(57)【要約】【課題】巻線切替に応じて優れた性能を発揮できる永久磁石同期機を実現する。【解決手段】単相または複数相の第１の巻線（２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ）を有し、各相の前記第１の巻線（２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ）の巻数が第１の巻数（Ｎ１）である第１の固定子巻線群（２４）と、各相の前記第１の巻線（２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ）の各一端に対して直列に接続された各相の第２の巻線（２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗ）を有し、前記第２の巻線（２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗ）は前記第１の巻線（２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ）よりも導体断面積または電流容量が大きく、巻数が前記第１の巻数（Ｎ１）よりも少ない第２の巻数（Ｎ２）である、第２の固定子巻線群（２８）と、永久磁石を有する回転子とを設けた。【選択図】図１
2016171607.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単相または複数相の第１の巻線を有し、各相の前記第１の巻線の巻数が第１の巻数である第１の固定子巻線群と、
各相の前記第１の巻線の各一端に対して直列に接続された各相の第２の巻線を有し、前記第２の巻線は前記第１の巻線よりも導体断面積または電流容量が大きく、巻数が前記第１の巻数よりも少ない第２の巻数である、第２の固定子巻線群と、
永久磁石を有する回転子と、
を有することを特徴とする永久磁石同期機。
【請求項２】
前記回転子を囲むバックヨークと、
前記バックヨークから前記回転子に向かって突出し、前記第１の巻線または前記第２の巻線が巻回される複数のティースと
をさらに有し、
前記第１の巻線および前記第２の巻線は３相の巻線であり、
前記回転子の極数と、前記ティースの数との比が「２：３」である
ことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石同期機。
【請求項３】
前記第１の固定子巻線群に属する前記第１の巻線は、順次隣接する３個の前記ティースに巻回され、
前記第２の固定子巻線群に属する前記第２の巻線は、順次隣接する他の３個の前記ティースに巻回されている
ことを特徴とする請求項２に記載の永久磁石同期機。
【請求項４】
前記第１の固定子巻線群に属する前記第１の巻線は、相互に隣接しない３個の前記ティースに巻回され、
前記第２の固定子巻線群に属する前記第２の巻線は、相互に隣接しない他の３個の前記ティースに巻回されている
ことを特徴とする請求項２に記載の永久磁石同期機。
【請求項５】
前記回転子の極数は「４」の倍数であり、
前記第１の巻線は、機械角１２０°ごとに隔てた複数の前記ティースに巻回され、
前記第２の巻線は、機械角１２０°ごとに隔てた複数の他の前記ティースに巻回されている
ことを特徴とする請求項４に記載の永久磁石同期機。
【請求項６】
前記第１の巻線が巻回されている前記ティースの肉厚または前記第１の巻線が巻回されている箇所における前記バックヨークの肉厚は、前記第２の巻線が巻回されている前記ティースの肉厚または前記第２の巻線が巻回されている箇所における前記バックヨークの肉厚と異なる
ことを特徴とする請求項５に記載の永久磁石同期機。
【請求項７】
請求項１に記載の永久磁石同期機と、
前記第１の巻線の各他端に接続された第１のインバータと、
前記第１の巻線の前記各一端に接続された第２のインバータと
を有し、前記第１および第２のインバータによって、前記永久磁石同期機をモータとして駆動する
ことを特徴とするモータ駆動システム。
【請求項８】
前記第２のインバータの電流容量は、前記第１のインバータの電流容量よりも大きい
ことを特徴とする請求項７に記載のモータ駆動システム。
【請求項９】
請求項７に記載のモータ駆動システムを有することを特徴とする電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石同期機、モータ駆動システムおよび電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、下記特許文献１には、「複数の巻線を直列に接続して構成される複数の相と、相の端部、又は、直列に接続された２つの前記巻線の間に位置して外部と接続できる複数の外部接点と、を有するモータと、それぞれ異なる前記外部接点を介して異なる巻数の前記巻線に接続された複数のインバータ回路と、を備え、モータの運転状態に応じて選択された１つのインバータ回路によってモータを駆動する」と記載されている（要約参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１２１２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の特許文献１には、モータの巻線切替について開示されているが、巻線切替の対象となるモータの構成については特に開示されていない。この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、巻線切替に対応して優れた性能を発揮できる永久磁石同期機、モータ駆動システムおよび電気機器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】
