JP2007143360A - ステータ - Google Patents

Abstract

【課題】適切な制御を容易に実行可能とする。
【解決手段】第１および第２Ｕ相環状巻線１４ａ，１４ｂと第１および第２Ｗ相環状巻線１５ａ，１５ｂとを短節波巻きとし、各環状巻線１４ａ，１５ｂが配置されるＵＶ相間スロット２７と、各環状巻線１４ｂ，１５ａが配置されるＶＷ相間スロット２８との各周方向幅Ｃ１を、各環状巻線１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂが配置されるＷＵ相間スロット２９の周方向幅Ｃ２の１／２の値（Ｃ２／２）に設定した。各環状巻線１４ａ，１５ａの第１巻線数ｎ１と、各環状巻線１４ｂ，１５ｂの第２巻線数ｎ２との比を、各スロット２７，２８，２９毎に各環状巻線１４ａ，１５ｂによる誘起電圧を合成あるいは各環状巻線１５ａ，１４ｂによる誘起電圧を合成した際に、合成して得られる各誘起電圧同士の位相差が電気角の１２０°（ｅｄｅｇ）となるように設定した。
【選択図】図３

Description

本発明は、ステータに関する。

従来、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相の各相毎の巻線が周方向で隣り合うティース間を縫うようにして周回させられることで波状に巻装されたステータを備え、このステータによりロータを３相駆動する３相モータが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１６５３９６号公報

ところで、上記従来技術に係る３相モータのステータ、つまりＵ相，Ｖ相，Ｗ相の３相巻線がＹ字状に結線され、互いに１２０°の位相差の正弦波で通電される３相モータのステータと同等の回転磁界を発生可能なステータとして、例えば互いに電気角で６０°あるいは２４０°の位相差を有する２相の環状巻線がＶ字状に結線され、互いに１２０°の位相差の正弦波で通電される３相モータのステータを構成することができる。このステータでは、２相の環状巻線を電気角で１２０°の短節波巻きとした場合、周方向で隣接するティース間に形成される各スロットに装着される環状巻線の相数は１相または２相となり不均等となる。このため、隣接するティースの周方向間隔が不均等になるように設定することで、スロットに装着される環状巻線の相数に応じて巻線占積率が低下してしまうことを防止することができる。
しかしながら、隣接するティースの周方向間隔を不均等に設定すると、２相の環状巻線の位相差にずれが生じ、各相電流の位相にずれが生じることから、各相電流間の電流位相差が２π／３＝１２０°（ｅｄｅｇ）であることを前提とする通常のベクトル制御において、適切な電流制御が困難になるという問題が生じる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、容易に適切な制御を実行することが可能なステータを提供することを目的とする。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の本発明のステータは、２相の環状巻線（例えば、実施の形態での第１および第２Ｕ相環状巻線１４ａ，１４ｂと第１および第２Ｗ相環状巻線１５ａ，１５ｂ、または、第１および第２Ｕ相環状巻線６４ａ，６４ｂと第１および第２Ｗ相環状巻線６５ａ，６５ｂ）を備える３相モータのステータであって、前記ステータは周方向で隣接するティース（例えば、実施の形態でのＵ相ティース２２，Ｖ相ティース２４，Ｗ相ティース２６、または、Ｕ相ティース７２，Ｖ相ティース７４，Ｗ相ティース７６）間に形成されるスロット（例えば、実施の形態でのＵＶ相間スロット２７，ＶＷ相間スロット２８，ＷＵ相間スロット２９、または、ＵＶ相間スロット７７，ＶＷ相間スロット７８）を備え、各前記スロット毎に前記２相の環状巻線が互いに異なる巻線数（例えば、実施の形態での第１巻線数ｎ１，第２巻線数ｎ２）を有するように装着されてなることを特徴としている。

上記構成のステータによれば、各スロット毎に２相の環状巻線が装着されることで、各環状巻線の誘起電圧が合成されることになり、合成される２相の環状巻線の各巻線数に係る状態量（例えば、巻線数比等）に応じて、合成して得られる誘起電圧ベクトルの位相を適宜の値に設定することができる。これにより、合成して得られる２相の誘起電圧ベクトルの位相差が所定の位相差（例えば、電気角で１２０°等）となるように各巻線数を設定することにより、このステータを備えるモータに対して、例えば各相電流間の電流位相差が２π／３＝１２０°（ｅｄｅｇ）であることを前提とする通常のベクトル制御等のように、各相電流間の電流位相差が所定の位相差であることを前提とする適宜の電流制御を容易かつ適切に適用することができる。

また、請求項２に記載の本発明のステータは、２相の環状巻線（例えば、実施の形態での第１および第２Ｕ相環状巻線１４ａ，１４ｂと第１および第２Ｗ相環状巻線１５ａ，１５ｂ、または、第１および第２Ｕ相環状巻線６４ａ，６４ｂと第１および第２Ｗ相環状巻線６５ａ，６５ｂ）を備える３相モータのステータであって、前記ステータは周方向で隣接するティース（例えば、実施の形態でのＵ相ティース２２，Ｖ相ティース２４，Ｗ相ティース２６、または、Ｕ相ティース７２，Ｖ相ティース７４，Ｗ相ティース７６）間に形成されるスロット（例えば、実施の形態でのＵＶ相間スロット２７，ＶＷ相間スロット２８，ＷＵ相間スロット２９、または、ＵＶ相間スロット７７，ＶＷ相間スロット７８）を備え、周方向で隣接する前記スロット毎に前記２相の環状巻線の巻線数比（例えば、実施の形態での巻線数比ｎ１／ｎ２）が異なることを特徴としている。

