JP2013165532A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】巻線における循環電流の発生を抑制するとともに、インバータに印加される無負荷誘起電圧の値を小さくすることができる回転電機を得る。
【解決手段】複数の磁石４を有した界磁極１と、磁石４に対向するように並べて設けられた複数のティース５ｂを含んだ電機子鉄心５と、ティース５ｂに導線が集中巻で巻回されることにより設けられ、三相交流の電流が流れる複数の巻線６とを有した電機子２とを備え、同相の巻線６は、ティース５ｂが並べられた方向に連続して３個以上並んで配置され、連続して３個以上並べて配置された同相の巻線６は、各列の両端間における電圧の位相が同一となるように組み合わされて並列回路を構成している。
【選択図】図２

Description

この発明は、三相交流の電流が流れることより駆動する回転電機に関する。

従来、円筒形状の電機子と、電機子の内側に設けられ、電機子に対して回転可能な界磁極とを備えた永久磁石式同期モータが知られている。界磁極は、周方向に並べられた１０個の磁石を有している。電機子は、磁石に対向した１２個のティースを含んだ電機子鉄心と、各ティースに２個ずつ設けられ三相交流の電流が流れる巻線とを有している。同相の巻線は、電機子の周方向に連続して３個並んで配置されている。電機子の周方向に連続して並べられた３個の巻線は、巻線における循環電流の発生を防止するために直列接続されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２２１９６１号公報

しかしながら、巻線には、界磁極が回転することにより無負荷誘起電圧が発生する。永久磁石式同期モータに接続されるインバータには、直列接続された３個の巻線のそれぞれに発生する無負荷誘起電圧の値を加算した値の電圧が印加されるので、インバータの耐電圧を大きくしなければならないという問題点があった。

この発明は、巻線における循環電流の発生を抑制するとともに、インバータに印加される無負荷誘起電圧の値を小さくすることができる回転電機を提供するものである。

この発明に係る回転電機は、複数の磁石を有した界磁極と、前記磁石に対向するように並べて設けられた複数のティースを含んだ電機子鉄心と、前記ティースに導線が集中巻で巻回されることにより設けられ、三相交流の電流が流れる複数の巻線とを有した電機子とを備え、同相の前記巻線は、前記ティースが並べられた方向に連続して３個以上並んで配置され、連続して３個以上並べて配置された同相の前記巻線は、各列の両端間における電圧の位相が同一となるように組み合わされて並列回路を構成している。

この発明に係る回転電機によれば、同相の電流が流れる巻線は、ティースが並べられた方向に連続して３個以上並んで配置され、連続して３個以上並べて配置された同相の巻線は、各列の両端間における電圧の位相が同一となるように組み合わされて並列回路を構成しているので、巻線における循環電流の発生を抑制することができるとともに、インバータに印加される無負荷誘起電圧の値を小さくすることができる。

この発明の実施の形態１に係る永久磁石式同期モータの軸線方向に垂直な断面を示す断面図である。 図１の巻線の接続を説明する結線図である。 図２の巻線の電圧を示すベクトル図である。 従来の永久磁石式同期モータにおける巻線の接続を説明する結線図である。 図４の巻線の電圧を示すベクトル図である。 他の従来の永久磁石式同期モータにおける巻線の接続を説明する結線図である。 図６の巻線の電圧を示すベクトル図である。 さらに他の従来の永久磁石式同期モータを示す断面図である。 図８の巻線の接続を説明する結線図である。 図９の巻線の電圧を示すベクトル図である。 図９の巻線の他の接続を説明する結線図である。 図１１の巻線の電圧を示すベクトル図である。 図９の巻線のさらに他の接続を説明する結線図である。 図１３の巻線の電圧を示すベクトル図である。 図８の電機子の要部を示す拡大図である。 図８の巻線のターン数を減少させた場合の電機子の要部を示す図ある。 この発明の実施の形態２に係る永久磁石式同期モータの軸線方向に垂直な断面を示す断面図である。 図１７の巻線の接続を説明する結線図である。 図１８の巻線の電圧を示すベクトル図である。 従来の永久磁石式同期モータにおける巻線の接続を説明する結線図である。 図２０の巻線の電圧を示すベクトル図である。 この発明の実施の形態３に係る永久磁石式同期モータの要部を示す平面図である。 図２２の電機子の要部を示す平面図である。 図２３の第１のインシュレータを示す斜視図である。 図２２の他の例の電機子の要部を示す平面図である。 図２５の第１のインシュレータを示す斜視図である。 図２２のさらに他の例の電機子の要部を示す平面図である。 この発明の実施の形態４に係る永久磁石式同期モータの各巻線における導線のターン数を示す図である。 図２８の全ての巻線のターン数を同一としたときの巻線の電圧を示すベクトル図である。 図２８の巻線のターン数を示す表である。 この発明の実施の形態５に係る永久磁石式同期モータの巻線の接続を説明する結線図である。 図３１の永久磁石式同期モータの並列結線回路数が１個であるときの巻線の接続を説明する結線図である。 図３１の永久磁石式同期モータの並列結線回路数が２個であるときの巻線の接続を説明する結線図である。 図３１の永久磁石式同期モータの並列結線回路数が４個であるときの巻線の接続を説明する結線図である。 この発明の実施の形態６に係る永久磁石式同期モータの軸線方向に垂直な断面を示す断面図である。 図３５の電機子の要部を示す拡大図である。

以下、この発明の各実施の形態を図に基づいて説明するが、各図において、同一または相当の部材、部位については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る永久磁石式同期モータの軸線方向に垂直な断面を示す断面図である。図において、永久磁石式同期モータ（回転電機）は、回転可能な界磁極１と、界磁極１の周囲に設けられた電機子２とを備えている。永久磁石式同期モータは、インバータ（図示せず）に接続される。

界磁極１は、シャフト３と、シャフト３の外周面に固定された１０個の磁石４とを有している。磁石４は、シャフト３の周方向に等間隔に並べられている。また、磁石４は、隣り合う磁石４の極性が異なるように配置されている。

電機子２は、電機子鉄心５と、三相交流の各相の電流が流れる巻線６とを有している。電機子鉄心５は、円筒形状の基部５ａと、基部５ａから径方向内側に延びて形成され、磁石４に対向する１２個のティース５ｂとを有している。基部５ａは、シャフト３と同心円上に配置されている。ティース５ｂは、シャフト３の周方向に等間隔に並べられている。巻線６は、各ティース５ｂに一対ずつ配置されている。巻線６は、導線がティース５ｂに集中巻で巻回されることにより形成されている。つまり、この例では、界磁極１の磁極数が１０個、電機子２のティース数が１２個である。

三相交流のうちの各相の電流が流れる巻線６の数は、それぞれ８個ずつとなっている。
Ｕ相の電流が流れる巻線６の各名称を、Ｕ１１、Ｕ１２、Ｕ１３、Ｕ１４、Ｕ２１、Ｕ２２、Ｕ２３およびＵ２４とする。Ｖ相の電流が流れる巻線６の各名称を、Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３、Ｖ１４、Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３およびＶ２４とする。Ｗ相の電流が流れる巻線６の各名称を、Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ１３、Ｗ１４、Ｗ２１、Ｗ２２、Ｗ２３およびＷ２４とする。

Ｕ１１、Ｕ１４、Ｕ２２、Ｕ２３、Ｖ１２、Ｖ１３、Ｖ２１、Ｖ２４、Ｗ１２、Ｗ１３、Ｗ２１およびＷ２４の巻極性（巻き方向）は、互いに同一となっている。Ｕ１２、Ｕ１３、Ｕ２１、Ｕ２４、Ｖ１１、Ｖ１４、Ｖ２２、Ｖ２３、Ｗ１１、Ｗ１４、Ｗ２２およびＷ２３の巻極性は、互いに同一となっている。Ｕ１１の巻極性とＵ１２の巻極性とは、互いに反対となっている。図１では、各巻線６の巻極性を示すために、各名称の後部に＋または−を付している。

Ｕ１２およびＵ１３は、同一のティース５ｂに配置されている。Ｕ１１は、Ｕ１２およびＵ１３が配置されているティース５ｂに隣り合う一対のティース５ｂのうちの一方のティース５ｂに配置されている。Ｕ１４は、Ｕ１２およびＵ１３が配置されているティース５ｂに隣り合う一対のティース５ｂのうちの、Ｕ１１が配置されているティース５ｂとは異なるティース５ｂに配置されている。

Ｕ２１は、Ｕ１１が配置されているティース５ｂに対向する位置にあるティース５ｂに配置されている。Ｕ２２およびＵ２３は、Ｕ１２およびＵ１３が配置されているティース５ｂに対向する位置にあるティース５ｂに配置されている。Ｕ２４は、Ｕ１４が配置されているティース５ｂに対向する位置にあるティース５ｂに配置されている。

