(57)【要約】【課題】ステータのスロットの数とロータの磁極の数を最適化して、より大きなトルクを得ることができる高調波誘導式の同期式の回転電機を実現する。【解決手段】ロータ２の回転方向におけるスロット３１ｂの数をスロット数ｓとし、励磁された突部２１ａに形成される磁極のロータ２の回転方向における数を極数ｐとして、ｓが３の倍数且つｐが偶数であって、「０．５≦（２ｓ／３ｐ）＜１」を満たすように、ステータ３及びロータ２が構成されている。【選択図】図５
2012191758.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向配置されたステータとロータとを有し、
前記ステータは、複数のスロットが前記ロータの回転方向に間隔を空けて形成されたステータコアと、隣接する前記スロット間の各ティースに巻装された３相のステータ巻線とを有し、
前記ステータ巻線は、各ティースの周囲に集中的に巻線を巻くと共に異なるティースに巻き回された巻線同士が前記回転方向に重複しない巻き方で巻装され、
前記ロータは、前記ステータに向けて突出する複数の突部が前記回転方向に間隔を空けて形成されたロータコアと、それぞれの前記突部に巻装されたロータ巻線と、それぞれの前記ロータ巻線に流れる電流を所定の方向に整流する整流素子とを有し、
前記ステータ巻線からの電機子磁束の高調波成分により前記ロータ巻線に誘導されて前記整流素子により一方向に流れる誘導電流によって、それぞれの前記突部が励磁されて固定された極性の磁極となる回転電機であって、
前記ステータ及び前記ロータは、前記回転方向における前記スロットの数であるスロット数をｓ、前記回転方向における前記磁極の数である極数をｐとして、ｓが３の倍数且つｐが偶数であって、
０．５≦（２ｓ／３ｐ）＜１
を満たすように構成されている回転電機。
【請求項２】
前記ロータに備えられる前記整流素子の数は、前記極数ｐ、前記スロット数ｓ、及び自然数ｍを用いて示される式、
３ｍ×（ｐ／ｓ）
の値が最小の偶数となる数である請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記ステータ及び前記ロータは、前記ロータから提供される界磁磁束の前記ステータにおける有効利用率を１以下の値で示す巻線係数が０．９よりも大きくなるように、前記スロット数及び前記極数が設定されている請求項１又は２に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高調波誘導式の同期式の回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステータが発生する回転磁界の高調波成分により誘導されてロータ巻線に流れる誘導電流により励磁されて磁化する磁極を有するロータを備えた高調波誘導式の回転電機が提案されている。特開２００９−１１２０９１号公報（特許文献１）には、そのような回転電機の構造が開示されている。これによれば、ステータは、複数のスロットがロータの回転方向（周方向）に互いに間隔を空けて形成されたステータコアと、当該スロットを通ってステータに巻き回された複数相のステータ巻線とを有して構成される。ここで、ステータ巻線は、各スロットの間に形成される複数のティースにそれぞれ巻き回された巻線同士が回転方向に重複することなく、１つのティースに集中的に巻線が巻かれる方式の集中巻き（狭義の集中巻き）で巻装されている。ロータは、同様に回転方向（周方向）に互いに間隔を空けて形成され、ステータと対向配置された複数の突部と、当該突部に巻き回されたロータ巻線と、各ロータ巻線に流れる電流を一方向に整流する整流素子とを有して構成される。
【０００３】
上記構成を備えることにより、ステータ巻線に流れる交流電流により高調波成分を有する回転磁界が励磁され、当該高調波成分の磁界と鎖交するロータ巻線に誘導起電力が生じる。この誘導起電力によりロータ巻線を流れる電流は整流素子によって一方向に整流されているので、各突部は固定された極性の電磁石として磁化され、磁極となる。これにより、ロータは固定された磁極を有する界磁となり、回転磁界の中を回転するトルクが生じる（特許文献１：請求項１、第２２−３６段落等）。但し、特許文献１では、永久磁石型の回転電機の構成をほぼそのまま置き換えて高調波誘導式の回転電機を構成したものとなっている。つまり、高調波誘導式の回転電機の基本的な構成は提示されているものの、より大きなトルクを得るためにはさらなる改良が必要と解される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１１２０９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記背景に鑑みて、ステータのスロットの数とロータの磁極の数を最適化して、より大きなトルクを得ることができる高調波誘導式の同期式の回転電機の実現が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題に鑑みた本発明に係る回転電機の特徴構成は、
互いに対向配置されたステータとロータとを有し、
前記ステータは、複数のスロットが前記ロータの回転方向に間隔を空けて形成されたステータコアと、隣接する前記スロット間の各ティースに巻装された３相のステータ巻線とを有し、
前記ステータ巻線は、各ティースの周囲に集中的に巻線を巻くと共に異なるティースに巻き回された巻線同士が前記回転方向に重複しない巻き方で巻装され、
前記ロータは、前記ステータに向けて突出する複数の突部が前記回転方向に間隔を空けて形成されたロータコアと、それぞれの前記突部に巻装されたロータ巻線と、それぞれの前記ロータ巻線に流れる電流を所定の方向に整流する整流素子とを有し、
前記ステータ巻線からの電機子磁束の高調波成分により前記ロータ巻線に誘導されて前記整流素子により一方向に流れる誘導電流によって、それぞれの前記突部が励磁されて固定された極性の磁極となる回転電機であって、
前記ステータ及び前記ロータは、前記回転方向における前記スロットの数であるスロット数をｓ、前記回転方向における前記磁極の数である極数をｐとして、ｓが３の倍数且つｐが偶数であって、「０．５≦（２ｓ／３ｐ）＜１」を満たすように構成されている点にある。
【０００７】
