JP2008005563A - 同期電動機およびそれを用いた同期電動機システム - Google Patents

Abstract

【課題】電機子コイルを収容するスロットの深さを、回転子の円周方向に沿って必要なスロットだけ浅くする。
【解決手段】同期電動機（１０）は、固定子（２０）の電機子コイル（２２）を収容する多数のスロット（２１）が回転子（３０）の周囲に放射状に配置される。スロット（２１）のうち複数のスロット（２１Ａ）の深さを残りのスロット（２１Ｂ）の深さに比べて浅く形成する。複数のスロット（２１Ａ）に巻かれた電機子コイル（２２Ａ）の各スロット当たりの断面積と、残りのスロット（２１Ｂ）に巻かれた電機子コイル（２２Ｂ）の各スロット当たりの断面積との差に応じて電機子電流を流す。
【選択図】図１

Description

この発明は、固定子の電機子コイルを収容する多数のスロットが回転子の周囲に放射状に配置された同期電動機、およびその同期電動機を用いた同期電動機システムに関するものである。

一般に、この種の同期電動機では、すべてのスロットが実質的に同一深さに形成され、電機子コイルが回転子の周囲に実質的に一様に巻かれている。

そのため、 固定子の外形は、すべてのスロットを内包する円筒領域を少なくとも内包することが必要であることから、四角形などの多角形またはその他任意の形状であっても、固定子の外形形状の中心は回転子の中心に一致しているのが通例である。

固定子の外形形状の中心と回転子の中心とが一致するという事情は、スロットの深さが一様でない同期電動機（例えば、特許文献１参照）であっても同様である。
特開平４−３４０３３８号公報

しかしながら、同期電動機を搭載する各種マシンの中には、回転子の中心を所定の設置場所に位置決めしたとき、固定子の外形形状の一部を配置するスペースを確保することができない場合や、または、固定子の外形形状の一部が削減できることが好ましい場合がある。

例えば、ディスクソーマシン用のダイレクトドライブモータなどでは、固定子の外形形状を、回転子の円周方向に沿って一箇所だけ削減した形状にすることができれば、その削減した箇所をワークに対する加工箇所とすることで、ワークを回転子（したがってディスクソー）にできるだけ接近させて加工することが可能になる。

ところで、ワークと回転子（ディスクソー）との距離を接近させるだけなら、固定子の外形形状全体がその距離に相応する細身のモータを用いればよいことになる。

しかし、そうすると、モータのトルクが極端に小さくなることが避けられない。それでもトルクを大きくするためには、モータの軸方向の長さを長くすることで対応することになるが、相当に長くしなければならないため、現実的には使い物にならない。

このような場合に、固定子の外形形状を、回転子の円周方向に沿って必要な箇所だけ削減した形状にできれば都合がよい。

しかし、この場合、固定子の外形形状の削減箇所は、電機子コイルを収容するスロットの深さを浅くしなければならないから、収容される電機子コイルのスロット当たりの断面積が減少してしまう。

このとき、削減箇所における電機子コイルに流す電流と、非削減箇所における電機子コイルに流す電流とはもちろん違うから、その電流を制御しなければならないが、従来の同期電動機にはそのような要請に応えるものはなく、結局、電機子コイルを収容するスロットの深さを、回転子の円周方向に沿って必要なスロットだけ浅くすることはできないという問題があった。

この発明の課題は、上記従来のもののもつ問題点を排除して、電機子コイルを収容するスロットの深さを、回転子の円周方向に沿って必要なスロットだけ浅くすることのできる同期電動機、およびその同期電動機を用いた同期電動機システムを提供することにある。

この発明は上記課題を解決するものであって、請求項１に係る発明は、固定子の電機子コイルを収容する多数のスロットが回転子の周囲に放射状に配置された同期電動機において、前記スロットのうち複数のスロットの深さを残りのスロットの深さに比べて浅く形成し、前記複数のスロットに巻かれた電機子コイルの各スロット当たりの断面積と、前記残りのスロットに巻かれた電機子コイルの各スロット当たりの断面積との差に応じて電機子電流を流す同期電動機である。

請求項２に係る発明は、請求項１記載の発明において、前記複数のスロットは、前記回転子の円周方向に沿って一箇所に連続して配置されている同期電動機である。

請求項３に係る発明は、請求項１記載の発明において、前記複数のスロットは、前記回転子の円周方向に沿って少なくとも二箇所に分かれて配置されている同期電動機である。

請求項４に係る発明は、請求項１または請求項２記載の発明において、前記複数のスロットのうち前記残りのスロットと隣り合う部分のスロットの深さに比べてそれ以外の部分のスロットの深さをさらに浅く形成し、前記それ以外の部分のスロットに巻かれた電機子コイルの各スロット当たりの断面積と、前記隣り合う部分のスロットに巻かれた電機子コイルの各スロット当たりの断面積と、前記残りのスロットに巻かれた電機子コイルの各スロット当たりの断面積との差に応じて電機子電流を流す同期電動機である。

請求項５に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記固定子の前記複数のスロットを形成した箇所の外形を前記回転子の中心に向けて薄肉に構成した同期電動機である。

請求項６に係る発明は、請求項４記載の発明において、前記固定子の前記隣り合う部分のスロットを形成した箇所の外形を前記回転子の中心に向けて薄肉に構成し、また、前記それ以外の部分のスロットを形成した箇所の外形を前記回転子の中心に向けてさらに薄肉に構成した同期電動機である。

請求項７に係る発明は、固定子の電機子コイルを収容する多数のスロットが回転子の周囲に放射状に配置された同期電動機において、前記スロットのうち複数のスロットの深さを残りのスロットの深さに比べて浅く形成し、また、前記複数のスロットのうち前記残りのスロットと隣り合う部分のスロットの深さに比べてそれ以外の部分のスロットの深さをさらに浅く形成し、前記固定子の前記隣り合う部分のスロットを形成した箇所の外形を前記回転子の中心に向けて薄肉に構成し、また、前記それ以外の部分のスロットを形成した箇所の外形を前記回転子の中心に向けてさらに薄肉に構成した同期電動機である。