Ｖ１１は、Ｕ１４が配置されているティース５ｂに配置されている。Ｖ１２およびＶ１３は、Ｖ１１が配置されているティース５ｂに隣り合う一対のティース５ｂのうちの、Ｕ１２およびＵ１３が配置されているティース５ｂとは異なるティース５ｂに配置されている。Ｖ１４は、Ｖ１２およびＶ１３が配置されているティース５ｂに隣り合う一対のティース５ｂのうちの、Ｖ１１が配置されているティース５ｂとは異なるティース５ｂに配置されている。

Ｖ２１は、Ｖ１１が配置されているティース５ｂに対向する位置にあるティース５ｂに配置されている。Ｖ２２およびＶ２３は、Ｖ１２およびＶ１３が配置されているティース５ｂに対向する位置にあるティース５ｂに配置されている。Ｖ２４は、Ｖ１４が配置されているティース５ｂに対向する位置にあるティース５ｂに配置されている。

Ｗ１１は、Ｖ２４が配置されているティース５ｂに配置されている。Ｗ１２およびＷ１３は、Ｗ１１が配置されているティース５ｂに隣り合う一対のティース５ｂのうちの、Ｖ２２およびＶ２３が配置されているティース５ｂとは異なるティース５ｂに配置されている。Ｗ１４は、Ｕ１１が配置されているティース５ｂに配置されている。

Ｗ２１は、Ｗ１１が配置されているティース５ｂに対向する位置にあるティース５ｂに配置されている。Ｗ２２およびＷ２３は、Ｗ１２およびＷ１３が配置されているティース５ｂに対向する位置にあるティース５ｂに配置されている。Ｗ２４は、Ｗ１４が配置されているティース５ｂに対向する位置にあるティース５ｂに配置されている。

上述した各巻線６の配置について言い換えると、同一のティース５ｂに設けられる巻線６の組み合わせを（ ／ ）で表し、三相交流の各相の電流が流れる巻線６をＵ、Ｖ、Ｗで表し、巻線６の巻極性を＋、−で表した場合、巻線６は、ティース５ｂが並べられた方向に次の順序となるように配置される。
（Ｕ１２＋／Ｕ１３＋）（Ｕ１４−／Ｖ１１＋）（Ｖ１２−／Ｖ１３−）（Ｖ１４＋／Ｗ２１−）（Ｗ２２＋／Ｗ２３＋）（Ｗ２４−／Ｕ２１＋）（Ｕ２２−／Ｕ２３−）（Ｕ２４＋／Ｖ２１−）（Ｖ２２＋／Ｖ２３＋）（Ｖ２４−／Ｗ１１＋）（Ｗ１２−／Ｗ１３−）（Ｗ１４＋／Ｕ１１−）
なお、同一のティース５ｂに設けられている一対の巻線６の配置順序は、逆であってもよい。つまり、この例では、例えば、Ｕ１３がＵ１２よりもシャフト３の径方向内側に配置されているが、Ｕ１３がＵ１２よりもシャフト３の径方向外側に配置されてもよい。

図２は図１の巻線６の接続を説明する結線図である。図において、Ｕ１１とＵ１４とは、直列接続されている。Ｕ１２とＵ１３とは、直列接続されている。Ｕ２１とＵ２４とは、直列接続されている。Ｕ２２とＵ２３とは、直列接続されている。直列接続されたＵ１１およびＵ１４と、直列接続されたＵ１２およびＵ１３と、直列接続されたＵ２１およびＵ２４と、直列接続されたＵ２２およびＵ２３とは、並列接続されている。つまり、直列接続されたＵ１１およびＵ１４と、直列接続されたＵ１２およびＵ１３と、直列接続されたＵ２１およびＵ２４と、直列接続されたＵ２２およびＵ２３とは、Ｕ相の並列回路を構成している。Ｕ１１、Ｕ１４、Ｕ２１およびＵ２４のそれぞれのターン数は、全て同一となっている。Ｕ１２、Ｕ１３、Ｕ２２およびＵ２３のそれぞれのターン数は、全て同一となっている。

Ｖ１１とＶ１４とは、直列接続されている。Ｖ１２とＶ１３とは、直列接続されている。Ｖ２１とＶ２４とは、直列接続されている。Ｖ２２とＶ２３とは、直列接続されている。直列接続されたＶ１１およびＶ１４と、直列接続されたＶ１２およびＶ１３と、直列接続されたＶ２１およびＶ２４と、直列接続されたＶ２２およびＶ２３とは、並列接続されている。つまり、直列接続されたＶ１１およびＶ１４と、直列接続されたＶ１２およびＶ１３と、直列接続されたＶ２１およびＶ２４と、直列接続されたＶ２２およびＶ２３とは、Ｖ相の並列回路を構成している。Ｖ１１、Ｖ１４、Ｖ２１およびＶ２４のそれぞれのターン数は、全て同一となっている。Ｖ１２、Ｖ１３、Ｖ２２およびＶ２３のそれぞれのターン数は、全て同一となっている。

Ｗ１１とＷ１４とは、直列接続されている。Ｗ１２とＷ１３とは、直列接続されている。Ｗ２１とＷ２４とは、直列接続されている。Ｗ２２とＷ２３とは、直列接続されている。直列接続されたＷ１１およびＷ１４と、直列接続されたＷ１２およびＷ１３と、直列接続されたＷ２１およびＷ２４と、直列接続されたＷ２２およびＷ２３とは、並列接続されている。つまり、直列接続されたＷ１１およびＷ１４と、直列接続されたＷ１２およびＷ１３と、直列接続されたＷ２１およびＷ２４と、直列接続されたＷ２２およびＷ２３とは、Ｗ相の並列回路を構成している。Ｗ１１、Ｗ１４、Ｗ２１およびＷ２４のそれぞれのターン数は、全て同一となっている。Ｗ１２、Ｗ１３、Ｗ２２およびＷ２３のそれぞれのターン数は、全て同一となっている。

各相は、Ｙ結線となっている。永久磁石式同期モータの各相の並列接続された列の数である並列結線回路数は、４個である。

図３は図２の巻線６の電圧を示すベクトル図である。Ｕ１２およびＵ１３のそれぞれの電圧の位相は、Ｕ１２およびＵ１３が同一のティース５ｂに配置されているので、互いに同一となっている。Ｕ１１の電圧の位相は、Ｕ１２またはＵ１３の電圧の位相に対して、３０度遅れている。Ｕ１４の電圧の位相は、Ｕ１２またはＵ１３の電圧の位相に対して、３０度進んでいる。つまり、Ｕ１１およびＵ１４の電圧の位相は、Ｕ１２またはＵ１３の電圧の位相を中心に、同一角度だけ互いに反対方向にずれている。

Ｕ１１のターン数と、Ｕ１４のターン数とが等しいので、Ｕ１１の電圧ベクトルと、Ｕ１４の電圧ベクトルとを合成した合成ベクトルの方向は、Ｕ１２およびＵ１３の電圧ベクトルの方向と同一となる。これにより、並列接続されたＵ１１およびＵ１４とＵ１２およびＵ１３との間に循環電流が流れることが抑制される。

並列接続されたＵ２１およびＵ２４とＵ２２およびＵ２３との間においても、同様にして、循環電流が流れることが抑制される。つまり、Ｕ相において、並列回路の各列の両端間における電圧の位相が同一となり、循環電流の発生が抑制される。Ｖ相およびＷ相においても、Ｕ相と同様に、並列回路の各列の両端間における電圧の位相が同一となり、循環電流の発生が抑制される。

次に、インバータに印加される無負荷誘起電圧について説明する。一般に、シャフトの外周面に磁石が貼り付けられているＳＰＭモータや、シャフトの外周面から径方向内側に磁石が埋め込まれた埋め込み磁石式のＩＰＭモータにおいては、巻線への鎖交磁束Φを用いると、界磁極の回転により巻線に誘起される無負荷誘起電圧Ｅは、下記の式（１）を満たす。
Ｅ＝−（ｄΦ／ｄｔ） （１）
鎖交磁束Φは、空隙磁束密度Ｂ、巻線の断面積Ｓ、巻線のターン数Ｗを用いると、下記の式（２）を満たす。
Φ＝Ｗ・Ｂ・Ｓ （２）
上記の式（１）と、上記の式（２）とから、無負荷誘起電圧Ｅは、下記の式（３）を満たす。
Ｅ＝−ＷＳ（ｄＢ／ｄｔ） （３）