一般的に、ステータ巻線が、異なるティースに巻き回された巻線同士が回転方向に重複することなく、各ティースの周囲に集中的に巻き回される場合、ロータのＮ極及びＳ極の２極の磁極に対して、ステータのスロットは、３相それぞれに対応して３スロット設けられる。ここで、磁極の数である極数ｐとスロットの数であるスロット数ｓとの比率「ｐ：ｓ」が、「２：３」であると、ステータ巻線からの電機子磁束に含まれ、ノイズ成分となる高調波成分が少なくなり、回転電機の損失が低減される。しかし、本構成の回転電機は、ステータ巻線からの電機子磁束に含まれる高調波成分によりロータ巻線に誘導される誘導電流によって、電磁石による磁極が形成されるものである。従って、ステータ巻線からの電機子磁束には比較的多くの高調波成分が含まれる方が好ましく、極数ｐ及びスロット数ｓも電機子磁束の高調波成分が多くなるように設定されることが好ましい。
【０００８】
本特徴構成によれば、極数ｐ及びスロット数ｓが、「ｓが３の倍数且つｐが偶数」及び「０．５≦（２ｓ／３ｐ）＜１」の条件を満たすように設定される。極数ｐとスロット数ｓとの比率「ｐ：ｓ」が「２：３」の場合には、「２ｓ／３ｐ」は１となる。また、「ｐ：ｓ」が「２：３ｎ」（ｎは自然数）の場合には、「２ｓ／３ｐ」はｎとなる。「２ｓ／３ｐ」が１やｎなどの自然数とならないように設定されること、具体的には分数となるように設定されることによって、電機子磁束に含まれる高調波成分が増加することが発明者らによって確かめられた。また、ｎが大きくなると、ステータ巻線同士が回転方向に重複しない巻き方（集中巻き）であっても、重複する巻き方（分布巻き）の特性に近づくため、電機子磁束の高調波成分が抑制される。ここでは、電機子磁束の高調波成分が抑制されない方が好ましいので、ｎは１であることが好ましい。従って、本特徴構成では、「２ｓ／３ｐ」が、仮分数（帯分数）となることがないように、１未満に制限される。尚、「２ｓ／３ｐ」が０．５未満となると、回転磁界の中でロータを回転させることができなくなる。従って、本特徴構成では、「２ｓ／３ｐ」が、０．５以上となるように制限される。尚、３相交流により電機子磁束（回転磁界）を生成するためには、集中巻きのステータは、３の倍数のスロット（ティース）が形成される必要がある。また、ロータの磁極は、Ｎ極とＳ極とがそれぞれ同数必要であるから、磁極は２の倍数、即ち偶数であることが必要である。
【０００９】
このように、本特徴構成によれば、極数ｐとスロット数ｓとの関係を工夫することによって、同じ体格の回転電機であっても電機子磁束に含まれる高調波成分を多くすることができる。その結果、電機子磁束の高調波成分によりロータ巻線に誘導される誘導電流が増加し、誘導電流により励磁される磁極の磁束（界磁磁束）も増加する。これにより、電機子磁束と界磁磁束とにより生じるトルクも増加する。また、大きなトルクを得る上では、ロータの界磁磁束がステータ巻線に有効に鎖交することが好ましい。ステータ巻線に鎖交する界磁磁束の有効性を示す指標として、界磁磁束のステータにおける有効利用率を１以下の値で示す巻線係数がある。この巻線係数が高いほど、ステータにおいて界磁磁束が有効に利用され、電機子磁束と界磁磁束とにより生じるトルク（マグネットトルク）も大きくなる。「２ｓ／３ｐ」が０．５以上１未満となる極数ｐとスロット数ｓとの組み合わせは、この巻線係数が比較的高くなる。従って、電機子磁束と界磁磁束とにより生じるトルクを大きくすることができる。このように、本特徴構成によれば、ステータのスロットの数とロータの磁極の数を最適化して、より大きなトルクを得ることができる高調波誘導式の同期式の回転電機を得ることができる。
【００１０】
ところで、ロータ巻線は、回転方向に間隔を空けて形成され、ステータに向けて突出する複数の突部のそれぞれに巻装されている。また、ロータには、それぞれの前記ロータ巻線に流れる電流を所定の方向に整流する整流素子が備えられている。最も単純には、各突部における各ロータ巻線に対して、少なくとも１つの整流素子が備えられる。各突部における各ロータ巻線に対して１つの整流素子が備えられる場合、整流素子の総数は突部の数、つまり磁極の数である極数ｐと同じ値となる。しかし、電機子磁束の高調波成分により誘導される誘導電流が同一位相となるロータ巻線同士は、整流素子を兼用することが可能である。整流素子を兼用することができれば、整流素子の総数を抑制することができ、製品コストを抑制することができると共に、ロータを軽量化することができて回転電機の効率を向上させることができる。整流素子を兼用可能であるか否かは、スロットと磁極との回転方向における相対位置によって定まる。ステータ及びロータの回転方向の機械的な可変域は３６０度である。従って、スロット数ｓと極数ｐとによって、整流素子を兼用可能であるか否かが定まり、整流素子の数も定まる。
【００１１】
１つの好適な態様として、前記ロータに備えられる前記整流素子の数は、前記極数ｐ、前記スロット数ｓ、及び自然数ｍを用いて示される式、「３ｍ×（ｐ／ｓ）」の値が最小の偶数となる数とすることができる。この数は、極数ｐ、スロット数ｓを用いて示される分数ｐ／ｓを、分母が３の倍数且つ分子が偶数であって、分子が最も小さくなるように約分した際の分子の値と等価である。集中巻きによる３相励磁に対応するために、分母は３の倍数であることが必要であり、異なる極性の磁極は異なる方向に整流される必要があるので、分子は２の倍数（偶数）であることが必要である。約分が可能であっても、この条件を満たす約分ではない場合には、同じ極性の磁極（同じ極性となる突部）と、スロット（ティース）との、ロータの回転方向における相対位置が異なることになる。この場合、同じ極性となる突部に巻装されたロータ巻線に誘導される誘導電流の位相も異なることになる。この状態でロータ巻線を直列接続し、共通の整流素子を用いて整流すると、電流位相の違いにより誘導電流が相殺され、誘導電流の総量が減少し、突部を磁化するための磁束も減少する。このような場合は、整流素子を共通化することは適切ではない。以上より、上記条件を満たして分数ｐ／ｓを約分可能な場合に、分子の数を極数ｐよりも小さい値にすることが可能となり、整流素子を共通化することが可能となる。
【００１２】
