(57)【要約】【課題】多相化に伴うインバータの数が増大することを抑制でき、その結果コストの増大を抑制することができる回転電機のステータ構造を提供する。【解決手段】ｍ相モータと、ｍ相モータをｎ相（ｎ＜ｍ）駆動する制御手段と、を備え、ｍ相モータのステータが、実電流位相が理想電流位相と一致するよう、ティース先端を不等ピッチで配置する。具体的には、ステータコアからティースを等ピッチで配置するとともにティースの先端を変形させることで、または、ステータコアからティースを不等ピッチで配置することで、ティース先端を不等ピッチで配置させる。【選択図】図６
2007259630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｍ相モータと、前記ｍ相モータをｎ相（ｎ＜ｍ）駆動する制御手段と、を備え、前記ｍ相モータのステータが、実電流位相が理想電流位相と一致するよう、ティース先端が不等ピッチで配置されていることを特徴とする回転電機のステータ構造。
【請求項２】
ステータコアからティースを等ピッチで配置するとともにティースの先端を変形させることで、ティース先端を不等ピッチで配置させることを特徴とする請求項１に記載の回転電機のステータ構造。
【請求項３】
ステータコアからティースを不等ピッチで配置することで、ティース先端を不等ピッチで配置させることを特徴とする請求項１に記載の回転電機のステータ構造。
【請求項４】
前記理想電流位相θenを、
【数１】
2007259630.tif 000012
（ここで、Ｐは極対数、Ｓはスロット数）とし、等間隔状態のときのティース間の機械角θmを、
【数２】
2007259630.tif 000013
としたとき、３相もしくは３相反転で駆動した時の実電流位相θrnとの位相差θrn−θenに基づき、回転子の回転方向と逆の方向に、
【数３】
2007259630.tif 000014
だけ、ティースの位置を移動する、またはティース先端を傾けた形状とする、ことを特徴とする請求項２または３に記載の回転電機のステータ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータコアと磁石と軸とを有するロータと、ステータコアとステータコアにコイルを巻き付けたステータコイルとを有するステータと、から構成され、ロータがステータにエアギャップをもって回転可能に保持された回転電機のステータ構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、３相モータを１つの３相インバータで３相駆動することは一般的である。近年では、モータの出力密度（容積に対する最高出力）を向上させるために、駆動方法の多相化が進められており、一例として、９相で駆動する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３９９３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来技術では、９相モータを３つの３相インバータで９相駆動しており、これにより出力密度の向上を図っている。そのため、上述した従来技術では、多相化に伴いインバータの数も増大し、コストが増大してしまうといった問題があった。
【０００５】
本発明の目的は上述した問題点を解消して、多相化に伴うインバータの数が増大することを抑制でき、その結果コストの増大を抑制することができる回転電機のステータ構造を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の回転電機のステータ構造は、ｍ相モータと、前記ｍ相モータをｎ相（ｎ＜ｍ）駆動する制御手段と、を備え、前記ｍ相モータのステータが、実電流位相が理想電流位相と一致するよう、ティース先端が不等ピッチで配置されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、ｍ相モータと、ｍ相モータをｎ相（ｎ＜ｍ）駆動する制御手段と、を備え、ｍ相モータのステータが、実電流位相が理想電流位相と一致するよう、ティース先端が不等ピッチで配置されていることで、ｍ相モータをｎ相（ｎ＜ｍ）駆動することができ、多相化に伴うインバータの数が増大することを抑制でき、その結果コストの増大を抑制することができる回転電機のステータ構造を得ることができる。
【０００８】
ところで、ｍ相モータをｎ相（ｎ＜ｍ）駆動すると、実電流位相が不等ピッチとなるため、ステータのティースを等ピッチで配置してしまうと、ティース位置が理想電流位相からずれ、ティースで生成される磁束がトルクに変換される割合が低減してしまう（出力効率が低減してしまう）。しかしながら、本願発明では、ｍ相モータをｎ相（ｎ＜ｍ）駆動することに加え、実電流位相が理想電流位相と一致するよう、ティース先端が不等ピッチで配置されるため、実電流位相が理想電流位相からずれることなく（出力効率が低減することなく）、上記コスト増大抑制を実現している。
【０００９】
