにしているので、相間インピーダンスバランスの点で十分ではない。従って、各相ステータコイルの各要素を対称的に配線したり、引出し線の長さを各相間で合わせることが必要となる。
【００７６】
図６は、この発明の一実施例による引出し線構造を工夫した３相１ターン型モータの構造例を示し、この例では、図５で説明した細長部分付き円形スロット及び丸型バー導体を用いている。ステータ１に設けられた６つの細長部分付き円形スロットＳ１〜Ｓ６には、Ａ〜Ｃ相ステータコイル３ａ；３ｂ；３ｃの第１及び第２バー導体３ａｉ，３ａｋ；３ｂｉ，３ｂｋ；３ｃｉ，３ｃｋが貫通する。各相の第１バー導体３ａｉ〜３ｃｉのステータ１の一端面から突出した各端部は、高周波電源のＡ相〜Ｃ相出力を供給する引出し部として機能し、等しい長さ（引出し長）をもつ。また、第１バー導体３ａｉ〜３ｃｉは、ステータ１の他端面で、中間接続板（導体間接続部）３ａｊ〜３ｃｊにより各相の第２バー導体３ａｋ〜３ｃｋの一端と接続される。そして、これら第２バー導体３ａｋ〜３ｃｋの他端は、ステータ１の一端面で共通接続板３ｎによって全相共通に接続される。
【００７７】
このように、電源供給側のバー導体３ａｉ〜３ｃｉをそのままステータ１の一端面から突出する構造を採ると、引出し線として機能する突出部の長さを簡単に等しくすることができ、電源への引出し長を簡単に合わせることができるので、相間インピーダンス差を少なくし相間インピーダンスバランスを取るのが非常に容易になる。なお、共通接続板３ｎについても、図示のように扇形ではなく、円形の対称形状とすることにより、各相間のインピーダンス差を更に減少することができる。
【００７８】
また、この発明のように低圧且つ高周波の電源で駆動される低圧高速モータにおいては、ステータコイルの巻数が少なくても、高速回転により低い供給電圧に見合う速度誘起電圧がえられるので、ステータコイルの巻数を極端に減らすことができ、ハーフターン（「半ターン」又は「１／２ターン」ともいう）とすることができる。図７は、この発明の一実施例によるハーフターン構造の多相モータの例を示し、これらの例では、細長部分付き円形スロット及び丸型バー導体（図５参照）を用い、ステータ端面のバー導体に電源供給の引出し部を形成する構造（図６参照）を採用している。
【００７９】
ハーフターン型モータにおいては、ステータコイルは、各相当り１本のバー導体で構成される。例えば、図７（１）に示される６相ハーフターン型モータの例では、Ａ〜Ｆ相ステータコイルのために、６つの細長部分付き円形スロットＳ１〜Ｓ６がステータ１に設けられ、これらのスロットＳ１〜Ｓ６には、Ａ〜Ｆ相ステータコイルを構成する６本のバー導体３ａ〜３ｆが夫々貫通する。ステータ１の一端面から突出した各相のバー導体３ａ〜３ｆの一方の端部には、高周波電源のＡ相〜Ｆ相出力が供給され、他方の端部は、ステータ１の他端面で共通接続板３ｎによって全相共通に接続される。
【００８０】
同様に、図７（２）の３相ハーフターン型モータの例では、ステータ１に設けられたＡ〜Ｃ相用の３つの細長部分付き円形スロットＳ１〜Ｓ３に、Ａ〜Ｃ相ステータコイルを構成する３本のバー導体３ａ〜３ｃが夫々貫通し、ステータ１の一端面から突出した各相のバー導体３ａ〜３ｃの一方の端部には、高周波電源のＡ相〜Ｃ相出力が供給され、他方の端部は、ステータ１の他端面で共通接続板３ｎによって全相共通に接続される。
【００８１】
このように、ハーフターン構造にすると、スロット及びバー導体の数を減少することでステータ構造を非常に簡単にすることができると共に、スロットの導体収納部及びバー導体の断面積を増大することで電流容量を増大することができる。また、細長部分付き円形スロット及び丸型バー導体や、ステータ端面からの電源供給引出し構造を簡単に併用することができ、これによって、製造コストを更に下げ、モータ外からの電源取出しも容易になる。