請求項８に係る発明は、固定子の電機子コイルを収容する多数のスロットが回転子の周囲に放射状に配置された同期電動機と、前記同期電動機の電機子コイルに電機子電流を流すサーボアンプとを備えた同期電動機システムであって、前記同期電動機の前記固定子は、前記スロットのうち複数のスロットの深さを残りのスロットの深さに比べて浅く形成して、当該複数のスロットを形成した箇所の外形を前記回転子の中心に向けて薄肉に構成し、前記サーボアンプは、メインアンプとサブアンプとを備え、前記複数のスロットに巻かれた電機子コイルの総断面積と、前記残りのスロットに巻かれた電機子コイルの総断面積との差に応じて、前記サブアンプが前記複数のスロットに巻かれた電機子コイルに電機子電流を流すとともに、前記メインアンプが前記残りのスロットに巻かれた電機子コイルに電機子電流を流す同期電動機システムである。

請求項９に係る発明は、固定子の電機子コイルを収容する多数のスロットが回転子の周囲に放射状に配置された同期電動機と、前記同期電動機の電機子コイルに電機子電流を流すサーボアンプとを備えた同期電動機システムであって、前記同期電動機の前記固定子は、前記スロットのうち複数のスロットの深さを残りのスロットの深さに比べて浅く形成し、また、前記複数のスロットのうち前記残りのスロットと隣り合う部分のスロットの深さに比べてそれ以外の部分のスロットの深さをさらに浅く形成して、当該隣り合う部分のスロットを形成した箇所の外形を前記回転子の中心に向けて薄肉に構成し、また、当該それ以外の部分のスロットを形成した箇所の外形を前記回転子の中心に向けてさらに薄肉に構成し、前記サーボアンプは、メインアンプと第１サブアンプおよび第２サブアンプとを備え、前記それ以外の部分のスロットに巻かれた電機子コイルの総断面積と、前記隣り合う部分のスロットに巻かれた電機子コイルの総断面積と、前記残りのスロットに巻かれた電機子コイルの総断面積との差に応じて、前記第１サブアンプが前記それ以外の部分のスロットに巻かれた電機子コイルに電機子電流を流し、前記第２サブアンプが前記隣り合う部分のスロットに巻かれた電機子コイルに電機子電流を流すとともに、前記メインアンプが前記残りのスロットに巻かれた電機子コイルに電機子電流を流す同期電動機システムである。

この発明は以上のように、固定子の電機子コイルを収容する多数のスロットが回転子の周囲に放射状に配置された同期電動機において、前記スロットのうち複数のスロットの深さを残りのスロットの深さに比べて浅く形成し、前記複数のスロットに巻かれた電機子コイルの各スロット当たりの断面積と、前記残りのスロットに巻かれた電機子コイルの各スロット当たりの断面積との差に応じて電機子電流を流すように構成したので、 電機子コイルを収容するスロットの深さを、回転子の円周方向に沿って必要なスロットだけ浅くすることができ、それにより、固定子の外形形状を、回転子の円周方向に沿って必要な箇所だけ削減した形状にすることができる効果がある。

この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

図１は、この発明による同期電動機の第１の実施形態を示す概略図断面図であり、この同期電動機１０は、固定子２０と回転子３０とを備え、固定子２０の外形形状の中心が回転子３０の中心から偏心して構成されたものである。

この同期電動機１０の固定子２０は、多数（図１では３６個）のスロット２１が回転子３０の周囲に放射状に配置され、各スロット２１には電機子コイル２２（図１では一部のみ図示する）が収容されている。

また、同期電動機１０の回転子３０は、外周に複数（図１では８個）の永久磁石３１が固着されている。

固定子２０のスロット２１のうち、複数（図１では９個）のスロット２１Ａの深さを、残り（図１では２７個）のスロット２１Ｂの深さに比べて浅く形成してある。

しかも、浅いスロット２１Ａは、回転子３０の円周方向に沿って一箇所に連続して配置されている。すなわち、図１では９個の浅いスロット２１Ａが連続して配置され、残りの２７個の深いスロット２１Ｂも連続して配置されている。

また、浅いスロット２１Ａを形成した箇所の固定子２０の外形を、回転子３０の中心に向けて薄肉に構成してある。これにより、この同期電動機１０は、固定子２０の外形形状の中心が回転子３０の中心から偏心している。

そのため、この同期電動機１０は、すべて（図１では３６個）のスロット２１を深いスロット２１Ｂとして形成した場合に比べて、浅いスロット２１Ａ部分の固定子２０の外形を削ぎ落として薄肉部を構成してあるから、例えば、同期電動機１０の設置環境が固定子２０のこのような薄肉部を必要とする場合に適用して好適である。

そして、この同期電動機１０は、浅いスロット２１Ａに巻かれた電機子コイル２２Ａの各スロット当たりの断面積と、深いスロット２１Ｂに巻かれた電機子コイル２２Ｂの各スロット当たりの断面積との差に応じて、電機子電流を流すように構成されている。

すなわち、この同期電動機１０の場合、浅いスロット２１Ａの１個当たりの断面積ＳＡと、深いスロット２１Ｂの１個当たりの断面積ＳＢとは、当然異なる。例えば、浅いスロット２１Ａの深さを深いスロット２１Ｂの深さに比べて約１／２とすれば、断面積ＳＡは断面積ＳＢの実質的に１／２となる。

そのため、このような同期電動機１０では、浅いスロット２１Ａに巻かれた電機子コイル２２Ａの各スロット当たりの断面積ＬＡは、深いスロット２１Ｂに巻かれた電機子コイル２２Ｂの各スロット当たりの断面積ＬＢの実質的に１／２となる。

