JP2011239589A - 多相モータ - Google Patents

Abstract

【課題】偏心に起因する循環電流の増加を抑制して、効率が高くかつ製造コストが低廉な多相モータを提供する。
【解決手段】磁石もしくは磁気的異方性を有するロータと、各相の機能単位コイルＵ１、Ｗ１、Ｖ１を周方向に配置して構成したコイル組４１を複数組（４１〜４５）有するステータとを備え、各相の全てのコイルＵ１〜Ｕ５、Ｖ１〜Ｖ５、Ｗ１〜Ｗ５の一端側を接合して各相給電用端子５Ｕ、５Ｖ、５Ｗとし、三相の各コイルの他端側を接合してＹ結線中性点Ｎ１〜Ｎ５とした三相モータ１において、コイル組４１中の少なくとも１個のコイル（Ｗ相第１コイルＷ１）の他端側は、当該コイル組４１を構成する他の２個のコイル（Ｕ相第１コイルＵ１、Ｖ相第１コイルＶ１）の他端側と接合されずに他のコイル組４３、４４を構成する他二相各１個のコイル（Ｕ相第３コイルＵ３およびＶ相第４コイルＶ４）の他端側と接合されてＹ結線中性点Ｎ１とされている。
【選択図】図２

Description

本発明は多相モータに関し、より詳細には、ステータコイルの結線方式に関する。

ハイブリッド車や電気自動車に搭載されてジェネレータを兼ねるモータには、コイルを有するステータを外周側に配置し、磁石を有するロータを内周側に配置したインナーロータ回転磁石形のものが多用されている。この種のモータは三相モータとされ、半径方向内向きに突出する複数の磁極ティースを有する円筒状のステータコアと、各磁極ティースに導体を巻回して構成したコイルとを備えるのが一般的である。さらに、三相各１個のコイルを周方向に隣接配置してコイル組とし、複数組のコイル組を環状に配置する構成も一般的になっている。各相のコイルは並列接続で三相結線方式はＹ結線とされ、全コイルを１つの中性点で接合する共通中性点方式や、コイル組ごとに中性点を設ける組別中性点方式が用いられている。

上述の構成に限らず一般的にモータでは、ステータとロータの軸心を揃えることが重要であり、両者の軸心がずれた偏心状態では効率の低下などの弊害が生じていた。つまり、偏心状態では各コイルに鎖交する磁束に偏りが生じ、局所的な閉ループを構成する複数のコイルに誘起される各電圧に差電圧が生じて局所循環電流が流れ、通常のモータ駆動電流に重畳して電気的損失が増加していた。モータの偏心を推定する技術の一例が、特許文献１の多相モータの偏心測定方法およびその装置に開示されている。特許文献１では、各コイル相が並列で対等のコイル列を有する多相モータを対象とし、モータを外力で回転させたときに１つのコイル相における相内循環電流を測定して、偏心を推定している。

特開２００６−２８０１５８号公報

ところで、特許文献１の技術は、偏心を推定ないしは検出する技術であり、相内循環電流を低減して効率を改善することにはならない。従来、偏心が生じても相内循環電流が流れないように各相のコイルを直列接続とする効率改善方法が考えられてきたが、太い導体が必要となって材料コストが増加するとともにコイル巻き作業が難しくなるという弊害が生じていた。また、偏心量を低減し、ばらつきを抑制するためには、偏心調整工程を設け時間をかけて高精度な検査および調整作業を行う必要があった。従来の技術では、偏心に起因する効率低下を抑制しようとすると、結果的に製造コストが増加していた。

本発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたもので、偏心に起因する循環電流の増加を抑制して、効率が高くかつ製造コストが低廉な多相モータを提供することを解決すべき課題とする。

