(57)【要約】【課題】回転電機１において、コギングトルク、誘起電圧歪みおよび巻線係数を悪化させることなく、かつ、多極化による弊害を大きくすることなく、加振力ピーク間の周方向ピッチが大きいことに起因する振動や共振を抑制する。【解決手段】回転電機１によれば、同相逆巻組８を３相分周方向に連続させて並べた６つの磁極６と、巻線４が巻かれていない１つの磁極６とを合わせた繰返し単位９が周方向に３つ並んでいる。これにより、回転電機１において、コギングトルク、誘起電圧歪みおよび巻線係数を悪化させることなく、かつ、多極化による弊害を大きくすることなく、加振力ピーク間の周方向ピッチが大きいことに起因する振動や共振を抑制することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に隣り合う２つの集中巻の磁極（６）の組合せであり、それぞれの前記磁極（６、６ａ、６ｂ）の巻線（４）が同相かつ起磁力のベクトルが内外逆向きとなるように通電される同相逆巻組（８）を備え、
この同相逆巻組（８）を３相分周方向に連続させて並べた６つの磁極（６、６ａ）と、巻線（４）が巻かれていない１つの磁極（６、６ｂ）とを合わせた繰返し単位（９）が周方向に３つ並んでいることを特徴とする回転電機（１）。
【請求項２】
請求項１の回転電機（１）において、
巻線（４）が巻かれていない磁極（６、６ｂ）のピッチは電気角で１８０°であり、前記同相逆巻組（８）をなす磁極（６、６ａ）のピッチは電気角で１５０°または２１０°であることを特徴とする回転電機（１）。
【請求項３】
請求項１の回転電機（１）において、
巻線（４）が巻かれていない磁極（６、６ｂ）のピッチは電気角で６０°であり、前記同相逆巻組（８）をなす磁極（６、６ａ）のピッチは電気角で１５０°または２１０°であることを特徴とする回転電機（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に関するものであり、特に、電機子の磁極の構造に係わる。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、集中巻の永久磁石同期モータでは、界磁側の永久磁石の極数Ｐと電機子側の磁極の数（以下、スロット数Ｓで代用する。）との相関を限定する（つまり、磁石と磁極との電気的な相対位置を限定する）ことにより、コギングトルクの低減、誘起電圧歪みの低減、および、巻線係数の向上を達成することができる、とされている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
そして、特許文献１に開示された相関を満たす極数Ｐおよびスロット数Ｓの数値の中でも、Ｐ＝１０、Ｓ＝１２およびＰ＝１４、Ｓ＝１２の回転電機が、電機子側の多極化による弊害を抑制しつつ上記３つの効果を得ることができると考えられて多用されている（以下、Ｐ＝ｍ、Ｓ＝ｎの構成を「ｍ極ｎスロット」と表現する。）。なお、電機子側の多極化による弊害とは、主に、鉄損の増加や磁気短絡の増加である。
【０００４】
ここで、多用されている１０極１２スロットおよび１４極１２スロットの回転電機１００の電機子１０１は、図７に示す同相逆巻組１０２により構成される（なお、図７は１０極１２スロットについて図示するものである。）。すなわち、同相逆巻組１０２とは、周方向に隣り合う２つの集中巻の磁極１０３の組合せであり、それぞれの磁極１０３の巻線１０４が同相かつ起磁力のベクトルが内外逆向きとなるように通電されるものである。
そして、１０極１２スロットおよび１４極１２スロットの電機子１０１は、同相逆巻組１０２を３相分周方向に連続させて並べた６つの磁極１０３を繰返し単位１０５とし、この繰返し単位１０５を周方向に２つ並べることで構成されている。
【０００５】
しかし、１０極１２スロットおよび１４極１２スロットの電機子１０１によれば、多極化を控えたことにより、同相の巻線１０４の周方向ピッチが機械角１８０°であり、振動の面で不利である。
つまり、同相の巻線１０４の周方向ピッチは、電機子１０１にかかる加振力の分布におけるピーク間の周方向ピッチであり、加振力ピーク間の周方向ピッチが大きいモードの固有振動数は低くなって構造共振が発生しやすくなる。そして、このような振動や共振は、加振力ピーク間の周方向ピッチが機械角１８０°のときに特に大きくなる。
【０００６】
したがって、１０極１２スロットおよび１４極１２スロットの電機子１０１を採用する回転電機１００では、バックヨークを厚くしたり、ケースを厚くしたり、ゴムを用いた振動吸収部を設けたりする等、様々な振動低減対策が採られている。
なお、多極化により加振力ピーク間の周方向ピッチを機械角１８０°よりも小さくすることも考えられるが、１０極１２スロットや１４極１２スロットの電機子１０１を多極化するには、スロット数Ｓを２倍にする必要があり、鉄損の増加や磁気短絡の増加の観点で好ましくない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第２７４３９１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、回転電機において、コギングトルク、誘起電圧歪みおよび巻線係数を悪化させることなく、かつ、多極化による弊害を大きくすることなく、加振力ピーク間の周方向ピッチが大きいことに起因する振動や共振を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明の回転電機は、次の同相逆巻組を備える。すなわち、同相逆巻組は、周方向に隣り合う２つの集中巻の磁極の組合せであり、それぞれの磁極の巻線が同相かつ起磁力のベクトルが内外逆向きとなるように通電されるものである。そして、本願発明の回転電機によれば、同相逆巻組を３相分周方向に連続させて並べた６つの磁極と、巻線が巻かれていない１つの磁極とを合わせた繰返し単位が周方向に３つ並んでいる。