したがって、無負荷誘起電圧Ｅは、巻線のターン数Ｗに比例する。モータ設計を行う際、インバータの電源電圧を考慮して、無負荷誘起電圧を決定する。例えば、インバータの電源電圧をＶからＶ／２へと１／２倍にする場合、無負荷誘起電圧を小さくするために、並列結線回路数を増加させるか、巻線のターン数Ｗを減らす必要がある。

図４は従来の永久磁石式同期モータにおける巻線６の接続を説明する結線図、図５は図４の巻線６の電圧を示すベクトル図である。同相の各巻線６は、全て直列接続されている。したがって、この従来の永久磁石式同期モータの並列回路結線数は、１個である。この場合、循環電流が流れる回路がないので、循環電流の発生は防止される。しかしながら、同相の各巻線６が全て直列接続されているので、インバータに印加される無負荷誘起電圧は、この発明の実施の形態１に係る永久磁石式同期モータの場合と比較して、大きくなってしまう。

図６は他の従来の永久磁石式同期モータにおける巻線６の接続を説明する結線図、図７は図６の巻線６の電圧を示すベクトル図である。同相の各巻線６は、２列に並列接続されている。したがって、この従来の永久磁石式同期モータの並列回路結線数は、２個である。Ｕ１１、Ｕ１２、Ｕ１３およびＵ１４の各電圧ベクトルの合成ベクトルの方向と、Ｕ２１、Ｕ２２、Ｕ２３およびＵ２４の各電圧ベクトルの合成ベクトルの方向とが、互いに同一である。したがって、並列接続されたＵ１１、Ｕ１２、Ｕ１３およびＵ１４とＵ２１、Ｕ２２、Ｕ２３およびＵ２４との間に循環電流が流れることが抑制される。しかしながら、Ｕ１１、Ｕ１２、Ｕ１３およびＵ１４が直列接続され、また、Ｕ２１、Ｕ２２、Ｕ２３およびＵ２４が直列接続されているので、インバータに印加される無負荷誘起電圧は、この発明の実施の形態１に係る永久磁石式同期モータの場合と比較して、大きくなってしまう。

図８はさらに他の従来の永久磁石式同期モータを示す断面図である。図において、ティース５ｂの数および磁石４の数は、この発明の実施の形態１に係る永久磁石式同期モータと同様である。各ティース５ｂには、巻線６が１個ずつ配置されている。三相交流のうちの各相の電流が流れる巻線６の数は、それぞれ４個ずつとなっている。Ｕ相の電流が流れる巻線６の各名称を、Ｕ１１、Ｕ１２、Ｕ２１およびＵ２２とする。Ｖ相の電流が流れる巻線６の各名称を、Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ２１およびＶ２２とする。Ｗ相の電流が流れる巻線６の各名称を、Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ２１およびＷ２２とする。

Ｕ１１、Ｕ２２、Ｖ１２、Ｖ２１、Ｗ１２、Ｗ２１の巻極性は、互いに同一となっている。Ｕ１２、Ｕ２１、Ｖ１１、Ｖ２２、Ｗ１１、Ｗ２２の巻極性は、互いに同一となっている。Ｕ１１の巻極性と、Ｕ１２の巻極性とは、互いに反対となっている。図８では、各巻線６の巻極性を示すために、各名称の後部に＋または−を付している。

Ｕ１１およびＵ１２は、互いに隣り合うティース５ｂに配置されている。Ｕ２１は、Ｕ１１が配置されているティース５ｂに対向する位置にあるティース５ｂに配置されている。Ｕ２２は、Ｕ１２が配置されているティース５ｂに対向する位置にあるティース５ｂに配置されている。

Ｖ１１とＶ１２とは、互いに隣り合うティース５ｂに配置されている。Ｖ２１は、Ｖ１１が配置されているティース５ｂに対向する位置にあるティース５ｂに配置されている。Ｖ２２は、Ｖ１２が配置されているティース５ｂに対向する位置にあるティース５ｂに配置されている。

Ｗ１１とＷ１２とは、互いに隣り合うティース５ｂに配置されている。Ｗ２１は、Ｖ１１が配置されているティース５ｂに対向する位置にあるティース５ｂに配置されている。Ｗ２２は、Ｗ１２が配置されているティース５ｂに対向する位置にあるティース５ｂに配置されている。

Ｕ１２とＶ１１とは、互いに隣り合うティース５ｂに配置されている。Ｖ１２とＷ２１とは、互いに隣り合うティース５ｂに配置されている。

図９は図８の巻線６の接続を説明する結線図である。図において、Ｕ１１、Ｕ１２、Ｕ２１およびＵ２２は、直列接続されている。Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ２１およびＶ２２は、直列接続されている。Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ２１およびＷ２２は、直列接続されている。したがって、この従来の永久磁石式同期モータの並列回路結線数は、１個である。Ｕ１１、Ｕ１２Ｕ２１、Ｕ２２、Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ２１、Ｖ２２、Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ２１およびＷ２２のそれぞれのターン数は、全て同一となっている。

図１０は図９の巻線６の電圧を示すベクトル図である。各相には、循環電流が流れる回路がないので、循環電流の発生は防止される。しかしながら、同相の各巻線６が全て直列接続されているので、インバータに印加される無負荷誘起電圧は、この発明の実施の形態１に係る永久磁石式同期モータの場合と比較して、大きくなってしまう。

図１１は図９の巻線６の他の接続を説明する結線図である。図において、Ｕ１１とＵ１２とは、直列接続されている。Ｕ２１とＵ２２とは、直列接続されている。Ｕ１１およびＵ１２と、Ｕ２１およびＵ２２とは、並列接続されている。Ｖ１１とＶ１２とは、直列接続されている。Ｖ２１とＶ２２とは、直列接続されている。Ｖ１１およびＶ１２と、Ｖ２１およびＶ２２とは、並列接続されている。Ｗ１１とＷ１２とは、直列接続されている。Ｗ２１とＷ２２とは、直列接続されている。Ｗ１１およびＷ１２と、Ｗ２１およびＷ２２とは、並列接続されている。この従来の永久磁石式同期モータの並列回路結線数は、２個である。

図１２は図１１の巻線６の電圧を示すベクトル図である。Ｕ１１およびＵ１２のそれぞれの電圧ベクトルを合成した合成ベクトルの方向は、Ｕ２１およびＵ２２のそれぞれの電圧ベクトルを合成した合成ベクトルの方向と等しい。したがって、並列接続されたＵ１１およびＵ１２とＵ２１およびＵ２２との間に循環電流が流れることが抑制される。

図１３は図９の巻線６のさらに他の接続を説明する結線図である。図において、Ｕ１１、Ｕ１２、Ｕ２１およびＵ２２は、全て並列接続されている。Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ２１およびＶ２２は、全て並列接続されている。Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ２１およびＷ２２は、全て並列接続されている。したがって、この従来の永久磁石式同期モータの並列回路結線数は、４個である。

図１４は図１３の巻線６の電圧を示すベクトル図である。Ｕ１１およびＵ２１と、Ｕ１２およびＵ２２とは、印加される電圧の位相がずれている。したがって、Ｕ１１およびＵ２１とＵ１２およびＵ２２との間には、循環電流が流れてしまう。循環電流の発生を抑制するためには、永久磁石式同期モータの並列回路結線数を２個以下にする必要がある。

図１５は図８の電機子２の要部を示す拡大図、図１６は図８の巻線６のターン数を減少させた場合の電機子２の要部を示す図ある。各巻線６のターン数は、１８ターンとなっている。永久磁石式同期モータの並列結線回路数を１個のまま、無負荷誘起電圧を１／２倍にするためには、上記（３）式により、各巻線６のターン数を１／２倍の９ターンに減少させる必要がある。しかしながら、ターン数を１／２倍に減少させる場合、各巻線６に流れる電流を２倍に増加させなければならないので、巻線６を流れる電流の増加による巻線６における銅損が増加することを防ぐために、各巻線６の導線の線径を√２倍にする必要がある。

各巻線６の導線の線径を√２倍にすると、隣接する導線間の隙間が大きくなってしまう。これにより、各巻線６のターン数を９ターンにすることができず、各巻線６のターン数を８ターンとしなければならない場合がある。つまり、永久磁石式同期モータの並列回路結線数を増加させずに、巻線６のターン数を減少させるとともに、巻線６を構成する導線の線径を増加させることは困難である。

以上説明したように、この発明の実施の形態１に係る永久磁石式同期モータによれば、同相の電流が流れる巻線６は、ティース５ｂが並べられた方向に連続して３個並んで配置され、連続して３個並べて配置された同相の巻線６は、各列の両端間における電圧の位相が同一となるように組み合わされて並列回路を構成しているので、巻線６における循環電流の発生を抑制することができるとともに、インバータに印加される無負荷誘起電圧の値を小さくすることができる。