上記課題を解決する請求項１に係る多相モータの発明は、磁石もしくは磁気的異方性を有するロータと、各相の機能単位コイルを周方向に配置して構成したコイル組を複数組有するステータとを備え、各相の全ての前記コイルの一端側を接合して各相給電用端子とし、各相の各コイルの他端側を１個以上の他相のコイルの他端側と接合して相間接合点とした多相モータにおいて、前記コイル組中の少なくとも１個のコイルの他端側は、当該コイル組を構成する他相のコイルの他端側と接合されずに他のコイル組を構成する他相のコイルの他端側と接合されていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１において、前記多相モータは三相モータであり、前記コイル組は三相各１個のコイルで構成されており、前記相間接合点は前記コイル組の組数に等しい個数のＹ結線中性点であり、前記コイル組中の少なくとも１個のコイルの他端側は、当該コイル組を構成する他の２個のコイルの他端側と接合されずに他のコイル組を構成する他二相各１個のコイルの他端側と接合されて前記Ｙ結線中性点とされていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１において、前記多相モータは三相モータであり、前記コイル組は三相各１個のコイルで構成されており、前記相間接合点は前記コイル組の組数に等しい個数のＹ結線中性点であり、 それぞれの前記Ｙ結線中性点で接合された３個のコイルが互いに異なる２組または３組のコイル組に分散して配置されていることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項２または３において、前記コイル組の前記組数が３の倍数でなく、周方向に１２０°ピッチで配置された互いに異なる相の３個のコイルの各他端側が接合されて前記Ｙ結線中性点とされていることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか一項において、各前記コイルは集中巻コイルであることを特徴とする。

請求項１に係る多相モータの発明では、各相の全てのコイルの一端側を接合して各相給電用端子とし、各相の各コイルの他端側を他相のコイルの他端側と接合して相間接合点としている。このため、全コイルの他端側を接合した共通中性点は存在せず、各相において２個のコイルによる相内閉ループが形成されない。したがって、ロータが偏心して各コイルに鎖交する磁束に偏りが生じ、各コイルに誘起される電圧に差電圧が生じても相内循環電流は流れない。その代わりに、相間接合点で接合された二相各１個のコイルで直列コイル連が構成され、２個以上の直列コイル連すなわち４個以上のコイルにより局所閉ループが形成されて局所循環電流が流れる。このとき、この４個以上のコイルは周方向の異なる位置に配置されており、偏心に起因して誘起される各電圧はそれぞれ異なる。したがって、局所閉ループに電流を流そうとするループ電圧は緩和されて小さくなり、本発明における局所循環電流は共通中性点方式における相内循環電流よりも小さくなる。

さらに、コイル組中の少なくとも１個のコイルの他端側は、当該コイル組を構成する他のコイルの他端側と接合されずに他のコイル組を構成する他相のコイルの他端側と接合されている。つまり、従来の組別中性点方式でなく、複数のコイル組にまたがる相間接合点とされている。これは、局所閉ループを形成する４個以上のコイルが従来よりも多数のコイル組に分散し、周方向に離れたばらばらな位置に配置されることを意味している。したがって、偏心に起因して局所閉ループに誘起されるループ電圧は確実に緩和されて一層小さくなり、本発明における局所循環電流は従来の組別中性点方式における局所循環電流と比較しても小さくなる。

また、従来と同様に各相で複数のコイルを並列接続して用いることができ、各コイルの他端側の結線を従来の共通中性点方式や組別中性点方式から変更するだけでよい。したがって、コイルを直列接続する必要がなく、その他のステータ構造の変更も不要である。なおかつ、偏心量を低減するための特別な偏心調整工程も不要であり、製造コストの増加が抑制される。結果として、効率が高くかつ製造コストが低廉な多相モータを提供できる。

請求項２に係る発明では、三相モータにおいて請求項１と同様の循環電流の低減効果および製造コスト増加の抑制効果が生じる。詳述すると、コイル組中の少なくとも１個のコイルの他端側は、当該コイル組を構成する他の２個のコイルの他端側と接合されずに他のコイル組を構成する他二相各１個のコイルの他端側と接合されてＹ結線中性点とされている。換言すれば、本発明のＹ結線中性点によれば、局所閉ループを形成する４個のコイルが３組以上のコイル組に分散し、周方向に離れたばらばらな位置に配置される。一方、従来の組別中性点方式では、局所閉ループを形成する４個のコイルが２組のコイル組に配置される。したがって、本発明では、偏心に起因して局所閉ループに誘起されるループ電圧は、組別中性点方式と比較して緩和され小さくなる。このため、本発明における局所循環電流は、従来の共通中性点方式における相内循環電流や組別中性点方式における局所循環電流と比較して小さくなる。

さらに、複数のコイル組に配置された三相各１個のコイルでＹ結線中性点を構成するために、各コイルの他端側の接合相手を従来の組別中性点方式から変更するだけでよい。つまり、コイルは従来の並列接続のままでステータ構造を変更する必要もなく、特別な偏心調整工程も不要であり、製造コストの増加が抑制される。結果として、効率が高くかつ製造コストが低廉な三相モータを提供できる。