逆にいえば、浅いスロット２１Ａに巻かれた電機子コイル２２Ａの各スロット当たりの断面積ＬＡに比べて、深いスロット２１Ｂに巻かれた電機子コイル２２Ｂの各スロット当たりの断面積ＬＢは、実質的に２倍となる。

このことは、各スロット当たりの電機子コイル２２Ａの巻線回数と電機子コイル２２Ｂの巻線回数とを同一とすれば、電機子コイル２２Ａの巻線の太さに比べて、電機子コイル２２Ｂの巻線の太さを、実質的に２倍にできることを意味する。

これは、電機子コイル２２Ｂの巻線に、文字通り、電機子コイル２２Ａの巻線の太さに比べて実質的に２倍の太さの巻線を用いることで実現できるほか、電機子コイル２２Ａの巻線と同じ太さの２本の巻線を電気回路的に並列に用いることでも実現可能である。

これにより、浅いスロット２１Ａの各スロット当たりの電機子コイル２２Ａに流す電機子電流に比べて、深いスロット２１Ｂの各スロット当たりの電機子コイル２２Ｂには実質的に２倍の電機子電流を流せることになり、その結果、浅いスロット２１Ａの各スロット当たりの電機子コイル２２Ａが発生に寄与する連続トルクに比べて、深いスロット２１Ｂの各スロット当たりの電機子コイル２２Ｂが発生に寄与する連続トルクは実質的に２倍になる。

一般に、同期電動機が発生する連続トルクは、すべてのスロットに巻かれた電機子コイルに流す電機子電流の総和で決まる。

これを図１に示す同期電動機１０に当てはめると、全３６個のスロット２１のうち、９個のスロット２１Ａに巻かれた電機子コイル２２Ａの各スロット当たりの電機子電流に比べて、２７個のスロット２１Ｂに巻かれた電機子コイル２２Ｂの各スロット当たりの電機子電流は実質的に２倍流せる。また、スロット２１Ａの個数に比べて、スロット２１Ｂの個数は３倍ある。

したがって、すべての電機子コイル２２Ａに流す電機子電流の合計に比べて、すべての電機子コイル２２Ｂには合計で実質的に６倍の電機子電流を流せる。そのため、すべての電機子コイル２２Ａに流す電機子電流の合計を基準とした場合に、同期電動機１０全体では、その基準の実質的に７倍に相当する電機子電流を総和として流せることになる。

一方、例えば、全３６個のスロット２１をすべて浅いスロット２１Ａとして形成した場合は、同期電動機１０全体では、その基準の実質的に４倍に相当する電機子電流を総和として流せるだけである。

その結果、図１に示す同期電動機１０は、すべてのスロット２１を浅いスロット２１Ａとして形成した場合に比べて、実質的に７／４倍の連続トルクを発生することが可能であるから、上記した固定子２０に対する薄肉部の要求と、その薄肉部が全体を構成する場合に比べて２倍近い連続トルクの発生とを、両立させることができるものである。

図２は、この発明による同期電動機システムの第１の実施形態を示す概略図説明図であり、この同期電動機システム１は、図１に示す同期電動機１０を用いたシステムであって、同期電動機１０と、同期電動機１０の電機子コイル２２に電機子電流を流すサーボアンプ５０とを備えて構成されたものである。

同期電動機１０は、図１に示す同期電動機１０と同様のものであるが、ここでは説明を容易にするため、固定子２０のスロット２１を全部で４個とし、そのうち１個が浅いスロット２１Ａで、残りの３個が深いスロット２１Ｂとしてある。また、これに合わせて、回転子３０の永久磁石３１の個数を４個としてある。

そして、図１に示す同期電動機１０と同様に、浅いスロット２１Ａ部分の固定子２０の外形を、回転子３０の中心に向けて薄肉に構成することで、固定子２０の外形形状の中心が回転子３０の中心から偏心した構成となっている。

浅いスロット２１Ａの深さ・断面積は、深いスロット２１Ｂの深さ・断面積の実質的に１／２であり、そのため、浅いスロット２１Ａに巻かれた電機子コイル２２Ａ（一部のみ図示する）の１スロット当たりの断面積ＬＡに比べて、深いスロット２１Ｂに巻かれた電機子コイル２２Ｂ（一部のみ図示する）の各スロット当たりの断面積ＬＢは、実質的に２倍である。

そこで、浅いスロット２１Ａに巻いた電機子コイル２２Ａの巻線の太さに比べて実質的に２倍の太さの巻線を用いて、深いスロット２１Ｂに各スロット当たり電機子コイル２２Ａの巻線回数と同一回数だけ巻くことで電機子コイル２２Ｂを構成してある。

サーボアンプ５０は、メインアンプ６０と、サブアンプ７０とを備えている。そして、浅いスロット２１Ａに巻かれた電機子コイル２２Ａ（ｕ_１，ｖ_１，ｗ_１）の総断面積と、深いスロット２１Ｂに巻かれた電機子コイル２２Ｂ（ｕ_２，ｖ_２，ｗ_２；ｕ_３，ｖ_３，ｗ_３；ｕ_４，ｖ_４，ｗ_４）の総断面積との差に応じて、サブアンプ７０が電機子コイル２２Ａに電機子電流を流すとともに、メインアンプ６０が電機子コイル２２Ｂに電機子電流を流すように構成されている。

すなわち、浅いスロット２１Ａに巻かれた電機子コイル２２Ａ（ｕ_１，ｖ_１，ｗ_１）の総断面積を基準とすると、深いスロット２１Ｂに巻かれた電機子コイル２２Ｂ（ｕ_２，ｖ_２，ｗ_２；ｕ_３，ｖ_３，ｗ_３；ｕ_４，ｖ_４，ｗ_４）の総断面積は、各スロット当たり２倍で、かつ、スロットの個数が３倍であるから、合計で６倍となる。