なお、本発明の回転電機のステータ構造の好適例としては、ステータコアからティースを等ピッチで配置するとともにティースの先端を変形させることで、ティース先端を不等ピッチで配置させることがある。このように構成することで、および、ステータコアからティースを不等ピッチで配置することで、ティース先端を不等ピッチで配置させること、がある。いずれの構成においても、ティース先端が不等ピッチとなり、本発明を好適に実施することができる。
【００１０】
また、本発明の回転電機のステータ構造の好適例としては、理想電流位相θenを、
【数１】
2007259630.tif 000003
（ここで、Ｐは極対数、Ｓはスロット数）とし、等間隔状態のときのティース間の機械角θmを、
【数２】
2007259630.tif 000004
としたとき、３相もしくは３相反転で駆動した時の実電流位相θrnとの位相差θrn−θenに基づき、回転子の回転方向と逆の方向に、
【数３】
2007259630.tif 000005
だけ、ティースの位置を移動する、またはティース先端を傾けた形状とする、ことがある。このように構成することで、具体的に、実電流位相が利用電流位相と一致するよう、ティース先端を不等ピッチで配置させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
まず、本発明の回転電機のステータ構造の特徴は、ｍ相モータをｎ相（ｎ＜ｍ）駆動するにあたり、実電流位相が理想電流位相と一致するよう、ティース先端が不等ピッチで配置されていることにある。具体的な好適例としては、ステータコアからティースを等ピッチで配置するとともにティースの先端を変形させることで、ティース先端を不等ピッチで配置させること、あるいは、ステータコアからティースを不等ピッチで配置することで、ティース先端を不等ピッチで配置させること、がある。
【００１２】
通常、ｍ相モータを駆動しようとすると、ｍ相で駆動しないと分布係数が１でなくなり、ｍ相以外の相数例えばｎ相（ｎ＜ｍ）で駆動しようとすると、トルクがモータの実力を発揮できず低減してしまう。ここで、分布係数とは、各相における理想電流位相と実電流位相との位相差をｃｏｓでとり、この和をスロット数で割ったものである。すなわち、位相差をθrn−θenとし、スロット数をＳとすると、分布係数は、
【数４】
2007259630.tif 000006
となる。
【００１３】
本発明では、上述したように、ｍ相モータをｎ相（ｎ＜ｍ）駆動するにあたり、実電流位相が理想電流位相と一致するよう、ティース先端を不等ピッチで配置することで、機械的に位相差をキャンセルすることができ、分布係数を１に近い値にすることができる。
【００１４】
＜Ｐ極対Ｓスロットの場合の理想電流位相、実電流位相、位相差について＞
図１はＰ極対Ｓスロットのアキシャルギャップモータにおけるティース中心径での展開図の一例を示す図である。図１に示す例において、理想電流位相θenは以下のように表せる。
【数５】
2007259630.tif 000007
【００１５】
＜ティース先端の不等ピッチについて＞
図１に示す状態のモータにおいて、ティース先端の不等ピッチの配置は以下の通り決定することができる。まず、図１に示す状態において、ティース中心間の機械角度θmは以下のように表せる。
【数６】
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【００１６】
上述した理想電流位相、実電流位相、機械角度を用いて、３相（反転）駆動で駆動しようとする場合は、実電流位相が０°、６０°、１２０°‥‥の６０°の倍数数値から最も理想電流位相値に近い数値を選択する。しかし、モータが本来３相以上の相数で駆動するものに対し、上記条件で実電流位相を決定すると、本来の相数で駆動した場合の電流位相角のすべてをまかなうことができなかった。そのため、本発明の好適例では、以下のようにティース先端の不等ピッチを決定する。
【００１７】
（１）θrn−θen＝０の場合：
ティース先端の位置は変えない。
（２）θrn−θen＞０の場合：
ロータ回転方向と反対側にティース先端の位置を
【数７】
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だけ、移動させる。
（３）θrn−θen＜０の場合：
ロータ回転方向側にティース先端の位置を
【数８】
2007259630.tif 000010
だけ、移動させる。
【００１８】
図２（ａ）、（ｂ）はそれぞれ初期およびティース先端移動後の状態におけるステータティースの先端位置とロータの磁石との関係を示す図である。図２（ａ）、（ｂ）に示す例ではアキシャルギャップモータの例を説明する。図２（ａ）に示すティース先端の初期位置では、ティース先端１−１〜１−３が磁石２に対し、一定のティース中心間の機械角度θmの間隔で配置されている。対象とするティースにおいて、理想電流位相と実電流位相とが同じ電流位相角である場合は、図２（ａ）の例となる。これに対し、図２（ｂ）に示すティース先端の位置修正後では、修正対象となる図２（ｂ）の中間のティース先端１−２が磁石２に対し、