請求項３に係る発明では、前記多相モータは三相モータであり、それぞれのＹ結線中性点で接合された３個のコイルが互いに異なる２組または３組のコイル組に分散して配置されている。したがって、請求項２と同様、局所閉ループを形成する４個のコイルが３組以上のコイル組に分散し、周方向に離れたばらばらな位置に配置される。これにより、請求項２と同様の効果が生じ、結果として、効率が高くかつ製造コストが低廉な三相モータを提供できる。

なお、請求項２では物理的な配置を示すコイル組を基準としてＹ結線中性点の結線方式を記載しており、請求項３では電気的な結線を示すＹ結線中性点を基準として各コイルの配置を記載している。両請求項は類似した技術的特徴を意味しており、作用および効果は同一になる。

請求項４に係る発明では、コイル組の組数が３の倍数でない構成において、周方向に１２０°ピッチで配置された互いに異なる相の３個のコイルの各他端側が接合されてＹ結線中性点とされている。局所閉ループを形成する４個のコイルの組み合わせは多数あり、本態様によれば任意の組み合わせにおける４個のコイルを、周方向に離れたばらばらな位置に配置できる。これにより、モータの個体差に依存して偏心する方向が変化しても循環電流の低減効果は確実かつ顕著となり、高い効率を維持できる。なお、コイル組の組数が３の倍数であるとき、周方向に１２０°ピッチで同相のコイルが配置されるため、本請求項は実施できない。

請求項５に係る発明では、各コイルは集中巻コイルとされている。本発明は、集中巻コイルを有するステータを備える多相モータに実施することができ、効果が顕著となる。

第１実施形態の三相モータの構成を模式的に説明する図であり、軸線延長方向からみた平面図ある。 第１実施形態の三相モータのコイルの結線を示す結線図であり、（１）はコイル組を基準とした表記方法、（２）は中性点を基準とした表記方法による図である。 第１実施形態を変形した別の三相モータにおけるコイルの結線を示す結線図である。 従来の共通中性点方式の三相モータにおけるコイルの結線を示す結線図であり、（１）はコイル組を基準とした表記方法、（２）は中性点を基準とした表記方法による図である。 従来の組別中性点方式の三相モータにおけるコイルの結線を示す結線図であり、（１）はコイル組を基準とした表記方法、（２）は中性点を基準とした表記方法による図である。 ロータとステータとが相対的に偏心した偏心状態の一例を示す図である。 第１実施形態の三相モータの効果を定量的に説明する図であり、（１）は無負荷時損失のグラフ、（２）は負荷時損失のグラフである。 第２実施形態の三相モータの構成を模式的に説明する図であり、軸線延長方向からみた平面図ある。 第２実施形態の三相モータのコイルの結線を示す結線図であり、コイル組を基準とした表記方法による図である。 第２実施形態を変形した別の三相モータにおけるコイルの結線を示す結線図である。 第２実施形態を変形したまた別の三相モータにおけるコイルの結線を示す結線図である。

本発明の第１実施形態の三相モータ（多相モータ）の構成およびコイルの結線について、図１〜図３を参考にして説明する。図１は、第１実施形態の三相モータ１の構成を模式的に説明する図であり、軸線ＡＸ延長方向からみた平面図ある。三相モータ１は、内周側にロータ２、外周側にステータ３を配置し、軸線ＡＸを中心として概ね軸対称の構造を有している。ロータ２およびステータ３は図略のケースに支持され、設計上は軸線ＡＸを共有し、周方向に一定のギャップ長Ｇ１だけ離れて内外に対向している。実際には、両者２、３の相対位置関係が偏心して軸線ＡＸが完全には一致せず、ギャップ長Ｇ１の大きさが周方向で変動することが生じ得る。

ロータ２は略円筒状であり、図１の紙面表裏方向に薄板環状の電磁鋼板が積層されて形成されている。また、ロータ２の外周側の周方向にＮ極およびＳ極が交互に並ぶように、図略の複数の永久磁石が埋め込まれている。永久磁石は、後述するステータ３のコイルＵ１〜Ｕ５、Ｖ１〜Ｖ５、Ｗ１〜Ｗ５に交番する磁束を鎖交させる機能を有している。なお、ロータコア形状によっては、永久磁石の埋め込みに代え、着磁により磁気的異方性を付与したロータを用いることもできる。

