JP2002165428A - 同期型回転機及び永久磁石型リラクタンスモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動とスロットリプルが低減できる好適な極
数とスロット数との組合せを持つ同期型回転機を提供す
る。 【解決手段】 電機子コイル２を有する固定子３と、磁
気的な凹凸を形成する回転子鉄心４によって構成された
円筒状の回転子５と、回転子の各磁極軸に沿った方向に
配置されるスリットに又はスリットの一部に収容されて
いる永久磁石10とを備え、毎極・毎相当たりのスロット
数が分数で、極数とスロット数との組合せを、低次の振
動モードの電磁力が発生しないものに設定した。好適な
組合せの例には、回転子の極数が８極、固定子のスロッ
ト数が１２，３６又は６０のもの、極数が１０極、スロ
ット数が１５又は４５のもの、極数が１２極、スロット
数が１８又は５４のもの、極数が１４極、スロット数が
２１又は６３のもの、さらには極数が１６極、スロット
数が２４，３６，６０又は７２のものが挙げられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、同期型回転機及び
永久磁石型リラクタンスモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】同期型回転機に属する永久磁石型リラク
タンスモータは、一般に電機子コイルを有する固定子
と、固定子の中で回転する回転子によって構成される。
そして回転子は略円筒状であり、それには界磁を形成す
るコイルが設けられず、円周方向に磁気的な凹凸部が形
成されている。この回転子の円周方向の磁気的な凹凸
は、回転子の各磁極軸に沿った方向に配置されるスリッ
トに又はスリットの一部に永久磁石を収容することによ
って形成されている。

【０００３】このような構造の永久磁石型リラクタンス
モータは、従来から広く電動車両に使用されている誘導
電動機と比較すると、構造が簡単で安価に製造できる特
長がある。

【０００４】また、誘導電動機では回転子も固定子も同
程度の損失を発生するため、その冷却のために外部から
空気を取り込んで発熱部を経由させ、再び外部に吐き出
す空冷方式を採用している。しかしながら、空冷方式の
場合、電動機周辺の多くの塵埃を含んだ空気を電動機内
部に取り込むため、冷却風の通路に塵埃が堆積し、通風
を妨げるようになる。そのため、電動機性能を長く一定
に保つためにはこの塵埃の定期的な除去作業が保守員に
強いられる。

【０００５】これに対して永久磁石型リラクタンスモー
タの場合、回転子の損失がほとんどないために、電動機
内部で発生する損失は半減され、その分だけ冷却に必要
な空気の量が少なくても済み、また空気の取り込みを完
全になくした全閉自然冷却方式も可能である。

【０００６】この面から、永久磁石型リラクタンスモー
タを電動車両に利用するならば、従来の自己通風式誘導
電動機を利用したシステムに比較して価格の面からも、
メンテナンス上からも優れたものとなる。

【０００７】一方、永久磁石型リラクタンスモータは、
磁気的な突極性を利用するため、スロット位置と回転子
の磁気的凸部の位置でリラクタンストルクを発生させる
ので、電動機の枠にこのトルクが反作用として影響し、
異常振動とスロットリプルが発生するといわれている。
異常振動は、振動以外に騒音を伴い、またスロットリプ
ルは、コギングトルクや誘起電圧の高調波成分として現
れ、性能を悪化させる原因となる。

【０００８】近年、ロボットや工作機械の駆動装置とし
て使用されるようになってきているＡＣサーボ電動機に
あっては、回転リプルやトルクリプルの少なさが重要な
要素となっている。対環境性を重視する電動車両におけ
る電動機においても、これと同様に回転リプルやトルク
リプルの少なさが重要な要素となる。

【０００９】ＡＣサーボ電動機の場合、永久磁石電動機
が主流であるが、これに対してスロットリプルを低減さ
せる対策として、電機子鉄心に１スロット分のスキュー
を施している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述したように永久磁
石電動機では、スロットリプルを低減させるために１ス
ロット分のスキューを施すことが有効であるが、このス
キューには次のような問題点があった。

【００１１】第１には、積層鉄心のスロット内面が段々
状になり、スロット面積が減少し、占積率が高くなり、
電機子コイル挿入の作業性が悪化する。第２には、イン
ボリュート曲線状にこのコイルを挿入するので、これも
作業性を悪化させる。そして第３には、多少ではあるが
巻線長が長くなり、電機子銅損が増加する。加えて、永
久磁石をスキューする場合には、磁石成形型を数多く用
意する必要があり製作が難しい問題点もある。