上述したように、界磁磁束のステータにおける有効利用率を１以下の値で示す巻線係数が高いほど、ステータにおいて界磁磁束が有効に利用され、電機子磁束と界磁磁束とにより生じるトルク（マグネットトルク）も大きくなる。この巻線係数は、ティースに巻き回されたステータ巻線と、磁極との関係によって定まる。本発明において、ステータ巻線は、スロット数に拘わらず、異なるティースに巻き回された巻線同士が回転方向に重複することなく、各ティースの周囲に集中的に巻き回されるという共通の巻き方で巻装される。従って、巻線係数を条件として、スロット数及び極数が設定されていると好適である。１つの態様として、前記ステータ及び前記ロータは、前記ロータから提供される界磁磁束の前記ステータにおける有効利用率を１以下の値で示す巻線係数が０．９よりも大きくなるように、前記スロット数及び前記極数が設定されていると好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】高調波誘導式の同期式の回転電機の一例を模式的に示す軸方向断面図
【図２】高調波誘導式の同期式の回転電機の一例を模式的に示す軸直交断面図
【図３】ロータ巻線の結線及び整流素子による整流方向の一例を模式的に示す図
【図４】ロータ巻線の結線及び整流素子による整流方向の他の例を模式的に示す図
【図５】回転電機の構造と電機子磁束の高調波成分との関係を模式的に示す比較図
【図６】回転電機の構造ごとのトルク−回転数特性の一例を示すグラフ
【図７】極数８のロータに対向するスロット数１２のステータの電気角を示す図
【図８】極数８のロータに対向するスロット数９のステータの電気角を示す図
【図９】極数８のロータに対向するスロット数６のステータの電気角を示す図
【図１０】極数１０のロータに対向するスロット数１２のステータの電気角を示す図
【図１１】極数１４のロータに対向するスロット数１５のステータの電気角を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の回転電機は、ステータ巻線からの電機子磁束の高調波成分により、ロータコアに形成された突部に巻き回されたロータ巻線に誘導電流が誘導され、この誘導電流によって突部が励磁されて磁極となる高調波誘導式の同期式の回転電機である。はじめに、高調波誘導式の同期式の回転電機の基本的な構造について説明する。図１に示すように、回転電機１は、互いに対向配置されたロータ２及びステータ３を備えており、不図示のケースの内部に収容されている。回転電機１は、ステータ３に供給される電力によりロータ２の動力（回転駆動力）を得るモータ（電動機）として機能するとともに、ロータ２の動力によりステータ３に電力を発生させるジェネレータ（発電機）としても機能する。尚、以下の説明で参照する各図面は、本発明の理解に必要な構成を模式的に示したものである。部材取り付け用のボルトなどの締結部材や、締結部材が通る取り付け孔などの一部の構成は適宜省略している。
【００１５】
図１及び図２に示すように、回転電機１は、ロータ２がステータ３の径方向内側に配置されたインナーロータ型の回転電機である。ステータ３は、例えば、ボルトなどを用いて不図示のケースの内面に締結固定されている。ステータ３は、ステータコア３１と、ステータコア３１に巻装された３相のステータ巻線３２とを備えて、回転電機１の電機子を構成する。本実施形態では、ステータコア３１は複数枚の電磁鋼板をロータ２の回転軸方向に積層して構成され、図２に示すように、全体として円筒状に形成されている。ステータコア３１の内周面側、即ち、ロータ２との対向面側には、周方向（ロータ２の回転方向）に一定間隔で複数のティース３１ａが形成されている。これにより、周方向に隣接するティース３１ａの間に間隔を空けてスロット３１ｂが形成される。回転磁界となる電機子磁束を発生させるためのステータ巻線３２は、スロット３１ｂ内に収まるように、各ティース３１ａの周囲に巻装される。図２に示す例では、スロット３１ｂの数であるスロット数（ティース３１ａの数であるティース数）は、１２である。
【００１６】
ステータ巻線３２は、３相各相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）の巻線同士が互いに周方向に重ならないように、各ティース３１ａに対して各相の巻線が集中的に巻き回された巻き方（狭義の集中巻き。以下、適宜「集中巻き」と略称する。）により巻装されている。また、後述するロータ２の磁極の間隔（磁極ピッチ）と、ステータ巻線３２が巻装される間隔（巻線ピッチ）とが同一である全節巻きではない巻き方（非全節巻き）で巻装されている。図２に示す例では、Ｕ相用のステータ巻線３２と、Ｖ相用のステータ巻線３２と、Ｗ相用のステータ巻線３２とが、周方向に沿って図示反時計回りに順番に現れるように配置されている。図２に示す例では、スロット数（ティース数）が１２である。即ち、ステータ３の機械的な１周において電気角４周期分の３相励磁が可能なようにステータ巻線３２が巻装される。尚、本明細書及び図面においては、ステータ巻線３２を流れる電流の向き（電流位相）の違いを区別するため、適宜、各相の名称に「＋」、「−」の表記を付して、Ｕ＋，Ｖ＋，Ｗ＋、Ｕ−，Ｖ−，Ｗ−相と称する。
【００１７】
ロータ２は、ステータ３の径方向内側に、ステータ３に対して相対回転可能に配置されている。ロータ２は、ロータコア２１と、ロータコア２１に巻装されたロータ巻線２２とを備えて、回転電機１の界磁を構成する。ロータコア２１は、ステータコア３１と同様に、複数枚の電磁鋼板を回転軸方向に積層して構成され、全体として円筒状に形成されている。図２及び図３に示すように、ロータコア２１には回転軸となるロータ軸４１を挿通するための挿通孔２３が形成されている。ロータ軸４１は、例えば、圧入や焼き嵌め、或いはキー結合等により、挿通孔２３に挿通された状態でロータコア２１に固定され、ロータコア２１と一体回転する。ロータ軸４１は、軸方向の両端において、不図示のケースに回転可能に支持される。
【００１８】
ロータコア２１は、ステータ３に向けて突出し、回転方向に一定の間隔を空けて形成された複数の突部２１ａを備えている。本実施形態では、突部２１ａの周方向の幅は、後述するロータ２の磁極を基準とした電気角で１８０度に相当する幅よりも小さい幅、例えば９０度程度の幅に設定されている。突部２１ａは、ロータ２及びステータ３が不図示のケースに取り付けられた状態において、突部２１ａの径方向外側（ステータ３と対向する側）の端面と、ステータコア３１に形成されたティース３１ａの径方向内側（ロータ２の対向する側）の端面との間に微小な径方向の間隔が形成されるように設けられている。周方向に隣接する突部２１ａの間には、間隔を空けてロータスロット２１ｂが形成される。それぞれの突部２１ａの周囲には、ロータスロット２１ｂ内に収まるように、電機子磁束の高調波成分により誘導される誘導電流を通流させるためのロータ巻線２２が巻き回されている。つまり、ロータ巻線２２は、突部２１ａを挟んで周方向に隣接する一対のロータスロット２１ｂを通って巻き回される。後述するように、ロータ巻線２２を流れる電流（誘導電流）により、各突部２１ａは電磁石となり、ロータ２の磁極となる。図２に示す例では、磁極の数である極数（突部２１ａの数）は、８である。
