(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期の異なる二つの電流を複合した複合電流を固定子の巻線に供給し、回転子を駆動する同期電動機において、
前記回転子は、前記複合電流を構成する一方の電流に対応させた第１の磁束と、当該複合電流を構成するもう一方の電流に対応する第２の磁束とを合算した複合磁束を発生する磁束発生部材を有し、前記複合電流を構成する一方の電流によって生成される磁束と前記第１の磁束により発生するトルクおよび前記複合電流を構成するもう一方の電流によって生成される磁束と前記第２の磁束とにより発生するトルクによって回転することを特徴とする同期電動機。
【請求項２】
請求項１に記載の同期電動機において、
前記磁束発生部材が永久磁石である、ことを特徴とする同期電動機。
【請求項３】
請求項１に記載の同期電動機において、
前記磁束発生部材が電磁石である、ことを特徴とする同期電動機。
【請求項４】
請求項２または３に記載の同期電動機において、
前記磁石の組が２組であり、これら組同士の磁極数の比が１：Ｎ（但し、Ｎは２以上の整数）であり、
前記同期電動機を構成する固定子が、回転磁界を発生する複数の巻線を有し、
前記複数の巻線の数が、前記２組の磁石のうち極対数が多い方の組の極対数の３倍であり、前記巻線が前記Ｎの３倍の数の相のインバータで駆動される、
ことを特徴とする同期電動機。
【請求項５】
請求項４に記載の同期電動機において、
前記２組の磁石が、一方の組が３極対の磁極数であり、他方の組が６極対の磁極数であり、前記複数の巻線の数が１８個であり、これら巻線が６相のインバータで駆動される、
ことを特徴とする同期電動機。
【請求項６】
請求項４に記載の同期電動機において、
前記２組の磁石が、一方の組が２極対の磁極数であり、他方の組が４極対の磁極数であり、前記複数の巻線の数が１２個であり、これら巻線が６相のインバータで駆動される、
ことを特徴とする同期電動機。
【請求項７】
請求項４に記載の同期電動機において、
前記２組の磁石が、一方の組が２極対の磁極数であり、他方の組が６極対の磁極数であり、前記複数の巻線の数が１８個であり、これら巻線が９相のインバータで駆動される、
ことを特徴とする同期電動機。
【請求項８】
請求項２または３に記載の同期電動機において、
前記磁石の組が２組あり、これら組同士の磁極数の比が１：Ｍ（但し、Ｍは２以上の整数であり、３および３の倍数を除く）であり、
前記同期電動機を構成する固定子が、回転磁界を発生する複数の巻線を有し、
前記複数の巻線の数が、前記２組の磁石のうち極対数が少ない方の組の極対数の３倍であり、これら巻線が３相のインバータで駆動され、
前記磁石の各組の各磁極数に対応した複数の電流磁界が、基本波およびその高調波として与えられる、
ことを特徴とする同期電動機。
【請求項９】
請求項８に記載の同期電動機において、
前記組同士の磁極数の比が１：２である、ことを特徴とする同期電動機。
【請求項１０】
請求項８に記載の同期電動機において、
前記２組の磁石が、一方の組が８極対の磁極数であり、他方の組が１６極対の磁極数であり、
前記複数の巻線の数が２４個である、
ことを特徴とする同期電動機。
【請求項１１】
請求項８に記載の同期電動機において、
前記２組の磁石が、一方の組が２極対の磁極数であり、他方の組が８極対の磁極数であり、前記巻線の数が６個である、
ことを特徴とする同期電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は同期電動機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年自動車にも多数用いられている電動モータでは、自動車という用途上、小型化と効率に対して厳しい要求がなされている。現在、電動モータを走行用に搭載した自動車の多くは、エンジンの出力とモータの出力を組み合わせて走行するハイブリッド自動車であり、発電機用途と電動機用途の２つのモータを搭載したものが多く、このようなハイブリッド自動車用モータの小型化・高効率化を実現する手段として、本出願人は複合電流方式の２ロータモータ（特許文献１を参照されたい。）を開発した。