また、同一のティース５ｂに設けられる巻線６の組み合わせを（ ／ ）で表し、三相交流の各相の巻線６をＵ、Ｖ、Ｗで表し、巻極性を＋、−で表した場合、巻線６が、ティース５ｂが並べられた方向に次の順序となるように配置され、（Ｕ１２＋／Ｕ１３＋）（Ｕ１４−／Ｖ１１＋）（Ｖ１２−／Ｖ１３−）（Ｖ１４＋／Ｗ２１−）（Ｗ２２＋／Ｗ２３＋）（Ｗ２４−／Ｕ２１＋）（Ｕ２２−／Ｕ２３−）（Ｕ２４＋／Ｖ２１−）（Ｖ２２＋／Ｖ２３＋）（Ｖ２４−／Ｗ１１＋）（Ｗ１２−／Ｗ１３−）（Ｗ１４＋／Ｕ１１−）、さらに、Ｕ１２＋とＵ１３＋とが直列接続され、Ｖ１２−とＶ１３−とが直列接続され、Ｗ２２＋とＷ２３＋とが直列接続され、Ｕ２２−とＵ２３−とが直列接続され、Ｖ２２＋とＶ２３＋とが直列接続され、Ｗ１２−とＷ１３−とが直列接続され、Ｕ１１−とＵ１４−とが直列接続され、Ｖ１１＋とＶ１４＋とが直列接続され、Ｗ２１−とＷ２４−とが直列接続され、Ｕ２１＋とＵ２４＋とが直列接続され、Ｖ２１−とＶ２４−とが直列接続され、Ｗ１１＋とＷ１４＋とが直列接続され、さらに、Ｕ１２＋およびＵ１３＋とＵ１１−およびＵ１４−とが並列接続され、Ｖ１２−およびＶ１３−とＶ１１＋およびＶ１４＋とが並列接続され、Ｗ２２＋およびＷ２３＋とＷ２１−およびＷ２４−とが並列接続され、Ｕ２２−およびＵ２３−とＵ２１＋およびＵ２４＋とが並列接続され、Ｖ２２＋およびＶ２３＋とＶ２１−およびＶ２４−とが並列接続され、Ｗ１２−およびＷ１３−とＷ１１＋およびＷ１４＋とが並列接続されているので、簡単な構成で、巻線６における循環電流の発生を抑制するとともに、インバータに印加される無負荷誘起電圧の値を小さくすることができる。

実施の形態２．
図１７はこの発明の実施の形態２に係る永久磁石式同期モータの軸線方向に垂直な断面を示す断面図である。図において、磁石４は、シャフト３の周方向に８個、等間隔に並べられている。ティース５ｂは、シャフト３の周方向に９個、等間隔に並べられている。巻線６は、各ティース５ｂに１個ずつ配置されている。つまり、この例では、界磁極１の字極数が８個、電機子２のティース数が９個である。

三相交流のうちの各相の電流が流れる巻線６の数は、それぞれ３個ずつとなっている。Ｕ相の電流が流れる巻線６の各名称を、Ｕ１１、Ｕ１２およびＵ１３とする。Ｖ相の電流が流れる巻線６の各名称を、Ｖ１１、Ｖ１２およびＶ１３とする。Ｗ相の電流が流れる巻線６の各名称を、Ｗ１１、Ｗ１２およびＷ１３とする。

Ｕ１１、Ｕ１３、Ｖ１１、Ｖ１３、Ｗ１１およびＷ１３の巻極性は、互いに同一となっている。Ｕ１２、Ｖ１２およびＷ１２の巻極性は、互いに同一となっている。Ｕ１１の巻極性とＵ１２の巻極性とは、互いに反対となっている。図１７では、各巻線６の巻極性を示すために、各名称の後部に＋または−を付している。

Ｕ１１、Ｕ１２およびＵ１３は、Ｕ１１およびＵ１３がＵ１２を挟むようにして、ティース５ｂが並べられた方向に連続して配置されている。Ｖ１１、Ｖ１２およびＶ１３は、Ｖ１１およびＶ１３がＶ１２を挟むようにして、ティース５ｂが並べられた方向に連続して配置されている。Ｗ１１、Ｗ１２およびＷ１３は、Ｗ１１およびＷ１３がＷ１２を挟むようにして、ティース５ｂが並べられた方向に連続して配置されている。Ｕ１３とＶ１１とは、互いに隣り合っている。Ｖ１３とＷ１１とは、互いに隣り合っている。Ｗ１３とＵ１１とは、互いに隣り合っている。

図１８は図１７の巻線６の接続を説明する結線図である。図において、Ｕ１１とＵ１３とは、直列接続されている。Ｕ１１およびＵ１３と、Ｕ１２とは、並列接続されている。つまり、Ｕ１１およびＵ１３と、Ｕ１２とは、Ｕ相の並列回路を構成している。Ｕ１１およびＵ１３のそれぞれのターン数は、同一となっている。

Ｖ１１とＶ１３とは、直列接続されている。Ｖ１１およびＶ１３と、Ｖ１２とは、並列接続されている。つまり、Ｖ１１およびＶ１３と、Ｖ１２とは、Ｖ相の並列回路を構成している。Ｖ１１およびＶ１３のそれぞれのターン数は、同一となっている。

Ｗ１１とＷ１３とは、直列接続されている。Ｗ１１およびＷ１３と、Ｗ１２とは、並列接続されている。つまり、Ｗ１１およびＷ１３と、Ｗ１２とは、Ｗ相の並列回路を構成している。Ｗ１１およびＷ１３のそれぞれのターン数は、同一となっている。

各相は、Ｙ結線となっている。この発明の実施の形態２に係る永久磁石式同期モータの並列結線回路数は、２個である。

図１９は図１８の巻線６の電圧を示すベクトル図である。Ｕ１１の電圧の位相は、Ｕ１２の電圧の位相に対して、２０度遅れている。Ｕ１３の電圧の位相は、Ｕ１２の電圧の位相に対して、２０度進んでいる。つまり、Ｕ１１およびＵ１３の電圧の位相は、Ｕ１２の電圧の位相を中心に、同一角度だけ互いに反対方向にずれている。

Ｕ１１のターン数と、Ｕ１３のターン数とが等しいので、Ｕ１１の電圧ベクトルと、Ｕ１３の電圧ベクトルとを合成した合成ベクトルの方向は、Ｕ１２の電圧ベクトルの方向と同一となる。その結果、並列接続されたＵ１１およびＵ１３とＵ１２との間に循環電流が流れることが抑制される。つまり、Ｕ相において、並列回路の各列の両端間における電圧の位相が同一となり、循環電流の発生が抑制される。

Ｖ相およびＷ相においても、Ｕ相と同様に、並列回路の各列の両端間における電圧の位相が同一となり、循環電流の発生が抑制される。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

図２０は従来の永久磁石式同期モータにおける巻線６の接続を説明する結線図である。図において、Ｕ１１、Ｕ１２およびＵ１３は、直列接続されている。Ｖ１１、Ｖ１２およびＶ１３は、直列接続されている。Ｗ１１、Ｗ１２およびＷ１３は、直列接続されている。したがって、この従来の永久磁石同期モータの並列結線回路数は、１個である。

図２１は図２０の巻線６の電圧を示すベクトル図である。各相には、循環電流が流れる回路がないので、循環電流の発生は防止される。しかしながら、同相の各巻線６が全て直列接続されているので、インバータに印加される無負荷誘起電圧は、この発明の実施の形態２に係る永久磁石式同期モータの場合と比較して、大きくなってしまう。

以上説明したように、この発明の実施の形態２に係る回転電機によれば、同相の巻線６は、ティース５ｂが並べられた方向に連続して３個だけ並んで配置され、連続して３個並べて配置された同相の巻線６のうちの両端に位置する一対の巻線６は、直列接続され、連続して３個並べて配置された同相の巻線６のうちの中央に位置する巻線６は、直列接続された一対の巻線６と並列接続されているので、簡単な構成で、巻線６における循環電流の発生を抑制するとともに、インバータに印加される無負荷誘起電圧の値を小さくすることができる。

実施の形態３．
図２２はこの発明の実施の形態３に係る永久磁石式同期モータの要部を示す平面図である。図において、Ｕ１１、Ｕ１２、Ｕ１３およびＵ１４のそれぞれは、導線の連続巻によって構成されている。Ｕ１１、Ｕ１２、Ｕ１３およびＵ１４を構成する導線の巻き始めの部分と巻き終わりの部分とは、導通するように接続されている。Ｕ１１とＵ１２との間の導線の部分と、Ｕ１３とＵ１４との間の導線の部分のそれぞれには、接続線７が設けられている。

