JP2014180141A

JP2014180141A - 回転電機

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Publication number: JP2014180141A
Application number: JP2013052590A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Miyamoto; 恭祐宮本
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2014-09-25
Anticipated expiration: 2033-03-15
Also published as: US20140265701A1; CN104052172A; KR20140113500A; EP2779385A2; JP5835253B2

Abstract

【課題】高次の高調波を低減することが可能な回転電機を提供する。
【解決手段】この回転電機は、スロット１２の数Ｎｓを永久磁石２２の極数Ｐと電圧の相数ｍとで除算した値である毎極毎相スロット数ｑが、分母が奇数であるとともに、分子が偶数である分数であり、複数のスロット１２に配置される巻線１４の電気的位相であるスロットベクトルは、各々のスロットベクトルの間のスロットベクトルピッチ角が、不等ピッチになるように構成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、回転電機に関し、特に、永久磁石を備える回転電機に関する。

従来、永久磁石を備える回転電機が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１に開示されている回転電機では、スロットの数を磁極の数である極数と電圧の相数とで除算した値である毎極毎相スロット数ｑが、１＜ｑ≦３／２を満たすようにステータのスロットに巻線が分布巻（毎極毎相のコイルが複数のスロットに分布して巻回）されている。これにより、誘起電圧の波形の歪を小さくし、かつ、巻線の銅損が大きくなるのを抑制することが可能となる。

特許第４７２５６８４号公報

上記特許文献１のような回転電機では、一般的に、誘起される電圧に高調波成分が含まれることが知られている。なお、高調波成分とは、基本となる周波数に対し、基本となる周波数の整数倍の周波数を持つ電圧の成分を意味する。また、３相の交流電圧では、各相の巻線をＹ（スター）結線した場合には、３の奇数倍の次数（３次、９次、・・・）に相当する高調波成分が出現しないことが知られている。したがって、５次、７次、・・・の高調波成分が出現する。そこで、高次の高調波を低減することが望まれている。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、高次の高調波を低減することが可能な回転電機を提供することである。

上記目的を達成するために、本願発明者が鋭意検討した結果、回転電機においては、複数のスロットに配置される巻線の電気的位相であるスロットベクトルのスロットベクトルピッチ角が高調波を低減することに影響することを見い出し、各々のスロットベクトルの間のスロットベクトルピッチ角が不等ピッチになるように構成することにより、高次の高調波が低減されることを見い出した。

すなわち、一の局面による回転電機は、永久磁石が設けられるロータコアと、ロータコアと半径方向に対向するように配置され、複数のスロットが設けられるステータコアと、ステータコアのスロットに配置される巻線とを備え、スロットの数Ｎｓを永久磁石の極数Ｐと電圧の相数ｍとで除算した値である毎極毎相スロット数ｑは、分母が奇数であるとともに、分子が偶数である分数であり、複数のスロットに配置される巻線の電気的位相であるスロットベクトルは、各々のスロットベクトルの間のスロットベクトルピッチ角が、不等ピッチになるように構成されている。

一の局面による回転電機では、上記のように、スロットベクトルを、各々のスロットベクトルの間のスロットベクトルピッチ角が、不等ピッチになるように構成する。これにより、各々のスロットベクトルの間のスロットベクトルピッチ角が等ピッチの場合と異なり、高次の高調波を低減することができる。なお、スロットベクトルを、各々のスロットベクトルの間のスロットベクトルピッチ角が、不等ピッチになるように構成することにより、高次の高調波を低減することができることは、後述する本願発明者のシミュレーションにより確認済みである。

上記のように構成することによって、高次の高調波を低減することができる。

本発明の一実施形態による回転電機の平面図である。本発明の一実施形態による回転電機の拡大平面図である。本発明の一実施形態による回転電機の永久磁石の幅とピッチとの関係を説明するための図である。本発明の一実施形態による回転電機のスロットベクトルを説明するための図である。比較例による回転電機の平面図である。比較例による回転電機のスロットベクトルを説明するための図である。永久磁石の幅と高調波成分との関係について行ったシミュレーションの結果を示す図である。本発明の一実施形態による回転電機と比較例による回転電機との高調波成分を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、図１〜図４を参照して、本実施形態による回転電機１００の構成について説明する。

