JP2015516139A - 漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータ - Google Patents

Abstract

【課題】体積が大きく、製造工程が複雑化し、巻線の損失が多く、トルク密度が低いといった従来のスロットレス構造の永久磁石モータにおける問題を解決可能な、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータの提供。【解決手段】本発明に係る、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータは、円筒状の回転モータまたはフラットリニアモータである。固定子鉄心のエアギャップ側は滑らかな平面であり、固定子鉄心の他側には、固定子鉄心スロットが軸方向に沿って開設される。複数の固定子鉄心スロットは、固定子の表面に均一に形成される。固定子鉄心のエアギャップ側には、コイルボビンが固定して設置される。コイルボビンには、円周方向に沿って複数の配線スロットが均一に形成される。複数の配線スロットは、複数の固定子鉄心スロットと１対１で対応している。【選択図】図１

Description

本発明は、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータに関し、モータ領域に属する。

スロットレス構造の永久磁石ブラシレスモータは、永久磁石を有する一方、ブラシ及びスロットがないため、従来のスロット構造の永久磁石同期モータの低出力、大きいトルク変動、ヒステリシス、渦電流損の増大、磁気飽和、騒音増大、低効率又は応答の遅い等の問題を解決することができる。永久磁石で励磁することにより、回転子の励磁コイルを廃止することが可能となり、高効率化且つ省エネを実現することができる。ブラシレス構造では、ブラシ及び整流子がなくて、火花が出ないためパワーウェイトレシオが高い。スロットレス構造によれば、巻線の分布空間が広く、放熱性に優れ、電機子の銅損が小さく、鉄心が不飽和になり、鉄損（渦電流、ヒステリシス）が小さく、スロット効果を除去し、スロットによるトルク変動を除去し、電機子巻線のインダクタンスが小さく、システムの応答が早い。さらに、スロットレス巻線構造のエアギャップが大きくて、電機子作用による影響を大幅に低減させることができる。上記のような構成によれば、モータは、動作が安定化し、過負荷耐量が優れ、低騒音、動作信頼性が向上する等の特徴を有する。

図１４は、従来の、スロットレス構造を持つ永久磁石同期モータの構成を示す概略図である。図１４に示すように、モータは８極６コイル構造であり、巻線は分数スロット集中巻線であり、６つのコイルは円筒形状の固定子鉄心の内面に均一に形成されている。この巻線のメリットとしては、巻線の端部が重畳しないため、その端部が短くて、絶縁性が優れ、モータの製造工程が簡単かつ容易に行われることである。

しかしながら、スロットレス構造の永久磁石モータは、リアクタンスが小さくて調整不可能であり、ＰＷＭ電力増幅器によって駆動された場合、電流高調波が大きいため、モータのトルク変動も大きくなる。電流高調波を低減させるためには、巻線と電力増幅器との間にインダクタンスを直列に接続する必要がある。そのため、モータシステムは、コストが高く、体積が大きく、信頼性が低下することになる。また、このような巻線は、固定工程が複雑化し、コストが高く、巻線の損失が多く、温度が上昇し、モータの等価エアギャップが大きく、トルク密度が低いという問題を有している。