【００８２】
これとは逆にターン数を２以上に増加させることについては、図３，４で既に説明した。図３，４の３相２ターン型モータは２極構造であり（極数ｐ＝２）、導体間接続部の長さを短くするために、帯状の導体間接続部をステータ（１）の外周に回す方法を採っている。すなわち、ステータ１の外側に、廻し接続部３ａ５，３ａ７；３ｂ５，３ｂ７；３ｃ５，３ｃ７が配置される。従って、廻し接続部を成形加工することで製造効率が悪く、また、モータの外径が大きくなってしまう。
【００８３】
従って、これを回避するためにも、ターン数の多いモータについて、図５〜図７で説明したステータ端面での直接引出しや導体間接続構造を採用することができる。この場合、極数を「ｐ」とし極当り各相ターン数を「ｔ」とすると、各相ステータコイルを構成するｔ×ｐ本のバー導体を、順次、ステータの何れかの端面で交互に直列接続して行き、各相ステータコイルの両端のバー導体については、一方の端部となるバー導体の端子をステータの一端面側で各相電源に接続し、他方の端部となるバー導体の端子を同一端面側で全相共通に接続する。
【００８４】
特に、２ターン型で４極以上の構造（ｔ＝２，ｐ≧４）のモータに対して、図６で説明したように、バー導体の端部（コイルエンド）をステータ端面にて板状（弧状）の導体間接続部で接続する方法を採用すると、実用上、ステータ外側に廻し接続部を設ける必要をなくするだけでなく、図３のように、ステータ外周に廻し接続部を回すよりも、導体間接続部の長さを短くすることができ、各相ステータコイルの導体間接続要素のインピーダンスを小さくすることができる。
【００８５】
図８は、この発明の一実施例による３相４極２ターン型モータ（ｔ＝２，ｐ＝４）の構造例を示す。このモータでは、ステータ１のロータ側内部に２４個の全閉深溝形スロットが設けられ、これらスロット乃至ステータ両端面にＡ〜Ｃ相ステータコイル３ａ〜３ｃ（これらの参照記号は図示されていない）及び共通接続板ｎが設けられる。各相ステータコイル３ａ〜３ｃは、８本のバー導体と７枚の中間接続板（導体間接続部）を備え、参照記号ａ１〜ａ１５，ｂ１〜ｂ１５，ｃ１〜ｃ１５は、Ａ〜Ｃ相ステータコイルの構成要素を表わしており、ステータコイルを示す筆頭参照数字「３」は、紙面の都合上、省略されている。
【００８６】
参照記号中の奇数で示されるバー導体は、図８（１）の展開図に示すように、所定のスロットを貫通する。また、偶数は、ステータ１の端面に装着される中間接続板を示し、これらの構成要素は、図８（２）の巻線構造図に示すように、順次、参照記号の数字順に接続される。そして、Ａ〜Ｃ相ステータコイル３ａ〜３ｃの第１バー導体ａ１，ｂ１，ｃ１の先端にはＡ〜Ｃ相電源から電力が供給され、第８バー導体ａ１５，ｂ１５，ｃ１５の末端は共通接続板ｎに接続される。従って、この３相モータは、４極の磁界を生成し各相各極当り２本のバー導体を備える４極２ターン型モータを構成する。
【００８７】
このモータでは、図８（１）におけるステータ１の左右に示されるように、各相当り３枚の中間接続板（参照数字４，１２，８）及び１枚の共通接続板ｎがステータ１の一端面（図示左側）に設けられ、また、各相当り４枚の中間接続板（参照数字１４，６；１０，２）がステータ１の他端面（図示右側）に設けられる。つまり、バー導体端部のコイルエンドを接続するこれらの接続板は、図８（３）の断面図に示すように、２層構造に積層してステータ１の両端面に装着する構造となるので、バー導体両端のコイルエンドを接続するのに、図３のように、ステータ１の外側を回る中間接続体を用いる必要がない。従って、このモータのステータ構造によれば、モータ外形を小さくすることができるだけでなく、コイルエンドも短くすることができ、製造も容易となる。そして、コイルエンド接続要素（参照数字１４，６；１０，２の中間接続板）のインピーダンスを小さくすることができる。