上記構成のステータによれば、各スロット毎に２相の環状巻線が装着されることで、各環状巻線の誘起電圧が合成されることになり、合成される２相の環状巻線の巻線数比に応じて、合成して得られる誘起電圧ベクトルの位相を適宜の値に設定することができる。これにより、合成して得られる２相の誘起電圧ベクトルの位相差が所定の位相差（例えば、電気角で１２０°等）となるように巻線数比を設定することにより、このステータを備えるモータに対して、例えば各相電流間の電流位相差が２π／３＝１２０°（ｅｄｅｇ）であることを前提とする通常のベクトル制御等のように、各相電流間の電流位相差が所定の位相差であることを前提とする適宜の電流制御を容易かつ適切に適用することができる。

さらに、請求項３に記載の本発明のステータでは、前記２相の環状巻線は短節巻きであり、周方向で隣接する前記ティースの周方向間隔（例えば、実施の形態での周方向幅Ｃ１，周方向幅Ｃ２）が不均等になるように設定されてなることを特徴としている。

上記構成のステータによれば、例えば、２相の環状巻線を電気角で１２０°の短節波巻きとした場合、周方向で隣り合うティース間のスロットに装着される環状巻線の相数は１相または２相となり不均等である。このため、ティース同士間の間隔を、装着される環状巻線の相数に応じて不均等になるように設定することで、各スロットの巻線占積率が低下してしまうことを防止することができる。
しかも、隣接するティースの周方向間隔が不均等になるように設定されることによって、２相の環状巻線の位相差にずれが生じ、各相電流の位相にずれが生じる場合であっても、各スロット毎に２相の環状巻線が互いに異なる巻線数を有するように装着されることで、各スロット毎に２相の環状巻線の誘起電圧が合成され、２相の誘起電圧ベクトルの位相差が所定の位相差となるように設定されることから、このステータを備えるモータに対して、例えば各相電流間の電流位相差が２π／３＝１２０°（ｅｄｅｇ）であることを前提とする通常のベクトル制御等のように、各相電流間の電流位相差が所定の位相差であることを前提とする適宜の電流制御を容易かつ適切に適用することができる。

さらに、請求項４に記載の本発明のステータでは、前記スロット毎に配置される前記２相の環状巻線の巻線数比（例えば、実施の形態での巻線数比ｎ１／ｎ２）は、各相の電気角位相差が略同等となるように設定されてなることを特徴としている。

上記構成のステータによれば、例えば電気角の１周期において、３相の各相の電気角位相差が略同等となるように設定されることで、電気角位相差が略１２０°（ｅｄｅｇ）となり、このステータを備えるモータに対して、各相電流間の電流位相差が２π／３＝１２０°（ｅｄｅｇ）であることを前提とする通常のベクトル制御を容易かつ適切に適用することができる。

さらに、請求項５に記載の本発明のステータでは、前記２相の環状巻線は全節巻きであり、前記スロット毎に配置される前記２相の環状巻線の巻線数比（例えば、実施の形態での巻線数比ｎ１／ｎ２）は、各相の電気角位相差が略１２０°となるように設定されてなることを特徴としている。

上記構成のステータによれば、コイルピッチが電気角で１８０°（ｅｄｅｇ）とされる全節巻きの２相の環状巻線を備える３相モータのステータにおいて、例えば各ティースの周方向幅が同等の値に設定されることによって、２相の環状巻線間の位相差が２７０°となる場合であっても、各スロット毎に２相の環状巻線が装着され、各スロット毎に２相の環状巻線の誘起電圧が合成され、２相の誘起電圧ベクトルの位相差が電気角で略１２０°となるように設定されることから、このステータを備えるモータに対して、例えば各相電流間の電流位相差が２π／３＝１２０°（ｅｄｅｇ）であることを前提とする通常のベクトル制御を容易かつ適切に適用することができる。

請求項１に記載の本発明のステータによれば、各スロット毎に２相の環状巻線が装着されることで、各環状巻線の誘起電圧が合成されることになり、合成して得られる２相の誘起電圧ベクトルの位相差が所定の位相差（例えば、電気角で１２０°等）となるように各巻線数を設定することにより、このステータを備えるモータに対して、例えば各相電流間の電流位相差が２π／３＝１２０°（ｅｄｅｇ）であることを前提とする通常のベクトル制御等のように、各相電流間の電流位相差が所定の位相差であることを前提とする適宜の電流制御を容易かつ適切に適用することができる。
また、請求項２に記載の本発明のステータによれば、各スロット毎に２相の環状巻線が装着されることで、各環状巻線の誘起電圧が合成されることになり、合成して得られる２相の誘起電圧ベクトルの位相差が所定の位相差（例えば、電気角で１２０°等）となるように巻線数比を設定することにより、このステータを備えるモータに対して、例えば各相電流間の電流位相差が２π／３＝１２０°（ｅｄｅｇ）であることを前提とする通常のベクトル制御等のように、各相電流間の電流位相差が所定の位相差であることを前提とする適宜の電流制御を容易かつ適切に適用することができる。

さらに、請求項３に記載の本発明のステータによれば、ティース同士間の間隔を、装着される環状巻線の相数に応じて不均等になるように設定することで、各スロットの巻線占積率が低下してしまうことを防止することができると共に、隣接するティースの周方向間隔が不均等になるように設定されることによって、２相の環状巻線の位相差にずれが生じる場合であっても、各スロット毎に２相の環状巻線が互いに異なる巻線数を有するように装着されることで、２相の誘起電圧ベクトルの位相差が所定の位相差となるように設定されることから、このステータを備えるモータに対して、各相電流間の電流位相差が所定の位相差であることを前提とする適宜の電流制御を容易かつ適切に適用することができる。