【０００３】
この発明によれば、２つの回転子に対応した電流を複合した１つの複合電流を１つの固定子に給電することで２つの回転子を独立に回転させることが可能であり、１つのモータ体格で別個の２つの出力・トルクを発生させることが可能であるとともに、両回転子に合わせて固定子に与えられる電流の平均値は、単純に２つのモータに電流を与えた場合の平均値より低く、電流による損失が低減するという効果がある。
【特許文献１】特許第３４８０３０１号（段落0010,0011、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の発明におけるモータは、例えば、自動車などでモータをタイヤの内側に搭載するホイールインモータのような場合、出力先はタイヤ（ホイール）のみを想定しているため、出力軸が２つは必要無く、冗長となる。また、２つの出力軸を結合して１軸にする機構が必要となるなどの問題もある。また、別個の２つのモータを組み合わせてモータ２つ分のトルクを機械的に結合した場合には、２つ分のモータ筐体があるため小型化できない。さらに、モータトルクを上げるために、単に「通常の従来モータ１台」を大型化しただけでは、モータ筐体も大きくなり、電流損失も大きくなるなどの問題があった。即ち、さらに電流損失が少なくさらに小型化された回転電動機の開発が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑み、複数に分かれている、異なる極対数の複数の回転子（そこに含まれる複数の磁石）を一体に統合し、１つのモータの体格に小型化し、電流の低損失化を図るものである。この場合、例えば、２つの組の２つの層の磁石を単に積層しても、最初から一体で形成してもよい。
上述した諸課題を解決すべく、この発明に係る同期電動機は、
二つの異なる電流を複合した複合電流を固定子の巻線に供給し、回転子を駆動する同期電動機において、前記回転子は、前記複合電流を構成する一方の電流に対応させた第１の磁束と、当該複合電流を構成するもう一方の電流に対応する第２の磁束とを合算した複合磁束を発生する磁束発生部材を有するものである。即ち、それぞれの組が異なる磁極数で構成される複数の磁石の組に相当する複数の磁石磁束を（例えば、固定子側であるエアギャップ側の表面に）合算して発生させる磁束発生部材を持つ回転子を備えたものである。この磁束発生部材には、それを構成する複数の磁石の各組に、別個に作用する電流を複数含む複合電流が供給されることとなる。複合電流とは、例えば、第１の磁石の組が２極対の磁極数ならそれに対応した第１の電流と、第２の磁石の組が４極対の磁極数ならそれに対応した第２の電流とが合成されたものである。なお、この回転子は、この複数の磁極数に対応した複数の電流磁界を合算し、かつ回転させることができるように電流を与えられる固定子と組み合わせて使用される。
【０００６】
また、この発明の他の態様に係る同期電動機は、
前記磁束発生部材が永久磁石である、ことを特徴とする。
【０００７】
また、この発明の他の態様に係る同期電動機は、
前記磁束発生部材が電磁石である、ことを特徴とする。この場合は、回転子と固定子の間には電磁石に電流を供給するスリップリングを設ける。
【０００８】
また、この発明の他の態様に係る同期電動機は、
前記磁石の組が２組であり、これら組同士の磁極数の比が１：Ｎ（但し、Ｎは２以上の整数）であり、
前記同期電動機を構成する固定子が、回転磁界を発生する複数の巻線を有し、
前記複数の巻線の数が、前記２組の磁石のうち極対数が多い方の組の極対数の３倍であり（例えば、スロット構造モータの場合には極対数の３倍のスロット数となる）、前記巻線が前記Ｎの３倍の数の相のインバータで駆動される、