ステータ３は略円筒状であり、ステータコア３１およびコイルＵ１〜Ｕ５、Ｖ１〜Ｖ５、Ｗ１〜Ｗ５を有している。ステータコア３１は、図１の紙面表裏方向に薄板環状の電磁鋼板が積層されて形成されている。ステータコア３１は、半径方向内向きに突出する、図には見えない１５個の磁極ティースを有している。各磁極ティースに導線が巻回され、集中巻きの１５個のコイルＵ１〜Ｕ５、Ｖ１〜Ｖ５、Ｗ１〜Ｗ５が形成されている。各相各１個のコイルは、周方向に隣接配置されてコイル組４１〜４５が構成されている。

図の例では、Ｕ相第１コイルＵ１の時計回りの方向にＷ相第１コイルＷ１およびＶ相第１コイルＶ１が隣接配置されて第１コイル組４１が構成されている。また、各相第２コイルＵ２、Ｗ２、Ｖ２が周方向に隣接配置されて第２コイル組４２が構成され、以下同様に、各相第３〜第５コイルＵ３〜Ｕ５、Ｗ３〜Ｗ５、Ｖ３〜Ｖ５が順次周方向に隣接配置されて、それぞれ第３〜第５コイル組４３〜４５が構成されている。第１〜第５コイル組は、順番に時計回りに配置され、第５コイル組４５のＶ相第５コイルＶ５が第１コイル組４１のＵ相第１コイルＵ１に隣接し、全体として環状になっている。

図２は、第１実施形態の三相モータ１のコイルの結線を示す結線図であり、（１）はコイル組を基準とした表記方法、（２）は中性点を基準とした表記方法による図である。つまり、図２（１）では環状に配置されているコイルを紙面左右方向に一列に並べて示し、図２（２）では各中性点Ｎ１〜Ｎ５を中心として接合される３個のコイルを並べて示している。図示されるように、Ｕ相の５個全てのコイルＵ１〜Ｕ５の一端側は接合されてＵ相給電用端子５Ｕとされている。同様に、Ｖ相の５個全てのコイルＶ１〜Ｖ５の一端側も接合されてＶ相給電用端子５Ｖとされ、Ｗ相の５個全てのコイルＷ１〜Ｗ５の一端側も接合されてＷ相給電用端子５Ｗとされている。また、第１コイル組４１のＷ相第１コイルＷ１の他端側、第３コイル組４３のＵ相第３コイルＵ３の他端側、および第４コイル組４４のＶ相第４コイルＶ４の他端側が接合されてＹ結線の第１中性点Ｎ１とされている。

第１中性点Ｎ１に接合されている上記Ｗ相第１コイルＷ１、Ｕ相第３コイルＵ３、およびＶ相第４コイルＶ４は、図２（１）では間に４個の別コイルがあり、図１では１２０°ピッチで配置されている。残る１２個のコイルについても、１２０°ピッチで配置される３個のコイルの各他端側がそれぞれ接合されてＹ結線の第２〜第５中性点Ｎ２〜Ｎ５とされている。中性点Ｎ１〜Ｎ５の数は、コイル組４１〜４５の組数に一致した５点になっている。図から明らかなように、任意のコイル組中の任意の第一相のコイルの他端側は、当該コイル組を構成する第二相および第三相のコイルの他端側と接合されずに、別のコイル組を構成する第二相のコイルの他端側、およびまた別のコイル組を構成する第三相のコイルの他端側と接合されて中性点とされている。換言すれば、各中性点Ｎ１〜Ｎ５で接合された３個のコイルは、互いに異なる３組のコイル組に分散して配置され、周方向に離れたばらばらな位置に配置されている。

また、コイルの結線は図２に限定されず、例えば図３に示される結線とすることもできる。図３は、第１実施形態を変形した別の三相モータ１０におけるコイルの結線を示す結線図であり、コイル組を基準とした表記方法による図である。図３で、第２コイル組４２のＷ相第２コイルＷ２の他端側、第３コイル組４３のＵ相第３コイルＵ３の他端側、および第１コイル組４１のＶ相第１コイルＶ１の他端側が接合されてＹ結線の第２中性点Ｎ２とされている。残る１２個のコイルについても、同様に各他端側がそれぞれ接合されてＹ結線の第１、および第３〜第５中性点Ｎ１、Ｎ３〜Ｎ５とされている。このように、或るコイル組中の中央に配置されたＷ相コイル、時計回りの次のコイル組中の前側に配置されたＵ相コイル、および前のコイル組中の後側に配置されたＶ相コイルの各他端側を接合して中性点としてもよい。この結線でも、各中性点Ｎ１〜Ｎ５で接合された３個のコイルが互いに異なる３組のコイル組に分散して配置される。