【００１２】そこでスキュー構造を採用せず、また過度
にスロット数を増加させることなしにスロットリプルを
低減させるアプローチとして、各極の電動機に対して毎
極・毎相当たりの分数スロットを適用する方法がある。

【００１３】この分数スロットの考えにしたがって、近
年、鉄道車両の主電動機に使う容量が２５０ｋＷクラス
の実機を試作し、３相出力のインバータで駆動してみ
た。この試作品の永久磁石型リラクタンスモータ（第１
の試作品）は、スキュー無しで、回転子が８極、固定子
のスロット数が３３スロットである。この試作品の毎極
・毎相当たりのスロツト数は、３３／（３×８）＝１＋
３／８の分数スロットである。

【００１４】ところが、試運転の結果は、解決されるは
ずの振動が発生し、また１００ｄＢを軽く超える騒音が
発生した。そこで枠の強度を上げても見たが、振動も騒
音も低下しなかった。

【００１５】このような問題点に鑑み、強制的に振動を
抑えるのではなく、振動元を断つという観点から、８
極、３６スロットの同容量の永久磁石型リラクタンスモ
ータ（第２の試作品）を試作し、同様の試験を行ってみ
たところ、それまで発生していた振動と騒音がほぼ消え
てしまった。この第２の試作品の毎極・毎相当たりのス
ロット数は、３６／（３×８）＝１＋１／２となる分数
スロットである。

【００１６】これらの２つの試作品のテストの結果から
分かったことは、スロット数と極数との間には重要な関
連が存在するということである。

【００１７】そこで本願発明者らは、振動とスロットリ
プルが低減できる好適な極数とスロット数との組合せを
持つ永久磁石型リラクタンスモータを探索し、永久磁石
型リラクタンスモータにおいて、振動とスロットリプル
が低減できる好適な極数とスロット数との組合せを特定
することができた。ゆえに、本発明は、振動とスロット
リプルが低減できる好適な極数とスロット数との組合せ
を持つ永久磁石型リラクタンスモータを提供することを
目的とする。

【００１８】また本発明の思想は広く同期型回転機一般
にも適用することができるので、本発明は、振動とスロ
ットリプルが低減できる好適な極数とスロット数との組
合せを持つ同期型回転機を提供することをも目的とす
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、電機子コイル
が電機子鉄心のスロットに収められ、界磁に対抗する同
期型回転機において、又は電機子コイルを有する固定子
と、磁気的な凹凸を形成する回転子鉄心によって構成さ
れた円筒状の回転子と、前記回転子の各磁極軸に沿った
方向に配置されるスリットに又はスリットの一部に収容
されている永久磁石とを備え、毎極・毎相当たりのスロ
ット数が分数で、極数とスロット数との組合せを、低次
の振動モードの電磁力が発生しないものに設定した永久
磁石型リラクタンスモータにおいて、特に、前記回転子
の極数が８極、前記固定子のスロット数が１２，３６又
は６０であることを特徴とするものである。

【００２０】このような同期型回転電機又は永久磁石型
リラクタンスモータにあっては、極数とスロット数との
組合せを１０極、１５又は４５スロットに設定すること
ができる。また極数とスロット数との組合せを１２極、
１８又は５４スロットに設定し、あるいは１４極、２１
又は６３スロットの組合せにし、さらには１６極、２
４，３６，６０又は７２スロットの組合せにすることも
できる。

【００２１】本発明はまた、電機子コイルを有する固定
子と、磁気的な凹凸を形成する回転子鉄心によって構成
された円筒状の回転子と、前記回転子の各磁極軸に沿っ
た方向に配置されるスリットに又はスリットの一部に収
容されている永久磁石とを備え、毎極・毎相当たりのス
ロット数が分数で、所定の極数とスロット数との組合せ
を、低次の振動モードの瞬時の電磁力は発生するが、順
次回転移動することによってバランスし、平均的には低
次高調波成分を出さないものに設定した永久磁石型リラ
クタンスモータであって、前記回転子の極数が４極、前
記固定子のスロット数が１８，３０，４２，５４又は６
６であることを特徴とするものである。

【００２２】このような永久磁石型リラクタンスモータ
にあっては、極数とスロット数との組合せを６極、２
７，４５又は６３スロットに設定することができる。ま
た極数とスロット数との組合せを１２極、２７，４５又
は６３スロットに設定することもできる。さらに、１２
極、２７，４５又は６３スロットの組合せにすることも
できる。