【数９】
2007259630.tif 000011
だけ移動することで、異なっている理想電流位相と実電流位相とを一致させている。対象となるティースにおいて、理想電流位相と実電流位相とが異なる電流位相角である場合は、図２（ｂ）の例となる。
【００１９】
＜第１実施例について＞
図３〜図６はそれぞれ本発明の回転電機のステータ構造の第１実施例を説明するための図である。図３、図５、図６に示す例は、ステータ１１の両側に２つのロータ１２−１、１２−２を備えるアキシャルギャップモータのうちティース中心径での展開図の１／４の部分を示す図である。この１／４の部分の展開図では、ステータ１１は、ステータティース１１−１〜１１−９とステータティース１１−１〜１１−９の各別に巻回して設けられたコイル１３−１〜１３−９と、から構成されている。
【００２０】
図３に示す例では、９相駆動した８極対３６スロットモータでの各相における理想電流位相と実電流位相および位相差を示している。本例の９相駆動では、各相での電流位相差は０であり、分布係数は１となっている。なお、図３において、コイル１３−１〜１３−９の巻回方向も示している。図４においては、図３で示したモータの９相駆動での電流位相を示す。
【００２１】
図５に示す例では、３相反転駆動した８極対３６スロットモータでの各相における理想電流位相と実電流位相および位相差を示している。図中Ｗ、Ｕ、Ｖの上にバーが付されているステータティースが反転駆動する相である。本例では、ステータティースによっては位相差が発生し、各相における理想電流位相と実電流位相の位相差をｃｏｓでとり、この和をスロット数で割ることで分布係数が０．９５９７５となった。つまり、分布係数は１となっておらず、図３に示すように９相駆動が理想的なモータにおいて３相駆動をすると、９相駆動に対してトルクが減少することがわかる。なお、図５において、コイル１３−１〜１３−９の巻回方向も示している。
【００２２】
図６に示す例では、３相反転駆動した８極対３６スロットモータでの各相における理想電流位相と実電流位相および位相差を示している。図中Ｗ、Ｕ、Ｖの上にバーが付されているステータティースが反転駆動する相である。
【００２３】
本例では、理想電流位相と実電流位相との位相差が発生した相を構成するステータティース１１−２、１１−３、１１−５、１１−６、１１−８、１１−９において、各ステータティース１１−１〜１１−９の位置は図５に示す例と同じ位置とし、位相差のある相のステータティースの両端部におけるティース先端部１１−２ａ：１１−２ｂ、１１−３ａ：１１−３ｂ、１１−５ａ：１１−５ｂ、１１−６ａ：１１−６ｂ、１１−８ａ：１１−８ｂ、１１−９ａ：１１−９ｂのそれぞれを、ロータの回転方向に対し位相差の正負に応じた所定の方向に所定の角度だけ傾けて構成することで、理想電流位相と実電流位相とを一致させている。具体的には、位相差のある相のティース先端部を電気角で２０°、機械角で２．５°所定の方向に傾けている。
【００２４】
上述したティース先端部の形状を採用することで、各相における理想電流位相と実電流位相との位相差が０となり、分布係数が１となる。これにより９相駆動の例と同レベルにトルクの減少を抑えている。なお、図６において、コイル１３−１〜１３−９の巻回方向も示している。
【００２５】
＜第２実施例について＞
図７〜図９はそれぞれ本発明の回転電機のステータ構造の第２実施例を説明するための図である。図７、図８に示す例は、ステータ１１の両側に２つのロータ１２−１、１２−２を備えるアキシャルギャップモータのうちティース中心径での展開図の１／４の部分を示す図である。この１／４の部分の展開図では、ステータ１１は、ステータティース１１−１〜１１−９とステータティース１１−１〜１１−９の各別に巻回して設けられたコイル１３−１〜１３−９と、から構成されている。
【００２６】
図７に示す例では、３相反転駆動した８極対３６スロットモータでの各相における理想電流位相と実電流位相および位相差を示している。図中Ｗ、Ｕ、Ｖの上にバーが付されているステータティースが反転駆動する相である。本例では、ステータティースによっては位相差が発生し、各相における理想電流位相と実電流位相の位相差をｃｏｓでとり、この和をスロット数で割ることで分布係数が０．９５９７５となった。つまり、分布係数は１となっておらず、図３に示すように９相駆動が理想的なモータにおいて３相駆動をすると、９相駆動に対してトルクが減少することがわかる。なお、図７において、コイル１３−１〜１３−９の巻回方向も示している。また、図７において、図５に示す例と異なる点は、ステータティースの間隔が図５に示す例の間隔より広い点である。
【００２７】
図８に示す例では、３相反転駆動した８極対３６スロットモータでの各相における理想電流位相と実電流位相および位相差を示している。図中Ｗ、Ｕ、Ｖの上にバーが付されているステータティースが反転駆動する相である。