さらに、請求項４に記載の本発明のステータによれば、３相の各相の電気角位相差が略１２０°（ｅｄｅｇ）となり、このステータを備えるモータに対して、各相電流間の電流位相差が２π／３＝１２０°（ｅｄｅｇ）であることを前提とする通常のベクトル制御を容易かつ適切に適用することができる。
さらに、請求項５に記載の本発明のステータによれば、全節巻きの２相の環状巻線を備える３相モータのステータにおいて、各相の電気角位相差が略１２０°となるようにして、スロット毎に配置される２相の環状巻線の巻線数比が設定されることから、このステータを備える３相モータに対して、各相電流間の電流位相差が２π／３＝１２０°（ｅｄｅｇ）であることを前提とする通常のベクトル制御を容易かつ適切に適用することができる。

以下、本発明のステータの第１の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態に係るステータ１０は、例えば内燃機関と共に車両の駆動源としてハイブリッド車両に搭載されるクローポール型モータを構成し、例えば内燃機関とクローポール型モータとトランスミッションとを直列に直結した構造のパラレルハイブリッド車両では、少なくとも内燃機関またはクローポール型モータの何れか一方の駆動力は、トランスミッションを介して車両の駆動輪に伝達されるようになっている。
また、このハイブリッド車両の減速時に駆動輪側からクローポール型モータに駆動力が伝達されると、クローポール型モータは発電機として機能していわゆる回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギー（回生エネルギー）として回収する。さらに、内燃機関の出力がクローポール型モータに伝達された場合にもクローポール型モータは発電機として機能して発電エネルギーを発生する。

ロータ（図示略）を回転させる回転磁界を発生するステータ１０は、例えば図１に示すように、Ｕ相およびＶ相およびＷ相からなる３相の各相毎のＵ相ステータリング１１と、Ｖ相ステータリング１２と、Ｗ相ステータリング１３と、Ｕ相およびＷ相からなる２相の第１および第２Ｕ相環状巻線１４ａ，１４ｂと第１および第２Ｗ相環状巻線１５ａ，１５ｂとを備えて構成されている。

Ｕ相ステータリング１１は、略円環状のＵ相ヨーク２１と、このＵ相ヨーク２１の内周部の周方向Ｃに所定間隔を置いた位置から径方向Ｒ内方および軸線方向Ｐの一方に向かい突出し、径方向Ｒに対する断面形状が略長方形状に形成されたＵ相ティース２２とを備えて構成され、Ｕ相ヨーク２１およびＵ相ティース２２からなるＵ相ステータリング１１の周方向Ｃに対する断面形状が略Ｌ字状となるように構成されている。

Ｖ相ステータリング１２は、略円環状のＶ相ヨーク２３と、このＶ相ヨーク２３の内周部の周方向Ｃに所定間隔を置いた位置から径方向Ｒ内方および軸線方向Ｐの一方および他方に向かい突出し、径方向Ｒに対する断面形状が略長方形状に形成されたＶ相ティース２４とを備えて構成され、Ｖ相ヨーク２３およびＶ相ティース２４からなるＶ相ステータリング１２の周方向Ｃに対する断面形状が略Ｔ字状となるように構成されている。

Ｗ相ステータリング１３は、略円環状のＷ相ヨーク２５と、このＷ相ヨーク２５の内周部の周方向Ｃに所定間隔を置いた位置から径方向Ｒ内方および軸線方向Ｐの他方に向かい突出し、径方向Ｒに対する断面形状が略長方形状に形成されたＷ相ティース２６とを備えて構成され、Ｗ相ヨーク２５およびＷ相ティース２６からなるＷ相ステータリング１３の周方向Ｃに対する断面形状が略Ｌ字状となるように構成されている。

そして、各ステータリング１１，１２，１３は、各ヨーク２１，２３，２５が軸線方向Ｐに沿って積み重ねられるようにして接続されている。そして、例えば図２および図３に示すように、複数の各ティース２２，…，２２および２４，…，２４および２６，…，２６が所定順序（例えば、順次、Ｕ相ティース２２，Ｖ相ティース２４，Ｗ相ティース２６等）で周方向Ｃに沿って配列され、周方向Ｃで隣り合う各ティース２２，２４間には２相の第１Ｕ相環状巻線１４ａおよび第２Ｗ相環状巻線１５ｂが配置されるＵＶ相間スロット２７が形成され、周方向Ｃで隣り合う各ティース２４，２６間には２相の第２Ｕ相環状巻線１４ｂおよび第１Ｗ相環状巻線１５ａが配置されるＶＷ相間スロット２８が形成され、周方向Ｃで隣り合う各ティース２２，２６間には２相の第１および第２Ｕ相環状巻線１４ａ，１４ｂと第１および第２Ｗ相環状巻線１５ａ，１５ｂとが配置されるＷＵ相間スロット２９が形成されている。