そのため、サブアンプ７０が電機子コイル２２Ａに電機子電流を流すとき、メインアンプ６０は、電機子コイル２２Ａに流す電機子電流の６倍の電機子電流を電機子コイル２２Ｂに流すことが必要である。

これは、サーボアンプ５０が、例えば、メインアンプ６０に対するトルク指令を基準値として、サブアンプ７０に対するトルク指令を基準値の１／６とすることで、実現することが可能である。

これにより、例えば、全４個すべてのスロット２１を浅いスロット２１Ａとして形成した場合に比べて、実質的に７／４倍の連続トルクを発生することが可能である。

その結果、図２に示す同期電動機システム１は、固定子２０に対する薄肉部の要求と、その薄肉部が全体を構成する場合に比べて２倍近い連続トルクの発生との両立を、具体的に実現することが可能である。

図３は、この発明による同期電動機の第２の実施形態を示す概略図断面図であり、この同期電動機１１０は、固定子１２０と回転子１３０とを備え、固定子１２０の外形形状が扁平に構成されたものである。

この同期電動機１１０の固定子１２０は、多数（図３では３６個）のスロット１２１が回転子１３０の周囲に放射状に配置され、各スロット１２１には電機子コイル１２２（図３では一部のみ図示する）が収容されている。

また、同期電動機１１０の回転子１３０は、外周に複数（図３では８個）の永久磁石１３１が固着されている。

固定子１２０のスロット１２１のうち、複数（図３では１８個）のスロット１２１Ａの深さを、残り（図３では１８個）のスロット１２１Ｂの深さに比べて浅く形成してある。

しかも、浅いスロット１２１Ａは、回転子１３０の円周方向に沿って二箇所に分かれて配置されている。すなわち、図３では浅いスロット１２１Ａが９個ずつに分かれ、互いに向かい合ってそれぞれ連続して配置され、また、残りのスロット１２１Ｂも９個ずつに分かれ、互いに向かい合ってそれぞれ連続して配置されている。

また、浅いスロット１２１Ａを形成した箇所の固定子１２０の外形を、回転子１３０の中心に向けて薄肉に構成してある。これにより、この同期電動機１１０は、固定子１２０の外形形状が扁平に構成されている。

そのため、この同期電動機１１０は、すべて（図３では３６個）のスロット１２１を深いスロット１２１Ｂとして形成した場合に比べて、浅いスロット１２１Ａ部分の固定子１２０の外形を削ぎ落として互いに向かい合った薄肉部を構成してあるから、例えば、同期電動機１１０の設置環境が固定子１２０のこのような薄肉部を必要とする場合に適用して好適である。

そして、この同期電動機１１０は、浅いスロット１２１Ａに巻かれた電機子コイル１２２Ａの各スロット当たりの断面積と、深いスロット１２１Ｂに巻かれた電機子コイル１２２Ｂの各スロット当たりの断面積との差に応じて、電機子電流を流すように構成されている。

すなわち、この同期電動機１１０の場合、浅いスロット１２１Ａの１個当たりの断面積ＳＡと、深いスロット１２１Ｂの１個当たりの断面積ＳＢとは、当然異なる。例えば、浅いスロット１２１Ａの深さを深いスロット１２１Ｂの深さに比べて約１／２とすれば、断面積ＳＡは断面積ＳＢの実質的に１／２となる。

そのため、このような同期電動機１１０では、浅いスロット１２１Ａに巻かれた電機子コイル１２２Ａの各スロット当たりの断面積ＬＡは、深いスロット１２１Ｂに巻かれた電機子コイル１２２Ｂの各スロット当たりの断面積ＬＢの実質的に１／２となる。

逆にいえば、浅いスロット１２１Ａに巻かれた電機子コイル１２２Ａの各スロット当たりの断面積ＬＡに比べて、深いスロット１２１Ｂに巻かれた電機子コイル１２２Ｂの各スロット当たりの断面積ＬＢは、実質的に２倍となる。

このことは、各スロット当たりの電機子コイル１２２Ａの巻線回数と電機子コイル１２２Ｂの巻線回数とを同一とすれば、電機子コイル１２２Ａの巻線の太さに比べて、電機子コイル１２２Ｂの巻線の太さを、実質的に２倍にできることを意味する。

これは、電機子コイル１２２Ｂの巻線に、文字通り、電機子コイル１２２Ａの巻線の太さに比べて実質的に２倍の太さの巻線を用いることで実現できるほか、電機子コイル１２２Ａの巻線と同じ太さの２本の巻線を電気回路的に並列に用いることでも実現可能である。

これにより、浅いスロット１２１Ａの各スロット当たりの電機子コイル１２２Ａに流す電機子電流に比べて、深いスロット１２１Ｂの各スロット当たりの電機子コイル１２２Ｂには実質的に２倍の電機子電流を流せることになり、その結果、浅いスロット１２１Ａの各スロット当たりの電機子コイル１２２Ａが発生に寄与する連続トルクに比べて、深いスロット１２１Ｂの各スロット当たりの電機子コイル１２２Ｂが発生に寄与する連続トルクは実質的に２倍になる。

一般に、同期電動機が発生する連続トルクは、すべてのスロットに巻かれた電機子コイルに流す電機子電流の総和で決まる。

これを図３に示す同期電動機１１０に当てはめると、全３６個のスロット１２１のうち、１８個のスロット１２１Ａに巻かれた電機子コイル１２２Ａの各スロット当たりの電機子電流に比べて、残りの１８個のスロット１２１Ｂに巻かれた電機子コイル１２２Ｂの各スロット当たりの電機子電流は実質的に２倍流せる。また、スロット１２１Ａの個数と、スロット１２１Ｂの個数とは同数である。

したがって、すべての電機子コイル１２２Ａに流す電機子電流の合計に比べて、すべての電機子コイル１２２Ｂには合計で実質的に２倍の電機子電流を流せる。そのため、すべての電機子コイル１２２Ａに流す電機子電流の合計を基準とした場合に、同期電動機１１０全体では、その基準の実質的に３倍に相当する電機子電流を総和として流せることになる。