図１に示すように、回転電機１００は、ステータ１とロータ２とを備えている。ステータ１のステータコア１１には、複数（本実施形態では、１２個）のスロット１２が設けられている。すわなち、本実施形態では、スロットの数Ｎｓは、１２である。図１では、１２個のそれぞれのスロット１２に、スロット番号＃１〜＃１２が記載されている。また、隣接するスロット１２の間には、ティース１３が設けられている。

ここで、本実施形態では、図１および図２に示すように、１２個のスロット１２の各々を、各々のスロット１２の間の機械的スロットピッチ角が等ピッチである状態（図５参照）から、所定の機械的ピッチ角度θ_im（本実施形態では、１．６５度）分だけ、時計回りまたは反時計回りに移動させ、かつ、各々のスロット１２が点対称になるように移動させることにより、図４に示すように、スロットベクトルピッチ角が、不等ピッチになるように構成されている。すなわち、スロット１２の中心点Ａ１を中心に１８０度回転してもスロット１２の配置（位置）が同じになる。なお、スロットベクトルについては、後に詳細に説明する。

具体的には、スロット番号＃１のスロット１２が、図５に示す機械的スロットピッチ角が等ピッチである状態（機械的スロットピッチ角３０度）から、図２に示すように、機械的ピッチ角度θ_im（本実施形態では、１．６５度）分だけ、時計回りに移動されている。また、スロット番号＃２のスロット１２が、図５に示す機械的スロットピッチ角が等ピッチである状態から、機械的ピッチ角度θ_im分だけ、反時計回りに移動されている。また、スロット番号＃３のスロット１２が、図５に示す機械的スロットピッチ角が等ピッチである状態から、図１に示すように、機械的ピッチ角度θ_im分だけ時計回りに、移動されている。すなわち、スロット番号＃１のスロット１２と、スロット番号＃２のスロット１２との間の機械的スロットピッチ角（＝２６．７度＝等ピッチの場合の機械的スロットピッチ角３０度−１．６５度−１．６５度）は、スロット番号＃２のスロット１２と、スロット番号＃３のスロット１２との間の機械的スロットピッチ角（＝３３．３度＝等ピッチの場合の機械的スロットピッチ角３０度＋１．６５度＋１．６５度）よりも小さい。

同様に、スロット番号＃５、＃７、＃９および＃１１（奇数番目）のスロット１２が、図５に示す機械的スロットピッチ角が等ピッチである状態から、図１に示すように、機械的ピッチ角度θ_im分だけ、時計回りに移動されている。また、スロット番号＃４、＃６、＃８、＃１０および＃１２（偶数番目）のスロット１２が、図５に示す機械的スロットピッチ角が等ピッチである状態から、図１に示すように、機械的ピッチ角度θ_im分だけ、反時計回りに移動されている。

また、スロット１２には、巻線１４が配置（巻回）されている。本実施形態では、巻線１４に誘起される電圧の相数ｍは、３（Ｕ相、Ｖ相およびＷ相）である。また、後述する毎極毎相スロット数ｑが、１／４＜ｑ＜１／２を満たす分数になるように、巻線１４は、スロット１２に集中巻により巻回されている。具体的には、巻線１４は、１つのティース１３に集中的に巻回されている。たとえば、スロット番号＃１および＃２の間のティース１３にＵ相の巻線１４（粗いハッチングで示された巻線１４ａ）が巻回されている。同様に、スロット番号＃６および＃７の間、スロット番号＃７および＃８の間、スロット番号＃１２および＃１の間のティース１３にＵ相の巻線１４が巻回されている。

また、スロット番号＃２および＃３の間、スロット番号＃３および＃４の間、スロット番号＃８および＃９の間、スロット番号＃９および＃１０の間のティース１３にＶ相の巻線１４（ハッチングなしで示された巻線１４ｂ）が集中巻されている。