各環状巻線１４ａ、１４ｂ，１５ａ，１５ｂは、例えば軸線周りの周面内で蛇行しつつ所定の各ティース２２，２４間、２４，２６間、２２，２６間を縫うようにして各ティース２２，２４，２６に巻装された短節波巻きの巻線であって、第１Ｕ相環状巻線１４ａと第２Ｕ相環状巻線１４ｂとは互いに直列に接続され、第１Ｗ相環状巻線１５ａと第２Ｗ相環状巻線１５ｂとは互いに直列に接続されている。
そして、第１Ｕ相環状巻線１４ａおよび第２Ｗ相環状巻線１５ｂは、軸線方向ＰにおけるＵ相ティース２２の一方側に各渡り部１４ａ_Ｆ，１５ｂ_Ｆが設けられ、軸線方向ＰにおけるＶ相ティース２４およびＷ相ティース２６の他方側に、各渡り部１４ａ_Ｒ，１５ｂ_Ｒが設けられている。
また、第２Ｕ相環状巻線１４ｂおよび第１Ｗ相環状巻線１５ａは、軸線方向ＰにおけるＵ相ティース２２およびＶ相ティース２４の一方側に各渡り部１４ｂ_Ｆ，１５ａ_Ｆが設けられ、軸線方向ＰにおけるＷ相ティース２６の他方側に、各渡り部１４ｂ_Ｒ，１５ａ_Ｒが設けられている。
なお、ステータ１０の軸線方向Ｐに対する断面を模式的に示す図３において、例えば周方向Ｃに沿って周回した場合に、軸線方向Ｐにおける他方側から一方側に向かうようにしてＷＵ相間スロット２９に配置される各Ｕ相環状巻線１４ａ，１４ｂを「Ｕ＋」とし、軸線方向Ｐにおける一方側から他方側に向かうようにして各ＵＶ相間スロット２７，ＶＷ相間スロット２８に配置される各Ｕ相環状巻線１４ａ，１４ｂを「Ｕ−」とした。また、例えば周方向Ｃに沿って周回した場合に、軸線方向Ｐにおける一方側から他方側に向かうようにして各ＵＶ相間スロット２７，ＶＷ相間スロット２８に配置される各Ｗ相環状巻線１５ａ，１５ｂを「Ｗ＋」とし、軸線方向Ｐにおける他方側から一方側に向かうようにしてＷＵ相間スロット２９に配置される各Ｗ相環状巻線１５ａ，１５ｂを「Ｗ−」とした。

そして、各ステータリング１１，１２，１３の各ティース２２，２４、２６は、例えば互いに同等の軸方向幅および周方向幅Ｃ０を有し、周方向Ｃで隣り合う各ティース２２，２４，２６間の間隔、つまり各スロット２７，２８、２９の周方向幅は、各スロット２７，２８、２９に配置される各環状巻線１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂによる総巻線数に応じた値、例えば総巻線数に比例した値に設定されている。
ここで、第１Ｕ相環状巻線１４ａと第１Ｗ相環状巻線１５ａとは互いに同等の第１巻線数ｎ１を有するように、かつ、第２Ｕ相環状巻線１４ｂと第２Ｗ相環状巻線１５ｂとは互いに同等の第２巻線数ｎ２を有するように設定され、第１巻線数ｎ１と第２巻線数ｎ２との比（巻線数比ｎ１／ｎ２）は、後述する所定の値を有するように設定されている。
つまり、２相の第１Ｕ相環状巻線１４ａおよび第２Ｗ相環状巻線１５ｂが配置されるＵＶ相間スロット２７と、２相の第２Ｕ相環状巻線１４ｂおよび第１Ｗ相環状巻線１５ａが配置されるＶＷ相間スロット２８との各周方向幅Ｃ１は、２相の第１および第２Ｕ相環状巻線１４ａ，１４ｂと第１および第２Ｗ相環状巻線１５ａ，１５ｂとが配置されるＷＵ相間スロット２９の周方向幅Ｃ２よりも小さな値、例えば周方向幅Ｃ２の１／２の値（Ｃ２／２）に設定されている。

そして、例えば図３に示すように、電気角の１周期において、ステータ１０の各ティース２２，２４、２６による位相つまり磁性体の位相と、各巻線１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂによる位相つまり導体の位相との比は、１：１となるように設定されている。
これにより、各ティース２２，２４、２６の周方向幅Ｃ０は電気角の６０°（ｅｄｅｇ）に相当し、ＵＶ相間およびＶＷ相間スロット２７，２８の各周方向幅Ｃ１は電気角の４５°（ｅｄｅｇ）に相当し、ＷＵ相間スロット２９の周方向幅Ｃ２は電気角の９０°（ｅｄｅｇ）に相当している。
また、２相の第１Ｕ相環状巻線１４ａと第１Ｗ相環状巻線１５ａとの位相差、および、２相の第２Ｕ相環状巻線１４ｂと第２Ｗ相環状巻線１５ｂとの位相差は、それぞれ電気角の２１０°（ｅｄｅｇ）となっている。

そして、第１Ｕ相環状巻線１４ａおよび第１Ｗ相環状巻線１５ａの各第１巻線数ｎ１と、第２Ｕ相環状巻線１４ｂおよび第２Ｗ相環状巻線１５ｂの各第２巻線数ｎ２との比（巻線数比ｎ１／ｎ２）は、各スロット２７，２８，２９毎に、第１Ｕ相環状巻線１４ａによる誘起電圧と第２Ｗ相環状巻線１５ｂによる誘起電圧とを合成、あるいは、第１Ｗ相環状巻線１５ａによる誘起電圧と第２Ｕ相環状巻線１４ｂによる誘起電圧とを合成した際に、合成して得られた各誘起電圧同士の位相差が電気角の１２０°（ｅｄｅｇ）となるような値に設定されている。
これにより、互いに直列に接続された第１および第２Ｕ相環状巻線１４ａ，１４ｂと、互いに直列に接続された第１および第２Ｗ相環状巻線１５ａ，１５ｂとは、Ｖ字状に結線され、互いに１２０°の位相差の正弦波で通電されることにより、例えば漏れ磁束が無視できる場合には、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相巻線がＹ字状に結線され、互いに１２０°の位相差の正弦波で通電される３相モータのステータと同等の回転磁界を発生するようになっている。