【００８８】
〔ロータの構成例〕
ロータの軸方向長を短くするとモータの高速回転を円滑に行うことができる。さらに、高速回転するロータは、内側に大きな応力が発生するので、これに対する強化対策が必要となる。この発明の一実施例による誘導機タイプの高速多相モータにおいては、ロータの構造を工夫してこのような高速回転に耐え得る強度にすることができる。図９〜図１１は、この発明の一実施例による高速多相モータのロータ構造の一例である。
【００８９】
例えば、図１〜図８に示されるように、スロットＳを全閉形にすることで、回転磁界の高調波成分による損失を抑制することができる。前述したように、ロータ２には所謂“ソリッドロータ”が用いられ、誘導機の場合、両端に短絡環を備えた鉄製塊状体を用いることが好ましい。これは、鉄製ソリッドロータとすることで、二次抵抗を下げて鉄損を減少すると共に、トルクを生じさせる二次電流の通路だけでなく、ステータコイル３により生成される回転磁界に基づくステータ１からの十分な磁束に対して好ましい低い磁気抵抗の通路を提供するので、更に高いトルクを得ることができることによる。
【００９０】
しかしながら、ロータ２は、単に鉄製塊状体とするだけでは、高速回転による遠心力に対する耐性が十分ではない。そこで、図９〜図１１に示すように、ロータの軸心側及びステータ側の炭素（カーボン）成分を異ならせると共に、短絡環のステータ側に面取りを施すことにより、ロータの遠心力強度を向上させることができる。
【００９１】
図９は、ロータの主要素を成分の異なる２つの層で構成する二層構造のロータの構成例を示す。この例では、ソリッドロータ２は、透磁率が高くしかも比抵抗が低い金属、例えば、純鉄に近い塊状炭素鋼或いはニッケル（Ｎｉ）系合金鋼などで構成された外側ロータ部２１と、高強度鋼で構成される内側ロータ部２２から成り、両ロータ部２１，２２は、例えば、高温高圧の下に異質金属を接合させる熱間等方圧接合法（ＨＩＰ：Hot Isostatic Pressing）などで拡散接合することによって強固に結合される。なお、両ロータ部２１，２２の接合には電子ビーム接合法を用いてもよい。このような二層構造を採用することにより、内側ロータ部２２の高強度鋼によって遠心力に対して内部強度を高めたソリッドロータ構造が得られる。
【００９２】
また、両ロータ部２１，２２の両端面には、比抵抗が低く、しかも、両部２１，２２に使われる極力鉄鋼に近い線膨張係数を有する銅合金材で構成された短絡リング２３が設けられ、この短絡リング２３の外周縁には面取りＢＶが施される。このような銅合金材には、例えば、Ｃｕ−Ｍｏ焼結合金などが用いられ、外側及び内側ロータ部２１，２２の接合と共に拡散接合などの接合方法により結合される。これにより、短絡リング２３をロータ主要素２１，２２と少ない接触抵抗で強固に結合し、しかも、外周縁を面取りすることで、短絡リング２３を含むロータ２全体の遠心力に対する強度が更に高められる。
【００９３】
このように二層構造でロータを構成する場合、内側ロータ部は、図１０に示されるように、回転軸と一体化することができる。すなわち、高強度鋼で構成される内側ロータ部２２及び回転軸Ｘ−Ｘについて、材料成分の工夫や熱処理により、図１０に参照記号２Ａで示されるように、両者を完全に一体化した構造とする。この一体化構造２Ａによって、更に強度を向上し而も製造効率を高め製造コストを低減することができる。
【００９４】