ことを特徴とする同期電動機。
【０００９】
また、この発明の他の態様に係る同期電動機は、
前記２組の磁石が、一方の組が３極対の磁極数であり、他方の組が６極対の磁極数であり、前記巻線の数が１８個であり（例えば、スロット構造モータの場合には１８個のスロットに収容される１８個の巻線、即ちコイル）、これら巻線が６相のインバータで駆動される、
ことを特徴とする。
【００１０】
また、この発明の他の態様に係る同期電動機は、
前記２組の磁石が、一方の組が２極対の磁極数であり、他方の組が４極対の磁極数であり、前記複数の巻線の数が１２個であり（例えば、スロット構造モータの場合には１２個のスロットに収容される１２個の巻線）、これら巻線が６相のインバータで駆動される、
ことを特徴とする。
【００１１】
また、この発明の他の態様に係る同期電動機は、
前記２組の磁石が、一方の組が２極対の磁極数であり、他方の組が６極対の磁極数であり、
前記複数の巻線の数が１８個であり、これら巻線が９相のインバータで駆動される、
ことを特徴とする。
【００１２】
また、この発明の他の態様に係る同期電動機は、
前記磁石の組が２組あり、これら組同士の磁極数の比が１：Ｍ（但し、Ｍは２以上の整数であり、３および３の倍数を除く）であり、
前記同期電動機を構成する固定子が、回転磁界を発生する複数の巻線を有し、
前記複数の巻線の数が、前記２組の磁石のうち極対数が少ない方の組の極対数の３倍であり、これら巻線が３相のインバータで駆動され、
前記磁石の各組の各磁極数に対応した複数の電流磁界が、基本波およびその高調波として与えられる、
ことを特徴とする。
【００１３】
また、この発明の他の態様に係る同期電動機は、
前記組同士の磁極数の比が１：２であり（例えば、３極対：６極対であり、固定子が９スロット構造を持ち３相のインバータで駆動される巻線を備えるように構成させる）
ことを特徴とする。
【００１４】
また、この発明の他の態様に係る同期電動機は、
前記２組の磁石が、一方の組が８極対の磁極数であり、他方の組が１６極対の磁極数であり、
前記複数の巻線の数が２４個であり、これら巻線が３相のインバータで駆動される、
ことを特徴とする。
【００１５】
また、この発明の他の態様に係る同期電動機は、
前記２組の磁石が、一方の組が２極対の磁極数であり、他方の組が８極対の磁極数であり、前記巻線の数が６個であり（例えば６スロット構造の固定子）、これら巻線が３相のインバータで駆動される、
ことを特徴とする。
上述したように本発明の解決手段を装置として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する方法としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。
【発明の効果】
【００１６】
この発明では、異なる複数の磁極数に相当する磁石磁束を、その表面に合算して発生させる磁束発生部材を持つ回転子を備えた同期電動機とすることで、モータを小型化し、電流による損失を２つの回転子を独立に回転させる場合より低減することができる。即ち、本発明は、本出願人が開発した複合電流・２軸出力方式モータによる電流損失および小型化のメリットを享受しつつ、１軸のみの出力を可能にしたものである。そのため、従来の複合電流・２軸出力方式を１軸に変換する際に必要な機械的な出力軸の結合機構が不要となる。また、従来の複合電流・２軸出力方式モータは、通常は、固定子を挟んで２つの回転子（内側回転子および外側回転子）を設置する方式であるため、モータ筐体のサイズは、内側回転子、固定子、および外側回転子の「３部材」およびこれら部材間の空隙に相当するサイズを要する。しかしながら、本発明によるモータ筐体のサイズは、固定子と一体化した１つ回転子との２部材のサイズで足りるため、さらに小型化が可能となる。