つまり、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のモータの電圧方程式は、例えば相抵抗を無視すると、各相電圧指令値Ｖ_ｕ，Ｖ_ｖ，Ｖ_ｗと、各相電流Ｉ_ｕ，Ｉ_ｖ，Ｉ_ｗと、各相の自己インダクタンスＬと、相互インダクタンスＭと、ロータの回転角速度ωと、誘起電圧定数Ｋｅとにより、下記数式（１）に示すように記述される。
なお、下記数式（１）において、Ｌ＝−２Ｍであり、漏れ磁束を無視した。

上記数式（１）において、各相電流Ｉ_ｕ，Ｉ_ｖ，Ｉ_ｗは何れか２つの相電流により記述できるため、例えばＶ相電流Ｉ_ｖをＵ相電流Ｉ_ｕおよびＷ相電流Ｉ_ｗにより記述して消去すると、各相電圧指令値Ｖ_ｕ，Ｖ_ｖ，Ｖ_ｗによる線間電圧（例えば、Ｕ相−Ｖ相間の線間電圧Ｖ_ｕｖ（＝Ｖ_ｕ−Ｖ_ｖ）とＷ相−Ｖ相間の線間電圧Ｖ_ｗｖ（＝Ｖ_ｗ−Ｖ_ｖ））は下記数式（２）に示すように記述される。

ところで、上記数式（１）に示す３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のモータの電圧方程式において、例えばＶ相の成分を除去したモデルは、下記数式（３）に示すように記述される。

先ず、上記数式（３）に示すモデルは、Ｗ相の巻線の向きを反転させる（つまり、ロータの回転方向を反転させる）と、下記数式（４）に示すように記述される。

次に、上記数式（４）に示すモデルは、各巻線のターン数ｎを（√３）倍に変更すると、下記数式（５）に示すように記述される。

次に、上記数式（５）に示すモデルは、誘起電圧の位相の角度原点を９０度（＝π／２）だけ移動させ、Ｕ相の成分とＷ相の成分とを入れ替えると、下記数式（６）に示すように記述され、上記数式（２）と同等になる。

すなわち、例えば図４（ａ）に示すように、互いに電気角で２４０°（ｅｄｅｇ）の位相差（コイル位相差）を有する２相のＵ相巻線およびＷ相巻線がＶ字状に結線され、互いに１２０°の位相差の正弦波で通電されるステータは、例えば図４（ｂ）に示すように、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相巻線（つまり互いに電気角で１２０°（ｅｄｅｇ）の位相差を有する３相巻線）がＹ字状に結線され、互いに１２０°（ｅｄｅｇ）の位相差の正弦波で通電される３相モータのステータと同等の回転磁界を発生させることができる。

ところで、例えば図５（ａ）に示す第１参考例のように、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗを備え、各ティース４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗの周方向幅が互いに同等の値に設定されると共に、隣り合うティース間に形成された各スロット４３Ｕ，４３Ｖ，４３Ｗの周方向幅が互いに同等の値に設定される３相モータのステータ４０では、電気角の１周期において、ステータ４０の各ティース４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗによる位相つまり磁性体の位相と、３相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗによる位相つまり導体の位相との比を１：１となるように設定すると、各ティース４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗの周方向幅は電気角の６０°（ｅｄｅｇ）に相当し、各スロット４３Ｕ，４３Ｖ，４３Ｗの周方向幅は電気角の６０°（ｅｄｅｇ）に相当し、Ｕ相巻線４１ＵとＷ相巻線４１Ｗとの位相差は電気角の２４０°（ｅｄｅｇ）となる。そして、このように構成されたステータ４０を備えるモータに対しては、各相電流間の電流位相差が２π／３＝１２０°（ｅｄｅｇ）であることを前提とする通常のベクトル制御によって適切な電流制御が可能となる。

これに対して、例えば図５（ｂ）に示す第２参考例のように、Ｕ相，Ｗ相の２相巻線５１Ｕ，５１Ｗを備え、各ティース５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗの周方向幅が互いに同等の値に設定されると共に、Ｕ相巻線５１Ｕが配置されるＵＶ相間スロット５３Ｕと、Ｗ相巻線５１Ｗが配置されるＶＷ相間スロット５３Ｖとの各周方向幅が、２相のＵ相巻線５１ＵおよびＷ相巻線５１Ｗが配置されるＷＵ相間スロット５３Ｗの周方向幅の１／２の値に設定される３相モータのステータ５０では、各ティース５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗの周方向幅は電気角の６０°（ｅｄｅｇ）に相当し、ＵＶ相間およびＶＷ相間スロット５３Ｕ，５３Ｖの各周方向幅は電気角の４５°（ｅｄｅｇ）に相当し、ＷＵ相間スロット５３Ｗの周方向幅は電気角の９０°（ｅｄｅｇ）に相当し、Ｕ相巻線５１ＵとＷ相巻線５１Ｗとの位相差は電気角の２１０°（ｅｄｅｇ）となる。そして、このように構成されたステータ５０を備えるモータに対しては、各相電流間の電流位相差が２π／３＝１２０°（ｅｄｅｇ）であることを前提とする通常のベクトル制御では適切な電流制御が困難となる。