【０００５】
上記課題を解決するため本発明にあっては、単相または複数相の第１の巻線を有し、各相の前記第１の巻線の巻数が第１の巻数である第１の固定子巻線群と、各相の前記第１の巻線の各一端に対して直列に接続された各相の第２の巻線を有し、前記第２の巻線は前記第１の巻線よりも導体断面積または電流容量が大きく、巻数が前記第１の巻数よりも少ない第２の巻数である、第２の固定子巻線群と、永久磁石を有する回転子と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の永久磁石同期機、モータ駆動システムおよび電気機器によれば、巻線切替に応じて優れた性能を発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１実施形態によるモータ駆動システムのブロック図である。
【図２】第１実施形態におけるモータの平面図である。
【図３】比較例における回転数−トルク特性図である。
【図４】第１実施形態における回転数−トルク特性図である。
【図５】第２実施形態における固定子の平面図である。
【図６】第１，第２実施形態におけるモータトルク波形を示す図である。
【図７】第３実施形態における固定子の断面図である。
【図８】第４実施形態による空気調和機の冷却系統図である。
【図９】第４実施形態における回転数−トルク特性図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
［第１実施形態］
（第１実施形態の構成）
まず、図１に示すブロック図を参照し、本発明の第１実施形態によるモータ駆動システムの構成を説明する。
図１において、モータ２０は永久磁石同期電動機であり、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の第１入力端子２２と、第２入力端子２６とを有している。これら第１，第２入力端子２２，２６は、外部に接続可能になっている。第１入力端子２２と第２入力端子２６との間には、モータ２０の固定子巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗが接続されており、第２入力端子２６と中性点２９との間には、固定子巻線２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗが接続されている。これにより、固定子巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗと固定子巻線２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗとは直列に接続されている。
【０００９】
また、固定子巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗを総称して固定子巻線群２４と呼び、固定子巻線２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗを総称して固定子巻線群２８と呼ぶ。固定子巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗは、各々エナメル線を「Ｎ１」回だけ巻回してなるものである。同様に、固定子巻線２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗも各々エナメル線を「Ｎ２」回だけ巻回してなるものである。本実施形態においては、これらの巻数に「Ｎ１＞Ｎ２」という関係を有している。また、固定子巻線群２４に適用されるエナメル線の導体断面積をＳ１とし、固定子巻線群２８に適用されるエナメル線の導体断面積をＳ２とすると、「Ｓ１＜Ｓ２」という関係を有している。
【００１０】
制御回路４は、図示せぬ上位制御部から速度指令値を受信すると、モータ２０の回転速度を当該速度指令値に近づけ一致させるようなＰＷＭ（pulse width modulation）信号を出力する。制御回路４は、このＰＷＭ信号をドライバ６，８の何れか一方に供給する。例えば、モータ２０の回転速度が所定の閾値Ｒth未満であれば、ＰＷＭ信号をドライバ６に供給し、回転速度が閾値Ｒth以上であれば、ＰＷＭ信号をドライバ８に供給するとよい。第１，第２インバータ１０，１２は、それぞれ複数のスイッチング素子を有しており、これらスイッチング素子は、ドライバ６，８の出力信号によってそれぞれオン／オフ制御される。
【００１１】