次に、従来の三相モータ９１、９２におけるコイルの結線について説明する。図４は、従来の共通中性点方式の三相モータ９１におけるコイルの結線を示す結線図であり、（１）はコイル組を基準とした表記方法、（２）は中性点を基準とした表記方法による図である。図４において、各相給電用端子５Ｕ、５Ｖ、５Ｗは、第１実施形態（図２および図３）と同様であり、中性点側の結線が異なる。すなわち、共通中性点方式では、１５個すべてのコイルＵ１〜Ｕ５、Ｖ１〜Ｖ５、Ｗ１〜Ｗ５の他端側が一括して接合され共通中性点ｎｃとされている。

また、図５は、従来の組別中性点方式の三相モータ９２におけるコイルの結線を示す結線図であり、（１）はコイル組を基準とした表記方法、（２）はＹ結線中性点を基準とした表記方法による図である。図５において、各相給電用端子５Ｕ、５Ｖ、５Ｗは、第１実施形態（図２および図３）と同様であり、中性点側の結線が異なる。すなわち、組別中性点方式では、第１コイル組４１を構成するＵ相第１コイルＵ１、Ｖ相第１コイルＶ１、およびＷ相第１コイルＷ１の各他端側が接合されて第１組別中性点ｎ１とされている。同様に、第２〜第５コイル組４２〜４５をそれぞれ構成する三相各１個のコイルの各他端側が接合されて第２〜第５組別中性点ｎ２〜ｎ５とされている。

次に、図２のように結線された第１実施形態の三相モータ１の作用について、図４および図５で説明した従来の結線方式の三相モータ９１、９２と比較して説明する。まず、図６に示される偏心状態を想定する。図６は、ロータ２とステータ３とが相対的に偏心した偏心状態の一例を示す図である。図示されるように、ステータ３を基準としてロータ２は図中の下方向に偏心し、Ｕ相第１コイルＵ１から遠ざかってギャップ長Ｇｍａｘが最大となり、Ｖ相第３コイルＶ３に接近してギャップ長Ｇｍｉｎが最小となっている。このため、Ｕ相第１コイルＵ１に鎖交する磁束および誘起される電圧は小さく、Ｖ相第３コイルＶ３に鎖交する磁束および誘起される電圧は大きくなる。また、Ｕ相第１コイルＵ１付近のＷ相第１コイルＷ１やＶ相第５コイルＶ５で誘起電圧は小さくなり、Ｖ相第３コイルＶ３付近のＷ相第３コイルＷ３やＵ相第４コイルＵ４で誘起電圧は大きくなる。その他のコイルでも、ロータ２とのギャップ長の大小に依存してそれぞれ電圧が誘起される。

ここで、図４に示される共通中性点方式では、並列接続される相内の任意の２コイルにより相内閉ループが形成される。例えば、図４（２）に例示されるように、Ｕ相第１コイルＵ１およびＵ相第４コイルＵ４により相内閉ループＬＰ１が形成される。図６の偏心状態においてＵ相第１コイルＵ１の誘起電圧Ｅ１は小さく、Ｕ相第４コイルＵ４の誘起電圧Ｅ４は大きくなる。したがって、両者の差電圧Ｅｄ（＝Ｅ４−Ｅ１）により相内閉ループＬＰ１に相内循環電流Ｉｃ１が流れる。相内循環電流Ｉｃ１は、通常のモータ駆動電流に重畳して電気的損失が増加する。

もちろん、Ｕ相第１コイルＵ１とＵ相第４コイルＵ４との間だけでなく、Ｕ相第２、第３、第５コイルＵ２、Ｕ３、Ｕ５を含めた各相互間でそれぞれ相内循環電流Ｉｃ１は流れ得る。相内循環電流Ｉｃ１の最大値は、ロータ２が偏心して最も接近したコイルと最も離れたコイルとの相互間で流れる。同様に、Ｖ相内およびＷ相内でも相内循環電流Ｉｃ１は流れ得る。なお、偏心が生じていない理想的な状態では、各コイルに誘起される電圧は等しくなり、差電圧がなくなって相内循環電流Ｉｃ１は流れない。