図９の二層構造ロータに対して、図１１は、ロータの主要素を外側と内側とで順次成分が異なるように分布させた分布構造のロータの構成例を示す。この例では、ソリッドロータ２は、外側（ステータ側）から内側（軸心Ｘ側）に向かうのに従って、透磁率が高くしかも比抵抗の低い、純鉄に近い炭素鋼成分から、炭素の割合いが増大した強度鋼成分へと、成分分布が変化するソリッドロータ部２０により構成される。このようなソリッドロータ部２０は、透磁率が高くしかも比抵抗が低く純鉄に近い円柱（中央は回転軸のために孔空き）状の炭素鋼を内側から浸炭し〔炭素（カーボン）を浸透させる〕焼入れすることにより得られる。なお、この代わりに、内側の強度を持たせるのに必要な炭素成分をもつ炭素鋼や合金鋼の外周を脱炭してもよい。そして、内側ほど炭素成分が多く強度鋼の性質を帯びることによって、遠心力に対して内部強度を高めたソリッドロータ構造が得られる。
【００９５】
また、ソリッドロータ部２０の両端面には、図９と同様に、比抵抗が低くしかも線膨張係数が極力鉄鋼に近い銅合金材で構成され外周縁が面取りされた短絡リング２３が拡散接合などにより結合される。このように線膨張係数を合わせることによって、ロータとの接合を容易にし、線膨張係数の違いに起因する軸の変形により高速回転時に軸回転が不安定になるのを防止することができる。従って、短絡リング２３を含むロータ２全体の遠心力に対する強度が更に高められる。
【００９６】
図９〜図１１で説明したソリッドロータにおいて、透磁率が高くしかも比抵抗が低い外側（ステータ側）の部分には、比抵抗が２０μΩｃｍ以下であり、比透磁率が１０００以上である材料を用いることによって、実用的に十分な特性を得ることができる。
【００９７】
この発明は、ソリッドロータを備えたソリッド誘導モータ（以下、単に「ソリッドモータ」という）において、高トルクで高効率で運転することができるようにすることを１つの目標としている。図１２は、このようなソリッドモータと通常のかご型誘導モータ（以下、かご型モータという）の速度・トルク特性を説明するための図である。一般のかご型モータ（例えば、アルミかご型誘導モータ）の速度・トルク特性が破線の曲線Ｔｑで示されており、定格負荷ＴＬに対する速度Ｎｑは、比較的大きいスリップをもつ。これに対して、この発明の目標とするソリッドモータの速度・トルク特性は、太線Ｔｓで示されるように、スリップの少ない定格速度Ｎｓで運転し、効率を高めようとするものである。
【００９８】
ソリッドモータにおいて、ソリッドロータは、かご型モータのロータのように２次導体を間隔をおいて設けず、ロータの外側の領域全体が電流通路と磁気通路の機能を兼備している。今、通常の設計手法に従って、単純に、かご型ロータ及びソリッドロータについてロータの表面から距離２ａまでのロータ外側部が磁気回路として機能しており、かご型ロータについては、２次導体をその導体幅分ａだけ間隔をおいて配置している、と想定してみる。この場合、ソリッドロータは、ロータ外側部全体が電流通路として機能するので、電流通路についてはかご型ロータの約４倍の断面積を有する。また、磁気通路については、かご型ロータでは導体幅分ａつまりロータ外側部の約半分は磁気通路として機能しないので、ロータ外側部全体が磁気通路として機能するソリッドロータは、かご型ロータの約２倍の磁気通路を備える。従って、ソリッドモータの２次抵抗はかご型モータの約１／８になり、一次側巻線数はかご型モータのおよそ半分になる。
【００９９】
これは、別の言い方をすれば、上述の場合には、ソリッドモータでは、かご型モータに対して、磁気通路の断面積が２倍になることで１次側に換算した２次巻線数は１／２倍となり、また、一次側に換算した２次巻線断面積は２倍となるので、結局、二次抵抗は１／８となり、一次側巻線数は半分になる。
【０１００】