そこで、本発明は、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータを提供し、体積が大きく、製造工程が複雑化し、巻線の損失が多く、トルク密度が低いといった従来のスロットレス構造の永久磁石モータにおける問題を解決することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の一態様の、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータは、円筒状の回転モータであり、固定子及び回転子を含んでいる。前記固定子と前記回転子との間には、エアギャップが形成されている。前記固定子は、固定子鉄心と、固定子巻線と、ハウジングとを含んでいる。前記固定子は、コイルボビンをさらに含んでいる。前記固定子鉄心は、円環状である。前記固定子鉄心の内面は滑らかである。前記固定子鉄心の外面には、スロットが軸方向に沿って開設されている。前記スロットは、固定子鉄心スロットである。前記固定子鉄心の外面には、ｋｍ個の鉄心スロットが円周に沿って均一に形成されている。前記固定子鉄心の内壁には、前記コイルボビンが取り付けられる。前記コイルボビンは、１つの薄肉筒及びｋｍ個の仕切り薄板から構成されている。ここでは、ｋが自然数、ｍが前記固定子巻線の相数である。ｋｍ個の前記仕切り薄板は長尺状であり、前記薄肉筒の内側に放射状に固定されている。各前記仕切り薄板が位置する平面は、モータの軸方向と平行になる。隣り合う前記仕切り薄板同士間には、配線スロットが形成されている。前記薄肉筒の外側壁は、前記固定子鉄心の内面に固定されている。電機子巻線は、ｋｍ個のコイルから構成されている。各コイルの有効辺の一辺は、軸方向に沿って前記コイルボビンの１つの前記配線スロット内に収納され、その有効辺の他辺は、当該配線スロットにモータの径方向で対応する前記鉄心スロット内に収納されている。前記固定子巻線は、エポキシ樹脂でポッティングされる。

本発明の一態様の、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータは、円筒状の回転モータであり、固定子及び回転子を含んでいる。前記固定子と前記回転子との間には、エアギャップが形成されている。前記固定子は、固定子鉄心と、固定子巻線と、ハウジングとを含んでいる。前記固定子は、コイルボビンをさらに含んでいる。前記固定子鉄心は円環状である。前記固定子鉄心の内面は滑らかである。前記固定子鉄心の外面には、スロットが軸方向に沿って開設されている。前記スロットは、固定子鉄心スロットである。前記固定子鉄心の外面には、ｋｍ個の鉄心スロットが円周に沿って均一に形成されている。前記固定子鉄心の内壁には、前記コイルボビンが取り付けられている。前記コイルボビンは、１つの薄肉筒及びｋｍ個の仕切り薄板から構成されている。ここでは、ｋが自然数、ｍが前記固定子巻線の相数である。ｋｍ個の前記仕切り薄板は長尺状であり、前記薄肉筒の内側に放射状に固定されている。各前記仕切り薄板が位置する平面は、モータの軸方向と平行になる。隣り合う前記仕切り薄板同士間には、配線スロットが形成されている。前記薄肉筒の外側壁は、前記固定子鉄心の内面に固定されている。電機子巻線は、ｋｍ対のコイルから構成されている。各前記コイル対の有効辺の一辺は、軸方向に沿って前記コイルボビンの１つの前記配線スロット内に収納され、有効辺の他辺は、当該配線スロットにモータの径方向で対応する前記固定子鉄心スロット内に収納されている。前記コイル対の一方は、スロットの底部に位置し、他方は、その一方の上部に位置している。各コイル対の横断面は、円環の一部である。前記横断面は、モータの軸方向に垂直になる。前記コイル対の２つのコイルの横断面の面積は同じである。さらに、底部に位置するコイルは、左側のスロット壁に近傍し、上部に位置するコイルは、右側のスロット壁に近傍している。前記コイル対は、異なる相に属する。隣り合う配線スロット内に位置して隣り合う２つのコイルは、同一相に属している。前記固定子巻線は、エポキシ樹脂でポッティングされる。