また、スロット番号＃４および＃５の間、スロット番号＃５および＃６の間、スロット番号＃１０および＃１１の間、スロット番号＃１１および＃１２の間のティース１３にＷ相の巻線１４（細かいハッチングで示された巻線１４ｃ）が集中巻されている。

また、ロータ２のロータコア２１の外周部には、複数（本実施形態では、１０個）の永久磁石２２が設けられている。すなわち、本実施形態では、極数Ｐは、１０である。

ここで、本実施形態では、スロット１２の数Ｎｓを永久磁石２２の極数Ｐと電圧の相数ｍとで除算した値である毎極毎相スロット数ｑは、分母が奇数であるとともに、分子が偶数である分数になるように構成されている。具体的には、上記のように、毎極毎相スロット数ｑ（＝Ｎｓ／（ｍ×Ｐ））は、２／５（＝１２／（３×１０））になるように構成されている。なお、電圧の相数ｍが３の場合、毎極毎相スロット数ｑの分子（スロット数Ｎｓ）が必ず３の倍数となり、平衡巻線が実現できなくなるため、毎極毎相スロット数ｑの分母は、３の倍数でない奇数であることが好ましい。

また、本実施形態では、図３に示すように、永久磁石２２の幅Ｗ（周方向沿った方向の幅Ｗ）は、隣接する永久磁石２２のピッチｐ（周方向に沿ったピッチｐ）の４／５以上６／７以下の大きさになるように構成されている。具体的には、永久磁石２２の幅Ｗは、隣接する永久磁石２２のピッチｐの４／５の大きさになるように構成されている。なお、永久磁石２２の幅Ｗを調整することにより、所望の次数の高調波を低減することが可能となる。なお、永久磁石２２の幅Ｗと、高調波成分との関係については、後に詳細に説明する。

また、永久磁石２２は、軸方向から見て、ロータ２の外周側に向かって徐々に幅が小さくなるテーパ形状を有する。また、永久磁石２２の内周側の曲率半径は、ロータコア２１の外周の曲率半径と略等しい。また、永久磁石２２の外周側の曲率半径は、ステータコア１１の内周の曲率半径と略等しい。これにより、永久磁石２２の磁束の分布形状は、略矩形状（矩形波）になる。一方、図５に示す比較例による回転電機２００のように、永久磁石２０４の外周側の曲率半径が、ステータコア１１の内周の曲率半径よりも小さい（弓形状）場合、永久磁石２０４の周方向の端部の厚みｔ２が小さくなるため、減磁する可能性がある。このため、弓形状の永久磁石２０４（たとえば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石）では、保持力（Ｈｃｊ）を高くするために、ジスプロシウム（Ｄｙ）やテルビウム（Ｔｂ）などの希少重希土類の添加物を加える必要がある。また、弓形状の永久磁石２０４では、永久磁石２０４の体積が小さくなるため、その分、回転電機２００のトルクが小さくなる。一方、本実施形態の永久磁石２２（図３参照）では、弓形状の永久磁石２０４に比べて周方向の端部の厚みｔ１が大きくなるので、減磁を小さくすることができるとともに、永久磁石２２の体積が大きくなるので、回転電機１００のトルクを大きくすることが可能となる。

次に、図４を参照して、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の巻線１４の位置（スロット番号）と電気的位相との関係について、図５および図６に示される機械的スロットピッチ角（スロットベクトルピッチ角）が等ピッチである比較例による回転電機２００と比較しながら説明する。

図５に示すように、回転電機２００では、ステータ２０１に配置されている１２個のスロット２０２が、等ピッチ間隔で配置されている。すなわち、スロット２０２の機械的スロットピッチ角は、３０度（＝２π／Ｎｓ＝３６０／１２）である。この場合、図６に示すように、各スロット２０２内に配置される巻線２０３により生じる起磁力（ＡｍｐｅｒｅＴｕｒｎ）（電気的位相）であるスロットベクトルは、各々のスロットベクトルの間のスロットベクトルピッチ角が、等ピッチになる。なお、回転電機２００の電気的スロットピッチ角は、１５０度（＝π×Ｐ／Ｎｓ＝１８０×１０／１２）である。また、スロットベクトルピッチ角は、３０度（＝３６０／１２）である。