特に、このようなモータ小型化によって、本発明によるモータは電動車両のホイールインモータとしての利用が期待される。また、同様の性能を発揮させるために「従来の１軸式モータ１台」を大型化したものより、本発明によるモータは、モータ筐体が著しく小型化され、電流損失も小さい。
【００１７】
また、この発明の他の態様では、前記磁束発生部材は永久磁石とすることで、界磁電流およびそれを供給するスリップリングを不要とし、安定した強力な界磁を発生させることができる。
また、この発明の他の態様では、前記磁束発生部材を電磁石とすることで、高価な永久磁石を不要とし、また界磁を抑えて誘起電圧を下げるなどによって高回転化を可能とすることができる。
【００１８】
また、この発明の他の態様では、磁石の各組の磁極数の比を１：Ｎ（２以上の整数）とし、巻線の数を、前記２組の磁石のうち極対数が多い方の組の極対数の３倍でとし、これら巻線を前記Ｎの３倍の数の相のインバータで駆動するような構成とすることによって、少ない磁極数の磁石の組に対しては６相、多い磁極数の磁石の組に対しては３相としての指令値を与えることで安定したトルクを発生させることができる。
【００１９】
また、この発明の他の態様では、磁石の各組の磁極数を３極対と６極対とし、固定子に含まれる巻線の数を１８個とすることによって、上記の構成を具体化することができる。
【００２０】
また、この発明の他の態様では、磁石の各組の磁極数を２極対と４極対とし、固定子に含まれる巻線の数を１２個とし、これら巻線を６相のインバータで駆動することによって、極数が少なく、高回転に向いたモータを具体化することができる。
【００２１】
また、この発明の他の態様では、磁石の各組の磁極数を２極対と６極対とし、固定子に含まれる巻線の数を１８個とし、これら巻線を９相のインバータで駆動する構造とすることで、極対数比が１：３なので３次高調波磁束を回転子に発生させる必要があるが、１次と３次の複合波形は台形に近い形であり発生させるのが容易となる。また極対数の差が大きいので、低負荷において高回転では２極対、低回転では６極対だけに対応した電流を与えるなどによって電流による磁束の周波数を下げ、電流による鉄損を低減できるなどが実現できる。
【００２２】
また、この発明の他の態様では、磁石の組が２組あり、これら組同士の磁極数の比が１：Ｍ（但し、Ｍは２以上の整数であり、３および３の倍数を除く）であり、固定子に含まれる巻線の数を、２組の磁石のうち極対数が少ない方の組の極対数の３倍とし、これら巻線を３相のインバータで駆動し、磁石の各組の各磁極数に対応した複数の電流磁界を、基本波およびその高調波として与えることによって、インバータの相数を減らし、インバータコスト・給電線コストを下げたシステムを実現できる。
【００２３】
また、この発明の他の態様では、磁石の各組の磁極数の比を１：２（例えば、２極対と４極対、３極対と６極対）とし、固定子に含まれる巻線の数を、例えば、２極対と４極対の場合には９個とし、これら巻線を３相のインバータで駆動することで、上記の構成を具体化することができる。
また、この発明の他の態様では、磁石の各組の磁極数を８極対と１６極対とし、固定子に含まれる巻線を２４個（例えば２４スロット構造）とし、これら巻線を３相のインバータで駆動することで、インバータ・給電線コストを減らした上で極数が少なく、高回転に向いたモータを具体化することができる。
【００２４】
また、この発明の他の態様では、磁石の各組の磁極数２極対と８極対とし、固定子に含まれる巻線を６個とし、これら巻線を３相のインバータで駆動することで、インバータ・給電線コストを減らした上で、極対数の差が大きいので、低負荷において高回転では２極対、低回転では６極対だけに対応した電流を与えるなどによって電流による磁束の周波数を下げ、電流による鉄損を低減できるなどが実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以降、諸図面を参照しつつ、本発明の実施態様を詳細に説明する。
第１の実施例