【００２３】本発明はさらに、電機子コイルを有する固
定子と、磁気的な凹凸を形成する回転子鉄心によって構
成された円筒状の回転子と、前記回転子の各磁極軸に沿
った方向に配置されるスリットに又はスリットの一部に
収容されている永久磁石とを備え、毎極・毎相当たりの
スロット数が分数で、所定の極数とスロット数との組合
せを、低次の振動モードの瞬時の電磁力は発生するが、
順次回転移動することによってバランスし、最も振動に
影響を与える２次の高調波成分を平均的には出さないも
のに設定した永久磁石型リラクタンスモータであって、
前記回転子の極数が８極、前記固定子のスロット数が１
８，４２又は５４であることを特徴とするものである。

【００２４】このような永久磁石型リラクタンスモータ
にあっては、極数とスロット数との組合せを１０極、１
２，１８，４２，４８，５４，６６又は７２スロットに
設定することができる。また極数とスロット数との組合
せを１４極、２４，３０，３６，４８，５４，６０又は
７２スロットに設定することもできる。さらに、１６
極、３０，４２，５４又は６６スロットの組合せにする
こともできる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて詳説する。図１及び図２に同期型回転機として
一般的な永久磁石型リラクタンスモータの構造を示して
ある。永久磁石型リラクタンスモータ１は、電機子コイ
ル２を有する固定子３と、磁気的な凹凸を形成する回転
子鉄心４によって構成された円筒状の回転子５から成
る。

【００２６】固定子３はフレーム６内に多数枚の固定子
鉄心７を積層して収容し、軸方向両端部に鉄心押え８を
配置して一体化した構造である。そして固定子鉄心７の
内周側には、所定数のスロット９が形成され、このスロ
ット９内に電機子コイル２を収容している。

【００２７】回転子５は多数枚の回転子鉄心４を積層し
た構造であり、この回転子５の各磁極軸に沿った方向に
配置されるスリットに又はスリットの一部に永久磁石１
０を収容することによって円周方向の磁気的な凹凸を形
成されている。１１はシャフトであり、このフレーム１
１は回転子５の中央部に強嵌され、フレーム６に両端が
軸受け１２，１３を介して支承され、回転子５の回転力
を出力する。

【００２８】このような機械的な構造の永久磁石型リラ
クタンスモータ１の回転特性について説明する。誘導電
動機では綱の形をした分布巻きと呼ばれる巻線を用いて
いるが、この場合の回転子の極数ｐと、固定子のスロッ
ト数Ｎｓ及び相数ｍとの間には次の関係式が、従来から
推奨されてきた。

【００２９】

【数１】Ｎｓ＝ｍ×ｐ×ｑ ここでは、ｑは毎極・毎相当たりのスロット数であり、
これは整数で１あるいは１よりも大きいことが望ましい
とされている。例えば、４極３相（ｐ＝４，ｍ＝３）で
あれば、スロット数は１２（＝ｐ×ｍ）の倍数で、２４
又は３６が適数とされている。スロットル数２４であれ
ば、ｑ＝１として、８極の電動機もできる。

【００３０】しかしながら、この従来式からでは、今回
の振動、騒音対策検証用に試作した８極３６スロットの
リラクタンスモータの関係は導き出されない。つまり、
ｑ＝１では２４スロット（＝１×８×３）、ｑ＝２では
４８スロット（＝２×８×３）になってしまうのであ
る。

【００３１】このことは、永久磁石型リラクタンスモー
タ１にあっては、従来の誘導電動機で設定していたスロ
ット数と極数との適正以外に、スロットリプル低減のた
めに好ましい分数スロットであって、しかも対振動性に
も優れたスロット数と極数との組合せがあることを示し
ている。

【００３２】上述の第１の試作品で起こった問題、及び
この問題点を解決した第２の試作品の対策を解析した結
果、振動、騒音問題とスロットリプルを解決することに
関して、次のことが判明した。

【００３３】（１）振動は電磁力によるものである。

【００３４】（２）回転子５は固定子３を固定物とし
て、これに反作用になる力を加えながら回転するが、回
転子５に突極特性を持たせているリラクタンスモータで
は、特に回転子極の位置に集中してこのトルクが発生す
る。