平滑コンデンサ１４には、図示せぬ電源回路から電流が供給される。第１インバータ１０は、回転速度が閾値Ｒth未満であるとき、ドライバ６からＰＷＭ信号が供給されると、平滑コンデンサ１４の端子電圧Ｖ１をＰＷＭ変調し、第１入力端子２２の各相に印加する。同様に、第２インバータ１２は、回転速度が閾値Ｒth以上であるときドライバ８からＰＷＭ信号が供給されると、端子電圧Ｖ１をＰＷＭ変調し、第２入力端子２６の各相に印加する。
【００１２】
このように、第１，第２インバータ１０，１２は、回転速度と閾値Ｒthとの大小関係に基づいて、何れか一方のみが動作状態になり、他方は停止状態になる。以下、第１インバータ１０を動作させる動作モードを「第１動作モード」と呼び、第２インバータ１２を動作させる動作モードを「第２動作モード」と呼ぶ。本実施形態においては、モータ２０を停止することなく第１，第２動作モードを切り替えることができる。また、制御回路４、ドライバ６，８、第１，第２インバータ１０，１２および平滑コンデンサ１４を総称して「モータ駆動装置１」と呼ぶ。
【００１３】
次に、図２に示す平面図を参照し、モータ２０の構成を説明する。モータ２０は、回転子４０と、回転子４０の周囲を囲むように設けられた固定子３０とを有している。回転子４０は、軸４４を中心として回動自在に構成されるとともに、４極の永久磁石４２が埋設されている。また、固定子３０は、略円筒状に形成されたバックヨーク３２と、バックヨーク３２の内壁の周回等分６箇所の位置から回転子４０に向かって突出する６個のティース３４とを有している。
【００１４】
隣接する一対のティース３４に囲まれた空間をスロット３５と呼ぶ。各ティース３４には、図上にて右回りに、固定子巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ，２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗが順次巻回されている。換言すれば、固定子巻線２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗは順次隣接し、回転子４０を介して、それぞれ同一相の固定子巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗに対向するように配置されている。ここで、モータ２０は、「（回転子４０の）極数：スロット数」が「２：３」であることが解る。このように、「２：３」の比率を採用すると、トルクの脈動を小さくすることができる。また、回転子４０の極数は、本実施形態では「４」であるが、このように「４」の倍数にすると、トルクの脈動を一層小さくすることができる。
【００１５】
（第１実施形態の動作）
図１において、モータ２０の回転速度が閾値Ｒth未満であれば、第１インバータ１０によってモータ２０が駆動されるため、固定子巻線群２４，２８の双方に電流が流れる。また、モータ２０が回転することにより、固定子巻線群２４，２８の双方に誘導起電力が発生する。誘導起電力が高くなると、モータ２０に供給する電流は小さくなる。これにより、インバータ損失である導通損、スイッチング損を低減できるとともに、モータ損失である銅損、鉄損を低減することができ、高効率でモータ２０を駆動することができる。
【００１６】
仮に、回転速度が閾値Ｒth以上の場合にも第１インバータ１０を使用したとすると、モータ２０の誘導起電力が平滑コンデンサ１４の端子電圧Ｖ１に達する。この状態を「電圧飽和」と呼ぶ。電圧飽和が起こると、そのままでは回転速度を上昇させることができなくなるため、さらに回転速度を上昇させるためには、弱め界磁制御等によって誘導起電力を打ち消しながらモータ２０を駆動する必要が生じる。しかし、弱め界磁制御を強くすると、これによってインバータ損失およびモータ損失が増大する。
【００１７】
本実施形態においては、実際には、回転速度が閾値Ｒth以上になると、第２インバータ１２によってモータ２０が駆動される。この場合、固定子巻線群２８に生じた誘導起電力のみが第２インバータ１２に印加されるため、第２インバータ１２に印加される誘導起電力を低くすることができる。これにより、弱め界磁制御等を使用することなくモータ２０を高速駆動することができ、高速駆動時におけるインバータ損失およびモータ損失を低減することができる。
【００１８】
（比較例）
次に、本実施形態の効果を明らかにするため、比較例の構成について説明する。
本比較例においてモータ駆動装置１の構成は第１実施形態のもの（図１）と同様である。また、モータ２０の構成も第１実施形態のものと同様であるが、本比較例においては、固定子巻線群２４，２８の巻数が同一（Ｎ１＝Ｎ２）であり、これらに適用されるエナメル線も同一の線材が用いられる点で第１実施形態のモータ２０とは異なる。
【００１９】
図３に、比較例における回転数−トルク特性図（Ｎ−Ｔ特性図）を示す。
図３におけるＴ１は、第１動作モード（第１インバータ１０で駆動）において出力可能な最大トルクを示す。回転速度Ａ１は、第１インバータ１０において電圧飽和が生じる回転速度である。図示の特性によると、回転速度がＡ１に至るまでは、最大トルクＴ１はほぼ一定であり、回転速度がＡ１以上になると、弱め界磁制御を行うことにより、回転速度が高くなるほど最大トルクＴ１は低下する。ここで、モータ２０の効率を最大値付近にできる領域を「高効率領域」と呼ぶ。