【００１９】
ロータ巻線２２は、ステータ巻線３２と同様に、突部２１ａに対して、各突部２１ａの周囲に集中的に巻線を巻くと共に異なる突部２１ａに巻き回された巻線同士が回転方向に重複しない巻き方（狭義の集中巻き）で巻装されている。つまり、各突部２１ａに巻き回されるロータ巻線２２は、互いに周方向に重複しないように１つの突部２１ａに集中的に巻装される。尚、本実施形態では、図２に示すように、突部２１ａの径方向外側の端部には、突部２１ａからロータスロット２１ｂの側に、周方向に沿って突出する突出部が形成されている。そして、この突出部に保持されるように非磁性体からなる板状部材２４が配置されている。これにより、遠心力が発生するロータ２の回転時においても、ロータ巻線２２が径方向外側に外れないように適切に保持される。
【００２０】
図１〜図３に示すように、ロータ巻線２２には、絶縁皮膜により被覆された導線などの接続導体１０１を介してダイオード（整流素子）１００が接続されている。このダイオード１００により、ロータ巻線２２に流れる電流が所定の一方向に規制される。本実施形態において、このダイオード１００は、ロータコア２１の内周面を含む内周部に設けられた凹部５０に配置され、固定されている。これにより、ロータ２の回転バランスの低下を抑制しつつダイオード１００を配置することや、ロータ２の強度を適切に確保することができる。この際、ロータコア２１内を通過する磁束に与える影響が少ない位置にダイオード１００を配置すると好適である。
【００２１】
ここで、ロータ巻線２２の整流、及びロータ巻線２２を流れる誘導電流による突部２１ａの磁化について説明する。図３に示すように、周方向に隣接する突部２１ａに巻き回されたロータ巻線２２は、互いに逆方向の誘導電流の通流を許容するようにダイオード１００によって整流される。ロータ巻線２２は、誘導電流が第１方向に通流する第１ロータ巻線２２ａ（実線）と、誘導電流が第１方向とは逆方向の第２方向に通流する第２ロータ巻線２２ｂ（破線）とに分類される。図３に示すように、第１ロータ巻線２２ａと第２ロータ巻線２２ｂとは、ロータ２の回転方向に沿って交互に突部２１ａに巻装される。第１ロータ巻線２２ａ及び第２ロータ巻線２２ｂを流れる誘導電流は、ダイオード１００により一方向に規制されているので、隣接する突部２１ａは、互いに異なる極性に固定された電磁石となる。具体的には、第１ロータ巻線２２ａが巻装される突部２１ａの径方向外側（ステータ３側）にＳ極が形成され、第２ロータ巻線２２ｂが巻装される突部２１ａの径方向外側にＮ極が形成される。即ち、Ｎ極とＳ極とがロータ２の回転方向に交互に並ぶように、各突部２１ａが磁化され、磁極となる。突部２１ａの数は８であるから、磁極の数である極数は８である。
【００２２】
詳細は、後述するが、ロータ２の回転角度に拘わらず、２つ以上の第１ロータ巻線２２ａが鎖交する電機子磁束の位相が常に同一であり、２つ以上の第２ロータ巻線２２ｂが鎖交する電機子磁束の位相が常に同一である場合がある。この場合には、当該２つ以上の第１ロータ巻線２２ａに生じる誘導電流の位相が互いに同一となり、当該２つ以上の第２ロータ巻線２２ｂに生じる誘導電流の位相も互いに同一となる。このため、これらの第１ロータ巻線２２ａは、一括して整流されることが可能であり、これらの第２ロータ巻線２２ｂも、一括して整流されることが可能である。
【００２３】
具体的には、当該第１ロータ巻線２２ａ同士、当該第２ロータ巻線２２ｂ同士を直列接続し、当該直列接続された回路に１つのダイオード１００を接続することで、２つ以上のロータ巻線２２を１つのダイオード１００で整流することが可能である。つまり、ダイオード１００を兼用することによって、ロータ２に設置されるダイオード１００の数を少なくすることが可能である。図１〜図３に例示した回転電機１は、ダイオード１００を兼用可能であり、兼用した例を図４に示す。図４に示す形態では、４回線分の第１ロータ巻線２２ａが直列接続され、この直列回路に１つのダイオード１００が備えられ、４回線分の第２ロータ巻線２２ｂが直列接続され、この直列回路に１つのダイオード１００が備えられる。尚、図４に示す形態では、複数のロータ巻線２２に流れる誘導電流を合算することによる電流容量の増加に鑑みて、ダイオード１００の電流容量を大きくできるように、凹部５０を拡大して２箇所とした場合を例示している。
【００２４】
ところで、ロータコア２１に突部２１ａが形成されることで、ステータ３からの電機子磁束がロータコア２１を通過する際の磁気抵抗が、周方向の位置によって変化することになる。具体的には、周方向における突部２１ａの配設位置では磁気抵抗が低くなり、周方向におけるロータスロット２１ｂの配設位置ではエアギャップにより磁気抵抗が高くなる。ステータ巻線３２に３相の交流電流を供給してステータ３に回転磁界（電機子磁束）を発生させると、ロータコア２１を通過する磁束の磁気抵抗が小さくなるように突部２１ａが回転磁界に吸引される。つまり、ロータ２は、ステータ３により形成された回転磁界、より正確には、回転磁界の基本波成分に同期して回転する。即ち、ロータ２にリラクタンストルクが発生して、ロータ２が回転駆動される。
【００２５】
ロータ２は、このリラクタンストルクに加えてマグネットトルクに相当するトルクも発生するように構成されている。上述したように、ロータ２の突部２１ａは、ステータ巻線３２からの電機子磁束に含まれる高調波成分により、固定された極性を持った電磁石となる。この電磁石からの界磁磁束と、ステータ巻線３２からの回転磁界（電機子磁束）との吸引力及び反発力がマグネットトルクとなる。具体的には、ステータ巻線３２に３相の交流電流を供給して回転磁界（電機子磁束）を発生させると、電機子磁束に含まれる高調波成分により、ロータ巻線２２に誘導電流が流れ、各突部２１ａが固定された極性の磁極となる。そして、突部２１ａ（磁極）と、回転磁界との間で吸引力及び反発力が生じ、ロータ２がステータ３により形成された回転磁界の基本波成分に同期して回転する。このように、回転電機１は、マグネットトルク及びリラクタンストルクの双方を利用して、ロータ２を回転駆動することが可能である。