また、図５に示される組別中性点方式では、組別中性点で接合された二相各１個のコイルからなる直列コイル連が構成され、２個の直列コイル連すなわち４個のコイルにより二相にまたがる閉ループが形成される。例えば、図５（２）に例示されるように、Ｕ相第１コイルＵ１およびＶ相第１コイルＶ１からなる直列コイル連と、Ｕ相第３コイルＵ３およびＶ相第３コイルＶ３からなる直列コイル連とにより二相間閉ループＬＰ２が形成される。図６の偏心状態においてＵ相第１コイルＵ１の誘起電圧は小さく、Ｖ相第１コイルＶ１の誘起電圧は比較的小さく、Ｕ相第３コイルＵ３の誘起電圧Ｅ３は比較的大きく、Ｖ相第３コイルＶ３の誘起電圧は大きくなる。したがって、この４個のコイルＵ１、Ｖ１、Ｕ３、Ｖ３に誘起される電圧の和がゼロにならず、二相間閉ループＬＰ２内にループ電圧が生じて二相間循環電流Ｉｃ２が流れる。二相間循環電流Ｉｃ２は、通常のモータ駆動電流に重畳して電気的損失が増加する。

もちろん、この２つの直列コイル連だけでなく、Ｕ相給電用端子５ＵとＶ相給電用端子５Ｖとを結ぶ他の３つ直列コイル連を含めた相互間でそれぞれ二相間循環電流Ｉｃ２は流れ得る。さらに、Ｕ−Ｖ相間だけでなくＶ−Ｗ相間およびＷ−Ｕ相間でも、二相間循環電流Ｉｃ２は流れ得る。

組別中性点方式における二相間閉ループＬＰ２のインピダンスは、直列接続されるコイル数に概ね比例するので、共通中性点方式における相内閉ループＬＰ１のインピダンスの略２倍となる。一方、組別中性点方式におけるループ電圧は、４個のコイルが多少なりとも周方向に分散していることで緩和され、共通中性点方式における差電圧Ｅｄの２倍までには達しない。したがって、組別中性点方式における二相間循環電流Ｉｃ２は、共通中性点方式における相内循環電流Ｉｃ１よりも小さくなる。

図２の第１実施形態においても、組別中性点方式と同様の直列コイル連が構成され、２個の直列コイル連すなわち４個のコイルにより二相間閉ループが形成される。図２（２）と図５（２）とを比較すればわかるように、第１実施形態の結線は電気的には組別中性点方式と同一であり、二相間閉ループを構成する４個のコイルの配置が異なる。両者を比較するために、図５（２）と同様に、図２(２)中でＵ相第１コイルＵ１およびＵ相第３コイルＵ３を含むＵ−Ｖ相間の二相間閉ループＬＰ３に注目する。局所閉ループＬＰ３は、Ｕ相第１コイルＵ１、Ｕ相第３コイルＵ３、Ｖ相第２コイルＶ２、およびＶ相第４コイルＶ４により形成されている。この、４個のコイルＵ１、Ｕ３、Ｖ２、Ｖ４は４組のコイル組４１〜４４に分散し、周方向に離れたばらばらな位置に配置されている。したがって、Ｕ相第１コイルＵ１およびＵ相第３コイルＵ３に誘起される電圧の差が大きいときに、コイル組が異なるＶ相第２コイルＶ２およびＶ相第４コイルＶ４は偏心方向から外れ、誘起される電圧の差が比較的小さくなる。このため、ループ電圧が小さく緩和されて、二相間循環電流Ｉｃ３は小さくなる。

一方、図５（２）の組別中性点方式では局所閉ループＬＰ２を構成する４個のコイルＵ１、Ｖ１、Ｕ３、Ｖ３は、第１および第３コイル組４１、４３にまとまっている。したがって、Ｕ相第１コイルＵ１およびＵ相第３コイルＵ３に誘起される電圧の差が大きいときに、それぞれコイル組が同じＶ相第１コイルＶ１およびＶ相第３コイルＶ３は偏心方向に近く、誘起される電圧の差が比較的大きくなりがちである。このため、ループ電圧の緩和および二相間循環電流Ｉｃ２の低減効果は、第１実施形態ほど顕著にならない。つまり、第１実施形態における二相間循環電流Ｉｃ３は、組別中性点方式における二相間循環電流Ｉｃ２よりも小さくなる。

上述の定性的な作用は、他の二相間閉ループおよび他の偏心方向でも同様に生じる。したがって、第１実施形態では、二相間閉ループＬＰ３に流れる二相間循環電流Ｉｃ３を、共通中性点方式の相内閉ループＬＰ１に流れる相内循環電流Ｉｃ１や、組別中性点方式の二相間閉ループＬＰ２に流れる二相間循環電流Ｉｃ２よりも小さくできる。