ここで、本実施形態では、１２個のスロット１２の各々を、各々のスロット１２の間の機械的スロットピッチ角が不等ピッチ（図１参照）になるように構成することにより、回転電機１００では、図４に示すように、複数（本実施形態では１２個）のスロット１２内に配置される巻線１４により生じる起磁力（ＡｍｐｅｒｅＴｕｒｎ）であるスロットベクトルは、各々のスロットベクトルの間のスロットベクトルピッチ角が、不等ピッチになる。なお、不等ピッチとは、ピッチが等ピッチでないことを意味する。具体的には、各々のスロットベクトル（＃１〜＃１２）を、各々のスロットベクトルの間のスロットベクトルピッチ角が等ピッチである状態（図６参照）から、所定のピッチ角度θ_ie（本実施形態では、８．２５度）分だけ、時計回りまたは反時計回りに移動させ、かつ、各々のスロットベクトルが点対称になるように移動させることにより、各々のスロットベクトルの間のスロットベクトルピッチ角が、不等ピッチになる。すなわち、スロットベクトルの中心点Ａ２を中心に１８０度回転してもスロットベクトルの配置（位置）が同じになるように構成されている。

より具体的には、まず、図６に示すように、１２個のスロット１２（スロットベクトル）を、Ｕ相と、Ｕ相と電流の流れる方向が逆であるＵ^*相と、Ｖ相と、Ｖ相と電流の流れる方向が逆であるＶ^*相と、Ｗ相と、Ｗ相と電流の流れる方向が逆であるＷ^*相との６つの相帯に割り付ける。そして、１つの相帯に含まれるスロットベクトル（たとえば、Ｕ相帯に含まれる＃１および＃６のスロットベクトル）を、スロットベクトルピッチ角が等ピッチである状態（図６参照）から、図４に示すように、１つの相帯に含まれるスロットベクトルの群の中心軸Ｃに対して、所定のピッチ角度θ_ie分だけ、時計回りまたは反時計回りに移動させることにより、各々のスロットベクトルの間のスロットベクトルピッチ角が、不等ピッチになるように構成されている。具体的には、１つの相帯に含まれるスロットベクトル（たとえば、Ｕ相帯に含まれる＃１および＃６のスロットベクトル）を、スロットベクトルピッチ角が等ピッチである状態（図６）から、１つの相帯に含まれるスロットベクトルの群の中心軸Ｃに近づく方向に、所定のピッチ角度θ_ie分だけ、時計回り（＃１のスロットベクトル）または反時計回り（＃６のスロットベクトル）に移動させることにより、各々のスロットベクトルの間のスロットベクトルピッチ角が、不等ピッチになるように構成されている。なお、機械的ピッチ角度θ_im（＝１．６５度）と、ピッチ角度θ_ie（＝８．２５度）とは、θ_im＝θ_ie／（極の対の数：本実施形態では１０極／２＝５）の関係を有する。

すなわち、＃１および＃６のスロットベクトル間、＃１１および＃４のスロットベクトル間、＃９および＃２のスロットベクトル間、＃７および＃１２のスロットベクトル間、＃５および＃１０のスロットベクトル間、＃３および＃８のスロットベクトル間のスロットベクトルピッチ角（＝１３．５度＝等ピッチの場合のスロットベクトルピッチ角３０度−８．２５度−８．２５度）は、＃６および＃１１のスロットベクトル間、＃４および＃９のスロットベクトル間、＃２および＃７のスロットベクトル間、＃１２および＃５のスロットベクトル間、＃１０および＃３のスロットベクトル間、＃８および＃１のスロットベクトル間のスロットベクトルピッチ角（＝４６．５度＝等ピッチの場合のスロットベクトルピッチ角３０度＋８．２５度＋８．２５度）よりも小さい。