このように、ソリッドモータでは、かご型モータのおよそ１／８にすることができるので、ソリッドロータ外側部の比抵抗を１６μΩｃｍにすれば、その１／８の２μΩｃｍの比抵抗の２次導体（例えば、クロム銅）を用いた低２次抵抗かご型モータと等価な特性が得られ、例えば、一般に使われているアルミかご型モータ（高強度アルミの比抵抗＝３．５μΩｃｍ）に比べて約５７％スリップの高効率モータを提供することができる。さらに、比抵抗を１６μΩｃｍ以下とすることによって、低２次抵抗かご型モータよりスリップを少なくし、純銅の２次導体を用いたかご型モータ並以上にスリップを少なくし、より高効率のモータを提供することができる。
【０１０１】
さらに、透磁率については、図１３に示すように、ソリッドロータ外側部の比透磁率が１０００より小さくなるなると急激に励磁電流（無負荷電流）が増えるので、モータの損失が増大するだけでなく、モータに電力を供給する電力変換器のパワースイッチング素子に大きい容量のものを使う必要が生ずるなどの問題がある。従って、ソリッドロータ外側部には比透磁率を１０００以上とした高透磁率材料を用いることにより、励磁電流を十分に抑制することができる。
【０１０２】
以上のように、この発明による高速多相モータのソリッドロータ外側部分に使用する材料は、少なくとも２０μΩｃｍ以下好ましくは１６μΩｃｍ以下の比抵抗を持ち、比透磁率が１０００以上とすることによって、低スリップで効率よく運転し、励磁電流を十分に抑制するという、実用的に十分な特性を得ることができる。また、このような比抵抗及び比透磁率を呈する材料は、純鉄に対して、比抵抗や透磁率、飽和磁束密度を悪化させる元素、例えば、Ｐ、Ｓ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃなどを、強度や加工性を考慮しながら成分コントロールした材料に、適切な熱処理を行うことにより、比較的容易に実現することができる。
【０１０３】
なお、現在のソリッド誘導モータで使われているロータ材料は、ＪＩＳ規格でＳ３５Ｃ又はＳ４５Ｃと呼ばれる炭素鋼であり、比抵抗や透磁率については配慮されていない。また、これらの材料の比抵抗は、２０μΩｃｍ以上あり、透磁率も１０００以下である。
【０１０４】
〔ＰＷＭ駆動と多相化〕
この発明の一実施例による高速多相モータは、直流電源から高周波数交流電力を出力するインバータのような電力変換器を用いた高周波電源で駆動される。３相モータについては、例えば、図１４に示されるような３相インバータ駆動回路が用いられる。
【０１０５】
すなわち、図１〜図８で説明した３相モータＭのステータコイル３ａ〜３ｃには、自動車に搭載されるバッテリのような直流電源〔例えば、ＤＣ１２Ｖ（ボルト）〕から３相インバータＩＶを通じて３ｋＨｚ程度の高周波の電力が供給される。インバータＩＶは、電力用ＦＥＴトランジスタのようなスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６を備え、ＣＰＵを含む制御回路ＣＮは、図示しない各種制御入力に従ってこれらスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６のゲートに制御信号を送って、インバータＩＶから出力される電圧電流を制御し３相モータＭを所望速度に制御する。
【０１０６】
ここで、制御回路ＣＮは、モータＭが誘導機の場合は、インバータＩＶを所謂“ベクトル制御”方式で運転することが好ましく、同期機の場合には、インバータＩＶを所謂“無整流子電動機”方式で運転することが好ましい。また、何れの運転方式を用いた場合でも、モータＭは、指令速度を超える回転速度になると、負荷側から駆動されて発電機として動作し、電力を直流電源に回生し回生制動されるように制御することができる。
【０１０７】
また、モータ磁界の高調波損失を下げるために、ステータの内周に沿って空隙に生成される回転磁界を正弦波状にする必要がある。このため、インバータＩＶの出力電圧をＰＷＭ制御することによって正弦波電流をモータＭのステータコイル３ａ〜３ｃに通流させることができる。
【０１０８】