Ｕ２１、Ｕ２２、Ｕ２３およびＵ２４のそれぞれは、導線の連続巻によって構成されている。Ｕ２１、Ｕ２２、Ｕ２３およびＵ２４を構成する導線の巻き始めの部分と巻き終わりの部分とは、導通するように接続されている。Ｕ２１とＵ２２との間の導線の部分と、Ｕ２３とＵ２４との間の導線の部分のそれぞれには、接続線が設けられている。

Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３およびＶ１４のそれぞれは、導線の連続巻によって構成されている。Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３およびＶ１４を構成する導線の巻き始めの部分と巻き終わりの部分とは、導通するように接続されている。Ｖ１１とＶ１２との間の導線の部分と、Ｖ１３とＶ１４との間の導線の部分のそれぞれには、接続線が設けられている。

Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３およびＶ２４のそれぞれは、導線の連続巻によって構成されている。Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３およびＶ２４を構成する導線の巻き始めの部分と巻き終わりの部分とは、導通するように接続されている。Ｖ２１とＶ２２との間の導線の部分と、ＶとＶ２４との間の導線の部分のそれぞれには、接続線が設けられている。

Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ１３およびＷ１４のそれぞれは、導線の連続巻によって構成されている。Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ１３およびＷ１４を構成する導線の巻き始めの部分と巻き終わりの部分とは、導通するように接続されている。Ｗ１１とＷ１２との間の導線の部分と、Ｗ１３とＷ１４との間の導線の部分のそれぞれには、接続線が設けられている。

Ｗ２１、Ｗ２２、Ｗ２３およびＷ２４のそれぞれは、導線の連続巻によって構成されている。Ｗ２１、Ｗ２２、Ｗ２３およびＷ２４を構成する導線の巻き始めの部分と巻き終わりの部分とは、導通するように接続されている。Ｗ２１とＷ２２との間の導線の部分と、Ｗ２３とＷ２４との間の導線の部分のそれぞれには、接続線が設けられている。

図２３は図２２の電機子２の要部を示す平面図である。各ティース５ｂには、第１のインシュレータ８または第２のインシュレータ９が取り付けられている。第１のインシュレータ８および第２のインシュレータ９は、互いに隣り合うように配置されている。巻線６は、第１のインシュレータ８または第２のインシュレータ９を介して、ティース５ｂに取り付けられている。
図２４は図２３の第１のインシュレータ８を示す斜視図である。第１のインシュレータ８は、インシュレータ本体８ａと、第１のピン８ｂと、第２のピン８ｃと、第３のピン８ｄとを有している。第１のピン８ｂ、第２のピン８ｃおよび第３のピン８ｄは、金属から構成されている。したがって、第１のピン８ｂ、第２のピン８ｃおよび第３のピン８ｄは、導電性を有している。また、第１のピン８ｂ、第２のピン８ｃおよび第３のピン８ｄは、インシュレータ本体８ａに取り付けられている。また、第１のピン８ｂ、第２のピン８ｃおよび第３のピン８ｄは、電機子２の軸線方向にインシュレータ本体８ａから突出している。第１のピン８ｂおよび第２のピン８ｃは、インシュレータ本体８ａの電機子２の周方向についての一端部に配置されている。第１のピン８ｂは、第２のピン８ｃよりも電機子２の径方向内側に配置されている。第３のピン８ｄは、インシュレータ本体８ａの電機子２の周方向についての他端部に配置されている。接続線７は、第３のピン８ｄに配置されている。

図２３に示すように、第２のインシュレータ９は、第１のインシュレータ８のインシュレータ本体８ａと同じ形状のインシュレータ本体９ａと、第１のピン９ｂとを有している。第１のピン９ｂは、金属から構成されている。したがって、第１のピン９ｂは、導電性を有している。また、第１のピン９ｂは、インシュレータ本体９ａに取り付けられている。また、第１のピン９ｂは、電機子２の軸線方向にインシュレータ本体９ａから突出している。第１のピン９ｂは、インシュレータ本体９ａの電機子２の周方向についての他端部に配置されている。つまり、インシュレータ本体９ａの第１のピン９ｂは、インシュレータ９に隣接するインシュレータ８のインシュレータ本体８ａの第１のピン８ｂと隣接する位置に配置されている。接続線７は、第１のピン９ｂに配置されている。

次に、導線をティース５ｂに巻回する手順について説明する。まず、Ｕ１１が配置される第１のインシュレータ８の第１のピン８ｂに導線を巻き付ける。その後、インシュレータ本体８ａに導線を巻回してＵ１１を形成し、さらに、導線を第３のピン８ｄに巻き付ける。続いて、導線が巻回された第１のインシュレータ８に隣り合う第２のインシュレータ９のインシュレータ本体９ａに導線を巻回してＵ１２およびＵ１３を形成した後、第１のピン９ｂに巻き付ける。この例では、Ｕ１３は、Ｕ１２に連続して形成される。

その後、導線が巻回された第２のインシュレータ９に隣り合う一対の第１のインシュレータ８のうちの既に導線が巻回された第２のインシュレータ８とは異なる第２のインシュレータ８のインシュレータ本体８ａに導線を巻回してＵ１４を形成し、さらに、第２のピン８ｃに巻き付ける。第２のピン８ｃに巻き付けられた導線は、既に導線が巻き付けられている第１のピン８ｂに再度巻き付ける。これにより、Ｕ１１、Ｕ１２、Ｕ１３およびＵ１４のそれぞれは、導線の連続巻によって構成され、かつ、導線の巻き始めの部分と巻き終わりの部分とが導通するように接続される。Ｕ２１、Ｕ２２、Ｕ２３およびＵ２４についても同様である。また、Ｖ相およびＷ相についても同様である。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

以上説明したように、この発明の実施の形態３に係る永久磁石式同期モータによれば、Ｕ１１−、Ｕ１２＋、Ｕ１３＋およびＵ１４−のそれぞれは、導線の連続巻によって構成され、かつ、導線の巻き始めの部分と巻き終わりの部分とが導通するように接続され、Ｖ１１＋、Ｖ１２−、Ｖ１３−およびＶ１４＋のそれぞれは、導線の連続巻によって構成され、かつ、導線の巻き始めの部分と巻き終わりの部分とが導通するように接続され、Ｗ２１−、Ｗ２２＋、Ｗ２３＋およびＷ２４−のそれぞれは、導線の連続巻によって構成され、かつ、導線の巻き始めの部分と巻き終わりの部分とが導通するように接続され、Ｕ２１＋、Ｕ２２−、Ｕ２３−およびＵ２４＋のそれぞれは、導線の連続巻によって構成され、かつ、導線の巻き始めの部分と巻き終わりの部分とが導通するように接続され、Ｖ２１−、Ｖ２２＋、Ｖ２３＋およびＶ２４−のそれぞれは、導線の連続巻によって構成され、かつ、導線の巻き始めの部分と巻き終わりの部分とが導通するように接続され、Ｗ１１＋、Ｗ１２−、Ｗ１３−およびＷ１４＋のそれぞれは、導線の連続巻によって構成され、かつ、導線の巻き始めの部分と巻き終わりの部分とが導通するように接続され、Ｕ１１−とＵ１２＋との間の導線の部分、Ｕ１３＋とＵ１４−との間の導線の部分、Ｖ１１＋とＶ１２−との間の導線の部分、Ｖ１３−とＶ１４＋との間の導線の部分、Ｗ２１−とＷ２２＋との間の導線の部分、Ｗ２３＋とＷ２４−との間の導線の部分、Ｕ２１＋とＵ２２−との間の導線の部分、Ｕ２３−とＵ２４＋との間の導線の部分、Ｖ２１−とＶ２２＋との間の導線の部分、Ｖ２３＋とＶ２４−との間の導線の部分、Ｗ１１＋とＷ１２−との間の導線の部分、および、Ｗ１３−とＷ１４＋との間の導線の部分のそれぞれに設けられた接続線７をさらに備えているので、永久磁石式同期モータを生産する時間を短縮させることができる。

なお、第１のインシュレータ８は、図２５および図２６に示すように、インシュレータ本体８ａに設けられた絶縁壁８ｅをさらに有してもよい。絶縁壁８ｅは、ティース５ｂの長手方向中間部に配置されている。第１のインシュレータ８には、異なる相の巻線６が配置される。絶縁壁８ｅにより、異なる相の巻線６同士が接触することを防止することができる。