この第２参考例のステータ５０は、いわば図３に示す本実施の形態に係るステータ１０において第２Ｕ相環状巻線１４ｂおよび第２Ｗ相環状巻線１５ｂを省略した構成に相当し、本実施の形態に係るステータ１０では、第２Ｕ相環状巻線１４ｂおよび第２Ｗ相環状巻線１５ｂを備えることにより、第１Ｕ相環状巻線１４ａおよび第１Ｗ相環状巻線１５ａの各誘起電圧が、第２Ｕ相環状巻線１４ｂおよび第２Ｗ相環状巻線１５ｂの各誘起電圧と合成されることになる。
つまり、本実施の形態に係るステータ１０において、合成される各環状巻線１４ａ，１５ｂおよび１５ａ，１４ｂの各巻線数ｎ１，ｎ２と、例えば図６（ａ）に示す合成前の各誘起電圧ベクトル、つまり第１Ｕ相環状巻線１４ａの誘起電圧ベクトルＶ１（ｘ１，ｙ１）と、第１Ｗ相環状巻線１５ａの誘起電圧ベクトルＶ２（ｘ２，ｙ２）とに対して、例えば図６（ａ）に示す合成後の各誘起電圧ベクトル、つまり第１Ｕ相環状巻線１４ａと第２Ｗ相環状巻線１５ｂとの合成による誘起電圧ベクトルＶｕ（ｘ１’，ｙ１’）と、第１Ｗ相環状巻線１５ａと第２Ｕ相環状巻線１４ｂとの合成による誘起電圧ベクトルＶｗ（ｘ２’，ｙ２’）とは、例えば下記数式（７）に示すように記述される。

上記数式（７）において両辺に座標回転行列を乗じると、下記数式（８）が得られることから、例えば図６（ｂ）に示すように、任意の合成前の各誘起電圧ベクトルＶ１（ｘ１，ｙ１），Ｖ２（ｘ２，ｙ２）間の中間角度および合成後の各誘起電圧ベクトルＶｕ（ｘ１’，ｙ１’），Ｖｗ（ｘ２’，ｙ２’）間の中間角度が角度原点となる状態では、例えば各スロット２７，２８，２９毎における各巻線１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂによる総巻線数を調整するための適宜の係数ｋにより、下記数式（９）が成立する。
なお、下記数式（９）において、合成後の各誘起電圧ベクトルＶｕ（ｘ１’，ｙ１’），Ｖｗ（ｘ２’，ｙ２’）間の位相差を１２０°（ｅｄｅｇ）とし、合成前の各誘起電圧ベクトルＶ１（ｘ１，ｙ１），Ｖ２（ｘ２，ｙ２）間の位相差φ（例えば、２１０°）により、位相差α（例えば、１５０°）＝３６０°−φである。

そして、上記数式（９）から各巻線数ｎ１，ｎ２に対して、下記数式（１０）または下記数式（１１）が成立する。

例えば図３に示すように、合成前の各誘起電圧ベクトルＶ１（ｘ１，ｙ１），Ｖ２（ｘ２，ｙ２）間の位相差φ＝２１０°の場合、第１巻線数ｎ１と第２巻線数ｎ２との比（巻線数比ｎ１／ｎ２）＝２．７３であることから、この巻線数比ｎ１／ｎ２を満たすようにして、各スロット２７，２８，２９毎に各巻線１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂを配置することにより、合成して得られた各誘起電圧ベクトルＶｕ＝（Ｖ１＋Ｖ２／２．７３），Ｖｗ＝（Ｖ２＋Ｖ１／２．７３）同士の位相差が電気角の１２０°（ｅｄｅｇ）となり、各相電流間の電流位相差が２π／３＝１２０°（ｅｄｅｇ）であることを前提とする通常のベクトル制御によって適切な電流制御が可能となる。

上述したように、本実施の形態のステータ１０によれば、周方向Ｃで隣り合う各ティース２２，２４，２６間の間隔（つまり、各スロット２７，２８，２９の周方向幅Ｃ１，Ｃ１，Ｃ２）を、各スロット２７，２８，２９に配置される各環状巻線１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂの相数に応じて、不均等になるように設定することで、例えば周方向Ｃで隣り合う各ティース２２，２４，２６間の間隔を、各スロット２７，２８，２９に配置される各環状巻線１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂの相数に関わりなく同等の値に設定する場合に比べて、巻線占積率が低下してしまうことを防止することができる。
しかも、各スロット２７，２８，２９毎に、第１Ｕ相環状巻線１４ａによる誘起電圧と第２Ｗ相環状巻線１５ｂによる誘起電圧とを合成、あるいは、第１Ｗ相環状巻線１５ａによる誘起電圧と第２Ｕ相環状巻線１４ｂによる誘起電圧とを合成した際に、合成して得られる各誘起電圧同士の位相差が電気角の１２０°（ｅｄｅｇ）となるように、第１Ｕ相環状巻線１４ａおよび第１Ｗ相環状巻線１５ａの各第１巻線数ｎ１と、第２Ｕ相環状巻線１４ｂおよび第２Ｗ相環状巻線１５ｂの各第２巻線数ｎ２との比（巻線数比ｎ１／ｎ２）が設定されることから、このステータ１０を備えるモータに対して、各相電流間の電流位相差が２π／３＝１２０°（ｅｄｅｇ）であることを前提とする通常のベクトル制御を容易かつ適切に適用することができる。

以下、本発明のステータの第２の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
この第２の実施形態に係るステータ６０は、例えば図７に示すように、Ｕ相およびＶ相およびＷ相からなる３相の各相毎の複数のＵ相ステータ片６１，…，６１およびＶ相ステータ片６２，…，６２およびＷ相ステータ片６３，…，６３と、Ｕ相およびＷ相からなる２相の第１および第２Ｕ相環状巻線６４ａ，６４ｂと第１および第２Ｗ相環状巻線６５ａ，６５ｂとを備えて構成されている。

各ステータ片６１，６２，６３は、例えば、各Ｕ相ヨーク７１，Ｖ相ヨーク７２，Ｗ相ヨーク７３と、各ヨーク７１，７２，７３と同等の軸方向幅、かつ、各ヨーク７１，７２，７３よりも小さな周方向幅であって、互いに同等の周方向幅Ｃｔを有して各ヨーク７１，７２，７３から径方向Ｒに突出し、径方向Ｒに対する断面形状が略長方形とされた各Ｕ相ティース７４，Ｖ相ティース７５，Ｗ相ティース７６とを備えて構成されている。