このように高周波インバータＩＶの出力をＰＷＭ制御すると、スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６のスイッチングロスが増大し、また、制御回路ＣＮに用いられるＣＰＵは、並行する他の機能が優先されるケースもあって、モータ制御のための演算が間に合わないという事態が生じることがある。そこで、ステータコイルの駆動波形をＰＷＭ波ではなく方形波にすることが考えられる。
【０１０９】
例えば、各スイッチング素子を半サイクル当り１パルスで１２０°（＝２π／３）期間オンした矩形波（方形波）が、順次、ステータコイルの２相に供給される場合は、ステータ・ロータ間空隙にはステータ１の内周方向に沿って、図１４右上に示されるような階段状の回転磁界が生成される。
【０１１０】
このような階段状の回転磁界は、ステータコイルの相数が“３”を超えるにつれて、順次、階段差が細かくなり、５相以上にすると、実用的には、ステータコイルによる回転磁界を正弦波に近似したものと言えるようになる。図１５は、この発明の一実施例による９相モータを説明するための図であり、図１６は９相モータの駆動回路例である。
【０１１１】
図１５（１）は、この発明の一実施例による９相１ターン型モータの構成例である。このモータＭは、図１〜図４とほぼ同様の構造であるが、９相１ターンのステータコイル３ａ〜３ｉを有する。つまり、スロット数が１８であり（Ｓａ１〜Ｓｉ２）、ここにステータコイル３ａ〜３ｉの第１及び第２バー導体部３ａ２，３ａ４；３ｂ２，３ｂ４；…；３ｉ２，３ｉ４が通っている。このように多くの相コイルをもつ構造にすると、同一出力を得るのに各相コイルの電流容量が小さくて済み、バー導体部及びスロットの断面寸法を小さくすることができ、場合によっては通常のコイルを使うことができる。
【０１１２】
図１６の９相モータ駆動回路例は、図１４の駆動回路と同様の構成で、これと同様にインバータＩＶを制御する。ただし、インバータＩＶは、９相インバータであって、９対１８個のスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ１８を備える。
【０１１３】
図１５（１）に示すような９相モータＭについて、例えば、各スイッチング素子を半サイクル当り１パルスで１６０°（＝８π／９）期間オンした矩形波（方形波）が、順次、ステータコイルの８相に供給され場合は、ステータ・ロータ間の空隙にはステータの内周方向に沿って、図１５（２）に示されるように、階段差が少く正弦波に近似したと言い得る回転磁界が生成されるので、高調波磁界の損失を下げることができる。従って、各スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ１８は、ＰＷＭ駆動に比べて時間当りのスイッチング回数が極端に減少するので、スイッチング損失を低下することができ、また、制御回路ＣＮは時間的に余裕のある制御を行うことができる。
【０１１４】
〔種々の実施態様〕
以上、図面を参照しつつこの発明の好適な実施例を詳述したが、この実施例は単なる一例であって、この発明の精神を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、図９〜図１１のロータ構造や、図１５及び図１６で説明した５相以上の多相化モータに対する方形波駆動は、図１〜図８及び図１５（１）のようにバー状導体を使用するステータ構造のものに限らず、他のステータ構造をした多相モータに適用することができる。しかしながら、図１〜図８及び図１５（１）のようなバー状導体コイル使用のクローズドスロットステータ構造のモータＭに適用した場合には、これらを合わせた相乗効果を奏するので、特に高速多相モータの高効率化に極めて好適である。
【０１１５】