【００２０】
高効率領域がどの部分に現れるかは、モータ２０の設計の仕方によっても異なるが、永久磁石同期電動機において、最大トルクＴ１が図示のような特性であるとき、高効率領域Ｋ１は、例えば破線で囲まれた領域Ｋ１のようになる。同様に、図３におけるＴ２は、第２動作モード（第２インバータ１２で駆動）において出力可能な最大トルクを示す。回転速度Ａ２は、第２インバータ１２において電圧飽和が生じる回転速度である。図示の特性によると、回転速度がＡ２に至るまでは、最大トルクＴ２はほぼ一定であり、回転速度がＡ２以上になると、弱め界磁制御を行うことにより、回転速度が高くなるほど最大トルクＴ２は低下する。また、第２動作モードにおける高効率領域をＫ２によって示す。
【００２１】
本比較例において、モータ２０を２つの運転点Ｐ１，Ｐ２にて駆動することを想定する。運転点Ｐ１は、通常使用されて使用頻度が高く、運転点Ｐ２は高速回転が求められる際に時折使用されるものとする。そして、運転点Ｐ１は使用頻度が高いため可能な限り効率が求められる一方、運転点Ｐ２は、図示の回転速度で運転できれば、効率は問わないものとする。図３の例において、運転点Ｐ１は、第１動作モードの高効率領域Ｋ１から外れている。従って、運転点Ｐ１において、さほど高い効率は望めなくなっている。しかし、高効率領域Ｋ１が運転点Ｐ１を含むようにすることは可能である。すなわち、固定子巻線群２４，２８としてより細い線材を用い、巻数Ｎ１，Ｎ２を増加させるとよい。
【００２２】
巻数Ｎ１，Ｎ２を増加すると、最大トルクＴ１および高効率領域Ｋ１の位置は、図３に示す位置よりも左方向にシフトするため、高効率領域Ｋ１に運転点Ｐ１を含めることができる。しかし、巻数Ｎ１，Ｎ２を増加すると、最大トルクＴ２の特性も、図３に示す位置よりも左側に寄った特性になる。すると、図示の運転点Ｐ２は実現できなくなる。このように、巻数Ｎ１，Ｎ２を等しくした本比較例においては、「運転点Ｐ１において高効率運転を実現する」という要求と、「高速回転の運転点Ｐ２を実現する」という要求とを同時に充足することが難しく、双方の折り合いをつけながら、運転点Ｐ１，Ｐ２を定めざるを得なくなる。
【００２３】
（第１実施形態の効果）
次に、図４を参照し、第１実施形態の効果を説明する。なお、図４は、第１実施形態における回転数−トルク特性図（Ｎ−Ｔ特性図）である。
図４において運転点Ｐ１，Ｐ２の位置、および最大トルクＴ２の特性は、比較例（図３）のものと同様である。但し、本実施形態においては、最大トルクＴ１の特性が比較例（図３）のものよりも左方向にシフトしたような形状になっている。この結果、高効率領域Ｋ１に運転点Ｐ１を含ませることができる。しかも、運転点Ｐ２の位置は、比較例（図３）のものと同一であり、運転点Ｐ２を問題無く実現できることが解る。
【００２４】
このように、本実施形態によれば、固定子巻線群２４の各巻数Ｎ１を、固定子巻線群２８の各巻数Ｎ２よりも多くしたから、第１動作モードにおいて運転点Ｐ１の効率を高めるように固定子巻線群２４の巻数Ｎ１を選択しつつ、第２動作モードにおいて運転点Ｐ２を実現できるように、固定子巻線群２８の巻数Ｎ２を選択することができる。従って、本実施形態においては、「運転点Ｐ１において高効率運転を実現する」という要求と、「なるべく高出力が得られるような運転点Ｐ２を実現する」という要求とを、共に高いレベルで実現でき、巻線切替に対応して優れた性能を発揮できる。
【００２５】
さらに、本実施形態によれば、第１，第２動作モードの切替は、適用される第１，第２インバータ１０，１２の切替によって実現できるため、モータ２０を停止させる必要はない。これにより、空気調和機や電気自動車主機等、連続運転が求められる機器に適用することができる。
【００２６】
また、本実施形態においては、固定子巻線２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗを順次隣接させたことにより、第２動作モードにおいて第２インバータ１２が固定子巻線群２８を介して発生させる磁束は、そのほとんどが図２に示す経路ＲＴを経由して流れる。経路ＲＴは、バックヨーク３２の一部しか経由しないため、それだけ磁路長を短くすることができ、本実施形態は、高速駆動時（第２動作モード）における鉄損を低減させることができるという効果も奏する。この効果により、本実施形態は、高速駆動時においても高効率が求められる電気自動車等に適用しても好適であることが解る。
【００２７】
また、本実施形態においては、第１，第２インバータ１０，１２の定格電流Ｉ１max，Ｉ２maxに応じて、固定子巻線群２４，２８の導体断面積Ｓ１，Ｓ２を定めたことにより、特に固定子巻線群２８の温度上昇による銅損を抑制できるとともに、発熱によって固定子巻線群２８の被覆が溶けるような事態も防止できる。これにより、固定子巻線群２８として耐熱温度の高い（高コストな）線材を使用する必要が特になくなり、高コストな冷却機構を設ける必要も特になくなる。従って、本実施形態によれば、高効率・低コストかつワイドレンジなモータ駆動システムを実現できる。