そして、複数の各ステータ片６１，…，６１および６２，…，６２および６３，…，６３が周方向Ｃに沿って所定順序で円環状に配列された状態で、周方向Ｃで隣接する各ステータ片６１，６２同士および６２，６３同士の各ヨーク７１，７２同士および７２，７３同士の各周方向端部同士が接続されると共に、周方向Ｃで隣接する各ステータ片６１，６２同士および６２，６３同士の各ティース７４，７５同士間および７５，７６同士間に２相の第１Ｕ相環状巻線６４ａおよび第２Ｗ相環状巻線６５ｂ、あるいは、２相の第２Ｕ相環状巻線６４ｂおよび第１Ｗ相環状巻線６５ａが配置される各スロット７７，７８が形成されている。

各環状巻線６４ａ，６４ｂ，６５ａ，６５ｂは、コイルピッチが電気角で１８０°（ｅｄｅｇ）とされ、例えば軸線周りの周面内で蛇行しつつ所定の各ティース７４，７５間および７５，７６間を縫うようにして各ティース７４，７５，７６に巻装された全節波巻きの巻線であって、第１Ｕ相環状巻線６４ａと第２Ｕ相環状巻線６４ｂとは互いに直列に接続され、第１Ｗ相環状巻線６５ａと第２Ｗ相環状巻線６５ｂとは互いに直列に接続されている。
そして、第１Ｕ相環状巻線６４ａと第１Ｗ相環状巻線６５ａ同士と、第１Ｗ相環状巻線６５ａと第２Ｕ相環状巻線６４ｂ同士と、第２Ｕ相環状巻線６４ｂと第２Ｗ相環状巻線６５ｂ同士とは、順次、互いに電気角で２７０°（ｅｄｅｇ）の位相差を有するようにして周方向Ｃに沿って相対的にずれた位置に配置されている。

そして、Ｕ相ティース７４は、軸線方向Ｐにおける一方側に配置された第１Ｕ相環状巻線６４ａおよび第１Ｗ相環状巻線６５ａの各渡り部と、他方側に配置された第２Ｕ相環状巻線６４ｂおよび第２Ｗ相環状巻線６５ｂの各渡り部とによって、軸線方向Ｐの両側から挟み込まれるようにして配置されている。
また、Ｖ相ティース７５は、軸線方向Ｐにおける一方側に配置された第１および第２Ｕ相環状巻線６４ａ，６４ｂの各渡り部と、他方側に配置された第１および第２Ｗ相環状巻線６５ａ，６５ｂの各渡り部とによって、あるいは、軸線方向Ｐにおける一方側に配置された第１および第２Ｗ相環状巻線６５ａ，６５ｂの各渡り部と、他方側に配置された第１および第２Ｕ相環状巻線６４ａ，６４ｂの各渡り部とによって、軸線方向Ｐの両側から挟み込まれるようにして配置されている。
また、Ｗ相ティース７６は、軸線方向Ｐにおける一方側に配置された第２Ｕ相環状巻線６４ｂおよび第２Ｗ相環状巻線６５ｂの各渡り部と、他方側に配置された第１Ｕ相環状巻線６４ａおよび第１Ｗ相環状巻線６５ａの各渡り部とによって、軸線方向Ｐの両側から挟み込まれるようにして配置されている。

なお、ステータ６０の軸線方向Ｐに対する断面を模式的に示す図８において、例えば周方向Ｃに沿って周回した場合に、軸線方向Ｐにおける他方側から一方側に向かうようにしてＵＶ相間スロット７７に配置される各Ｕ相環状巻線６４ａ，６４ｂを「Ｕ＋」とし、軸線方向Ｐにおける一方側から他方側に向かうようにしてＶＷ相間スロット７８に配置される各Ｕ相環状巻線６４ａ，６４ｂを「Ｕ−」とした。また、例えば周方向Ｃに沿って周回した場合に、軸線方向Ｐにおける他方側から一方側に向かうようにしてＶＷ相間スロット７８に配置される各Ｗ相環状巻線６５ａ，６５ｂを「Ｗ＋」とし、軸線方向Ｐにおける一方側から他方側に向かうようにしてＵＶ相間スロット７７に配置される各Ｗ相環状巻線６５ａ，６５ｂを「Ｗ−」とした。

各ステータ片６１，６２，６３の各ティース７４，７５，７６は互いに同等の周方向幅Ｃｔを有し、周方向Ｃで隣り合う各ティース７４，７５，７６間の間隔、つまり各スロット７７，７８の周方向幅Ｃｓは互いに同等の値を有するように設定されている。
これにより、各ティース７４，７５、７６の周方向幅Ｃｔおよび各スロット７７，７８の周方向幅Ｃｓは電気角の４５°（ｅｄｅｇ）に相当している。
ここで、第１Ｕ相環状巻線６４ａと第１Ｗ相環状巻線６５ａとは互いに同等の第１巻線数ｎ１を有するように、かつ、第２Ｕ相環状巻線６４ｂと第２Ｗ相環状巻線６５ｂとは互いに同等の第２巻線数ｎ２を有するように設定され、第１巻線数ｎ１と第２巻線数ｎ２との比（巻線数比ｎ１／ｎ２）は、後述する所定の値を有するように設定されている。