【００３５】（３）この力の加え方によって、固定子３
は種々の振動モードをとるが、その振動の特徴は次のよ
うにいわれている。

【００３６】

【表１】 （４）振動の動きの形状からも分かるように、ｍ２振動
モード以下の低次の振動モードを電磁力で作ると、その
電磁力の値が小さくても簡単に電動機の固定子３又はフ
レーム６を揺らしてしまう。逆に、ｍ４モード以上の振
動モードで運転すれば、上記と同じ電磁力でも大きな振
動とはならない。ｍ３振動モードは、上記両者の間にあ
るが、同じ電磁力では振動が残るため避ける方が好まし
い。

【００３７】（５）前述したように、従来、毎極・毎相
当たりのスロット数ｑを整数としているが、これは永久
磁石型リラクタンスモータ１では、対振動性は良好でも
スロットリプルを大きくする要因になる。これらを解決
するために、回転体の軸方向でねじり構造（スキュー）
をとり、位置による電磁力の分散を図ることによって、
電動機容量が小さいものでは効果を上げている。しかし
ながら、製造が複雑になり、永久磁石型リラクタンスモ
ータ１に適用するのは不利である。

【００３８】（６）極数とスロット数の好適な組合せ
で、スキューをしたのと同じ効果が出せる。

【００３９】以下に、その理由について説明する。図４
は３相駆動での毎極の位置とスロットとの関係を示して
いる。ｑを整数とすると、電磁力は２極では１８０度角
毎の２方向にバランスしてトルクが発生し（極に相当す
るスロット形状はすべて同じ形状であることを示してい
る。極と極との間のスロット数が３の倍数であるので、
バランスしたトルクの発生が成立する）、低次のｍ２振
動モードのトルクが発生する。これは円と楕円を繰り返
すｍ２振動モードとなり、固定子３及びフレーム６に振
動を誘発することになる。

【００４０】ｑを整数とする４極電動機では、９０度角
毎の４方向にバランスしてトルクが発生する（極に相当
するスロット形状はすべて同じ形状であることを示して
いる。極と極との間のスロット数が３の倍数であるので
バランスしたトルクの発生が成立する）ため、円と４角
形の振動モードとなり、固定子３及びフレーム６を振動
させることになるが、非常に振動に強いモードとなる。
すべてのトルクは４方向でバランスしているので、低次
のトルクは原理的に発生しない。このため、振動騒音は
ないが、ｑが整数のためスロットリプルに対して何ら対
策がとられていないことになる。

【００４１】これを避けるには、上述のスキュー以外で
は、毎相・毎極当たりのスロット数ｑを分数にとる方法
がある。つまり、分数スロットで回転子中心に対して４
方向以上の線対称なトルク分布を確保すると振動に対し
ても、トルクリプルに対しても良好な結果が得られる。

【００４２】図５は、図４と同様に極に対するスロット
形状を示していて、極に相当するスロット形状はすべて
同じ形状であることを示している。極ｑ＝１＋１／３と
すると、極に相当するスロット形状は同じになる。これ
は一見、各極での電磁力が同一であるように見えるが、
極と極との間のスロット数が３の倍数ではないため、３
相の励磁電源が作る磁束を等しくできず、その結果、４
方向に同じトルクが見込めなくなっている。

【００４３】しかしながら、ｑ＝１＋１／２とすると、
極に相当するスロット形状も異なってきて、上記の場合
と同様に４方向に同じトルクを見込めない。

【００４４】図６は、６極電動機の場合を示している。
基本的な作用は、図４、図５の電動機の場合と同様であ
る。つまり、ｑを整数にとれば、極に相当するスロット
形状は極毎に同じになり、極間のスロットを３の倍数に
すれば６方向で同一のトルクが発生し、これはｍ６振動
モードとなり、図３（ｄ）に示す振動となる。

【００４５】他方、ｑ＝１＋１／２とすると、極に相当
するスロット形状は一つ飛びに同じで、そのままでは図
示しているようにｍ３振動モードとなる。また、極間の
スロット数は３の倍数ではないが、一つの飛びの極間の
スロット数が３の倍数となるため、Ｐ１，Ｐ３，Ｐ５の
トルクが同じになる。ｍ３モードは、振動には強いとは
いえないので、これは好適例として選択することはでき
ない。

【００４６】図７は８極電動機を示している。ｑ＝１の
整数スロットでは、これまでと同様にｍ８振動モードと
なる。ｑ＝１＋１／２では、極間のスロット数は３の倍
数で、極に相当するスロット形状が一つ飛びに同じであ
るので、４方向同士のトルクがバランスしたｍ４振動モ
ードとなる。