一方、例えば、全３６個のスロット１２１をすべて浅いスロット１２１Ａとして形成した場合は、同期電動機１１０全体では、その基準の実質的に２倍に相当する電機子電流を総和として流せるだけである。

その結果、図３に示す同期電動機１１０は、すべてのスロット１２１を浅いスロット１２１Ａとして形成した場合に比べて、実質的に３／２倍の連続トルクを発生することが可能であるから、上記した固定子１２０に対する薄肉部の要求と、その薄肉部が全体を構成する場合に比べて約１．５倍の連続トルクの発生とを、両立させることができるものである。

図４は、この発明による同期電動機システムの第２の実施形態を示す概略図説明図であり、この同期電動機システム１０１は、図３に示す同期電動機１１０を用いたシステムであって、同期電動機１１０と、同期電動機１１０の電機子コイル１２２に電機子電流を流すサーボアンプ１５０とを備えて構成されたものである。

同期電動機１１０は、図３に示す同期電動機１１０と同様のものであるが、ここでは説明を容易にするため、固定子１２０のスロット１２１を全部で４個とし、そのうち２個が浅いスロット１２１Ａで、残りの２個が深いスロット１２１Ｂとしてある。また、これに合わせて、回転子１３０の永久磁石１３１の個数を４個としてある。

そして、図３に示す同期電動機１１０と同様に、浅いスロット１２１Ａ部分の固定子１２０の外形を、回転子１３０の中心に向けて薄肉に構成することで、固定子１２０の外形形状が扁平に構成されている。

浅いスロット１２１Ａの深さ・断面積は、深いスロット１２１Ｂの深さ・断面積の実質的に１／２であり、そのため、浅いスロット１２１Ａに巻かれた電機子コイル１２２Ａ（一部のみ図示する）の各スロット当たりの断面積ＬＡに比べて、深いスロット１２１Ｂに巻かれた電機子コイル１２２Ｂ（一部のみ図示する）の各スロット当たりの断面積ＬＢは、実質的に２倍である。

そこで、浅いスロット１２１Ａに巻いた電機子コイル１２２Ａの巻線の太さに比べて実質的に２倍の太さの巻線を用いて、深いスロット１２１Ｂに各スロット当たり電機子コイル１２２Ａの巻線回数と同一回数だけ巻くことで電機子コイル１２２Ｂを構成してある。

サーボアンプ１５０は、メインアンプ１６０と、サブアンプ１７０とを備えている。そして、浅いスロット１２１Ａに巻かれた電機子コイル１２２Ａ（ｕ_１，ｖ_１，ｗ_１；ｕ_３，ｖ_３，ｗ_３）の総断面積と、深いスロット１２１Ｂに巻かれた電機子コイル１２２Ｂ（ｕ_２，ｖ_２，ｗ_２；ｕ_４，ｖ_４，ｗ_４）の総断面積との差に応じて、サブアンプ１７０が電機子コイル１２２Ａに電機子電流を流すとともに、メインアンプ１６０が電機子コイル１２２Ｂに電機子電流を流すように構成されている。

すなわち、浅いスロット１２１Ａに巻かれた電機子コイル１２２Ａ（ｕ_１，ｖ_１，ｗ_１；ｕ_３，ｖ_３，ｗ_３）の総断面積を基準とすると、深いスロット１２１Ｂに巻かれた電機子コイル１２２Ｂ（ｕ_２，ｖ_２，ｗ_２；ｕ_４，ｖ_４，ｗ_４）の総断面積は、各スロット当たり２倍で、かつ、スロットの個数が同数であるから、合計で２倍となる。

そのため、サブアンプ１７０が電機子コイル１２２Ａに電機子電流を流すとき、メインアンプ１６０は、電機子コイル１２２Ａに流す電機子電流の２倍の電機子電流を電機子コイル１２２Ｂに流すことが必要である。

これは、サーボアンプ１５０が、例えば、メインアンプ１６０に対するトルク指令を基準値として、サブアンプ１７０に対するトルク指令を基準値の１／２とすることで、実現することが可能である。

これにより、例えば、全４個すべてのスロット１２１を浅いスロット１２１Ａとして形成した場合に比べて、実質的に３／２倍の連続トルクを発生することが可能である。

その結果、図４に示す同期電動機システム１０１は、固定子１２０に対する薄肉部の要求と、その薄肉部が全体を構成する場合に比べて約１．５倍の連続トルクの発生との両立を、具体的に実現することが可能である。

図５は、この発明による同期電動機の第３の実施形態を示す概略図断面図であり、この同期電動機２１０は、固定子２２０と回転子２３０とを備え、固定子２２０の外形形状が特異な形状に構成されたものである。

この同期電動機２１０の固定子２２０は、多数（図５では３６個）のスロット２２１が回転子２３０の周囲に放射状に配置され、各スロット２２１には電機子コイル２２２（図５では一部のみ図示する）が収容されている。

また、同期電動機２１０の回転子２３０は、外周に複数（図５では８個）の永久磁石２３１が固着されている。

固定子２２０のスロット２２１のうち、複数（図５では１８個）のスロット２２１Ａの深さを、残り（図５では１８個）のスロット２２１Ｂの深さに比べて浅く形成してある。

また、複数のスロット２２１Ａのうち、残りのスロット２２１Ｂと隣り合う部分のスロット２２１Ａｂ（図５では９個）の深さに比べて、それ以外の部分のスロット２２１Ａａ（図５では９個）の深さをさらに浅く形成してある。

しかも、最も浅いスロット２２１Ａａ（図５では９個）は、回転子３０の円周方向に沿って一箇所に連続して配置されている。また、やや浅いスロット２２１Ａｂ（図５では９個）は、最も浅いスロット２２１Ａａの両側に６個と３個に分けて配置されている。そして、残りの１８個の深いスロット２２１Ｂも連続して配置されている。