また、第２のインシュレータ９は、図２７に示すように、インシュレータ本体９ａに設けられた第２のピン９ｃをさらに有してもよい。この場合、導線をティース５ｂに巻回する手順としては、まず、導線を第２のインシュレータ９の第２のピン９ｃに巻き付ける。その後、インシュレータ本体９ａに導線を巻回してＵ１２およびＵ１３を形成し、さらに、第１のピン９ｂに導線を巻き付ける。その後、Ｕ１４を形成した後、Ｕ１４が配置された第１のインシュレータ８の第２のピン８ｃに導線を巻き付け、さらに、Ｕ１１が配置される第１のインシュレータ８の第１のピン８ｂに導線を巻き付ける。ここで、導線を切断する。

その後、同様にして、Ｕ２２、Ｕ２３およびＵ２４を形成する。また、Ｕ相と同様にして、対応するＶ相およびＷ相の巻線６を形成する。その後、Ｕ１１が設けられる第１のインシュレータ８の第１のピン８ｂに導線を巻き付け、さらに、Ｕ１１を形成する。その後、第１のインシュレータ８の第２のピンに導線を巻き付けた後、最初に導線が巻き付けられた第２のインシュレータ９の第２のピン９ｃに再度、導線を巻き付ける。

その後、同様にして、Ｕ２１を形成する。また、Ｕ相と同様にして、対応するＶ相およびＷ相の巻線６を形成して、巻線６の形成が終了する。この巻線を形成する方法を用いることにより、例えば、Ｗ１４を形成する際に、Ｕ１１とＵ１２との間の導線を巻き込んでしまうことを防ぐことができる。

また、実施の形態３では、３個のピンを有した第１のインシュレータ８と、１個のピンを有した第２のインシュレータ９について説明したが、それぞれのインシュレータのピンの数は、これに限らず、設備に応じて増減させてもよい。

実施の形態４．
図２８はこの発明の実施の形態４に係る永久磁石式同期モータの各巻線６における導線のターン数を示す図である。図において、同一のティース５ｂに設けられた一対の巻線６が同相の巻線６である場合のそれぞれ巻線６のターン数をＴとし、同一のティース５ｂに設けられた一対の巻線６が異相の巻線６である場合のそれぞれの巻線６のターン数を２×Ｔ／√３としている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

図２９は図２８の全ての巻線６のターン数を同一としたときの巻線６の電圧を示すベクトル図である。Ｕ１１およびＵ１４の電圧の位相は、Ｕ１２およびＵ１３の電圧の位相に対して、３０度ずれている。したがって、Ｕ１１およびＵ１４のそれぞれの電圧ベクトルを合成した合成ベクトルの方向と、Ｕ１２およびＵ１３の電圧ベクトルの方向とは、互いに同一となる。

しかしながら、Ｕ１１、Ｕ１２、Ｕ１３およびＵ１４のターン数を同一とした場合、Ｕ１１およびＵ１４のそれぞれの電圧ベクトルを合成した合成ベクトルの大きさは、Ｕ１２およびＵ１３のそれぞれの電圧ベクトルを合成した合成ベクトルの大きさよりも小さくなってしまう。Ｕ１１およびＵ１４における導線のターン数を、Ｕ１２およびＵ１３における導線のターン数の２／√３倍とすることにより、Ｕ１１およびＵ１４のそれぞれの電圧ベクトルを合成した合成ベクトルの大きさと、Ｕ１２およびＵ１３のそれぞれの電圧ベクトルを合成した合成ベクトルの大きさとが同一となる。

２／√３＝１．１５４７００・・・であるので、２／√３は整数ではない。したがって、実際に永久磁石式同期モータを製造する際には、２／√３に近い数を用いてターン数を決定する。例えば、Ｕ１２およびＵ１３のターン数を１０ターンとすると、Ｕ１１およびＵ１４のターン数は、２／（√３）×１０＝１１．５４７０５・・・であるから、１１ターンまたは１２ターンとする。この場合、Ｕ１２およびＵ１３は、直列接続されているので、合成されたベクトルの大きさは、２０ターンに相当する大きさとなる。一方、Ｕ１１およびＵ１４のそれぞれを１１ターンとすると、合成されたベクトルの大きさは、２×１１×ｃｏｓ（３０）＝１９．０５２・・・である。また、Ｕ１１およびＵ１４のそれぞれを１２ターンとすると、合成されたベクトルの大きさは、２×１２×ｃｏｓ（３０）＝２０．７８４・・・である。このことから、Ｕ１１およびＵ１４のターン数を１２ターンとした方が、Ｕ１１およびＵ１４の合成ベクトルの大きさが、Ｕ１２およびＵ１３の合成ベクトルの大きさに近い値となる。

図３０は図２８の巻線６のターン数を示す表である。図のように、電圧ベクトルの大きさを考慮して各巻線６のターン数を選択することで、電圧ベクトルの大きさの差異を小さくすることができる。

以上説明したように、この発明の実施の形態４に係る永久磁石式同期モータによれば、同一のティース５ｂに設けられた一対の巻線６が同相の巻線６である場合のそれぞれの巻線６のターン数をＴとすると、同一のティース５ｂに設けられた一対の巻線６が異相の巻線６である場合のそれぞれの巻線６ターン数が２×Ｔ／√３であるので、並列回路の各列の両端間における電圧の大きさの差異を小さくすることができる。その結果、循環電流の発生を抑制することができる。

実施の形態５．
図３１はこの発明の実施の形態５に係る永久磁石式同期モータの巻線６の接続を説明する結線図である。図において、Ｕ１１、Ｕ１２、Ｕ１３およびＵ１４は、Ｕ１４、Ｕ１１、Ｕ１２およびＵ１３の順に直列に接続されている。Ｕ２１、Ｕ２２、Ｕ２３およびＵ２４は、Ｕ２４、Ｕ２１、Ｕ２２およびＵ２３の順に直列に接続されている。

Ｕ１４には、電流が入力されるようになっている。Ｕ１４とＵ２４との間には、スイッチＳＷ１が設けられている。スイッチＳＷ１がオン状態となることで、Ｕ１４とＵ２４とが接続される。

Ｕ１４とＵ１３とは、スイッチＳＷ２を介して接続されている。スイッチＳＷ２がオン状態となることで、Ｕ１４とＵ１３とが導通される。

Ｕ１３とＵ２４とは、スイッチＳＷ３を介して接続されている。スイッチＳＷ３がオン状態となることで、Ｕ１３とＵ２４とが導通される。

Ｕ２４とＵ２３とは、スイッチＳＷ４を介して接続されている。スイッチＳＷ４がオン状態となることで、Ｕ２４とＵ２３とが導通される。

Ｕ１１およびＵ１２とＵ２４とは、スイッチＳＷ５を介して接続されている。スイッチＳＷ５がオン状態となることで、Ｕ１１およびＵ１２と、Ｕ２４とが導通される。

Ｕ２１およびＵ２２には、スイッチＳＷ６を介して、電流が出力される出力電流線１０が接続されている。スイッチＳＷ６がオン状態となることで、Ｕ２１およびＵ２２と出力電流線１０とが導通される。

Ｕ１１およびＵ１２と出力電流線１０とは、スイッチＳＷ７を介して接続されている。スイッチＳＷ７がオン状態となることで、Ｕ１１およびＵ１２と出力電流線１０とが導通される。

Ｕ２３と出力電流線１０とは、スイッチＳＷ８を介して接続されている。スイッチＳＷ８がオン状態となることで、Ｕ２３と出力電流線１０とが導通される。

図３２は図３１の永久磁石式同期モータの並列結線回路数が１個であるときの巻線６の接続を説明する結線図である。スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２、スイッチＳＷ４、スイッチＳＷ５、スイッチＳＷ６およびスイッチＳＷ７をオフ状態とし、スイッチＳＷ３およびスイッチＳＷ６をオン状態とすることにより、Ｕ１１およびＵ１４とＵ１２およびＵ１３とが直列接続され、Ｕ２１およびＵ２４とＵ２２およびＵ２３とが直列接続される。さらに、直列接続されたＵ１１、Ｕ１２、Ｕ１３およびＵ１４と、直列接続されたＵ２１、Ｕ２２、Ｕ２３およびＵ２４とが直列接続される。

図３３は図３１の永久磁石式同期モータの並列結線回路数が２個であるときの巻線６の接続を説明する結線図である。スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ３、スイッチＳＷ７およびスイッチＳＷ８をオフ状態とし、スイッチＳＷ２、スイッチＳＷ４、スイッチＳＷ５およびスイッチＳＷ６をオン状態とすることにより、Ｕ１１およびＵ１４とＵ１２およびＵ１３とが並列接続され、Ｕ２１およびＵ２４とＵ２２およびＵ２３とが並列接続される。さらに、Ｕ１１、Ｕ１２、Ｕ１３およびＵ１４と、Ｕ２１、Ｕ２２、Ｕ２３およびＵ２４とは、直列接続される。