本発明の一態様の、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータは、円筒状の回転モータであり、固定子及び回転子を含んでいる。前記固定子と前記回転子との間には、エアギャップが形成されている。前記固定子は、固定子鉄心と、固定子巻線と、ハウジングとを含んでいる。前記固定子は、コイルボビンをさらに含んでいる。前記固定子鉄心は、円環状である。前記固定子鉄心の内面は滑らかである。前記固定子鉄心の外面には、スロットが軸方向に沿って開設されている。前記スロットは、固定子鉄心スロットである。前記固定子鉄心の外面には、２ｋｍ個の前記鉄心スロットが円周に沿って均一に形成されている。前記固定子鉄心の内壁には、前記コイルボビンが取り付けられている。前記コイルボビンは、１つの薄肉筒及び２ｋｍ個の仕切り薄板から構成されている。ここでは、ｋが自然数、ｍが前記固定子巻線の相数である。前記仕切り薄板は長尺状であり、前記薄肉筒の内側に放射状に固定されている。各前記仕切り薄板が位置する平面は、モータの軸方向と平行になる。隣り合う前記仕切り薄板同士間には、配線スロットが形成されている。前記薄肉筒の外側壁は、前記固定子鉄心の内面に固定されている。電機子巻線は、ターン数が２Ｎである複数のコイルと、ターン数がＮである複数のコイルとを含んでいる。ここでは、Ｎが０以外の自然数、ｑ＝２ｋ／２ｐ、ｐがモータの極対数である。第１の配線スロット、第ｑ＋１の配線スロット、第２ｑ＋１の配線スロット、第３ｑ＋１の配線スロット、・・・、第２ｋｍ−１の配線スロット内には、前記ターン数がＮである２つのコイルのそれぞれの有効辺の一辺がそれぞれ収納されている。前記ターン数がＮである２つのコイルのそれぞれの有効辺の他辺は、当該配線スロットにモータの径方向で対応する鉄心スロット内にそれぞれ収納されている。ターン数がＮである２つのコイルは、異なる相に属す。残りの各配線スロットには、ターン数が２Ｎであるコイルの有効辺が収納されている。同一極に対応する位置において、第１の配線スロットにおける下層コイルまたは上層コイル、第２の配線スロットにおける全てのコイル、・・・、第ｑの配線スロットにおける全てのコイル、第ｑ＋１の配線スロットにおける上層コイルまたは下層コイルは直列に接続されて、同一相に属する第１極相巻線を構成している。同一相に属する極相巻線を直列または並列に接続して一相巻線を構成している。前記固定子巻線は、エポキシ樹脂でポッティングされる。

本発明の一態様の、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータは、リニアモータであり、一次側及び二次側を含んでいる。前記一次側と前記二次側との間には、エアギャップが形成されている。前記一次側は、一次側鉄心、一次側巻線、及び推力出力板を含んでいる。前記一次側は、コイルボビンをさらに含んでいる。前記一次側鉄心は、平板形状である。前記一次側鉄心のエアギャップ側の表面は、滑らかな平面である。前記一次側鉄心のエアギャップ側と反対側の表面には、鉄心スロットであるスロットが横方向に沿って開設されている。前記一次側鉄心の表面には、前記一次側及び前記二次側の相対的な作動方向に沿ってｋｍ個の鉄心スロットが均一に形成されている。ここでは、ｋが自然数、ｍが巻線の相数である。前記コイルボビンは、１つの薄板及びｋｍ＋１個の仕切り薄板から構成されている。前記薄板の一面は、電機子鉄心のエアギャップ側の表面に固定され、前記薄板の他面には、ｋｍ＋１個の前記仕切り薄板が固定されている。ｋｍ＋１個の前記仕切り薄板は、互いに平行になるとともに、前記一次側及び前記二次側の相対的な作動方向に沿って均一に形成されている。隣り合う前記仕切り薄板同士間には、配線スロットが形成されている。ｋｍ個の前記配線スロットは、ｋｍ個の前記鉄心スロットにそれぞれ対応している。前記一次側巻線は、ｋｍ個のコイルから構成されている。各前記コイルの有効辺の一辺は、１つの前記配線スロット内に収納され、有効辺の他辺は、当該配線スロットに対応する前記鉄心スロット内に収納されている。前記一次側鉄心のスロット側は、前記推力出力板に固定されている。