【００１０】
これにより、従来の１０極１２スロットや１４極１２スロットに対し、磁極の総数を２倍にすることなく、同相の巻線の周方向ピッチを機械角１２０°に縮小することができる。また、巻線が巻かれていない磁極を繰返し単位に１つ加えることで、界磁側における磁石の適宜追加によって、磁石と磁極との電気的な相対位置（以下、「電気的配置」と呼ぶことがある。）を従来の１０極１２スロットや１４極１２スロットにおけるものと同等にすることができる。
【００１１】
以上により、回転電機において、コギングトルク、誘起電圧歪みおよび巻線係数を悪化させることなく、かつ、多極化による弊害を大きくすることなく、加振力ピーク間の周方向ピッチが大きいことに起因する振動や共振を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】回転電機の構成図である（実施例１）。
【図２】回転電機の構成を展開して示す展開図である（実施例１）。
【図３】仮想装置の構成を展開して示す展開図である（実施例１）。
【図４】回転電機の構成を展開して示す展開図である（実施例２）。
【図５】回転電機の構成を展開して示す展開図である（実施例３）。
【図６】回転電機の構成を展開して示す展開図である（実施例４）。
【図７】回転電機の構成を展開して示す展開図である（従来例）。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施形態の回転電機を、以下の実施例１〜４に基づき説明する。なお、実施例は具体的な一例を開示するものであり、本発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。
【実施例】
【００１４】
〔実施例１の構成〕
実施例１の回転電機１の構成を、図１および図２を用いて説明する。
回転電機１は、例えば、永久磁石２（以下、磁石２と呼ぶことがある。）を有する界磁３と、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の３相の電流が通電制御される巻線４を有する電機子５とを備える回転界磁型の永久磁石同期モータである。また、界磁３（以下、ロータ３と呼ぶことがある。）は、電機子５（以下、ステータ５と呼ぶことがある。）の内周側で回転するインナーロータ型であり、さらに、磁石２がロータ３の外周面に露出する表面磁石型である。また、ステータ５は、内周側に突出する磁極６を有し、Ｕ〜Ｗ相の巻線４を集中巻するものである。
【００１５】
ここで、ステータ５では、次の同相逆巻組８が構成されている。
すなわち、同相逆巻組８は、周方向に隣り合う２つの集中巻の磁極６の組合せであり、それぞれの磁極６の巻線４が同相かつ起磁力のベクトルが内外逆向きとなるように通電されるものである。
【００１６】
なお、図面では、同相逆巻組８をなす磁極６を、周方向に隣り合うＸ＋、Ｘ−（ＸはＵ〜Ｗの内のいずれか１つである。）で示す。また、＋の文字が付されている巻線４と、−の文字が付されている巻線４とは、通電されたときに起磁力のベクトルが内外逆向きとなり、＋の文字が付されている巻線４同士は通電されたときに起磁力のベクトルが内外同じ向きとなり、−の文字が付されている巻線４同士は通電されたときに起磁力のベクトルが内外同じ向きとなる。
【００１７】
そして、ステータ５では、同相逆巻組８をＵ〜Ｗ相の３相分周方向に連続させて並べた６つの磁極６と、巻線４が巻かれていない１つの磁極６とを合わせた単位が繰返し単位９となっており、繰返し単位９が周方向に３つ並んでいる。つまり、ステータ５の磁極６の数（スロット数Ｓ）は２１であり、従来の１０極１２スロットの回転電機１００に対し、スロット数Ｓは１．７５倍であって２倍以下に抑えられている（以下、巻線４が巻かれた磁極６を巻線磁極６ａと呼び、巻線４が巻かれていない磁極６を非巻線磁極６ｂと呼ぶ。）。
【００１８】
また、ロータ３における磁石２の極数Ｐは１８であり、従来の１０極１２スロットの回転電機１の極数（Ｐ＝１０）を１．５倍した上で３を加えたものである。
そして、巻線磁極６ａのピッチは電気角で１５０°に設定され、非巻線磁極６ｂのピッチは電気角で１８０°に設定されている。
【００１９】
〔実施例１の作用効果〕
実施例１の回転電機１によれば、同相逆巻組８を３相分周方向に連続させて並べた６つの巻線磁極６ａと、１つの非巻線磁極６ｂとを合わせた繰返し単位９が周方向に３つ並んでいる。
これにより、従来の１０極１２スロットの回転電機１００（図７参照。）に対し、磁極６の総数を２倍にすることなく、同相の巻線４の周方向ピッチを機械角１８０°→１２０°に縮小することができる。また、非巻線磁極６ｂを繰返し単位９に１つ加えることで、界磁３側における磁石２の適宜追加によって、電気的配置を従来の回転電機１００におけるものと同等にすることができる。