図３４は図３１の永久磁石式同期モータの並列結線回路数が４個であるときの巻線６の接続を説明する結線図である。スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２、スイッチＳＷ４、スイッチＳＷ６およびスイッチＳＷ７をオン状態とし、スイッチＳＷ３、スイッチＳＷ５およびスイッチＳＷ８をオフ状態とすることにより、Ｕ１１およびＵ１４とＵ１２およびＵ１３とが並列接続され、Ｕ２１およびＵ２４とＵ２２およびＵ２３とが並列接続される。さらに、Ｕ１１、Ｕ１２、Ｕ１３およびＵ１４と、Ｕ２１、Ｕ２２、Ｕ２３およびＵ２４とは、並列接続される。

上述したように、スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２、スイッチＳＷ３、スイッチＳＷ４、スイッチＳＷ５、スイッチＳＷ６、スイッチＳＷ７およびスイッチＳＷ８をオン状態またはオフ状態に切り替えることにより、Ｕ１２およびＵ１３とＵ１１およびＵ１４との間の接続は、直列接続と並列接続とに切り替え可能であり、また、Ｕ２２およびＵ２３とＵ２１およびＵ２４との間の接続は、直列接続と並列接続とに切り替え可能であり、また、直列接続されたＵ１１、Ｕ１２、Ｕ１３およびＵ１４と直列接続されたＵ２１、Ｕ２２、Ｕ２３およびＵ２４との間の接続は、直列接続と並列接続とに切り替え可能である。Ｖ相およびＷ相についても同様である。

以上説明したように、この発明の実施の形態５に係る永久磁石式同期モータによれば、Ｕ１２およびＵ１３とＵ１１およびＵ１４との間の接続は、直列接続と並列接続とに切り替え可能であり、Ｖ１２およびＶ１３とＶ１１およびＶ１４との間の接続は、直列接続と並列接続とに切り替え可能であり、Ｗ２２およびＷ２３とＷ２１およびＷ２４との間の接続は、直列接続と並列接続とに切り替え可能であり、Ｕ２２およびＵ２３とＵ２１およびＵ２４との間の接続は、直列接続と並列接続とに切り替え可能であり、Ｖ２２およびＶ２３とＶ２１およびＶ２４との間の接続は、直列接続と並列接続とに切り替え可能であり、Ｗ１２およびＷ１３とＷ１１およびＷ１４との間の接続は、直列接続と並列接続とに切り替え可能であるので、永久磁石式同期モータの並列結線回路数を容易に変更することができる。その結果、永久磁石式同期モータの低速回転と高速回転との切り替えにおいて、巻線６を容易に対応させることができる。

また、直列接続されたＵ１１、Ｕ１２、Ｕ１３およびＵ１４と直列接続されたＵ２１、Ｕ２２、Ｕ２３およびＵ２４との間の接続は、直列接続と並列接続とに切り替え可能であり、直列接続されたＶ１１、Ｖ１２、Ｖ１３およびＶ１４と直列接続されたＶ２１、Ｖ２２、Ｖ２３およびＶ２４との間の接続は、直列接続と並列接続とに切り替え可能であり、直列接続されたＷ２１、Ｗ２２、Ｗ２３およびＷ２４と直列接続されたＷ２１、Ｗ２２、Ｗ２３およびＷ２４との間の接続は、直列接続と並列接続とに切り替え可能であるので、さらに、永久磁石同期モータの並列結線回路数の変更することができる幅を大きくすることができる。これにより、巻線６の設計の自由度を向上させることができる。つまり、永久磁石式同期モータの量産時に、同一設備、同一設定で巻線６をティース５ｂに施すことができる。

実施の形態６．
図３５はこの発明の実施の形態６に係る永久磁石式同期モータの軸線方向に垂直な断面を示す断面図、図３６は図３５の電機子２の要部を示す拡大図である。図において、第１のインシュレータ８と第２のインシュレータ９との間には、第１の絶縁材１１と第２の絶縁材１２とが設けられている。第１の絶縁材１１は、電機子２の径方向に延びて配置されている。第１の絶縁材１１は、電機子２の周方向に隣り合う異相の巻線６間に配置されている。第２の絶縁材１２は、電機子２の径方向に隣り合う異相の巻線６間に配置されている。

Ｕ１２およびＵ１３を構成する導線の線径をφａ、Ｕ１１およびＵ１４を構成する導線の線径をφｂとした場合、φａ＞φｂとなっている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

シャフト３の周方向に隣り合うティース５ｂ間の空間は、第１の絶縁材１１および第２の絶縁材１２により狭められている。これにより、シャフト３の周方向に隣り合うティース５ｂ間の空間におけるティース５ｂに導線を巻回することができる有効断面積が減少する。

Ｕ１２およびＵ１３のそれぞれのターン数を１０ターンとする場合、実施の形態４で述べたように、循環電流の発生を抑制するためには、Ｕ１１およびＵ１４のターン数を、１２ターンとする必要がある。つまり、Ｕ１１およびＵ１４のターン数を、Ｕ１２およびＵ１３のターン数よりも多くしなければならない。

Ｕ１２およびＵ１３を構成する導線の線径をφａ、Ｕ１１およびＵ１４を構成する導線の線径をφｂとした場合、φａ＞φｂとなっているので、第１のインシュレータ８と第２のインシュレータ９との間に第１の絶縁材１１および第２の絶縁材１２を設けることによりティース５ｂに導線を巻回することができる有効断面積が減少しても、Ｕ１１およびＵ１４のターン数をＵ１２およびＵ１３のターン数よりも多くすることが容易となる。

以上説明したように、この発明の実施の形態６に係る永久磁石式同期モータによれば、同一のティース５ｂに設けられた一対の巻線６が同相の巻線６である場合のそれぞれの巻線６を構成する各導線の線径をφａとし、同一のティース５ｂに設けられた一対の巻線６が異相の巻線６である場合のそれぞれの巻線６を構成する各導線の線径をφｂとした場合、φａ＞φｂであるので、同一のティース５ｂに設けられた一対の巻線６が同相の巻線である場合の巻線のターン数よりも、同一のティース５ｂに設けられた一対の巻線６が異相の巻線６である場合の巻線６のターン数を容易に多くすることができる。

なお、上記各実施の形態１、３、４、５、６では、界磁極１の磁極数が１０、電機子２のティース数が１２である永久磁石式同期モータについて説明したが、界磁極１の磁極数Ｐと電機子２のティース数Ｑとが、ｎを２以上の偶数としたときに、Ｐ＝５×ｎ、Ｑ＝６×ｎで表され、または、Ｐ＝７×ｎ、Ｑ＝６×ｎで表される永久磁石式同期モータであればよい。

また、各上記実施の形態では、回転電機として、電動機を例に説明したが、発電機であってもよい。

また、各上記実施の形態では、円筒形状の基部５ａを有した電機子鉄心５について説明したが、基部５ａの形状は、円筒形状に限らない。例えば、周方向に分割された複数の基部を有した電機子鉄心であってもよい。

また、各上記実施の形態では、シャフト３の外周面に複数の磁石４が取り付けられた界磁極１について説明したが、複数の極を有したリング磁石が取り付けられた界磁極であってもよい。

１ 界磁極、２ 電機子、３ シャフト、４ 磁石、５ 電機子鉄心、５ａ 基部、５ｂ ティース、６ 巻線、７ 接続線、８ 第１のインシュレータ、８ａ インシュレータ本体、８ｂ 第１のピン、８ｃ 第２のピン、８ｄ 第３のピン、８ｅ 絶縁壁、９ 第２のインシュレータ、９ａ インシュレータ本体、９ｂ 第１のピン、９ｃ 第２のピン、１０ 出力電流線、１１ 第１の絶縁材、１２ 第２の絶縁材。

Claims (8)