図１は、本発明の第１の実施例による同期電動機の構成を示す断面図である。まず構成を説明する。１１は固定子であり、１８個の分割されたコア１２から構成され、１８個の分割されたコア１２には、それぞれ巻線１３が集中的に巻かれている。この巻線は、６個おきに配置されている３個が１セット（トータル６セット）となっており、直列、あるいは並列に接続され、その一方が中性点として他の相の一方と接続され、他方は図示しないインバータの内部で、電源ラインのＰ側・Ｎ側にスイッチング素子を介して接続されている。このインバータは６相を制御する構成となっている。なお、この固定子は分割されたコアで記述されているが、分割されないコアでも同様の動作ができること、或いはスロットレス型モータでも本発明を適用することが可能である。また、巻線は集中巻に限らず分布巻でも適用可能である。
【００２６】
１４は回転子であり、この実施例では、回転子１４は、Ｎ極の３つ磁石Ｎ１〜Ｎ３、Ｓ極の６つの磁石Ｓ１〜Ｓ６を含み、これらの磁石は３極対と６極対の２種類の極対数を備える２組の磁石として機能する。ここで、３極対、６極対の極対数とは回転子が一周（０deg〜３６０deg）する間に回転子表面に現れる磁束のことである。この場合の２組の磁石は、概念的なものであり、部材が明確に分離されているものではなく、固定子の巻線に供給される複合電流を構成する１つの電流に対して、３極対の磁石のセットとして振る舞う磁石の組が１つあり、複合電流を構成するもう１つの電流に対して、６極対の磁石のセットとして振る舞う磁石の組が１つあることを意味するものであり、各磁石Ｓ１〜Ｓ６、Ｎ１〜３が同時に双方の組の磁石として機能するものである。この詳細については図２を参照して説明する。以降、作図や説明の便宜上、回転子の磁石をＮ極、Ｓ極として図示・説明するが、Ｎ−Ｓ極の構成・配置を逆に置き換えても発明の作用・効果は同様であることに留意されたい。さらに、Ｎ極、Ｓ極の磁石は、磁力線の向きが半径方向となるように、着磁方向をそれぞれ半径方向（反対向きで）にした磁石を、Ｎ極を外側（固定子側）、Ｓ極を外側（固定子側）に配置したものである。この実施例では磁石は着磁方向を半径方向に配置したものを用いてあるが、この配置には限定されず、磁力線がほぼ半径方向に向いていれば問題なく、例えばＶ字型の磁石配置であってもよい。
【００２７】
図２は、第１の実施例の回転子生成説明図であり、図２の（Ａ）は、２回転子構造のモータの回転子であり、内側回転子が３極対、外側回転子が６極対の磁石を備える。この磁石を内側の回転子の表層に２層に配置したのが図２の（Ｂ）である。配置の際に、若干の位相調整をしているがその詳細は後述する。図２（Ｂ）を見ると、回転子１４Ａは着磁方向の異なる２種類の磁石（Ｎ極、Ｓ極）が幾つかの位置で互いに接している。周知のように着磁方向の異なる磁石を張り合わせた場合、どちらの着磁方向にも磁束が発生しないので磁石は無いものと等価であり、且つ、磁束は飽和しているので磁束は通りにくい。
【００２８】
そこで、径方向に見て異なる着磁の磁石が張り合わせてある部分から磁石を排除したのが図２（Ｃ）であり、この回転子１４にはＮ極の磁石Ｎ１〜Ｎ３，Ｓ極の磁石Ｓ１〜Ｓ６が含まれる。この結果、周囲に曲線で示したような、３極対と６極対の複合磁束ＣＦを発生する回転子１４が完成する。なお、本発明は、極性の違う磁石が接触している部分の磁石を除去していない、内側回転子と外側回転子とを一体にした構成である図２（Ｂ）の構成で基本的には成立し、小型化、電流低減の効果が得られるものであり、図２（Ｃ）と同じ複合磁束ＣＦ（図２（Ｂ）には図示せず）が発生することに注意されたい。つまり、回転子１４Ａは、インナーロータの第１の回転子とアウターロータの第２の回転子とを一体化した構成の回転子である。もちろん、不要な磁石を除去した図２（Ｃ）の構成の方が削除した磁石分の慣性の低減によるトルクの向上、モータの軽量化、削除した磁石の分の経費節減などでさらに効果がある。
【００２９】