次に、図７を参照して、永久磁石２２の幅Ｗと、高調波成分（起電力係数Ｋφ）との関係について行ったシミュレーションの結果について説明する。図７では、横軸は、永久磁石２２の幅Ｗと隣接する永久磁石２２のピッチｐとの比（Ｗ／ｐ）を示している。縦軸は、高調波成分（起電力係数Ｋφ）を示している。

図７に示すように、基本波（１次）では、永久磁石２２の幅Ｗと隣接する永久磁石２２のピッチｐとの比（Ｗ／ｐ）が大きくなるにしたがって、Ｋφが徐々に大きくなることが確認された。また、偶数の次数に相当する高調波成分は、出現しない。また、３次の高調波では、比（Ｗ／ｐ）が大きくなるにしたがって、高調波成分（Ｋφ）が徐々に大きくなることが確認された。なお、３相の交流電圧では、各相の巻線をＹ（スター）結線した場合には、３次の高調波成分、および、３次の奇数倍（９次、１５次・・・）の高調波成分は、相殺される。

また、５次の高調波では、比（Ｗ／ｐ）が大きくなるにしたがって、Ｋφが徐々に大きくなるとともに、比（Ｗ／ｐ）が０．８（＝４／５）の場合に、高調波成分（Ｋφ）が略ゼロになることが確認された。また、７次の高調波では、比（Ｗ／ｐ）が大きくなるにしたがって、Ｋφが徐々に大きくなるとともに、比（Ｗ／ｐ）が約０．８６（＝６／７）の場合に、高調波成分（Ｋφ）が略ゼロになることが確認された。すなわち、主に５次の高調波成分を低減する場合には、永久磁石２２の幅Ｗを永久磁石２２のピッチｐの４／５以上６／７以下の範囲の中で４／５に近い値に設定し、主に７次の高調波成分を低減する場合には、永久磁石２２の幅Ｗを永久磁石２２のピッチｐの４／５以上６／７以下の範囲の中で６／７に近い値に設定するのが好ましいことが確認された。また、永久磁石２２の幅Ｗを４／５以上６／７以下の中間の値（たとえばＷ＝２９／３５）に設定すれば、５次および７次の高調波を均等に低減することが可能となることが確認された。

また、９次の高調波は、上記のように、３相の交流電圧では、各相の巻線をＹ（スター）結線した場合には、相殺される。また、１１次の高調波では、比（Ｗ／ｐ）が大きくなるにしたがって、Ｋφが徐々に小さくなった後、比（Ｗ／ｐ）が約０．８の点から、徐々に大きくなることが確認された。また、１３次の高調波では、比（Ｗ／ｐ）が大きくなるにしたがって、Ｋφが徐々に大きくなった後、比（Ｗ／ｐ）が約０．７５の点から、徐々に小さくなり、比（Ｗ／ｐ）が０．８の場合に略ゼロになることが確認された。その後、１３次の高調波では、比（Ｗ／ｐ）が大きくなるにしたがって、Ｋφが徐々に小さくなった後、比（Ｗ／ｐ）が約０．８５の点から、徐々に大きくなることが確認された。

次に、図８を参照して、本願発明者が特に鋭意検討した結果見い出した所定のピッチ角度θ_ieについて詳細に説明する。図８には、機械的スロットピッチ角（スロットベクトルピッチ角）が等ピッチである回転電機２００（図５参照）、および、機械的スロットピッチ角（スロットベクトルピッチ角）が不等ピッチである本実施形態の回転電機１００（図１参照）の逆起電力係数（Ｋｅ）が示されている。すなわち、図８は、永久磁石２２の幅Ｗと隣接する永久磁石２２のピッチｐとの比（Ｗ／ｐ）が０．８（＝４／５）であり、スロットベクトルは、等ピッチの状態から、８．２５度（ピッチ角度θ_ie）分だけ、時計回りまたは反時計回りに移動（図４参照）された回転電機１００についての結果が示されている。