なお、実施例では、低圧・大電流の高周波数電源で駆動するのに適した高速多相モータのステータ構造やロータ構造について説明したが、バー状導体を使用するクローズドスロットステータ構造自体は、例えば極数やターン数を増大することにより、高周波数電源で駆動しない多相モータに一般的に適用することができる。同様に、図９〜図１１で説明したロータ構造についても、それ自体は、高周波数電源で駆動しない誘導モータに一般的に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】この発明の一実施例による３相１ターン型モータの要部分解斜視図である。
【図２】この発明の一実施例による３相１ターン型モータの要部側面及び断面図である。
【図３】この発明の一実施例による３相２ターン型モータの要部分解斜視図である。
【図４】この発明の一実施例による３相２ターン型モータの要部を側面から見たときの結線図である。
【図５】この発明の一実施例による多相モータのスロット及び導体形状の他の例を示す図である。
【図６】この発明の一実施例による３相１ターン型モータの他の例を示す図である。
【図７】この発明の一実施例によるハーフターン型多相モータの例を示す図である。
【図８】この発明の一実施例による３相４極２ターン型モータの例を示す図である。
【図９】この発明の一実施例による高速多相モータのロータ構造の一例である。
【図１０】この発明の一実施例による多相モータのロータ・回転軸一体化の例である。
【図１１】この発明の一実施例による高速多相モータのロータ構造の他の例である。
【図１２】目標とする多相誘導モータ及び通常の籠型誘導モータの速度・トルク特性を示す図である。
【図１３】ソリッド誘導モータのロータ透磁率と励磁電流の関係を説明するための図である。
【図１４】３相モータの駆動回路例である。
【図１５】この発明の一実施例による９相モータを説明するための図である。
【図１６】９相モータの駆動回路例である。
【符号の説明】
【０１１７】
１  ステータ（固定子）、
２  ロータ（回転子）、
３  成形加工されたステータコイル（固定子巻線）、
３ａ；３ａ１〜３ａ４；３ａ１〜３ａ８  Ａ相ステータコイル、
３ｂ；３ｂ１〜３ｂ４；３ｂ１〜３ｂ８  Ｂ相ステータコイル、
３ｃ；３ｃ１〜３ｃ４；３ｃ１〜３ｃ８  Ｃ相ステータコイル、
３ａ１，３ｂ１，３ｃ１  給電接続部、
３ａ２，３ｂ２，３ｃ２，…，３ｉ２  第１バー導体部
３ａ３，３ｂ３，３ｃ３  導体間接続部、
３ａ４，３ｂ４，３ｃ４，…，３ｉ４  第２バー導体部
３ｎ  突出片３ｎａ，３ｎｂ，３ｎｃを備える共通接続部、
Ｄ  給電接続部、導体間接続部及び共通接続部の厚さ（板厚）、
Ｓ；Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ；Ｓａ１，Ｓａ２；Ｓｂ１，Ｓｂ２；Ｓｃ１，Ｓｃ２；…；Ｓｉ１，Ｓｉ２  全閉スロット、
４  絶縁シート、
ＩＳ  絶縁被覆、
ＦＬ  冷却用流体（冷却媒体）、
３ａ５，３ｂ５，３ｃ５：３ａ７，３ｂ７，３ｃ７  廻し導体間接続部、
３ａ６，３ｂ６，３ｃ６；３ａ８，３ｂ８，３ｃ８  第３及び第４バー導体部、
２１  透磁率が高く比抵抗が低い外側ロータ部、
２２  高強度鋼で構成される内側ロータ部、
２３  外周縁に面取りＢＶが施された短絡リング、
２０  分布構造のソリッドロータ部、
ＩＶ  スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６，Ｔ１〜Ｔ１８を備える高周波インバータ。
【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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