【００２８】
さらに、回転子４０に埋設されている永久磁石４２は、逆磁界の中に置かれると、減磁（磁石磁力が下がる）が起こる場合がある。減磁の起こりやすさは、固定子巻線の巻数と固定子巻線に流れる電流との積に比例し、さらに温度が高くなるほど減磁が起こりやすくなる。本実施形態においては、固定子巻線群２８の巻数Ｎ２を固定子巻線群２４の巻数Ｎ１よりも少なくしたため、固定子巻線群２４，２８の全体の巻数を少なくすることができる。さらに、固定子巻線群２８の導体断面積Ｓ２を大きくし、銅損を小さくしたことにより、永久磁石４２の温度上昇も抑制することができる。これらの相互作用によって、本実施形態によれば、減磁耐力の高いモータ２０を実現することができる。
【００２９】
また、本実施形態においては、固定子巻線群２４を巻回するティース３４と、固定子巻線群２８を巻回するティース３４とを分離し、一つのティース３４には、固定子巻線群２４または固定子巻線群２８のうち何れか一方に属する巻線のみが巻回されるため、固定子３０を製造するプロセスを簡略化することができる。すなわち、２ヘッドの巻線機を用い、一方のヘッドで断面積の小さいエナメル線を用いて固定子巻線群２４を巻回し、他方のヘッドで断面積の大きいエナメル線を用いて固定子巻線群２８を巻回することにより、上述した比較例のように一種類の線材を用いる場合に劣らない生産性を実現することができる。
【００３０】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態のモータ駆動システムについて説明する。
第２実施形態におけるモータ駆動装置１は、第１実施形態のもの（図１）と同様である。但し、モータ２０の固定子は、第１実施形態の固定子３０（図２）に代えて、図５に示す固定子３０Ａが適用される。なお、回転子４０は第１実施形態のものと同様であるため、図示を省略する。
図５において、バックヨーク３２およびティース３４の構成は、図２のものと同様であるが、各ティース３４には、右回りに、固定子巻線２８Ｕ，２４Ｗ，２８Ｖ，２４Ｕ，２８Ｗ，２４Ｖが順次巻回されている。換言すれば、固定子巻線２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗは相互に隣接しないように１２０°間隔で配列され、かつ、それぞれ同一相の固定子巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗに対向するように配置されている。
【００３１】
本実施形態においては、巻数の多い固定子巻線群２４と、巻数の少ない固定子巻線群２８とを交互に配置したため、「モータトルクの変動が小さくなる」という特徴を有する。図６は、第１実施形態におけるモータトルク波形Ｌ１と、本実施形態におけるモータトルク波形Ｌ２の例を示す。図６に示すように、本実施形態のモータトルク波形Ｌ２は、第１実施形態のモータトルク波形Ｌ１よりも変動幅を小さくすることができる。従って、本実施形態のモータ駆動システムは、第１実施形態について述べた効果に加えて、振動、騒音を抑制できるというさらなる効果を奏する。
【００３２】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態のモータ駆動システムについて説明する。
第３実施形態におけるモータ駆動装置１は、第１実施形態のもの（図１）と同様である。但し、モータ２０の固定子は、第１実施形態の固定子３０（図２）に代えて、図７に示す固定子３０Ｂが適用される。なお、図７は、固定子３０Ｂの断面図である。なお、回転子４０は第１実施形態のものと同様であるため、図示を省略する。
図７において、固定子３０Ｂは、略円筒状に形成されたバックヨーク３２と、バックヨーク３２の内壁の周回等分３箇所の位置から突出する３個の幅広ティース３６と、各幅広ティース３６の中間位置から突出する３個の幅狭ティース３８とから構成されている。ここで、幅広ティース３６の幅ｄ１は、幅狭ティース３８の幅ｄ２よりも広くなっている。
【００３３】
幅広ティース３６には巻数の多い固定子巻線群２４が巻回され、幅狭ティース３８には巻数の少ない固定子巻線群２８が巻回される。幅狭ティース３８の幅ｄ２を狭くした理由は、スロット３５の断面積を増加させ、固定子巻線群２８の導体断面積をより大きくするためである。
【００３４】
固定子巻線群２８の導体断面積をより大きくする理由を以下説明する。
図４に示した運転点Ｐ２は第２動作モードによって実現されるが、運転点Ｐ２においては弱め界磁制御が行われる。弱め界磁制御を行うと、同制御を行わない場合と比較して、固定子３０Ｂ内の磁束は相対的に小さくなるため、鉄損は減少する傾向がある。一方、固定子巻線群２８を流れる電流は相対的に大きくなるため、銅損は増加する傾向がある。
【００３５】
本実施形態においては、幅狭ティース３８の幅ｄ２を狭くしたが、幅狭ティース３８に流れる磁束が相対的に小さいのであれば、鉄損はさほど増加しない。一方、スロット３５の断面積を増加させ、固定子巻線群２８の導体断面積をより大きくしたことにより、鉄損の増加を上回る銅損の減少を実現することができる。図７に示した例では、幅狭ティース３８の幅ｄ２を狭くすることによってスロット３５の断面積を確保したが、固定子巻線群２８が装着される部分のバックヨーク３２を薄肉化することによって、スロット３５の断面積を確保することもできる。