【００２６】
ここで、突部２１ａが強い電磁石となれば、マグネットトルクの増加に有効である。突部２１ａを強い電磁石とするためには、突部２１ａに巻装されたロータ巻線２２に流れる誘導電流を増加させればよい。誘導電流は、ステータ巻線３２からの電機子磁束に含まれる高調波成分によって誘導されるから、この高調波成分を増加させることによって突部２１ａを強い電磁石にすることができる。永久磁石型の回転電機など、一般的には、電機子磁束に高調波成分が含まれることは、鉄損や銅損などの損失を増加させるため、好ましいことではない。従って、高調波成分を抑制することができるように、ステータ巻線３２が１つのティース３１ａに集中して巻き回す集中巻きではなく、複数のティース３１ａにまたがって巻き回す分布巻きで巻装されることが多い。しかし、図１〜図３などを用いて例示したように、高調波誘導式の回転電機１は、高調波成分を積極的に利用してロータ２の突部２１ａを磁化するために、ステータ巻線３２が集中巻きで巻き回されている。さらに、図１〜図３に例示した基本構造から電機子磁束の高調波成分を増加させることが可能であり、以下に説明する。
【００２７】
具体的には、ステータ３のスロット３１ｂの数であるスロット数と、ロータ２の磁極の数である極数との関係を適切に設定することで、さらに電機子磁束の高調波成分を増加させることが可能である。以下、図５〜図９を参照して説明する。まず、ロータ２の回転方向におけるスロット３１ｂの数であるスロット数をｓ、ロータ２の回転方向における磁極の数である極数をｐ、集中巻きにおける磁極の１極対及び交流の回転磁界の１相あたりの巻線数をｑと定義する（以下、適宜「１極対１相当たりの巻線数ｑ」と称する。）。１極対１相当たりの巻線数ｑは、「２ｓ／３ｐ」で表される。図１〜図３に例示した基本構造の回転電機１の場合、スロット数ｓ＝１２、極数ｐ＝８であるから、ｑは、「１」となる。つまり、１極対１相当たりの巻線数ｑは整数（自然数）となる。
【００２８】
図５は、異なる構造の３種類の回転電機１の電機子磁束の高調波成分を比較したものである。図５（ａ）は、図１〜図３に例示した基本構造であり、スロット数ｓ＝１２、極数ｐ＝８の回転電機１である。上述したように、ｑは「１」の整数となる。図５（ｂ）は、スロット数ｓ＝９、極数ｐ＝８の回転電機１であり、ｑは「３／４」の分数となる。図５（ｃ）は、スロット数ｓ＝６、極数ｐ＝８の回転電機１であり、ｑは「１／２」の分数となる。即ち、図５（ａ）〜（ｃ）は、極数ｐが全て８の同じ構造であるが、スロット数ｓがそれぞれ異なる回転電機１を例示している。図５の棒グラフは、ロータ巻線２２に鎖交する電機子磁束の高調波成分の次数（横軸）と、磁束の振幅（縦軸）とを示している。
【００２９】
この棒グラフに示すように、１極対１相当たりの巻線数ｑが分数となる構造の回転電機１では、ｑが整数の回転電機１に比べて電機子磁束の高調波成分が多くなっている。具体的には、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、ｑ＝３／４の回転電機１における最大の高調波成分である２．２５次高調波成分は、ｑ＝１の回転電機１における最大の高調波成分である６次高調波成分の約５倍の振幅となっている。また、図５（ａ）及び（ｃ）に示すように、ｑ＝１／２の回転電機１における最大の高調波成分である１．５０次高調波成分は、ｑ＝１の回転電機１における最大の高調波成分である６次高調波成分の約６倍の振幅となっている。
【００３０】
図６は、回転電機１の構造ごとにシミュレーションを行った、トルク−回転数特性の一例を示すグラフである。図６において（ｍ）は、目標トルクであり、（ｄ）はステータ巻線が分布巻きにより巻装された埋め込み磁石型の同期式の回転電機（ＩＰＭＳＭ）のトルク特性である。（ｎ）は、図１〜図３及び図５（ａ）に示す基本構造の回転電機１において、ロータ２にロータ巻線２２を巻装することなく、リラクタンストルクのみを発生させた場合のトルク特性である。（ａ）は、図１〜図３及び図５（ａ）に示す基本構造の回転電機１のトルク特性であり、リラクタンストルクとマグネットトルクとの双方の合成トルクのトルク特性である。（ｂ）は、図５（ｂ）に示す構造の回転電機１のトルク特性であり、同様にリラクタンストルクとマグネットトルクとの双方の合成トルクのトルク特性である。
【００３１】
図６に示すように、１極対１相当たりの巻線数ｑが整数である回転電機１のトルク特性（ａ）は、低回転域においてリラクタンストルク（ｎ）に上積みされるマグネットトルクが観測されるが、中回転域以上では、ほとんどリラクタンストルク（ｎ）と差がない。つまり、基本構造の回転電機１のトルク特性（ａ）は、目標トルク（ｍ）に対して大きく届かない大きさである。これに対して、１極対１相当たりの巻線数ｑが分数である回転電機１のトルク特性（ｂ）は大きく改善され、特に中回転域においては、目標トルク（ｍ）及びＩＰＭＳＭのトルク特性（ｄ）を上回っている。このように、１極対１相当たりの巻線数ｑを整数（自然数）ではなく、分数とすることによって、電機子磁束の高調波成分を増加させ、ロータ２の界磁磁束を増加させて出力トルクを増大させることが可能である。
【００３２】
ここで、１極対１相当たりの巻線数ｑを分数とする場合には、仮分数（帯分数）を含むこともできるが、ｑが１を超えるということは分布巻きに近づくこととなり、高調波成分の増加には寄与しないことになる。従って、高調波成分の増加させる上では、１極対１相当たりの巻線数ｑが真分数となるようにスロット数ｓと極数ｐとが設定されると好適である。尚、ｑが１／２（＝０．５）を下回ると、回転磁界に対して磁極対の吸引力及び反発力を作用させることができなくなり、ロータ２を回転させることができなくなる。従って、１極対１相当たりの巻線数ｑが１／２以上となるように、スロット数ｓと極数ｐとが設定される必要がある。以上、まとめると、電機子磁束の高調波成分を増加させて、より大きなマグネットトルクを得ることができる高調波誘導式の同期式の回転電機１を構成するに際しては、下記式(1)を満足するように、スロット数ｓと極数ｐとが最適化されるとよい。尚、当然ながら、極数ｐは、極対数の２倍であるから偶数であり、スロット数ｓは、３相のステータ巻線３２を集中巻きにより巻装するので３の倍数である。
【００３３】
０．５≦      ｑ      ＜１，