図８に示すように、回転電機２００（等ピッチ）および回転電機１００（不等ピッチ）の基本波（１次）の高調波成分（逆起電力係数（Ｋｅ））は、それぞれ、１．１３０および１．１１８になることが判明した。また、３次の高調波成分（Ｋｅ）は、ゼロでない一方、上記のように、３相の交流電圧では、３相の巻線をＹ（スター）結線した場合には、３次の奇数倍（３次、９次、１５次・・・）の高調波成分（Ｋｅ）は、相殺される。また、永久磁石２２の幅Ｗと隣接する永久磁石２２のピッチｐとの比（Ｗ／ｐ）が０．８（＝４／５）にされることにより、５次の高調波成分（Ｋｅ）は、ゼロになることが判明した。

また、回転電機２００および回転電機１００の７次の高調波成分（Ｋｅ）は、それぞれ、−０．００７および−０．００４になり、本実施形態の回転電機１００（不等ピッチ）の方が、約４０％小さくなることが判明した。また、９次の高調波成分（Ｋｅ）は、ゼロでない一方、上記のように、９次の高調波成分（Ｋｅ）は、相殺される。また、回転電機２００および回転電機１００の１１次の高調波成分（Ｋｅ）は、それぞれ、−０．１０３および０．００１になり、本実施形態の回転電機１００（不等ピッチ）の方が、約９９％小さくなることが判明した。また、回転電機２００および回転電機１００の１３次の高調波成分（Ｋｅ）は、それぞれ、−０．０５４および０．０１６になり、本実施形態の回転電機１００（不等ピッチ）の方が、約７０％小さくなることが判明した。すなわち、７次、１１次および１３次の高調波成分（Ｋｅ）は、機械的スロットピッチ角（スロットベクトルピッチ角）を不等ピッチにすることにより、低減されることが確認された。

本実施形態では、上記のように、スロットベクトルを、各々のスロットベクトルの間のスロットベクトルピッチ角が、等ピッチでない不等ピッチになるように構成する。これにより、各々のスロットベクトルの間のスロットベクトルピッチ角が等ピッチの場合と異なり、高次の高調波を低減することができる。

また、毎極毎相スロット数ｑを、分母が奇数であるとともに、分子が偶数である分数にする。これにより、毎極毎相スロット数ｑの分子が偶数になるので、スロットベクトルの数は、偶数になる。その結果、スロットベクトルの数が奇数である場合と異なり、スロットベクトルピッチ角を等ピッチの状態から不等ピッチの状態に移動させても、スロットベクトルを点対称に配置することができる。

また、本実施形態では、上記のように、各々のスロットベクトルを、各々のスロットベクトルの間のスロットベクトルピッチ角が等ピッチである状態から、所定のピッチ角度θ_ie分だけ、時計回りまたは反時計回りに移動させ、かつ、各々のスロットベクトルが点対称になるように移動させることにより、各々のスロットベクトルの間のスロットベクトルピッチ角を、不等ピッチになるように構成する。これにより、スロットベクトルピッチ角を不等ピッチにした場合にも、各々のスロットベクトルが点対称に配置されるので、各々のスロットベクトルが点対称に配置されない場合と異なり、回転電機１００（ロータ２）をバランスよく回転させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、誘起される電圧の相数ｍは、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３相であり、Ｎｓ個のスロット１２を、Ｕ相と、Ｕ相と電流の流れる方向が逆であるＵ^*相と、Ｖ相と、Ｖ相と電流の流れる方向が逆であるＶ^*相と、Ｗ相と、Ｗ相と電流の流れる方向が逆であるＷ^*相との６つの相帯に割り付ける。そして、１つの相帯に含まれるスロットベクトルを、スロットベクトルピッチ角が等ピッチである状態から、１つの相帯に含まれるスロットベクトルの群の中心軸Ｃに対して、所定のピッチ角度θ_ie分だけ、時計回りまたは反時計回りに移動させることにより、各々のスロットベクトルの間のスロットベクトルピッチ角が、不等ピッチになるように構成する。これにより、各相帯において、スロットベクトルピッチ角が不等ピッチになるので、３相のうちの一部の相のスロットベクトルピッチ角のみが不等ピッチにされる場合と異なり、回転電機１００（ロータ２）をバランスよく回転させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、１つの相帯に含まれるスロットベクトルを、スロットベクトルピッチ角が等ピッチである状態から、１つの相帯に含まれるスロットベクトルの群の中心軸Ｃに近づく方向に、所定のピッチ角度θ_ie分だけ、時計回りまたは反時計回りに移動させることにより、各々のスロットベクトルの間のスロットベクトルピッチ角を、不等ピッチになるように構成する。これにより、各々の相帯に含まれるスロットベクトルが、同様に移動されるので、各々のスロットベクトルを容易に点対称に配置することができる。