次に、二相間循環電流Ｉｃ３の低減効果を定量的にシミュレーションした結果について、図７を参考にして説明する。図７は、第１実施形態の三相モータ１の効果を定量的に説明する図であり、（１）は無負荷時損失のグラフ、（２）は負荷時損失のグラフである。図中の縦軸は損失（比率）であり、各棒グラフは鉄損およびコイルの結線により変化する銅損の比率を示している。

損失のシミュレーションでは、ロータ２およびステータ３が同一の構成でコイルの結線のみが第１実施形態（図２）、共通中性点方式（図４）、および組別中性点方式（図５）と異なる各三相モータ１、９１、９２を想定し、図６の偏心状態における鉄損および銅損を算定した。図７（１）に示されるように、無負荷時の鉄損の他に偏心による循環電流が流れて銅損が発生する。損失増加分は、共通中性点方式で３．３％、組別中性点方式で２．７％、第１実施形態で０．４％であった。つまり、第１実施形態では偏心に起因する無負荷時の銅損を共通中性点方式の１２％に低減できる。

また、図７（２）に示されるように、負荷時の主損失（鉄損＋銅損）の他に、偏心時の循環電流によって発生する損失増加分は、共通中性点方式で２．９４％、組別中性点方式で２．６７％、第１実施形態で０．７６％であった。つまり、第１実施形態では偏心に起因する負荷時の損失増加分を共通中性点方式の２６％に低減できる。

さらに、第１実施形態の三相モータ１では、従来と同様に三相各相で複数のコイルを並列接続して用いることができ、各コイルの他端側の結線を従来の共通中性点方式や組別中性点方式から変更するだけでよい。したがって、コイルを直列接続する必要がなく、ステータ３の構造の変更も不要である。なおかつ、偏心量を低減するための特別な偏心調整工程も不要であり、製造コストの増加が抑制される。結果として、効率が高くかつ製造コストが低廉な三相モータ１を提供できる。

次に、各相のコイル数が４個である第２実施形態の三相モータ６の構成およびコイルの結線について、図８および図９を参考にして、第１実施形態と異なる点を主に説明する。図８は、第２実施形態の三相モータ６の構成を模式的に説明する図であり、軸線ＡＸ延長方向からみた平面図ある。三相モータ６は、各相のコイル数が４個であることを除いて、概ね第１実施形態と同様の構造を有している。つまり、各相第１〜第４コイルＵ１〜Ｕ４、Ｗ１〜Ｗ４、Ｖ１〜Ｖ４が相順にしたがい周方向に隣接配置されて、それぞれ第１〜第４コイル組７１〜７４が構成され、全体として環状になっている。

図９は、第２実施形態の三相モータ６のコイルの結線を示す結線図であり、コイル組を基準とした表記方法による図である。図示されるように、各相の４個全てのコイルの一端側を接合したＵ相、Ｖ相、およびＷ給電用端子５Ｕ、５Ｖ、５Ｗは第１実施形態と同様である。第１コイル組７１のＵ相第１コイルＵ１、第２コイル組７２のＷ相第２コイルＷ２、および第３コイル組７３のＶ相第３コイルＶ３の各他端側が接合されてＹ結線の第１中性点Ｎ１１とされている。

第１中性点Ｎ１１に接合されている上記Ｕ相第１コイルＵ１、Ｗ相第２コイルＷ２、およびＶ相第３コイルＶ３は、間に３個の別コイルがあり、図９では１２０°ピッチで配置されている。残るコイルについても、１２０°ピッチで配置される３コイルの各他端側がそれぞれ接合されてＹ結線の第２〜第４中性点Ｎ１２〜Ｎ１４とされている。図から明らかなように、各中性点Ｎ１１〜Ｎ１４で接合された３個のコイルは、互いに異なる３組のコイル組に分散して配置され、周方向に離れたばらばらな位置に配置されている。

また、コイルの結線は図９に限定されず、例えば図１０や図１１に示される結線とすることもできる。図１０は、第２実施形態を変形した別の三相モータ６０におけるコイルの結線を示す結線図であり、コイル組を基準とした表記方法による図である。図１０で、例えば、第２コイル組７２のＷ相第２コイルＷ２の他端側、第３コイル組７３のＵ相第３コイルＵ３の他端側、および第１コイル組７１のＶ相第１コイルＶ１の他端側が接合されてＹ結線の第２中性点Ｎ１２とされている。このように、或るコイル組中の中央に配置されたＷ相コイル、時計回りの次のコイル組中の前側に配置されたＵ相コイル、および前のコイル組中の後側に配置されたＶ相コイルの各他端側を接合して各中性点としてもよい。この結線でも、各中性点Ｎ１１〜Ｎ１４で接合された３個のコイルが互いに異なる３組のコイル組に分散して配置される。