なお、図２（Ｃ）では、不要な磁石を除去した領域は空間となっており、空気がその領域を占めているが、この空気が占める領域は磁束を通さない機能を果たしている。即ち、磁石を除去したこの領域には、鉄などの磁束を通し易い素材以外の部材を置く必要があるが、通常は空間（空気）でこと足りる。もちろん、当該領域には空気以外の磁束を通しにくい部材が設置されていいてもかまわない。
【００３０】
図３は、３極対と６極対の回転子を駆動させるための正弦波（振幅１）の各電流、およびこれらを複合させた複合電流の各波形を示す。この両者を複合させる場合、双方の位相によって波形が変化することは容易に想像でき、位相を変化させた場合の絶対値のピーク、絶対値の平均値、二乗平均値を示したのが図４の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）である。この正弦波の複合を回転磁束を発生させる電流に適用した場合には、絶対値のピークはインバータのスイッチング素子容量に関与し、絶対値の平均値は一定電圧降下を発生する、電力変換器の構成部材であるパワー素子（ＩＧＢＴなど）・ダイオードなどの損失に関与し、二乗平均値は巻線など一定抵抗での損失に関与する。
【００３１】
この図を見ると、双方の位相差が０（または３０°）場合に絶対値ピークと絶対値の平均値とが最小になり、二乗平均値は位相に関係なく一定となることが分る。また各図には３極対と６極対の、それぞれで求めた値の和が別の線で示されており、いずれも複合させた場合の方が小さくなっていることがわかる。したがって、電流を位相差が０となるように制御すれば、スイッチング素子の容量・ＩＧＢＴなどの損失・抵抗の損失、すべてに優位な条件といえる。電流をこの条件とするためには、回転子で発生する磁束は、３極対と６極対それぞれに対して１／４周期ずれていることが必要であり、３極対については３０°、６極対については１５°となるので、差し引き１５°ずれていれば良い。このことから図２（Ｂ）では両者の磁石の端が１５°となるように重ね合わせて、最も損失が少ないような構成にしてある。
【００３２】
なお、この位相差については、回転子の磁界の磁気飽和を緩和する目的で用いるならば、上記の位相差０での構成を回転子の磁石に適用することが考えられる。位相差に関してはこのように目的によって最適の位相差があり、それぞれ設定されるものとする。
【００３３】
次に動作を説明する。固定子には前述のように６相のインバータが接続されており、これによって３極対と６極対の回転子磁界に対応した複合正弦波磁束を発生するようにした複合電流を与えれば良い。回転子の位置に応じて電流指令を回転・調整させるのは通常のモータと同じであるが、このモータでは両極対に対応する複合磁束を発生させるため、まず、３極対の概念的な磁石の組に対しては、３周期の正弦波を発生させるので、インバータを６相と考え、正弦波１周期を６分割した各位置での電流値を各相の指令値として計算する。一方、６極対の概念的な磁石の組に対しては、６周期の正弦波を発生させるので、正弦波１周期を３分割した位置での電流指令値として求め、６相インバータ第１と第４相、第２と第５相、第３と第６相の指令値とする。この後、３極対と６極対の指令値それぞれを足し合わせ、６相インバータの指令値として電流制御を行う。このことで回転子がトルクを発生し回転する。
【００３４】
次に効果を説明する。上記の動作によりトルクを発生するが、トルクは界磁磁束(回転子で発生する磁束)と電流磁束(固定子で発生する回転磁束)の相互作用によって発生するが、これは各々の磁束の基本波成分（この実施例の場合には、３極対と６極対）に応じて発生する。今回の実施例では、各々振幅１の正弦波を複合して得られた磁束を発生しているので、基本波成分は当然のごとく振幅１であり、従って振幅１で単独で回されるモータに対して、ほぼ２倍のトルクを１つのモータで発生させることが理論上可能となる。
【００３５】