【００４７】この８極電動機になって初めて、原理的に
分数スロットで低次の振動モードを出さない極とスロッ
ト数の組合せが選択できるようになる。

【００４８】このように、図４〜図７に基づき、４極電
動機、６極電動機及び８極電動機について、原理的に低
次の振動モードを発生させない極数とスロット数の関係
を検証したが、構造面からさらに詳しく説明する。

【００４９】（Ａ）４極永久磁石型リラクタンスモータ
の場合 この場合、固定子のスロット数Ｎｓ＝ｍ（極数）×ｐ
（相数）×ｑ＝３×４×ｑである。

【００５０】振動モードから規制されるスロット数は、
相数×ｑ×（対称な４方向）のトルクという見方にな
る。つまり、Ｎｓ＝３×ｑ×４である。

【００５１】この数式の見方は、図５に示されるように
９０度の角度内に３の倍数で同一形状のスロットが存在
すれば、４極の各極で同一の電磁力が発生するという見
方ができる。この９０度の角度内に３の倍数で極に相当
するスロット形状が同じであるためには、ｑは整数以外
にないことになる。３×ｑが整数になるようにすると、
ｑには整数、（整数＋１／３）又は（整数＋２／３）を
とることができる。しかし、（ ）内の値であると、Ｎ
ｓが３の倍数でなくなり、固定子側の３相の各相が対称
配置にできなくなる。また、９０度内のスロットが３の
倍数でないと、３相の対称な繰り返しの配置ができな
い。したがって、４極の場合、ｑは分数スロットをとる
ことができない。

【００５２】（Ｂ）６極永久磁石型リラクタンスモータ
の場合 この場合、Ｎｓ＝ｍ（極数）×ｐ（相数）×ｑ＝６×３
×ｑである。

【００５３】振動モードから規制されるスロット数は、
相数×ｑ×（対称な６方向）のトルクとなる。つまり、
Ｎｓ＝３×ｑ×６である。

【００５４】４極電動機の場合と同様な考え方によっ
て、Ｎｓは３の倍数で同一形状のスロットが各極に対称
に配置されるためには、６０度の角度内に存在するスロ
ット数が３の倍数である必要から、ｑは整数である必要
がある。

【００５５】ただし、ｍ３振動モードについて見てみる
と、Ｎｓ＝３×２ｑ×３となる。つまり、１２０度角内
の２ｑが整数であれば、Ｎｓの条件は満たされることに
なる。これは、ｑとして整数又は（整数＋１／２）がと
れることを意味している。しかしながら、この振動モー
ドを発生するスロット数は選択外とする。

【００５６】（Ｃ）８極永久磁石型リラクタンスモータ
の場合 この場合、Ｎｓ＝ｍ×ｐ×ｑ＝８×３×ｑである。

【００５７】振動モードから規制されるスロット数は、
相数×ｑ×（対称な４方向又は８方向）のトルクとな
る。つまり、４方向のトルク場合には、Ｎｓ＝３×２ｑ
×４である。このＮｓが３の倍数、かつ同一形状のスロ
ットが各２極に対称に配置されるためには、２ｑが整数
である必要がある。この条件を満たすｑとしては、整数
と１／２の分数スロットがとれる。

【００５８】また８方向のトルクの場合には、Ｎｓ＝３
×ｑ×８である。このＮｓが３の倍数、かつ同一形状の
スロットが各極に対称に配置されるためには、ｑは整数
である必要がある。

【００５９】これらの結果として、８極電動機の場合、
１／２の分数スロットを選択すると、スロットリプルと
振動に対して考慮されたものとなる。他方、整数の場合
には振動だけを考慮されたものとなる。

【００６０】（Ｄ）１０極永久磁石型リラクタンスモー
タの場合 この場合、Ｎｓ＝ｍ×ｐ×ｑ＝１０×３×ｑである。

【００６１】振動モードから規制されるスロット数は、
相数×ｑ×（対称な５方向又は１０方向）のトルクとな
る。つまり、５方向の場合には、Ｎｓ＝３×２ｑ×５と
なる。このＮｓが３の倍数で、かつ同一の形状のスロッ
トが各２極に対称に配置されるためには、２ｑが整数で
ある必要がある。この条件を満たすｑとしては、ｑは整
数と１／２の分数スロットがとれる。

【００６２】また１０方向のトルクの場合、Ｎｓ＝３×
ｑ×１０である。このＮｓが３の倍数で、かつ同一の形
状のスロットが各極に対称に配置されるためには、ｑは
整数となる。