また、やや浅いスロット２２１Ａｂを形成した箇所の固定子２２０の外形を、回転子２３０の中心に向けて薄肉に構成してある。そして、最も浅いスロット２２１Ａａを形成した箇所の固定子２２０の外形を、回転子２３０の中心に向けてさらに薄肉に構成してある。

これにより、この同期電動機２１０は、固定子２２０の外形が特異形状に構成され、その特異形状の固定子２２０に収まるように、最も浅いスロット２２１Ａａ、やや浅いスロット２２１Ａｂ、および深いスロット２２１Ｂを配置してある。

そのため、この同期電動機２１０は、すべて（図５では３６個）のスロット２２１を深いスロット２２１Ｂとして形成した場合に比べて、やや浅いスロット２２１Ａｂ部分の固定子２２０の外形を削ぎ落として薄肉部を構成し、また、最も浅いスロット２２１Ａａ部分の固定子２２０の外形をさらに削ぎ落としてさらに薄肉部を構成してあるから、例えば、同期電動機２１０の設置環境が固定子２２０のこのような薄肉部を必要とする場合に適用して好適である。

そして、この同期電動機２１０は、最も浅いスロット２２１Ａａに巻かれた電機子コイル２２２Ａａの各スロット当たりの断面積と、やや浅いスロット２２１Ａｂに巻かれた電機子コイル２２２Ａｂの各スロット当たりの断面積と、深いスロット２２１Ｂに巻かれた電機子コイル２２２Ｂの各スロット当たりの断面積との差に応じて、電機子電流を流すように構成されている。

すなわち、この同期電動機２１０の場合、最も浅いスロット２２１Ａａの１個当たりの断面積ＳＡａと、やや浅いスロット２２１Ａｂの１個当たりの断面積ＳＡｂと、深いスロット２２１Ｂの１個当たりの断面積ＳＢとは、当然異なる。例えば、最も浅いスロット２２１Ａａの深さと、やや浅いスロット２２１Ａｂの深さと、深いスロット２２１Ｂの深さとの比を３：４：７とすれば、断面積ＳＡａ、ＳＡｂ、ＳＢの比は実質的に３：４：７となる。

そのため、このような同期電動機２１０では、最も浅いスロット２２１Ａａに巻かれた電機子コイル２２２Ａａの各スロット当たりの断面積ＬＡａと、やや浅いスロット２２１Ａｂに巻かれた電機子コイル２２２Ａｂの各スロット当たりの断面積ＬＡｂと、深いスロット２２１Ｂに巻かれた電機子コイル２２２Ｂの各スロット当たりの断面積ＬＢとの比は、実質的に３：４：７となる。

これを要するに、最も浅いスロット２２１Ａａに巻かれた電機子コイル２２２Ａａの各スロット当たりの断面積ＬＡａと、やや浅いスロット２２１Ａｂに巻かれた電機子コイル２２２Ａｂの各スロット当たりの断面積ＬＡｂとは大差なく、一方、深いスロット２２１Ｂに巻かれた電機子コイル２２２Ｂの各スロット当たりの断面積ＬＢは、ＬＡａ，ＬＡｂのおよそ２倍となる。

このことは、各スロット当たりの電機子コイル２２２Ａａ，２２２Ａｂの巻線回数と電機子コイル２２２Ｂの巻線回数とを同一とすれば、電機子コイル２２２Ａａ，２２２Ａｂの巻線の太さに比べて、電機子コイル２２２Ｂの巻線の太さを、およそ２倍にできることを意味する。

これは、電機子コイル２２２Ｂの巻線に、文字通り、電機子コイル２２２Ａａ，２２２Ａｂの巻線の太さに比べて実質的に２倍の太さの巻線を用いることで実現できるほか、電機子コイル２２２Ａａ，２２２Ａｂの巻線と同じ太さの２本の巻線を電気回路的に並列に用いることでも実現可能である。

これにより、各スロット当たりの電機子コイル２２２Ａａ，２２２Ａｂに流す電機子電流に比べて、各スロット当たりの電機子コイル２２２Ｂにはおよそ２倍の電機子電流を流せることになり、その結果、各スロット当たりの電機子コイル２２２Ａａ，２２２Ａｂが発生に寄与する連続トルクに比べて、各スロット当たりの電機子コイル２２２Ｂが発生に寄与する連続トルクはおよそ２倍になる。

一般に、同期電動機が発生する連続トルクは、すべてのスロットに巻かれた電機子コイルに流す電機子電流の総和で決まる。

これを図５に示す同期電動機２１０に当てはめると、全３６個のスロット２２１のうち、９個のスロット２２１Ａａに巻かれた電機子コイル２２２Ａａの各スロット当たりの電機子電流、および、９個のスロット２２１Ａｂに巻かれた電機子コイル２２２Ａｂの各スロット当たりの電機子電流に比べて、１８個のスロット２２１Ｂに巻かれた電機子コイル２２２Ｂの各スロット当たりの電機子電流はおよそ２倍流せる。また、スロット２２１Ａａの個数とスロット２２１Ａｂの個数を合わせると、スロット２２１Ｂの個数と同数である。

したがって、すべての電機子コイル２２２Ａａ，２２２Ａｂに流す電機子電流の合計に比べて、すべての電機子コイル２２２Ｂには合計でおよそ２倍の電機子電流を流せる。そのため、すべての電機子コイル２２２Ａａ，２２２Ａｂに流す電機子電流の合計を基準とした場合に、同期電動機２１０全体では、その基準のおよそ３倍に相当する電機子電流を総和として流せることになる。

一方、例えば、全３６個のスロット２２１のすべてを、最も浅いスロット２２１Ａａおよびやや浅いスロット２２１Ａｂとして形成した場合は、同期電動機２１０全体では、その基準の実質的に２倍に相当する電機子電流を総和として流せるだけである。