そして、第１Ｕ相環状巻線６４ａおよび第１Ｗ相環状巻線６５ａの各第１巻線数ｎ１と、第２Ｕ相環状巻線６４ｂおよび第２Ｗ相環状巻線６５ｂの各第２巻線数ｎ２との比（巻線数比ｎ１／ｎ２）は、各スロット７７，７８毎に、第１Ｕ相環状巻線６４ａによる誘起電圧と第２Ｗ相環状巻線６５ｂによる誘起電圧とを合成、あるいは、第１Ｗ相環状巻線６５ａによる誘起電圧と第２Ｕ相環状巻線６４ｂによる誘起電圧とを合成した際に、合成して得られた各誘起電圧同士の位相差が電気角の１２０°（ｅｄｅｇ）となるような値に設定されている。
これにより、互いに直列に接続された第１および第２Ｕ相環状巻線６４ａ，６４ｂと、互いに直列に接続された第１および第２Ｗ相環状巻線６５ａ，６５ｂとは、Ｖ字状に結線され、互いに１２０°の位相差の正弦波で通電されることにより、例えば漏れ磁束が無視できる場合には、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相巻線がＹ字状に結線され、互いに１２０°の位相差の正弦波で通電される３相モータのステータと同等の回転磁界を発生するようになっている。

つまり、例えば図９に示すように、合成前の各誘起電圧ベクトルＶ１（ｘ１，ｙ１），Ｖ２（ｘ２，ｙ２）間の位相差φ＝２７０°の場合、第１巻線数ｎ１と第２巻線数ｎ２との比（巻線数比ｎ１／ｎ２）＝０．７８／０．２１であることから、この巻線数比ｎ１／ｎ２を満たすようにして、各スロット７７，７８毎に各巻線６４ａ，６４ｂ，６５ａ，６５ｂを配置することにより、合成して得られた各誘起電圧ベクトルＶｕ＝（０．７８Ｖ１−０．２１Ｖ２），Ｖｗ＝（０．７８Ｖ２−０．２１Ｖ１）同士の位相差が電気角の１２０°（ｅｄｅｇ）となり、各相電流間の電流位相差が２π／３＝１２０°（ｅｄｅｇ）であることを前提とする通常のベクトル制御によって適切な電流制御が可能となる。

なお、上述した実施形態においては、第１巻線数ｎ１および第２巻線数ｎ２を、所定の巻線数比ｎ１／ｎ２を満たす値に設定するとしたが、これに限定されず、例えば各整数値である第１巻線数ｎ１および第２巻線数ｎ２の比が、所定の巻線数比ｎ１／ｎ２に最も近い値となるようにして、第１巻線数ｎ１および第２巻線数ｎ２を設定してもよい。
また、所定の巻線数比ｎ１／ｎ２が、適宜の整数値の比となるようにして、各スロット２７，２８，２９の周方向幅Ｃ１，Ｃ１，Ｃ２、および、各スロット７７，７８の周方向幅Ｃｓを設定してもよい。

本発明の第１の実施形態に係るステータの斜視図である。 図１に示すステータの要部を径方向Ｒに沿って内周側から外周側に向かい見た図である。 図１に示すステータの軸線方向Ｐに対する断面を模式的に示す図である。 図４（ａ）は図１に示すステータの各環状巻線の結線状態を示す図であり、図４（ｂ）は３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のステータの各巻線の結線状態を示す図である。 図５（ａ）は本発明の第１の実施形態に対する第１参考例に係るステータの軸線方向Ｐに対する断面を模式的に示す図であり、図５（ｂ）は本発明の第１の実施形態に対する第２参考例に係るステータの軸線方向Ｐに対する断面を模式的に示す図である。 図６（ａ）〜（ｃ）は合成前の各誘起電圧ベクトルＶ１（ｘ１，ｙ１），Ｖ２（ｘ２，ｙ２）と、合成後の各誘起電圧ベクトルＶｕ（ｘ１’，ｙ１’），Ｖｗ（ｘ２’，ｙ２’）との一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るステータの要部斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係るステータの軸線方向Ｐに対する断面を模式的に示す図である。 合成前の各誘起電圧ベクトルＶ１，Ｖ２と、合成後の各誘起電圧ベクトルＶｕ，Ｖｗとの一例を示す図である。

符号の説明

１０，６０ ステータ
１４ａ，６４ａ 第１Ｕ相環状巻線（環状巻線）
１４ｂ，６４ｂ 第２Ｕ相環状巻線（環状巻線）
１５ａ，６５ａ 第１Ｗ相環状巻線（環状巻線）
１５ｂ，６５ｂ 第２Ｗ相環状巻線（環状巻線）
２２，７２ Ｕ相ティース（ティース）
２４，７４ Ｖ相ティース（ティース）
２６，７６ Ｗ相ティース（ティース）
２７，７７ ＵＶ相間スロット（スロット）
２８，７８ ＶＷ相間スロット（スロット）
２９ ＷＵ相間スロット（スロット）

Claims (5)

1. ２相の環状巻線を備える３相モータのステータであって、
   前記ステータは周方向で隣接するティース間に形成されるスロットを備え、
   各前記スロット毎に前記２相の環状巻線が互いに異なる巻線数を有するように装着されてなることを特徴とするステータ。
2. ２相の環状巻線を備える３相モータのステータであって、
   前記ステータは周方向で隣接するティース間に形成されるスロットを備え、
   周方向で隣接する前記スロット毎に前記２相の環状巻線の巻線数比が異なることを特徴とするステータ。
3. 前記２相の環状巻線は短節巻きであり、周方向で隣接する前記ティースの周方向間隔が不均等になるように設定されてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のステータ。
4. 前記スロット毎に配置される前記２相の環状巻線の巻線数比は、各相の電気角位相差が略同等となるように設定されてなることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかひとつに記載のステータ。
5. 前記２相の環状巻線は全節巻きであり、前記スロット毎に配置される前記２相の環状巻線の巻線数比は、各相の電気角位相差が略１２０°となるように設定されてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のステータ。
   
   

Images