【００６３】（Ｅ）１２極永久磁石型リラクタンスモー
タの場合 この場合、Ｎｓ＝ｍ×ｐ×ｑ＝１２×３×ｑである。

【００６４】振動モードから規制されるスロット数は、
相数×ｑ×（対称な４方向、６方向又は１２方向）のト
ルクとなる。つまり、４方向の場合には、Ｎｓ＝３×３
ｑ×４となる。９０度の角度内で３ｑが整数である必要
がある。この条件を満たすｑとしては、整数、（整数＋
１／３）又は（整数＋２／３）がとれる。ただし、６
極、１２極の場合、スロット数が９の倍数でないと回転
磁界を作るように固定子側のコイルを配置できないこと
があり、この制約からｑとして整数しか選べないことに
なる。

【００６５】また６方向の場合には、６０度の角度内で
２ｑが整数である必要がある。この条件を満たすｑに
は、整数と（整数＋１／２）の分数スロットをとること
ができる。

【００６６】さらに１２方向の場合には、Ｎｓ＝３×ｑ
×１２である。このＮｓが３の倍数で、同一形状のスロ
ットが各極に対称に配置されるためには、ｑが整数であ
る必要がある。

【００６７】（Ｆ）１４極永久磁石型リラクタンスモー
タの場合 この場合、Ｎｓ＝ｍ×ｐ×ｑ＝１４×３×ｑである。振
動モードから規制されるスロット数は、Ｎｓ＝相数×ｑ
×（対称な７方向又は１４方向）のトルクとなる。つま
り、７方向の場合には、Ｎｓ＝３×２ｑ×７である。こ
のＮｓが３の倍数で、同一形状のスロットが各２極に対
称に配置されるためには、２ｑが整数である必要があ
る。この条件を満たすｑとしては、整数と１／２の分数
のスロットがとれる。

【００６８】他方、１４方向の場合には、Ｎｓ＝３×ｑ
×１４である。このＮｓが３の倍数で、かつ同一形状の
スロットが各極に対称に配置されるためには、ｑが整数
である必要がある。

【００６９】（Ｇ）１６極永久磁石型リラクタンスモー
タの場合 この場合、Ｎｓ＝ｍ×ｐ×ｑ＝１６×３×ｑである。振
動モードから規制されるスロット数は、Ｎｓ＝相数×ｑ
×（対称な４方向、８方向又は１６方向）のトルクとな
る。つまり、４方向の場合、Ｎｓ＝３×４ｑ×４であ
る。このＮｓが３の倍数で、同一形状のスロットが各２
極に対称に配置されるためには、４ｑが整数である必要
がある。この条件として、ｑは整数と１／２、（整数＋
１／４）、又は（整数＋３／４）の分数スロットをとる
ことができる。

【００７０】また８方向の場合には、Ｎｓ＝３×２ｑ×
８である。このＮｓが３の倍数で、同一形状のスロット
が各２極に対称に配置されるためには、２ｑが整数であ
る必要がある。この条件として、ｑは整数と（整数＋１
／２）の分数スロットをとれる。

【００７１】さらに１６方向の場合には、Ｎｓが３の倍
数で、同一形状のスロットが各極に対称に配置されるた
めには、ｑは整数をとる必要がある。

【００７２】以上により、毎極・毎相当たりのスロット
数が分数で、極数とスロット数との組合せで、低次の振
動モードの電磁力が発生しないものについて説明した。

【００７３】しかしながら、永久磁石型リラクタンスモ
ータの場合、上述した極数とスロット数との組合せの他
にも、低次の振動モードの瞬時の電磁力は発生するが、
順次回転移動することによってバランスし、平均的には
低次高調波成分を出さない組合せがある。

【００７４】また毎極・毎相当たりのスロット数が分数
で、所定の極数とスロット数との組合せを、低次の振動
モードの瞬時の電磁力は発生するが、順次回転移動する
ことによってバランスし、最も振動に影響を与える２次
の高調波成分を平均的には出さないものに設定すること
もできる。

【００７５】表２には、極数とスロット数との種々の組
合せの永久磁石型リラクタンスモータの挙動をシミュレ
ートし、低次高調波の発生度合を評価した結果を示して
ある。この表２において、○印の評価基準は、平均的に
ｍ２モードの磁界成分が０であったものである。そして
極数とスロット数との好適な組合せを列挙したのが、表
３である。

【００７６】なお、ｑとして分数スロットを採用する場
合、上表に挙げた以外のスロット数を選択すると、軸を
中心とした均等角方向のトルクにアンバランスが生じ、
このアンバランス分が低次のトルクとして現れ、振動を
誘発することになるので、避けるべきである。