その結果、図５に示す同期電動機２１０は、すべてのスロット２２１を最も浅いスロット２２１Ａａおよびやや浅いスロット２２１Ａｂとして形成した場合に比べて、およそ３／２倍の連続トルクを発生することが可能であるから、上記した固定子２２０に対する薄肉部の要求と、その薄肉部が全体を構成する場合に比べておよそ１．５倍の連続トルクの発生とを、両立させることができるものである。

図６は、この発明による同期電動機システムの第３の実施形態を示す概略図説明図であり、この同期電動機システム２０１は、図５に示す同期電動機２１０を用いたシステムであって、同期電動機２１０と、同期電動機２１０の電機子コイル２２２に電機子電流を流すサーボアンプ２５０とを備えて構成されたものである。

同期電動機２１０は、図５に示す同期電動機２１０と同様のものであるが、ここでは説明を容易にするため、固定子２２０のスロット２２１を全部で４個とし、そのうち１個が最も浅いスロット２２１Ａａ、別の１個（便宜上まとめた）がやや浅いスロット２２１Ａｂで、残りの２個が深いスロット２２１Ｂとしてある。また、これに合わせて、回転子２３０の永久磁石２３１の個数を４個としてある。

そして、図５に示す同期電動機２１０と同様に、やや浅いスロット２２１Ａｂ部分の固定子２２０の外形を、回転子２３０の中心に向けて薄肉に構成し、最も浅いスロット２２１Ａａ部分の固定子２２０の外形を、回転子２３０の中心に向けてさらに薄肉に構成することで、固定子２２０の外形を特異形状に構成してある。但し、図示の関係上、図５に示す固定子２２０の外形を忠実に示してはいない。

最も浅いスロット２２１Ａａの深さ・断面積と、やや浅いスロット２２１Ａｂの深さ・断面積と、深いスロット２２１Ｂの深さ・断面積との比は、３：４：７である。そのため、最も浅いスロット２２１Ａａに巻かれた電機子コイル２２２Ａａ（一部のみ図示する）の１スロット当たりの断面積ＬＡａ、および、やや浅いスロット２２１Ａｂに巻かれた電機子コイル２２２Ａｂ（一部のみ図示する）の１スロット当たりの断面積ＬＡｂに比べて、深いスロット２２１Ｂに巻かれた電機子コイル２２２Ｂ（一部のみ図示する）の各スロット当たりの断面積ＬＢは、およそ２倍である。

そこで、最も浅いスロット２２１Ａａに巻いた電機子コイル２２２Ａａの巻線、および、やや浅いスロット２２１Ａｂに巻いた電機子コイル２２２Ａｂの巻線の太さに比べておよそ２倍の太さの巻線を用いて、深いスロット２２１Ｂに各スロット当たり電機子コイル２２２Ａａ，２２２Ａｂの巻線回数と同一回数だけ巻くことで電機子コイル２２２Ｂを構成してある。

サーボアンプ２５０は、メインアンプ２６０と、サブアンプ２７０ａ，２７０ｂとを備えている。そして、最も浅いスロット２２１Ａａに巻かれた電機子コイル２２２Ａａ（ｕ_１，ｖ_１，ｗ_１）の総断面積と、やや浅いスロット２２１Ａｂに巻かれた電機子コイル２２２Ａｂ（ｕ_２，ｖ_２，ｗ_２）の総断面積と、深いスロット２２１Ｂに巻かれた電機子コイル２２２Ｂ（ｕ_３，ｖ_３，ｗ_３；ｕ_４，ｖ_４，ｗ_４）の総断面積との差に応じて、サブアンプ２７０ａが電機子コイル２２２Ａａに電機子電流を流し、サブアンプ２７０ｂが電機子コイル２２２Ａｂに電機子電流を流すとともに、メインアンプ２６０が電機子コイル２２２Ｂに電機子電流を流すように構成されている。

すなわち、最も浅いスロット２２１Ａａに巻かれた電機子コイル２２２Ａａ（ｕ_１，ｖ_１，ｗ_１）の総断面積と、やや浅いスロット２２１Ａｂに巻かれた電機子コイル２２２Ａｂ（ｕ_２，ｖ_２，ｗ_２）の総断面積と、深いスロット２２１Ｂに巻かれた電機子コイル２２２Ｂ（ｕ_３，ｖ_３，ｗ_３；ｕ_４，ｖ_４，ｗ_４）の総断面積との比は、各スロット当たり３：４：７で、かつ、スロットの個数の比が１：１：２であるから、合計で３：４：１４となる。

そのため、サブアンプ２７０ａが電機子コイル２２２Ａａに電機子電流を流すとき、サブアンプ２７０ｂは、サブアンプ２７０ａが流す電機子電流の４／３倍の電機子電流を電機子コイル２２２Ａｂに流し、また、メインアンプ２６０は、サブアンプ２７０ａが流す電機子電流の１４／３倍の電機子電流を電機子コイル２２２Ｂに流すことが必要である。

これは、サーボアンプ２５０が、例えば、メインアンプ２６０に対するトルク指令を基準値として、サブアンプ２７０ａに対するトルク指令を基準値の３／１４、サブアンプ２７０ｂに対するトルク指令を基準値の４／１４とすることで、実現することが可能である。

これにより、例えば、全４個すべてのスロット２２１を、最も浅いスロット２２１Ａａおよびやや浅いスロット２２１Ａｂとして形成した場合に比べて、実質的に３／２倍の連続トルクを発生することが可能である。

その結果、図６に示す同期電動機システム２０１は、固定子２２０に対する薄肉部の要求と、その薄肉部が全体を構成する場合に比べて約１．５倍の連続トルクの発生との両立を、具体的に実現することが可能である。