1. 複数の磁石を有した界磁極と、
   前記磁石に対向するように並べて設けられた複数のティースを含んだ電機子鉄心と、前記ティースに導線が集中巻で巻回されることにより設けられ、三相交流の電流が流れる複数の巻線とを有した電機子とを備え、
   同相の前記巻線は、前記ティースが並べられた方向に連続して３個以上並んで配置され、
   連続して３個以上並べて配置された同相の前記巻線は、各列の両端間における電圧の位相が同一となるように組み合わされて並列回路を構成していることを特徴とする回転電機。
2. 同相の前記巻線は、前記ティースが並べられた方向に連続して３個だけ並んで配置され、
   連続して３個並べて配置された同相の前記巻線のうちの両端に位置する一対の前記巻線は、直列接続され、
   連続して３個並べて配置された同相の前記巻線のうちの中央に位置する前記巻線は、直列接続された一対の前記巻線と並列接続されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記界磁極の磁極数Ｐと前記電機子のティース数Ｑとが、ｎを２以上の偶数としたとき、Ｐ＝５×ｎ、Ｑ＝６×ｎで表され、または、Ｐ＝７×ｎ、Ｑ＝６×ｎで表され、各前記ティースには、一対の前記巻線が配置される回転電機であって、
   同一の前記ティースに設けられる前記巻線の組み合わせを（ ／ ）で表し、前記三相交流の各相の前記巻線をＵ、Ｖ、Ｗで表し、巻極性を＋、−で表した場合、前記巻線が、前記ティースが並べられた方向に次の順序またはその繰り返しとなるように配置され、
   （Ｕ１２＋／Ｕ１３＋）（Ｕ１４−／Ｖ１１＋）（Ｖ１２−／Ｖ１３−）（Ｖ１４＋／Ｗ２１−）（Ｗ２２＋／Ｗ２３＋）（Ｗ２４−／Ｕ２１＋）（Ｕ２２−／Ｕ２３−）（Ｕ２４＋／Ｖ２１−）（Ｖ２２＋／Ｖ２３＋）（Ｖ２４−／Ｗ１１＋）（Ｗ１２−／Ｗ１３−）（Ｗ１４＋／Ｕ１１−）、
   さらに、前記Ｕ１２＋と前記Ｕ１３＋とが直列接続され、前記Ｖ１２−と前記Ｖ１３−とが直列接続され、前記Ｗ２２＋と前記Ｗ２３＋とが直列接続され、前記Ｕ２２−と前記Ｕ２３−とが直列接続され、前記Ｖ２２＋と前記Ｖ２３＋とが直列接続され、前記Ｗ１２−と前記Ｗ１３−とが直列接続され、前記Ｕ１１−と前記Ｕ１４−とが直列接続され、前記Ｖ１１＋と前記Ｖ１４＋とが直列接続され、前記Ｗ２１−と前記Ｗ２４−とが直列接続され、前記Ｕ２１＋と前記Ｕ２４＋とが直列接続され、前記Ｖ２１−と前記Ｖ２４−とが直列接続され、前記Ｗ１１＋と前記Ｗ１４＋とが直列接続され、
   さらに、前記Ｕ１２＋および前記Ｕ１３＋と前記Ｕ１１−および前記Ｕ１４−とが並列接続され、前記Ｖ１２−および前記Ｖ１３−と前記Ｖ１１＋および前記Ｖ１４＋とが並列接続され、前記Ｗ２２＋および前記Ｗ２３＋と前記Ｗ２１−および前記Ｗ２４−とが並列接続され、前記Ｕ２２−および前記Ｕ２３−と前記Ｕ２１＋および前記Ｕ２４＋とが並列接続され、前記Ｖ２２＋および前記Ｖ２３＋と前記Ｖ２１−および前記Ｖ２４−とが並列接続され、前記Ｗ１２−および前記Ｗ１３−と前記Ｗ１１＋および前記Ｗ１４＋とが並列接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。
4. 前記Ｕ１１−、前記Ｕ１２＋、前記Ｕ１３＋および前記Ｕ１４−のそれぞれは、前記導線の連続巻によって構成され、かつ、前記導線の巻き始めの部分と巻き終わりの部分とが導通するように接続され、
   前記Ｖ１１＋、前記Ｖ１２−、前記Ｖ１３−および前記Ｖ１４＋のそれぞれは、前記導線の連続巻によって構成され、かつ、前記導線の巻き始めの部分と巻き終わりの部分とが導通するように接続され、
   前記Ｗ２１−、前記Ｗ２２＋、前記Ｗ２３＋および前記Ｗ２４−のそれぞれは、前記導線の連続巻によって構成され、かつ、前記導線の巻き始めの部分と巻き終わりの部分とが導通するように接続され、
   前記Ｕ２１＋、前記Ｕ２２−、前記Ｕ２３−および前記Ｕ２４＋のそれぞれは、前記導線の連続巻によって構成され、かつ、前記導線の巻き始めの部分と巻き終わりの部分とが導通するように接続され、
   前記Ｖ２１−、前記Ｖ２２＋、前記Ｖ２３＋および前記Ｖ２４−のそれぞれは、前記導線の連続巻によって構成され、かつ、前記導線の巻き始めの部分と巻き終わりの部分とが導通するように接続され、
   前記Ｗ１１＋、前記Ｗ１２−、前記Ｗ１３−および前記Ｗ１４＋のそれぞれは、前記導線の連続巻によって構成され、かつ、前記導線の巻き始めの部分と巻き終わりの部分とが導通するように接続され、
   前記Ｕ１１−と前記Ｕ１２＋との間の前記導線の部分、前記Ｕ１３＋と前記Ｕ１４−との間の前記導線の部分、前記Ｖ１１＋と前記Ｖ１２−との間の前記導線の部分、前記Ｖ１３−と前記Ｖ１４＋との間の前記導線の部分、前記Ｗ２１−と前記Ｗ２２＋との間の前記導線の部分、前記Ｗ２３＋と前記Ｗ２４−との間の前記導線の部分、前記Ｕ２１＋と前記Ｕ２２−との間の前記導線の部分、前記Ｕ２３−と前記Ｕ２４＋との間の前記導線の部分、前記Ｖ２１−と前記Ｖ２２＋との間の前記導線の部分、前記Ｖ２３＋と前記Ｖ２４−との間の前記導線の部分、前記Ｗ１１＋と前記Ｗ１２−との間の前記導線の部分、および、前記Ｗ１３−と前記Ｗ１４＋との間の前記導線の部分のそれぞれに設けられた接続線をさらに備えたことを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
5. 同一の前記ティースに設けられた一対の前記巻線が同相の前記巻線である場合のそれぞれの前記巻線のターン数をＴとすると、同一の前記ティースに設けられた一対の前記巻線が異相の前記巻線である場合のそれぞれの前記巻線のターン数が２×Ｔ／√３であることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の回転電機。
6. 前記Ｕ１２＋および前記Ｕ１３＋と前記Ｕ１１−および前記Ｕ１４−との間の接続は、直列接続と並列接続とに切り替え可能であり、
   前記Ｖ１２−および前記Ｖ１３−と前記Ｖ１１＋および前記Ｖ１４＋との間の接続は、直列接続と並列接続とに切り替え可能であり、
   前記Ｗ２２＋および前記Ｗ２３＋と前記Ｗ２１−および前記Ｗ２４−との間の接続は、直列接続と並列接続とに切り替え可能であり、
   前記Ｕ２２−および前記Ｕ２３−と前記Ｕ２１＋および前記Ｕ２４＋との間の接続は、直列接続と並列接続とに切り替え可能であり、
   前記Ｖ２２＋および前記Ｖ２３＋と前記Ｖ２１−および前記Ｖ２４−との間の接続は、直列接続と並列接続とに切り替え可能であり、
   前記Ｗ１２−および前記Ｗ１３−と前記Ｗ１１＋および前記Ｗ１４＋との間の接続は、直列接続と並列接続とに切り替え可能であることを特徴とする請求項３ないし請求項５の何れか１項に記載の回転電機。
7. 直列接続された前記Ｕ１１−、前記Ｕ１２＋、前記Ｕ１３＋および前記Ｕ１４−と直列接続された前記Ｕ２１＋、前記Ｕ２２−、前記Ｕ２３−および前記Ｕ２４＋との間の接続は、直列接続と並列接続とに切り替え可能であり、
   直列接続された前記Ｖ１１＋、前記Ｖ１２−、前記Ｖ１３−および前記Ｖ１４＋と直列接続された前記Ｖ２１−、前記Ｖ２２＋、前記Ｖ２３＋および前記Ｖ２４−との間の接続は、直列接続と並列接続とに切り替え可能であり、
   直列接続された前記Ｗ２１−、前記Ｗ２２＋、前記Ｗ２３＋および前記Ｗ２４−と直列接続された前記Ｗ２１−、前記Ｗ２２＋、前記Ｗ２３＋および前記Ｗ２４−との間の接続は、直列接続と並列接続とに切り替え可能であることを特徴とする請求項６に記載の回転電機。
8. 同一の前記ティースに設けられた一対の前記巻線が同相の前記巻線である場合のそれぞれの前記巻線を構成する各前記導線の線径をφａとし、同一の前記ティースに設けられた一対の前記巻線が異相の前記巻線である場合のそれぞれの前記巻線を構成する各前記導線の線径をφｂとした場合、φａ＞φｂであることを特徴とする請求項３ないし請求項７の何れか１項に記載の回転電機。

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