【００３６】
このように、本実施形態のモータ駆動システムは、第１，第２実施形態について述べた効果に加えて、モータ２０の高速駆動時（第２動作モード）における効率を向上させることができるという、さらなる効果を奏する。なお、図７に示した例は、モータ２０に高速領域で大電流が流れる用途を想定しているが、効率化が求められている運転点によっては、ティースやバックヨーク３２を厚肉化することが望ましい場合もある。
【００３７】
［第４実施形態］
次に、図８に示す冷却系統図を参照し、本発明の第４実施形態の空気調和機１００について説明する。
図８において、空気調和機１００は、外気と熱交換を行う室外機１０１と、室内で熱交換を行う室内機１０２と、両者を接続する配管１０３とを有している。室外機１０１は、冷媒を圧縮する圧縮機構１０４と、それを駆動するモータ２０と、モータ２０を制御するモータ駆動装置１と、圧縮された冷媒の熱を外気に放出する熱交換機１０７とを有している。ここで、モータ駆動装置１は、図１に示した第１実施形態に適用されたものであり、モータ２０は第１〜第３実施形態のうち何れかに適用されたものである。また、室内機１０２は、室内と熱交換を行う熱交換機１０８と、室内に送風する送風機１０９とを有している。
【００３８】
ここで、第１，第２インバータ１０，１２およびモータ２０の諸元について説明しておく。これらを空気調和機１００に適用するにあたっては、第１インバータ１０の定格電流Ｉ１maxに対する第２インバータ１２の定格電流Ｉ２maxの比は、「２〜５」程度にすることが望ましく、より望ましくは「３〜４」程度にするとよい。例えば、定格電流Ｉ１maxが２０[Ａ]であれば、定格電流Ｉ２maxは７０[Ａ]程度にするとよい。
【００３９】
また、固定子巻線群２４の導体断面積Ｓ１に対する固定子巻線群２８の導体断面積Ｓ２の比（または固定子巻線群２４の電流容量に対する固定子巻線群２８の電流容量の比）は、同様に「２〜５」程度にすることが望ましく、より望ましくは「３〜４」程度にするとよい。また、固定子巻線群２４の巻数Ｎ１に対する固定子巻線群２８の巻数Ｎ２の比は、「１／５〜１／２」程度にすることが望ましく、より望ましくは「１／４〜１／３」程度にするとよい。これらの諸元が望ましい理由は、次に図９において説明する運転点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を実現しやすくなるためである。
【００４０】
次に、図９を参照し、本実施形態の動作を説明する。なお、図９は、本実施形態における回転数−トルク特性図（Ｎ−Ｔ特性図）である。図９における運転点Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５は、空気調和機１００の中間出力、定格出力および最大出力に対応する運転点である。
【００４１】
「定格出力」は、空気調和機１００が、JIS B8616およびISO 13253に定める「定格冷房能力」および「定格暖房標準能力」を発揮する場合のモータ２０の出力を指す。簡単に説明すると、冷房時には、室外温度が３５℃、相対湿度が約４５％で室内温度を２７℃にするときの出力であり、暖房時には、室外温度が７℃、相対湿度が約８５％で室内温度を２０℃にするときの出力である。「中間出力」は、定格出力の約１／２の出力であり、室内温度が目標温度に達した後に目標温度付近に維持する際に適用され、実使用上では発生頻度が最も高い。「最大出力」は、厳寒時の急速暖房等の際に適用される。
【００４２】
本実施形態においては、中間出力、定格出力に対応する運転点Ｐ３，Ｐ４を第１動作モードで実現し、何れの運転点も高効率領域Ｋ１に含まれるように、モータ２０の特性が設定される。また、最大出力に対応する運転点Ｐ５は、第２動作モードで実現する。最大出力については、効率はさほど重視されないため、運転点Ｐ５は、第２動作モードの高効率領域Ｋ２から外れていてもよい。なお、第１，第２動作モードを切り替える回転速度の閾値Ｒthは、運転点Ｐ４の回転速度よりも若干高い程度の回転速度にするとよい。
【００４３】
本実施形態においては、上述した諸元を有する第１，第２インバータ１０，１２およびモータ２０を適用したので、運転点Ｐ３，Ｐ４を、第１動作モードの高効率領域Ｋ１に配置することができ、これらの運転点にて高い効率で空気調和機１００を運転することができる。さらに、急速暖房等に際しては、高出力な運転点Ｐ５を第２動作モードにて実現できるため、室内温度を設定温度に速やかに到達させることができる。
【００４４】
［変形例］
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上述した実施形態は本発明を理解しやすく説明するために例示したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について削除し、若しくは他の構成の追加・置換をすることが可能である。上記実施形態に対して可能な変形は、例えば以下のようなものである。