０．５≦（２ｓ／３ｐ）＜１    ・・・(1)
【００３４】
ところで、極対数が４の場合には、ステータ３の機械的な１周において、電気角で４周期分の回転磁界（電機子磁束）が発生されるように、ステータ巻線３２が巻装される必要がある。非全節巻き且つ集中巻きでステータ巻線３２を巻装する場合、図２に示したように、例えば、１２個のティース３１ａ（スロット３１ｂ）が備えられる。即ち、図７に示すように、周方向に隣接する相間の電気角の位相差が１２０度となるように１２個のステータ巻線３２が巻装される。これにより、ステータ３の１周で１４４０度（＝３６０×４）となり、３相で４周期分の回転磁界を発生させることが可能となる。しかし、図５（ｂ）や図５（ｃ）に例示したステータ３のスロット数ｓは、１２未満である。そこで、少ないスロット数ｓで、３相４周期分の回転磁界（電機子磁束）を発生させるためにステータ巻線３２の巻き回し方や周方向の配置が工夫されている。
【００３５】
図８は、図５（ｂ）に示すｑ＝３／４の構造の回転電機１のステータ巻線３２の巻装形態と、電気角とを示している。図８に示すように、隣接するティース３１ａにＵ＋相とＵ−相、Ｖ＋相とＶ−相、Ｗ＋相とＷ−相が巻き回される。つまり、電流の通流方向が逆向きとなるように、ステータ巻線３２が巻き回される。通常、Ｕ相とＶ相が隣接する場合には、それらの間の電気角は１２０度であるが、Ｕ＋相とＵ−相とが隣接する場合には、それらの間の電気角は１８０度となる。従って、図８に示すように、反時計回りに、Ｕ＋相、Ｕ−相、Ｕ＋相、Ｖ＋相、Ｖ−相、Ｖ＋相、Ｗ＋相、Ｗ−相、Ｗ＋相と配接された場合には、相間の電気角は１８０度、１８０度、１２０度・・・と繰り返され、ステータ３を機械的に１周すると１４４０度（＝３６０×４）となる。これは、電気角で４周期分に相当するから、ステータ３の機械的な１周において、電気角で４周期分の回転磁界（電機子磁束）を発生させることが可能となる。
【００３６】
図９は、図５（ｃ）に示すｑ＝１／２の構造の回転電機１のステータ巻線３２の巻装形態と、電気角とを示している。この場合には、反時計回りにＵ相、Ｖ相、Ｗ相と配接されるのではなく、１相ずつ飛ばして各相のステータ巻線３２が巻装される。即ち、Ｕ相の次にＶ相を飛ばしてＷ相、Ｗ相の次にＵ相を飛ばしてＶ相、Ｖ相の次にＷ相を飛ばしてＵ相というように、隣接する相間における電気角が２４０度となるように、各相のステータ巻線３２が巻装される。これにより、ステータ３を１周すると１４４０度（＝３６０×４）となる。従って、ステータ３の１周において、電気角で４周期分の回転磁界（電機子磁束）を発生させることが可能となる。
【００３７】
このように、１極対１相当たりの巻線数ｑが０．５以上１未満の分数となるように、スロット数ｓと極数ｐとを適切に設定して電機子磁束の高調波成分を確保しつつ、ステータ３における電気角も適切に設定することが可能である。図５等を参照した上記説明では、ロータ２の極数ｐが全て８の場合を例示したが、当然ながら、極数ｐは他の値を採ることもできる。下記表１にスロット数ｓと極数ｐとの組み合わせと、１極対１相当たりの巻線数ｑとの関係の一例を示す。スロット数ｓと極数ｐとが一致し、ステータ巻線３２が全節巻きとなる組み合わせについて除外している。尚、表１には、ｑが０．５以上１未満の分数となる組み合わせにおけるｑの値を記載しているが、境界値となるので、ｑ＝１となる組み合わせについても括弧付きで記載している。
【００３８】
【表１】
2012191758.tif 000003
【００３９】
図１０及び図１１には、ロータ２の極数ｐが８以外の回転電機１の例を示している。図１０に示す回転電機１は、極数ｐ＝１０、スロット数ｓ＝１２である。この構造の場合には、表１にも示しているように１極対１相当たりの巻線数ｑが４／５（＝０．８０）となる。この回転電機１のロータ２は、極対数が５（＝１０／２）であるから、ステータ３の機械的な１周において、電気角で５周期分の回転磁界（電機子磁束）を発生させることができるようにステータ巻線３２が巻装される。即ち、図１０に示すように、反時計回りに、Ｕ＋相、Ｕ−相、Ｖ−相、Ｖ＋相、Ｗ＋相、Ｗ−相、Ｕ−相・・・となるように、ステータ巻線３２が巻装される。相間の電気角は、反時計回りに、１８０度、１２０度、１８０度、１２０度・・・と繰り返される。即ち、ステータ３を１周すると電気角が１８００度（＝３６０×５）となり、電気角で５周期分の回転磁界（電機子磁束）を発生させることができるようにステータ巻線３２が巻装される。尚、後述する巻線係数Ｋｗは、０．９３である。
【００４０】
図１１に示す回転電機１は、極数ｐ＝１４、スロット数ｓ＝１５である。この構造の場合には、表１にも示しているように１極対１相当たりの巻線数ｑが５／７（＝０．７１）となる。この回転電機１のロータ２は、極対数が７（＝１４／２）であるから、ステータ３の機械的な１周において、電気角で７周期分の回転磁界（電機子磁束）を発生させることができるようにステータ巻線３２が巻装される。即ち、図１１に示すように、反時計回りに、Ｕ＋相、Ｕ−相、Ｕ＋相、Ｕ−相、Ｕ＋相、Ｖ＋相、Ｖ−相、Ｖ＋相・・・となるように、ステータ巻線３２が巻装される。相間の電気角は、反時計回りに、１８０度、１８０度、１８０度、１８０度、１２０度、１８０度・・・と繰り返される。即ち、ステータ３を１周すると電気角が２５２０度（＝３６０×７）となり、電気角で７周期分の回転磁界（電機子磁束）を発生させることができるようにステータ巻線３２が巻装される。尚、後述する巻線係数Ｋｗは、０．９５である。
【００４１】
ところで、大きなマグネットトルクを得る上では、ロータ２からの界磁磁束がステータ巻線３２に効率よく鎖交することが好ましい。ステータ巻線３２に鎖交する界磁磁束の有効性を示す指標として、界磁磁束のステータにおける有効利用率を１以下の値で示す巻線係数Ｋｗというものがある。この巻線係数Ｋｗが高いほど、ステータ巻線３２に界磁磁束が効果的に鎖交し、回転磁界（電機子磁束）と界磁磁束とにより生じるマグネットトルクも大きくなる。この巻線係数Ｋｗは、ティース３１ａに巻き回されたステータ巻線３２と、磁極との関係によって定まる。好適には、ロータ２から提供される界磁磁束のステータ３における有効利用率を１以下の値で示す巻線係数Ｋｗが０．９よりも大きくなるように、スロット数ｓ及び極数ｐが設定されているとよい。下記表２は、上記表１において１極対１相当たりの巻線数ｑが０．５以上１未満の分数となるスロット数ｓ及び極数ｐの組み合わせに対応する巻線係数Ｋｗを示している。また、表２においては、０．９よりも大きい巻線係数Ｋｗは太字で示している。尚、表２には、参考値として、ｑ＝１となる組み合わせについての巻線係数Ｋｗも括弧付きで記載されている。