【００７７】

【表２】

【表３】 ＜実施例＞図１及び図２に示した永久磁石型リラクタン
スモータ１は、鉄道車両用の８極の回転子５と、スロッ
ト数３６の固定子３のものである。この好適なリラクタ
ンスモータと、前述した不具合のあった８極３３スロッ
トのリラクタンスモータとに対する振動解析の結果が、
表４並びに、図８及び図９に示してある。

【００７８】

【表４】 表４は、３３スロット固定子の起磁力分布を示してい
る。基本波成分である８次振動成分（８Ｐ成分）に対す
る１０次成分（１０Ｐ成分）の含有比率が１４％と多く
含まれていることが分かる。

【００７９】図８は８次成分Ａと１０次成分Ｂの合成起
磁力を示しているが、この図８から低次の２次の振動モ
ードが発生していることが分かる。これは、１０次成分
（１０Ｐ成分）Ｂが８次成分（８Ｐ成分）Ａに含有され
ると、磁束大（１０Ｐと８Ｐの磁束の向きが一致する）
の部分と、磁束小（１０Ｐと８Ｐの磁束の向きが逆）の
部分が発生し、結果として１０Ｐ−８Ｐ＝２Ｐ成分の磁
気アンバランスが発生するのである。

【００８０】これに対して、本発明の実施例の８極３６
スロットの永久磁石型リラクタンスモータの場合、図９
の振動解析結果に示すように正弦波に近い起磁力分布を
示し、ほぼ１００％が８次の基本波成分であることが分
かる。

【００８１】なお、以上では同期型回転機に属する永久
磁石型リラクタンスモータについて説明したが、本発明
の技術的思想は同期型の界磁巻線を用いた通常の同期
機、永久磁石を用いた同期型モータにも同様に適用する
ことができる。

【００８２】

【発明の効果】以上のように請求項１〜６の発明の同期
型回転機によれば、回転子の極数と固定子のスロット数
との関係を、毎極・毎相当たりのスロット数を分数と
し、かつ極数とスロット数との組合せを好適なものに設
定することにより、低次調波の振動を出さず、またスロ
ットリプルも小さく抑えることができる。これにより、
機器を小型軽量化が図れ、製造が容易で低価格化が図れ
る。

【００８３】また請求項７〜９の発明の永久磁石型リラ
クタンスモータによれば、毎極・毎相当たりのスロット
数を分数とし、極数とスロット数との組合せを好適なも
のに設定することにより、低次の振動モードの瞬時の電
磁力は発生するが、順次回転移動することによってバラ
ンスし、平均的には低次高調波成分を出さず、またスロ
ットリプルも小さく抑えることができ、これにより、機
器を小型軽量化が図れ、製造が容易で低価格化が図れ
る。

【００８４】さらに請求項１０〜１３の発明の永久磁石
型リラクタンスモータによれば、毎極・毎相当たりのス
ロット数を分数とし、極数とスロット数との組合せを好
適なものとすることにより、低次の振動モードの瞬時の
電磁力は発生するが、順次回転移動することによってバ
ランスし、最も振動に影響を与える２次の高調波成分を
平均的には出さないようにでき、機器を小型軽量化が図
れ、製造が容易で低価格化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１つの実施の形態の永久磁石型リラク
タンスモータの正面断面図。

【図２】上記の実施の形態の永久磁石型リラクタンスモ
ータの側面断面図。

【図３】極数とスロット数との組合せの異なる種々の永
久磁石型リラクタンスモータに発生する振動モードを示
す説明図。

【図４】２極電動機、４極電動機の極とスロットとの関
係を示す説明図。

【図５】４極電動機の極とスロットとの関係を示す説明
図。

【図６】６極電動機の極とスロットとの関係を示す説明
図。

【図７】８極電動機の極とスロットとの関係を示す説明
図。トル分布図。

【図８】８極３３スロットの永久磁石型リラクタンスモ
ータに発生する合成起磁力を回転角度と対応させたグラ
フ。

【図９】本発明の実施例の８極３６スロットの永久磁石
型リラクタンスモータの起磁力を回転角度と対応させた
グラフ。

【符号の説明】

１ 永久磁石型リラクタンスモータ ２ コイル ３ 固定子 ４ 回転子鉄心 ５ 回転子 ６ フレーム ７ 固定子鉄心 ９ スロット １０ 磁石

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新 政憲 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 堺 和人 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 高橋 則雄 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 徳増 正 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 小泉 聡志 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 (72)発明者 永山 孝 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中事業所内 Ｆターム(参考） 5H619 AA01 BB01 BB06 BB24 PP01 PP02 PP08 5H621 AA02 GA01 GA04 JK03 5H622 AA02 CA02 CA05 CA07 CA10 CA14 CB03 CB05 PP10