さらに、その時に流れる電流で発生する損失は、前記のように複合された電流の絶対値平均・二乗平均、ともに単独の平均値の和より減少しているため、損失は明らかに小さい。以上より、１つ分の体格のモータでほぼ２つ分のトルクを発生しつつ、電流による損失はモータ２つ分より小さいという効果が得られる。
【００３６】
第２の実施例
図５は、本発明の第２の実施例による同期電動機の構成を示す断面図であり、２極対・４極対の回転子に１２スロット６相の固定子３１を組み合わせたものである。固定子３１は、１２個のコア３２、１２個の巻線３３を有する。回転子３４の両極対の位相差は図６の通りであり、先の説明と同じ計算過程を経て２２．５°に設定してある。図６の回転子３４Ａは、図５の回転子３４と等価のものであるが、前述のように回転子３４Ａでも本発明は成り立つ。回転子３４に設けてある磁石はＮ極の４つの磁石Ｎ３１〜Ｎ３４、Ｓ極の２つの磁石Ｓ３１，Ｓ３２である。動作などは第一の実施例と同じであるが、極対数が小さく制御周波数が低くなるので、第一の実施例に比べて高回転動作に向いたモータが実現できる。
【００３７】
第３の実施例
図７は、本発明の第３の実施例による同期電動機の構成を示す断面図であり、２極対・６極対の回転子４４に１８スロット９相の固定子４１を組み合わせたものである。固定子４１は、１８個のコア４２、１８個の巻線４３を有する。図８の回転子４４Ａは、図７の回転子４４と等価のものであるが、前述のように回転子４４Ａでも本発明は成り立つ。回転子４４に設けてある磁石はＮ極の４つの磁石Ｎ４１〜Ｎ４４、Ｓ極の４つの磁石Ｓ４１〜Ｓ４４である。回転子４１の両極対の位相差は図８の通りであるが、この場合は絶対値ピークが最小になる位相と絶対値平均値が最小にあるケースが異なっており、今回は電流絶対値平均値が最小になるように回転子の極対は４５°ずらしてある。動作などは第一の実施例と同じである。この実施例では極対数比が１：３なので３次高調波磁束を回転子に発生させる必要があるが、１次と３次の複合波形は台形に近い形であり発生させるのが容易となる。また極対数の差が大きいので、低負荷において高回転では２極対、低回転では６極対だけに対応した電流を与えるなどによって電流による磁束の周波数を下げ、電流による鉄損を低減できるなどの効果がある。
【００３８】
第４の実施例
図９は、本発明の第４の実施例による同期電動機の構成を示す断面図であり、３極対・６極対の回転子５４に１２スロット３相の固定子５１を組み合わせたものである。固定子５１は、１２個のコア５２、１２個の巻線５３を有する。回転子５４に設けてある磁石はＮ極の３つの磁石Ｎ５１〜Ｎ５３、Ｓ極の６つの磁石Ｓ５１〜Ｓ５６である。回転子５４の両極対の位相差は第１の実施例と同じである。この実施例では、３相インバータを用いているところが第１の実施例と大きく異なり、３相インバータにより３極対への回転磁束を発生させるとともに、６極対用の回転磁束を３極対用の２倍高調波として発生させる高調波制御手法（例えば、特開2002-223600号公報を参照されたい。）により制御するものである。この高調波制御手法は、基本波と異なる回転座標系を定義し、その座標系上で電流を制御するものであり、基本波の整数倍の高調波であれば制御できるはずであるが、３相インバータを使うことから、３の倍数の次数に当たる高調波は、３相に与える高調波成分がすべて同一位相の電流となってしまうため制御できない。したがって３の倍数以外の次数の高調波であれば制御することが可能となる。先の実施例では６相のインバータが必要だったのに対し、この実施例では３相で済むことから、インバータの構成が簡素化でき、またモータ・インバータ間の給電線が６本から３本に減少することでモータ及びインバータのコストを下げることができる。
【００３９】
第５の実施例