また、本実施形態では、上記のように、複数のスロット１２の各々を、各々のスロット１２の間の機械的スロットピッチ角が等ピッチである状態から、所定の機械的ピッチ角度θ_im分だけ、時計回りまたは反時計回りに移動させ、かつ、各々のスロット１２が点対称になるように移動させることにより、スロットベクトルピッチ角を、不等ピッチになるように構成する。これにより、各々のスロット１２に配置される巻線１４の間のピッチが、不等ピッチになるので、容易に、スロットベクトルピッチ角を不等ピッチに変更することができる。

また、本実施形態では、上記のように、毎極毎相スロット数ｑが、１／４＜ｑ＜１／２を満たす分数になるように、巻線１４を、スロット１２に集中巻により巻回する。ここで、巻線１４がスロット１２に集中巻により巻回される回転電機１００では、高調波に起因するコギングが発生しやすいので、この場合に、スロットベクトルピッチ角を不等ピッチにすることにより、容易に、高調波に起因するコギングを低減することができる。

また、本実施形態では、上記のように、永久磁石２２の幅Ｗを、隣接する永久磁石２２のピッチｐの４／５の大きさになるように構成する。これにより、確実に、５次の高調波成分を低減することができる。

また、本実施形態では、上記のように、毎極毎相スロット数ｑを、２／５になるように構成する。これにより、毎極毎相スロット数ｑが２／５である集中巻の回転電機１００において、容易に、高調波を低減することができる。

また、本実施形態では、上記のように、誘起される電圧の相数ｍを３相にし、スロット１２の数Ｎｓを１２にし、極数Ｐを１０にする。これにより、容易に、毎極毎相スロット数ｑ（＝２／５）を、分母が奇数であるとともに、分子が偶数である分数にすることができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、毎極毎相スロット数ｑが、２／５である集中巻の回転電機の例を示したが、毎極毎相スロット数ｑが、２／７、４／１１、６／１３、８／１７／、１０／２１・・・などである集中巻の回転電機でもよい。また、毎極毎相スロット数ｑが、分母が５である４／５、６／５、８／５、１２／５、１４/５・・・、分母が７である４／７、６／７、８／７、１０／７・・・、分母が１１である６／１１、８／１１、１０／１１、１２/１１・・・、分母が１３である８／１３、１０／１３、１２／１３、１４／１３・・・、分母が１７である１０／１７、１２／１７、１４／１７、１６／１７、１８／１７、２０／１７、・・・、分母が２１である１２／２１、・・・などである分布巻の回転電機でもよい。

また、上記実施形態では、スロットベクトルを、スロットベクトルピッチ角が等ピッチである状態から、所定のピッチ角度８．２５度分だけ、時計回りまたは反時計回りに移動させる例を示したが、高調波成分が低減できるのであれば、スロットベクトルを、８．２５度以外の角度分、時計回りまたは反時計回りに移動させてもよい。なお、スロットベクトルが移動される所定のピッチ角度θ_ieは、スロットベクトルピッチ角が等ピッチである場合の角度の１／２未満である。

また、上記実施形態では、各々のスロットの間の機械的スロットピッチ角が等ピッチである状態から、所定の機械的ピッチ角度θ_im分だけ、時計回りまたは反時計回りに移動させることにより、スロットベクトルピッチ角を不等ピッチにする例を示したが、機械的スロットピッチ角を不等ピッチにする方法以外の方法で、スロットベクトルピッチ角を不等ピッチにしてもよい。