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電機子コイルが電機子鉄心のスロットに
   収められ、界磁に対抗する同期型回転機において、 毎極・毎相スロット数が分数で、極数とスロット数との
   組合せを、低次の振動モードが発生しないように、極数
   を８極、スロット数を１２，３６又は６０にしたことを
   特徴とする同期型回転機。
2. 【請求項２】 前記極数を１０極、前記スロット数を１
   ５又は４５にしたことを特徴とする請求項１に記載の同
   期型回転機。
3. 【請求項３】 前記回転子の極数が１２極、前記固定子
   のスロット数が１８又は５４であることを特徴とする請
   求項１に記載の同期型回転機。
4. 【請求項４】 前記極数を１４極、前記スロット数を２
   １又は６３にしたことを特徴とする請求項１に記載の同
   期型回転機。
5. 【請求項５】 前記極数を１６極、前記スロット数を２
   ４，３６，６０又は７２にしたことを特徴とする請求項
   １に記載の同期型回転機。
6. 【請求項６】 電機子コイルを有する固定子と、磁気的
   な凹凸を形成する回転子鉄心によって構成された円筒状
   の回転子と、この回転子の各磁極軸方向に配置されるス
   ロットに又はその一部に収容されている永久磁石とを備
   え、永久磁石型リラクタンスモータとして動作すること
   を特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の同期型回
   転機。
7. 【請求項７】 電機子コイルを有する固定子と、磁気的
   な凹凸を形成する回転子鉄心によって構成された円筒状
   の回転子と、前記回転子の各磁極軸に沿った方向に配置
   されるスリットに又はスリットの一部に収容されている
   永久磁石とを備え、毎極・毎相当たりのスロット数が分
   数で、所定の極数とスロット数との組合せを、低次の振
   動モードの瞬時の電磁力は発生するが、順次回転移動す
   ることによってバランスし、平均的には低次高調波成分
   を出さないものに設定した永久磁石型リラクタンスモー
   タであって、 前記回転子の極数が４極、前記固定子のスロット数が１
   ８，３０，４２，５４又は６６であることを特徴とする
   永久磁石型リラクタンスモータ。
8. 【請求項８】 前記回転子の極数が６極、前記固定子の
   スロット数が２７，４５又は６３であることを特徴とす
   る請求項７に記載の永久磁石型リラクタンスモータ。
9. 【請求項９】 前記回転子の極数が１２極、前記固定子
   のスロット数が２７，４５又は６３であることを特徴と
   する請求項７に記載の永久磁石型リラクタンスモータ。
10. 【請求項１０】 電機子コイルを有する固定子と、磁気
    的な凹凸を形成する回転子鉄心によって構成された円筒
    状の回転子と、前記回転子の各磁極軸に沿った方向に配
    置されるスリットに又はスリットの一部に収容されてい
    る永久磁石とを備え、毎極・毎相当たりのスロット数が
    分数で、所定の極数とスロット数との組合せを、低次の
    振動モードの瞬時の電磁力は発生するが、順次回転移動
    することによってバランスし、最も振動に影響を与える
    ２次の高調波成分を平均的には出さないものに設定した
    永久磁石型リラクタンスモータであって、前記回転子の
    極数が８極、前記固定子のスロット数が１８，４２又は
    ５４であることを特徴とする永久磁石型リラクタンスモ
    ータ。
11. 【請求項１１】 前記回転子の極数が１０極、前記固定
    子のスロット数が１２，１８，４２，４８，５４，６６
    又は７２であることを特徴とする請求項１０に記載の永
    久磁石型リラクタンスモータ。
12. 【請求項１２】 前記回転子の極数が１４極、前記固定
    子のスロット数が２４，３０，３６，４８，５４，６０
    又は７２であることを特徴とする請求項１０に記載の永
    久磁石型リラクタンスモータ。
13. 【請求項１３】 前記回転子の極数が１６極、前記固定
    子のスロット数が３０，４２，５４又は６６であること
    を特徴とする請求項１０に記載の永久磁石型リラクタン
    スモータ。