図１１は、第２実施形態を変形したまた別の三相モータ６１におけるコイルの結線を示す結線図であり、コイル組を基準とした表記方法による図である。図１２で、第１コイル組７１のＵ相第１コイルＵ１とＷ相第１コイルＷ１、および第３コイル組７３のＶ相第３コイルＶ３の各他端側が接合されてＹ結線の第１中性点Ｎ１１とされている。このように、各中性点Ｎ１１〜Ｎ１４で接合された３個のコイルが互いに異なる２組のコイル組にまたがって配置されるようにしてもよい。

第２実施形態の三相モータ６、６０、６１における作用および効果は第１実施形態と同様であり、説明は省略する。図１１に示されるように、各中性点Ｎ１１〜Ｎ１４で接合された３個のコイルが３組のコイル組でなく２組にまたがって配置された態様でも、偏心時の二相間循環電流は組別中性点方式より小さくなり、効率低下を抑制する効果が生じる。

なお、実施形態で説明したコイルの接続は例であって、他にも様々な結線方法を採用できる。本発明は、その他様々な変形や応用が可能である。

１、１０：三相モータ（第１実施形態）
２：ロータ
３：ステータ ３１：ステータコア
Ｕ１〜Ｕ５：Ｕ相第１〜Ｕ相第５コイル
Ｖ１〜Ｖ５：Ｖ相第１〜Ｖ相第５コイル
Ｗ１〜Ｗ５：Ｗ相第１〜Ｗ相第５コイル
Ｎ１〜Ｎ５：第１〜第５中性点
４１〜４５：第１〜第５コイル組
５Ｕ、５Ｖ、５Ｗ：Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相給電用端子
６、６０、６１：三相モータ（第２実施形態） Ｎ１１〜Ｎ１４：第１〜第４中性点
７１〜７１：第１〜第４コイル組
９１：従来の共通中性点方式の三相モータ ｎｃ：共通中性点
９２：従来の組別中性点方式の三相モータ ｎ１〜ｎ５：第１〜第５組別中性点
ＬＰ１：共通中性点方式における相内閉ループ Ｉｃ１：相内循環電流
ＬＰ２：組別中性点方式における二相間閉ループ Ｉｃ２：二相間循環電流
ＬＰ３：第１実施形態における二相間閉ループ Ｉｃ３：二相間循環電流

Claims (5)

1. 磁石もしくは磁気的異方性を有するロータと、各相の機能単位コイルを周方向に配置して構成したコイル組を複数組有するステータとを備え、各相の全ての前記コイルの一端側を接合して各相給電用端子とし、各相の各コイルの他端側を１個以上の他相のコイルの他端側と接合して相間接合点とした多相モータにおいて、
   前記コイル組中の少なくとも１個のコイルの他端側は、当該コイル組を構成する他相のコイルの他端側と接合されずに他のコイル組を構成する他相のコイルの他端側と接合されていることを特徴とする多相モータ。
2. 請求項１において、前記多相モータは三相モータであり、前記コイル組は三相各１個のコイルで構成されており、前記相間接合点は前記コイル組の組数に等しい個数のＹ結線中性点であり、
   前記コイル組中の少なくとも１個のコイルの他端側は、当該コイル組を構成する他の２個のコイルの他端側と接合されずに他のコイル組を構成する他二相各１個のコイルの他端側と接合されて前記Ｙ結線中性点とされていることを特徴とする多相モータ。
3. 請求項１において、前記多相モータは三相モータであり、前記コイル組は三相各１個のコイルで構成されており、前記相間接合点は前記コイル組の組数に等しい個数のＹ結線中性点であり、
   それぞれの前記Ｙ結線中性点で接合された３個のコイルが互いに異なる２組または３組のコイル組に分散して配置されていることを特徴とする多相モータ。
4. 請求項２または３において、前記コイル組の前記組数が３の倍数でなく、
   周方向に１２０°ピッチで配置された互いに異なる相の３個のコイルの各他端側が接合されて前記Ｙ結線中性点とされていることを特徴とする多相モータ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項において、各前記コイルは集中巻コイルであることを特徴とする多相モータ。

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