【００４２】
【表２】
2012191758.tif 000004
【００４３】
尚、表２への記載は省略しているが、１極対１相当たりの巻線数ｑが１以上となるスロット数ｓ及び極数ｐの組み合わせの場合には、巻線係数Ｋｗが概ね０．８よりも小さい値となる。つまり、１極対１相当たりの巻線数ｑが０．５以上1未満となるスロット数ｓ及び極数ｐの組み合わせの場合には、巻線係数Ｋｗを比較的高い値とすることができる。その結果、電機子磁束と界磁磁束とにより生じるマグネットトルクを大きくすることができる。
【００４４】
表１及び表２を参照した以上の説明より、「０．５≦ｑ＜１」を満足すると共に「Ｋｗ＞０．９」を満足するスロット数ｓ及び極数ｐの組み合わせが、より大きなトルクを得るための回転電機１の構造において非常に好適であることがわかる。これを整理すると、下記表３となる。表３において、１つの＊で示す欄（＊）は、１極対１相当たりの巻線数ｑの条件のみを満足する組み合わせである。２つの＊で示す欄（＊＊）は、１極対１相当たりの巻線数ｑと巻線係数Ｋｗとの双方の条件を満たす組み合わせであり、最適な組み合わせであることを示している。
【００４５】
【表３】
2012191758.tif 000005
【００４６】
ここで、巻線係数Ｋｗについて補足する。巻線係数Ｋｗは、短節巻き係数Ｋｓと分布巻き係数Ｋｄとの積で表される（Ｋｗ＝Ｋｓ・Ｋｄ）。まず、短節巻き係数Ｋｓについて説明する。ステータ３においてステータ巻線３２が巻装される間隔（巻線ピッチ）と、ロータ２における磁極の間隔（磁極ピッチ）とが同一の場合、「全節巻き」と称される。全節巻きの場合、ロータ２の回転によって隣接する２つのステータ巻線３２に発生する電圧の位相差は１８０度となる。一方、スロット数ｓが９、極数ｐが８の場合などでは、巻線ピッチが磁極ピッチよりも小さくなる。また、スロット数ｓが６、極数ｐが８の場合などでは、巻線ピッチが磁極ピッチよりも大きくなる。これらを、ここでは「非全節巻き」と称する。特に、巻線ピッチが磁極ピッチよりも小さくなる場合は、「短節巻き」と称される。非全節巻きの場合には、ロータ２の回転によって隣接する２つのステータ巻線３２に発生する電圧の位相差は１８０度からずれた位相となる。
【００４７】
非全節巻きの場合には、界磁磁束によってステータ巻線３２に誘導される電圧に上述したような位相差が生じる。このため、隣接するステータ巻線３２に生じる電圧は、それぞれお方向が異なるベクトルとなり、発生電圧はそれぞれの電圧のベクトル和となる。一方、全節巻きの場合は、方向が同じベクトル同士の和となるので、それぞれの電圧の代数和で足りる。このため、同じ界磁磁束に対する発生電圧は、全節巻きに比べて非全節巻きの方が小さくなる。全節巻きにおける誘導起電力に対する非全節巻きにおける誘導起電力の割合が、係数として与えられる。一般的には、非全節巻きのほとんどが短節巻きであるので、この係数は、短節巻き係数Ｋｓと称される。即ち、短節巻き係数Ｋｓは、以下に示すように、全節巻きにおける誘導起電力に対する短節巻きにおける誘導起電力の割合を示す係数である。
【００４８】
Ｋｓ＝短節巻き誘導起電力／全節巻き誘導起電力
＝誘導起電力のベクトル和／誘導起電力の代数和
【００４９】
巻線ピッチは、集中巻きの場合にはティース３１ａ（スロット３１ｂ）のピッチと同一である。従って、巻線ピッチは、スロット数ｓを用いて表すことができる。ここで、巻線ピッチをＷｓ（＝２π／ｓ）とし、ロータ２における磁極ピッチをＷｐ（＝２π／ｐ）とすると、短節巻き係数Ｋｓは、下記式(2)で表される。
【００５０】
【数１】
2012191758.tif 000006
【００５１】
下記表４は、上記表１において「０．５≦ｑ＜１」を満足するスロット数ｓ及び極数ｐの組み合わせについての短節巻き係数Ｋｓを示している。尚、参考値として、ｑ＝１となる組み合わせについての短節巻き係数Ｋｓも括弧付きで記載している。
【００５２】
【表４】
2012191758.tif 000007
【００５３】
尚、当業者であれば、上記式(2)より容易に値を求めることが可能であるから表４への記載は省略しているが、１極対１相当たりの巻線数ｑが１以上となるスロット数ｓ及び極数ｐの組み合わせの場合には、短節巻き係数Ｋｓが概ね０．８５よりも小さい値となる。その結果、短節巻き係数Ｋｓと分布巻き係数Ｋｄとの積で示される巻線係数Ｋｗの値が、上述したように、概ね０．８よりも小さい値となる。
【００５４】
次に、分布巻き係数Ｋｄについて説明する。各相に対し、ステータ巻線３２が巻き回されるティース３１ａの数（スロット数ｓ）が１つとなる巻き方を集中巻きという。つまり、ステータ巻線３２は、各ティース３１ａの周囲に集中的に巻き回され、異なるティース３１ａに巻き回された巻線同士は回転方向に重複しない。これに対し、各相に対し、ステータ巻線３２が巻き回されるティース３１ａの数（スロット数ｓ）が２つ以上となる巻き方を分布巻きという。分布巻きの場合には、異なるティース３１ａに巻き回された巻線同士は回転方向に重複する。分布巻きの場合には、ロータ２の回転によってステータ巻線３２に誘導される電圧の波形が丸みを帯び、高調波成分が抑制されることが知られている。但し、その分、誘導起電力は集中巻きに比べて減少することになる。分布巻き係数Ｋｄは、以下に示すように、集中巻きにおける誘導起電力に対する分布巻きにおける誘導起電力の割合を示す係数である。
【００５５】
Ｋｄ＝分布巻き誘導起電力／集中巻き誘導起電力
【００５６】
上述したように、分布巻きと集中巻きとは、ステータ３における各相当たりのスロット数ｓに違いがある。従って、分布巻き係数Ｋｄは、ロータ２の極対数（あるいは極数ｐ）とスロット数ｓにより求められる「単位当たりの巻線数ｑ２」を用いて下記式(3)で表することができる。「単位当たりの巻線数ｑ２」は、１極対１相当たりの巻線数ｑに自然数ｃを乗じた結果が最小の整数（自然数）となる値、つまり、「ｑ２＝ｃ・ｑ」で示される最小の整数（自然数）である。ｑが整数（自然数）の場合には「ｑ２＝ｑ」であり、ｑが分数の場合には、ｑ２はｑの分子となる。尚、分布巻きの場合には、ｑは「１極１相当たりの巻線数：ｓ／３ｐ」であり、その値は整数に限定される。
【００５７】
【数２】