【００４５】
（１）上記各実施形態においては、３相かつ１相あたり２つの巻線を有するモータ２０を適用した例を説明した。しかし、モータ２０の相数は単相、２相または４相以上でもあってもよく、相数にかかわらず上記各実施形態と同様の効果が得られる。
【００４６】
（２）また、上記各実施形態においては、相毎に２つの巻線を用いたが、１相当り３つ以上の巻線を用いてもよい。換言すれば、３つ以上の巻線群を用い、インバータも巻線群の数に応じた台数を用いてもよい。巻線群の数が３以上である場合、少なくとも１つの巻線群が他の巻線群と異なる巻数であれば、上述した各実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
（３）また、第１〜第３実施形態のモータ駆動システムは、第４実施形態の空気調和機１００のみならず、冷凍機、洗濯機、掃除機、電気自動車、鉄道車両、船舶、エレベータ等、種々の電気機器に適用することができる。これにより、これらの電気機器においては、その用途に応じた低速度の運転点にて高効率な運転を実現できるとともに、必要に応じて高出力の運転を実現できる。
【００４８】
［構成・効果の総括］
以上のように、第１〜第４実施形態に適用される（２０）は、単相または複数相の第１の巻線（２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ）を有し、各相の前記第１の巻線（２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ）の巻数が第１の巻数（Ｎ１）である第１の固定子巻線群（２４）と、各相の前記第１の巻線（２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ）の各一端に対して直列に接続された各相の第２の巻線（２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗ）を有し、前記第２の巻線（２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗ）は前記第１の巻線（２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ）よりも導体断面積または電流容量が大きく、巻数が前記第１の巻数（Ｎ１）よりも少ない第２の巻数（Ｎ２）である、第２の固定子巻線群（２８）と、永久磁石（４２）を有する回転子（４０）と、を有することを特徴とする。
【００４９】
これにより、第１および第２の固定子巻線群（２４，２８）を用いる運転点（Ｐ１）と、第２の固定子巻線群（２８）のみを用いる運転点（Ｐ２）とに対して、用途に応じた最適な特性を付与することができる。
【００５０】
さらに、第１〜第４実施形態に適用される永久磁石同期機（２０）は、前記回転子（４０）を囲むバックヨーク（３２）と、前記バックヨーク（３２）から前記回転子（４０）に向かって突出し、前記第１の巻線（２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ）または前記第２の巻線（２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗ）が巻回される複数のティース（３４，３６，３８）とをさらに有し、前記第１の巻線（２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ）および前記第２の巻線（２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗ）は３相の巻線であり、前記回転子（４０）の極数と、前記ティース（３４，３６，３８）の数との比が「２：３」であることを特徴とする。このように、「２：３」の比率を採用すると、トルクの脈動を小さくすることができる。
【００５１】
さらに、第１実施形態に適用される永久磁石同期機（２０）は、前記第１の固定子巻線群（２４）に属する前記第１の巻線（２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ）は、順次隣接する３個の前記ティース（３４）に巻回され、前記第２の固定子巻線群（２８）に属する前記第２の巻線（２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗ）は、順次隣接する他の３個の前記ティース（３４）に巻回されていることを特徴とする。この構成によれば、第２の固定子巻線群（２８）のみを用いる際、磁束の経路（図２に示す経路ＲＴ）を短くすることができ、鉄損を低減させることができる。
【００５２】
また、第２実施形態に適用される永久磁石同期機（２０）は、前記第１の固定子巻線群（２４）に属する前記第１の巻線（２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ）は、相互に隣接しない３個の前記ティース（３４，３６）に巻回され、前記第２の固定子巻線群（２８）に属する前記第２の巻線（２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗ）は、相互に隣接しない他の３個の前記ティース（３４，３８）に巻回されていることを特徴とする。