また、上記実施形態では、誘起される電圧の相数が３である例を示したが、誘起される電圧の相数が３以外の相数でもよい。

また、本実施形態では、永久磁石の幅を隣接する永久磁石のピッチｐの４／５にする例を示したが、永久磁石の幅を、隣接する永久磁石のピッチｐの４／５以上６／７以下の範囲内で設定してもよい。

１１ステータコア
１２スロット
１４巻線
２１ロータコア
２２永久磁石
１００回転電機

Claims

永久磁石が設けられるロータコアと、
前記ロータコアと半径方向に対向するように配置され、複数のスロットが設けられるステータコアと、
前記ステータコアのスロットに配置される巻線とを備え、
前記スロットの数Ｎｓを前記永久磁石の極数Ｐと電圧の相数ｍとで除算した値である毎極毎相スロット数ｑは、分母が奇数であるとともに、分子が偶数である分数であり、
前記複数のスロットに配置される巻線の電気的位相であるスロットベクトルは、各々のスロットベクトルの間のスロットベクトルピッチ角が、不等ピッチになるように構成されている、回転電機。
前記各々のスロットベクトルを、前記各々のスロットベクトルの間のスロットベクトルピッチ角が等ピッチである状態から、所定のピッチ角度θ_ie分だけ、時計回りまたは反時計回りに移動させ、かつ、前記各々のスロットベクトルが点対称になるように移動させることにより、前記各々のスロットベクトルの間のスロットベクトルピッチ角が、不等ピッチになるように構成されている、請求項１に記載の回転電機。
誘起される電圧の前記相数ｍは、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３相であり、
前記Ｎｓ個のスロットを、Ｕ相と、Ｕ相と電流の流れる方向が逆であるＵ^*相と、Ｖ相と、Ｖ相と電流の流れる方向が逆であるＶ^*相と、Ｗ相と、Ｗ相と電流の流れる方向が逆であるＷ^*相との６つの相帯に割り付けた場合に、１つの相帯に含まれるスロットベクトルを、前記スロットベクトルピッチ角が等ピッチである状態から、１つの相帯に含まれるスロットベクトルの群の中心軸に対して、前記所定のピッチ角度θ_ie分だけ、時計回りまたは反時計回りに移動させることにより、前記各々のスロットベクトルの間のスロットベクトルピッチ角が、不等ピッチになるように構成されている、請求項２に記載の回転電機。
前記１つの相帯に含まれるスロットベクトルを、前記スロットベクトルピッチ角が等ピッチである状態から、前記１つの相帯に含まれるスロットベクトルの群の中心軸に近づく方向に、前記所定のピッチ角度θ_ie分だけ、時計回りまたは反時計回りに移動させることにより、前記各々のスロットベクトルの間のスロットベクトルピッチ角が、不等ピッチになるように構成されている、請求項３に記載の回転電機。
前記複数のスロットの各々を、前記各々のスロットの間の機械的スロットピッチ角が等ピッチである状態から、所定の機械的ピッチ角度θ_im分だけ、時計回りまたは反時計回りに移動させ、かつ、前記各々のスロットが点対称になるように移動させることにより、前記スロットベクトルピッチ角が、不等ピッチになるように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機。
前記毎極毎相スロット数ｑが、１／４＜ｑ＜１／２を満たす分数になるように、前記巻線は、前記スロットに集中巻により巻回されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転電機。
前記永久磁石は、前記ロータコアの外周部に複数設けられ、
前記永久磁石の幅は、隣接する永久磁石のピッチの４／５以上６／７以下の大きさになるように構成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転電機。
前記永久磁石の幅は、隣接する永久磁石のピッチの４／５の大きさになるように構成されている、請求項７に記載の回転電機。
前記毎極毎相スロット数ｑは、２／５になるように構成されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の回転電機。
誘起される電圧の前記相数ｍは、３相であり、前記スロットの数Ｎｓは、１２であり、前記極数Ｐは、１０である、請求項９に記載の回転電機。