【００２８】
本例では、理想電流位相と実電流位相との位相差が発生した相を構成するステータティース１１−２、１１−３、１１−５、１１−６、１１−８、１１−９の位置のそれぞれを、ロータの回転方向に対し位相差の正負に応じた所定の方向に所定の角度だけオフセットして構成することで、理想電流位相と実電流位相とを一致させている。具体的には、位相差のある相のティース先端部を電気角で２０°、機械角で２．５°所定の方向にオフセットしている。
【００２９】
上述したティースのオフセットを採用することで、各相における理想電流位相と実電流位相との位相差が０となり、分布係数が１となる。これにより９相駆動の例と同レベルにトルクの減少を抑えている。なお、図８において、コイル１３−１〜１３−９の巻回方向も示している。
【００３０】
参考のため、図９に、上述した第１実施例および第２実施例のうち、図５〜図８に示したモータの３相反転駆動の電流位相を示す。
【００３１】
＜第１実施例と従来例との比較＞
図１０は、９相駆動の例（図３）、３相反転駆動の例（図５）、本発明の第１実施例に係るティース先端部を変形させて３相反転駆動した例（図６）の各々について、トルクの解析結果を示す図グラフである。図１０に示す結果から、図３に示す９相駆動のモデルを図５に示すように３相反転駆動するとトルクが減少し、一方、図６に示す本発明の第１実施例に係るティースの先端部を変形させた例では、トルクが９相駆動の例（図３）の結果の近くまで回復していることがわかる。このことから、本発明によれば、９相駆動が必要なモータを３相駆動させてもトルクの減少がほとんどなく、多相化に伴うインバータの数が増大することを抑制でき、その結果コストの増大を抑制することができることがわかる。なお、本発明の第２実施例に係るティースの位置をオフセットさせて３相反転駆動した例（図８）でも、上述した第１実施例と同様の結果を得ることができることはいうまでもない。
【００３２】
なお、上述した例では、通常９相駆動が必要なモータに対し３相駆動を可能にした例を示したが、ここでいう９相および３相はその数に限定されるものではなく、通常ｍ相駆動が必要なモータに対しｎ相駆動（ｎ＜ｍ）する場合に、上述した本発明を好適に用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の回転電機のステータ構造によれば、ｍ相モータと、ｍ相モータをｎ相（ｎ＜ｍ）駆動する制御手段と、を備え、ｍ相モータのステータが、実電流位相が理想電流位相と一致するよう、ティース先端が不等ピッチで配置されていることで、ｍ相モータをｎ相（ｎ＜ｍ）駆動することができるため、多相化に伴うインバータの数が増大することを抑制でき、その結果コストの増大を抑制することができる回転電機のステータ構造として好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】Ｐ極対Ｓスロットのアキシャルギャップモータにおけるティース中心径での展開図の一例を示す図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ初期およびティース先端移動後の状態におけるステータティースの先端位置とロータの磁石との関係を示す図である。
【図３】本発明の回転電機のステータ構造における第１実施例を説明するための図である。
【図４】９相駆動の電流位相を説明するための図である。
【図５】本発明の回転電機のステータ構造における第１実施例を説明するための図である。
【図６】本発明の回転電機のステータ構造における第１実施例の具体的な例を説明するための図である。
【図７】本発明の回転電機のステータ構造における第２実施例を説明するための図である。
【図８】本発明の回転電機のステータ構造における第２実施例の具体的な例を説明するための図である。
【図９】３相反転駆動の電流位相を説明するための図である。
【図１０】９相駆動の例（図３）、３相反転駆動の例（図５）、本発明の第１実施例に係るティース先端部を変形させて３相反転駆動した例（図６）の各々について、トルクの解析結果を示す図グラフである。
【符号の説明】
【００３５】
１−１〜１−３  ティース部
２  磁石
１１−１〜１１−９  ステータティース
１２−１、１２−２  ロータ
１３−１〜１３−９  コイル
１１−２ａ：１１−２ｂ、１１−３ａ：１１−３ｂ、１１−５ａ：１１−５ｂ、１１−  ６ａ：１１−６ｂ、１１−８ａ：１１−８ｂ、１１−９ａ：１１−９ｂ  ティース先端  部
【図１】
2007259630.tif 000015
【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】
2007259630.tif 000021
【図８】
2007259630.tif 000022
【図９】
2007259630.tif 000023
【図１０】
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