【００２０】
このため、コギングトルク、誘起電圧歪みおよび巻線係数を悪化させることなく、かつ、多極化による弊害を大きくすることなく、加振力ピーク間の周方向ピッチが大きいことに起因する振動や共振を抑制することができる。
【００２１】
以下、回転電機１００から回転電機１に至る変形の過程を、より具体的に説明する。
まず、振動の面での不利を解消することを意図して、同相の巻線４の周方向ピッチを機械角１８０°から縮小することを考える。この場合、単純に、図７の繰返し単位１０５を周方向に４つ並べて磁極６の総数を２倍にすると、従来の回転電機１００と同じ電気的配置を維持したまま、同相の巻線４の周方向ピッチを機械角９０°に縮小することができる。
【００２２】
しかし、磁極６の総数を２倍にすると多極化による弊害が大きいので、磁極６の総数の増加を２倍未満に抑え、同相の巻線４の周方向ピッチを機械角１２０°に縮小することを考える。この場合、単純に、図７の繰返し単位１０５を周方向に３つ並べて磁極６の総数を１．５倍すると（図３に示す仮想装置１Ａ参照。）、回転電機１００の電気的配置を維持するには、磁石２の極数Ｐを１．５倍の１５極にする必要がある。この結果、仮想装置１Ａは、極数Ｐが奇数になり、回転機として成立しなくなる。
【００２３】
そこで、仮想装置１Ａを、更に次のように変形して回転電機１とする。
すなわち、仮想装置１Ａにおけるそれぞれの繰返し単位１０５に非巻線磁極６ｂを１つ加えて新たな繰返し単位９とする。さらに、仮想装置１Ａの界磁３において磁石２を更に３個追加して１８極とする。これにより、回転電機１は、回転電機１００と同様の電気的配置を維持したまま極数Ｐが偶数になり、回転機として成立する。
【００２４】
以上により、従来の１０極１２スロットの回転電機１００に対し、コギングトルク、誘起電圧歪みおよび巻線係数を悪化させることなく、かつ、多極化による弊害を大きくすることなく、加振力ピーク間の周方向ピッチが大きいことに起因する振動や共振を抑制することができる。
【００２５】
〔実施例２〕
実施例２の回転電機１によれば、図４に示すように、ステータ５における繰返し単位９の構成、スロット数Ｓおよび巻線磁極６ａのピッチ等は実施例１と同様であり、磁石２の極数Ｐや、非巻線磁極６ｂのピッチが実施例１と異なる。
すなわち、極数Ｐは１６であり、従来の回転電機１００の極数（Ｐ＝１０）を１．５倍した上で１を加えたものである。また、非巻線磁極６ｂのピッチは電気角で６０°に設定されている。
【００２６】
このような構成でも、回転電機１００と同様の電気的配置を維持したまま、極数Ｐを偶数にすることができるので、回転電機１を回転機として成立させることができる。
このため、実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００２７】
〔実施例３〕
実施例３の回転電機１によれば、図５に示すように、ステータ５における繰返し単位９の構成やスロット数Ｓ等は実施例１、２と同様であり、磁石２の極数Ｐ、ならびに、巻線磁極６ａおよび非巻線磁極６ｂのピッチが実施例１、２と異なる。
すなわち、極数Ｐは２４であり、従来の１４極１２スロットの回転電機（図示せず。）の極数（Ｐ＝１４）を１．５倍した上で３を加えたものである。また、巻線磁極６ａ、非巻線磁極６ｂのピッチは電気角でそれぞれ２１０°、１８０°に設定されている。
【００２８】
このような構成では、従来の１４極１２スロットの回転電機と同様の電気的配置を維持したまま、極数Ｐを偶数にすることができるので、回転電機１を回転機として成立させることができる。
このため、実施例１、２と同様の効果を得ることができる。
【００２９】
〔実施例４〕
実施例４の回転電機１によれば、図６に示すように、ステータ５における繰返し単位９の構成、スロット数Ｓおよび巻線磁極６ａのピッチ等は実施例３と同様であり、磁石２の極数Ｐや、非巻線磁極６ｂのピッチが実施例３と異なる。
すなわち、極数Ｐは２２であり、従来の１４極１２スロットの回転電機の極数（Ｐ＝１４）を１．５倍した上で１を加えたものである。また、非巻線磁極６ｂのピッチは電気角で６０°に設定されている。
【００３０】
このような構成でも、従来の１４極１２スロットの回転電機と同様の電気的配置を維持したまま、極数Ｐを偶数にすることができるので、回転電機１を回転機として成立させることができる。
このため、実施例１〜３と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
〔変形例〕
回転電機１の態様は、実施例に限定されず種々の変形例を考えることができる。
すなわち、実施例の回転電機１のロータ３は、インナーロータ型、かつ、表面磁石型であったが、ロータ３として、アウターロータ型や埋め込み磁石型を採用してもよく、さらに、ロータ３として、永久磁石界磁型ではなく巻線界磁型を採用してもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１  回転電機  ４  巻線  ６  磁極  ８  同相逆巻組  ９  繰返し単位
【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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