図１０は、本発明の第５の実施例による同期電動機の構成を示す断面図であり、２極対・４極対の回転子６４に６スロット３相の固定子６１を組み合わせたものである。固定子６１は、６個のコア６２、６個の巻線６３を有する。回転子６４に設けてある磁石はＮ極の４つの磁石Ｎ６１〜Ｎ６４、Ｓ極の２つの磁石Ｓ６１、Ｓ６２である。回転子６４の磁石の構成は第２の実施例と同じ、制御方法は第４の実施例と同じである。この実施例によれば、第４の実施例と同様にインバータ等のコストを下げると同時に、極対数が小さく制御周波数が低くなるので、第４の実施例に比べて高回転動作に向いたモータが実現できる。
【００４０】
第６の実施例
図１１は、本発明の第６の実施例による同期電動機の構成を示す断面図であり、２極対・８極対の回転子７４に６スロット３相の固定子７１を組み合わせたものである。固定子７１は、６個のコア７２、６個の巻線７３を有する。回転子７４に設けてある磁石はＮ極の４つの磁石Ｎ７１〜Ｎ７４、Ｓ極の６つの磁石Ｓ７１〜Ｓ７６である。回転子の磁石の構成は図１２に示す通りであり、ここでは位相を３３．７５°ずらしてある。制御方法は第４の実施例と同じである。図１２の回転子７４Ａは、図１１の回転子７４と等価のものであるが、前述のように回転子７４Ａでも本発明は成り立つ。この実施例によれば、第４の実施例と同様にインバータ等のコストを下げると同時に、第３の実施例と同様に極対数の差が大きいので、低負荷において高回転では２極対、低回転では６極対だけに対応した電流を与えるなどによって電流による磁束の周波数を下げ、電流による鉄損を低減できるなどの効果がある。
【００４１】
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各部材、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の部材、手段、ステップなどを１つに組み合わせたり或いは分割したりすることが可能である。なお、実施例では、回転子に永久磁石を設ける形態で説明したが、電磁石でも本発明の実現することが可能である。また、実施例では、磁石の組は２つのものを説明したが、本発明は３以上の組の磁石でも同様の作用・効果を達成できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１の実施例による同期電動機の構成を示す断面図である。
【図２】第１の実施例の回転子生成説明図である。
【図３】２つの正弦波の複合状態の１例を示す図である。
【図４】２つの正弦波複合によるピーク・平均値等の変化説明図である。
【図５】本発明の第２の実施例による同期電動機の構成を示す断面図である。
【図６】第２の実施例の回転子の説明図である。
【図７】本発明の第３の実施例による同期電動機の構成を示す断面図である。
【図８】第３の実施例の回転子の説明図である。
【図９】本発明の第４の実施例による同期電動機の構成を示す断面図である。
【図１０】本発明の第５の実施例による同期電動機の構成を示す断面図である。
【図１１】本発明の第６の実施例による同期電動機の構成を示す断面図である。
【図１２】第６の実施例の回転子の説明図である。
【符号の説明】
【００４３】
１１  固定子
１２  コア
１３  巻線
１４、１４Ａ  回転子
３１  固定子
３２  コア
３３  巻線
３４、３４Ａ  回転子
４１  回転子
４２  コア
４３  巻線
４４、４４Ａ  回転子
５１  固定子
５２  コア
５３  巻線
５４  回転子
６１  固定子
６２  コア
６３  巻線
６４  回転子
７１  固定子
７２  コア
７３  巻線
７４、７４Ａ  回転子
Ｎ１-Ｎ３、Ｓ１-Ｓ６  磁石
Ｎ３１-Ｎ３４、Ｓ３１，Ｓ３２  磁石
Ｎ４１-Ｎ４４、Ｓ４１-Ｓ４４  磁石
Ｎ５１-Ｎ５３、Ｓ５１-Ｓ５６  磁石
Ｎ６１-Ｎ６４、Ｓ６１、Ｓ６２  磁石
Ｎ７１-Ｎ７４、Ｓ７１-Ｓ７６  磁石
【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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