この発明による同期電動機の第１の実施形態を示す概略図断面図である。 この発明による同期電動機システムの第１の実施形態を示す概略図説明図である。 この発明による同期電動機の第２の実施形態を示す概略図断面図である。 この発明による同期電動機システムの第２の実施形態を示す概略図説明図である。 この発明による同期電動機の第３の実施形態を示す概略図断面図である。 この発明による同期電動機システムの第３の実施形態を示す概略図説明図である。

符号の説明

１，１０１，２０１ 同期電動機システム
１０，１１０，２１０ 同期電動機
２０，１２０，２２０ 固定子
２１，１２１，２２１ スロット
２１Ａ，１２１Ａ 浅いスロット
２２１Ａａ 最も浅いスロット
２２１Ａｂ やや浅いスロット
２１Ｂ，１２１Ｂ，２２１Ｂ 深いスロット
２２，１２２，２２２ 電機子コイル
３０，１３０，２３０ 回転子
３１，１３１，２３１ 永久磁石
５０，１５０，２５０ サーボアンプ
６０，１６０，２６０ メインアンプ
７０，１７０ サブアンプ
２７０ａ サブアンプ（第１サブアンプ）
２７０ｂ サブアンプ（第２サブアンプ）

Claims (9)

1. 固定子の電機子コイルを収容する多数のスロットが回転子の周囲に放射状に配置された同期電動機において、
   前記スロットのうち複数のスロットの深さを残りのスロットの深さに比べて浅く形成し、
   前記複数のスロットに巻かれた電機子コイルの各スロット当たりの断面積と、前記残りのスロットに巻かれた電機子コイルの各スロット当たりの断面積との差に応じて電機子電流を流すことを特徴とする同期電動機。
2. 前記複数のスロットは、前記回転子の円周方向に沿って一箇所に連続して配置されていることを特徴とする請求項１記載の同期電動機。
3. 前記複数のスロットは、前記回転子の円周方向に沿って少なくとも二箇所に分かれて配置されていることを特徴とする請求項１記載の同期電動機。
4. 前記複数のスロットのうち前記残りのスロットと隣り合う部分のスロットの深さに比べてそれ以外の部分のスロットの深さをさらに浅く形成し、
   前記それ以外の部分のスロットに巻かれた電機子コイルの各スロット当たりの断面積と、前記隣り合う部分のスロットに巻かれた電機子コイルの各スロット当たりの断面積と、前記残りのスロットに巻かれた電機子コイルの各スロット当たりの断面積との差に応じて電機子電流を流すことを特徴とする請求項１または請求項２記載の同期電動機。
5. 前記固定子の前記複数のスロットを形成した箇所の外形を前記回転子の中心に向けて薄肉に構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の同期電動機。
6. 前記固定子の前記隣り合う部分のスロットを形成した箇所の外形を前記回転子の中心に向けて薄肉に構成し、また、前記それ以外の部分のスロットを形成した箇所の外形を前記回転子の中心に向けてさらに薄肉に構成したことを特徴とする請求項４記載の同期電動機。
7. 固定子の電機子コイルを収容する多数のスロットが回転子の周囲に放射状に配置された同期電動機において、
   前記スロットのうち複数のスロットの深さを残りのスロットの深さに比べて浅く形成し、また、前記複数のスロットのうち前記残りのスロットと隣り合う部分のスロットの深さに比べてそれ以外の部分のスロットの深さをさらに浅く形成し、
   前記固定子の前記隣り合う部分のスロットを形成した箇所の外形を前記回転子の中心に向けて薄肉に構成し、また、前記それ以外の部分のスロットを形成した箇所の外形を前記回転子の中心に向けてさらに薄肉に構成したことを特徴とする同期電動機。
8. 固定子の電機子コイルを収容する多数のスロットが回転子の周囲に放射状に配置された同期電動機と、
   前記同期電動機の電機子コイルに電機子電流を流すサーボアンプとを備えた同期電動機システムであって、
   前記同期電動機の前記固定子は、前記スロットのうち複数のスロットの深さを残りのスロットの深さに比べて浅く形成して、当該複数のスロットを形成した箇所の外形を前記回転子の中心に向けて薄肉に構成し、
   前記サーボアンプは、メインアンプとサブアンプとを備え、
   前記複数のスロットに巻かれた電機子コイルの総断面積と、前記残りのスロットに巻かれた電機子コイルの総断面積との差に応じて、前記サブアンプが前記複数のスロットに巻かれた電機子コイルに電機子電流を流すとともに、前記メインアンプが前記残りのスロットに巻かれた電機子コイルに電機子電流を流すことを特徴とする同期電動機システム。
9. 固定子の電機子コイルを収容する多数のスロットが回転子の周囲に放射状に配置された同期電動機と、
   前記同期電動機の電機子コイルに電機子電流を流すサーボアンプとを備えた同期電動機システムであって、
   前記同期電動機の前記固定子は、前記スロットのうち複数のスロットの深さを残りのスロットの深さに比べて浅く形成し、また、前記複数のスロットのうち前記残りのスロットと隣り合う部分のスロットの深さに比べてそれ以外の部分のスロットの深さをさらに浅く形成して、当該隣り合う部分のスロットを形成した箇所の外形を前記回転子の中心に向けて薄肉に構成し、また、当該それ以外の部分のスロットを形成した箇所の外形を前記回転子の中心に向けてさらに薄肉に構成し、
   前記サーボアンプは、メインアンプと第１サブアンプおよび第２サブアンプとを備え、
   前記それ以外の部分のスロットに巻かれた電機子コイルの総断面積と、前記隣り合う部分のスロットに巻かれた電機子コイルの総断面積と、前記残りのスロットに巻かれた電機子コイルの総断面積との差に応じて、前記第１サブアンプが前記それ以外の部分のスロットに巻かれた電機子コイルに電機子電流を流し、前記第２サブアンプが前記隣り合う部分のスロットに巻かれた電機子コイルに電機子電流を流すとともに、前記メインアンプが前記残りのスロットに巻かれた電機子コイルに電機子電流を流すことを特徴とする同期電動機システム。

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