2012191758.tif 000008
【００５８】
下記表４は、上記表１において「０．５≦ｑ＜１」を満足するスロット数ｓ及び極数ｐの組み合わせについての分布巻き係数Ｋｄを示している。尚、参考値として、ｑ＝１となる組み合わせについての分布巻き係数Ｋｄも括弧付きで記載している。
【００５９】
【表５】
2012191758.tif 000009
【００６０】
巻線係数Ｋｗは、このようにして求められる短節巻き係数Ｋｓと分布巻き係数Ｋｄとの積で表される（Ｋｗ＝Ｋｓ・Ｋｄ）。
【００６１】
次に、各突部２１ａを固定された極性の電磁石として磁化するためにロータ巻線２２に配接される整流素子（ダイオード１００）について説明する。各突部２１ａを独立して、固定された極性に磁化するためには、図３に例示したように、各突部２１ａに巻き回されたロータ巻線２２にそれぞれダイオード１００を接続する必要がある。この場合、ダイオード１００の総数は突部２１ａの数、つまり磁極の数である極数ｐと同じ値となる。しかし、図４を参照して説明したように、複数のロータ巻線２２のダイオード１００を兼用することも可能である。具体的には、ロータ２の回転角度に拘わらず、電機子磁束の高調波成分により誘導される誘導電流が同一位相となるロータ巻線２２は、整流素子を兼用することが可能である。ダイオード１００を兼用可能であるか否かは、ティース３１ａ（スロット３１ｂ）と磁極（突部２１ａ）との相対関係によって定まる。ティース３１ａ及び磁極は、等間隔で配置されているので、ティース３１ａの数（スロット数ｓ）と磁極の数（極数ｐ）との関係により、兼用が可能であるか否かが定まる。即ち、必要となるダイオード１００の数（素子数ｎｄ）を規定することができる。
【００６２】
具体的には、素子数ｎｄは、極数ｐ、スロット数ｓ、自然数ｍを用いて示される式、「３ｍ×（ｐ／ｓ）」の値が最小の偶数となる数とすることができる。この数は、極数ｐ、スロット数ｓを用いて示される分数ｐ／ｓを、分母が３の倍数且つ分子が偶数であって、分子が最も小さくなるように約分した際の当該分子の値と等価である。集中巻きによる３相励磁に対応するために、分母は３の倍数であることが必要であり、異なる極性の磁極は異なる方向に整流される必要があるので、分子は２の倍数（偶数）であることが必要である。
【００６３】
約分が可能であっても、この条件を満たす約分ではない場合には、同じ極性の磁極（同じ極性となる突部２１ａ）と、スロット３１ｂ（ティース３１ａ）との、ロータ２の回転方向における相対位置が異なることになる。この場合、同じ極性となる突部２１ａに巻装されたロータ巻線２２に誘導される誘導電流の位相も異なることになる。この状態でロータ巻線２２を直列接続し、共通のダイオード１００を用いて整流すると、電流位相の違いにより誘導電流が相殺され、誘導電流の総量が減少し、突部２１ａを磁化するための磁束も減少する。このような場合は、ダイオード１００を共通化することは適切ではない。以上より、上記条件を満たして分数ｐ／ｓを約分可能な場合に、分子の数を極数ｐよりも小さい値にすることが可能となり、ダイオード１００を共通化することが可能となる。
【００６４】
従って、上記条件を満たすように、ダイオード１００の数が設定されると好適である。尚、この条件によって規定されるダイオード１００の数は、最小値であるから、兼用が可能であっても、兼用することなく各突部２１ａに巻装されたロータ巻線２２ごとに、ダイオード１００が接続されてもよい。下記表６は、上記表１において「０．５≦ｑ＜１」を満足するスロット数ｓ及び極数ｐの組み合わせについての素子数ｎｄを示している。さらに、「Ｋｗ＞０．９」を満足するスロット数ｓ及び極数ｐの組み合わせについては、＊を付している。尚、参考値として、ｑ＝１となる組み合わせについての素子数ｎｄも括弧付きで記載している。
【００６５】
【表６】
2012191758.tif 000010
【００６６】
表６を参照すれば、より大きなトルクを得るために非常に好適である回転電機１の構造である、「０．５≦ｑ＜１」を満足すると共に「Ｋｗ＞０．９」を満足するスロット数ｓ及び極数ｐの組み合わせでは、各ロータ巻線２２に個別にダイオード１００を接続する必要がある場合が多い。つまり、極数ｐと素子数ｎｄとが同じ値の場合が多い。しかし、部分的には、そのような最適な構造においても、ダイオード１００を抑制可能な組み合わせが存在する。そのような組み合わせを採用することによって、より大きなトルクを得ると共に、製造コストが抑制された回転電機１を得ることができる。
【００６７】
以上説明したように、本発明によれば、非全節・集中巻きによりステータ巻線３２が巻装されるステータ３のスロット数ｓと、電機子磁束の高調波成分によりロータ巻線２２を流れる誘導電流により励磁される磁極を備えたロータ２の極数ｐとを最適化して、より大きなトルクを得ることができる高調波誘導式の同期式の回転電機を実現することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、高調波誘導式の同期式の回転電機に適用することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１        ：回転電機
２        ：ロータ
３        ：ステータ
２１      ：ロータコア
２１ａ    ：突部
２２      ：ロータ巻線
３１      ：ステータコア
３１ａ    ：ティース
３１ｂ    ：スロット
３２      ：ステータ巻線
１００    ：ダイオード（整流素子）
Ｋｗ      ：巻線係数
ｃ，ｍ    ：自然数
ｎｄ      ：素子数
ｐ        ：極数
ｑ        ：１極対１相当たりの巻線数
ｓ        ：スロット数
【図１】
2012191758.tif 000011
【図２】
2012191758.tif 000012
【図３】
2012191758.tif 000013
【図４】
2012191758.tif 000014
【図５】
2012191758.tif 000015
【図６】
2012191758.tif 000016
【図７】
2012191758.tif 000017
【図８】
2012191758.tif 000018
【図９】
2012191758.tif 000019
【図１０】
2012191758.tif 000020
【図１１】
2012191758.tif 000021