さらに、第２実施形態に適用される永久磁石同期機（２０）は、前記回転子（４０）の極数は「４」の倍数であり、前記第１の巻線（２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ）は、機械角１２０°ごとに隔てた複数の前記ティース（３４，３６）に巻回され、前記第２の巻線（２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗ）は、機械角１２０°ごとに隔てた複数の他の前記ティース（３４，３８）に巻回されていることを特徴とする。
これらの特徴により、モータトルクの変動幅を小さくすることができ、振動、騒音を抑制できる。
【００５３】
また、第３実施形態に適用される永久磁石同期機（２０）は、前記第１の巻線（２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ）が巻回されている前記ティース（３６）の肉厚または前記第１の巻線（２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ）が巻回されている箇所における前記バックヨーク（３２）の肉厚は、前記第２の巻線（２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗ）が巻回されている前記ティース（３８）の肉厚または前記第２の巻線（２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗ）が巻回されている箇所における前記バックヨーク（３２）の肉厚と異なることを特徴とする。
【００５４】
また、第１〜第３実施形態のモータ駆動システム（１，２０）にあっては、前記永久磁石同期機（２０）と、前記第１の巻線（２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ）の各他端に接続された第１のインバータ（１０）と、前記第１の巻線（２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ）の前記各一端に接続された第２のインバータ（１２）とを有し、前記第１および第２のインバータ（１０，１２）によって、前記永久磁石同期機をモータとして駆動することを特徴とする。これにより、第１および第２の固定子巻線群（２４，２８）の双方を用いる場合と、第２の固定子巻線群（２８）のみを用いる場合とにおいて、最適な特性のインバータを選択できる。
【００５５】
さらに、第１〜第３実施形態のモータ駆動システム（１，２０）にあっては、前記第２のインバータ（１２）の電流容量は、前記第１のインバータ（１０）の電流容量よりも大きいことを特徴とする。これにより、第２のインバータ（１２）を介して第２の固定子巻線群（２８）に大電流を供給することができ、第２動作モードにおいて高出力な運転が可能になる。
【００５６】
また、第４実施形態の空気調和機１００および変形例（３）の電気機器においては、第１〜第３実施形態モータ駆動システム（１，２０）を有するので、その用途に適した運転点にて高効率な運転を実現でき、あるいは高出力の運転を実現できる。
【符号の説明】
【００５７】
１  モータ駆動装置
４  制御回路
６，８  ドライバ
１０  第１インバータ（第１のインバータ）
１２  第２インバータ（第２のインバータ）
１４  平滑コンデンサ
２０  モータ（永久磁石同期機）
２２  第１入力端子
２４  固定子巻線群（第１の固定子巻線群）
２６  第２入力端子
２８  固定子巻線群（第２の固定子巻線群）
２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ  固定子巻線（第１の巻線）
２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗ  固定子巻線（第２の巻線）
２９  中性点
３０，３０Ａ，３０Ｂ  固定子
３２  バックヨーク
３４  ティース
３５  スロット
３６  幅広ティース（ティース）
３８  幅狭ティース（ティース）
４０  回転子
４２  永久磁石
４４  軸
１００  空気調和機
１０１  室外機
１０２  室内機
１０３  配管
１０４  圧縮機構
１０７，１０８  熱交換機
１０９  送風機
Ａ１，Ａ２  回転速度
Ｋ１，Ｋ２  高効率領域
Ｌ１，Ｌ２  モータトルク波形
Ｐ１，Ｐ２  運転点
Ｔ１，Ｔ２  最大トルク
【図１】
2016171607.tif 000003
【図２】
2016171607.tif 000004
【図３】
2016171607.tif 000005
【図４】
2016171607.tif 000006
【図５】
2016171607.tif 000007
【図６】
2016171607.tif 000008
【図７】
2016171607.tif 000009
【図８】
2016171607.tif 000010
【図９】
2016171607.tif 000011