本発明に係る、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータによれば、下記のような特徴を有する。
（１）鉄心背部のスロットの型を調整して最適化することで、駆動システムに対する要求に応じてモータの漏れインダクタンスを決定することができる。こうすることで、最適な巻線の電流高調波を抑制することができ、モータのトルク変動を減少させるほか、固定子の銅損及び回転子の渦電流損失を低減させてモータ効率を向上させることができる。
（２）半分の巻線の有効辺を鉄心背部のスロット内に収納するため、モータの等価エアギャップが小さくなり、エアギャップの磁束密度、モータのトルク密度及び出力密度が高くなる。
（３）固定子鉄心のエアギャップ側にスロットが設けられないため、コギングトルクを除去して、モータのトルク変動を低減させることができる。
（４）コイルが鉄心に巻かれるため、巻線の構造強度及びスロットにおける巻線の占積率が高くて、巻線の位置決め精度が優れている。
（５）コイル同士が重ならないため、巻線を容易に絶縁し、信頼性が高くなる。また、巻線の端部が短くて、巻線の抵抗が低くなり、巻線の銅損が少なくなる。
（６）強制風冷または強制液冷の技術を利用して固定子鉄心背部のスロットにおけるコイルを直接に冷却させるため、優れた冷却効果を得ることができ、さらにモータの温度上昇が低くて、使用寿命が長くなる。

本発明の第１実施形態に係る、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータの構成を示す概略図である。 図１の多相永久磁石モータからハウジングを取り外した状態を示す概略図である。 本発明の第１実施形態に係る、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータはオープンスロット構造を持つ場合の構成を示す概略図である。 本発明の第１実施形態に係る、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータはハーフオープンスロット構造を持つ場合の構成を示す概略図である。 本発明の第１実施形態に係る多相永久磁石モータの固定子鉄心とコイルボビンとを組み合わせた後の構成を示す概略図である。 本発明の第２実施形態に係る、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータの構成を示す概略図である。 本発明の第３実施形態に係る、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータの構成を示す概略図である。 図７の多相永久磁石モータからハウジングを取り外した状態を示す概略図である。 本発明の第３実施形態に係る、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータの構成を示す概略図である。 本発明の第３実施形態に係る、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータの構成を示す概略図である。 本発明の第１〜３実施形態に係る、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータの固定子の分割構造を示す概略図である。 本発明の第７実施形態の、二次側を可動子とするフラットリニアモータの構成を示す概略図である。 本発明の第７実施形態の、一次側を可動子とするフラットリニアモータの構成を示す概略図である。 従来の、スロットレス構造を持つ永久磁石同期モータの構成を示す概略図である。

＜第１実施形態＞
以下、図１乃至図５を参照しながら、本発明の第１実施形態について説明する。

第１実施形態に係る、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータは、円筒状の回転モータであり、固定子及び回転子を含んでいる。固定子と回転子との間には、エアギャップが形成されている。固定子は、固定子鉄心１と、固定子巻線と、ハウジング２とを含んでいる。固定子は、コイルボビン３をさらに含んでいる。固定子鉄心は、円環状である。固定子鉄心の内面は滑らかである。固定子鉄心の外面には、スロットが軸方向に沿って開設されている。スロットは、固定子鉄心スロット１−１である。なお、固定子鉄心の外面には、ｋｍ個の固定子鉄心スロットが円周に沿って均一に形成されている。固定子鉄心の内壁には、コイルボビン３が取り付けられている。コイルボビン３は、１つの薄肉筒３−１及びｋｍ個の仕切り薄板３−２から構成されている。ここでは、ｋが自然数、ｍが固定子巻線の相数である。ｋｍ個の仕切り薄板３−２は長尺状であり、薄肉筒３−１の内側に放射状に固定されている。各仕切り薄板３−２が位置する平面は、モータの軸方向と平行になる。隣り合う仕切り薄板同士間には、配線スロットが形成されている。薄肉筒３−１の外側壁は、固定子鉄心の内面に固定されている。電機子巻線（固定子巻線）は、ｋｍ個のコイルから構成されている。各コイルの有効辺の一辺は、軸方向に沿ってコイルボビン３の１つの配線スロット内に収納され、有効辺の他辺は、当該配線スロットにモータの径方向で対応する固定子鉄心スロット１−１内に収納されている。固定子巻線は、エポキシ樹脂４でポッティングされる。

本実施形態において、ｋｍ個の固定子鉄心スロットは、ｋｍ個の配線スロットと１対１で対応している。なお、対応する固定子鉄心スロットの中心線と配線スロットの中心線とは、同一の半径位置に位置する。

ｋｍ＝１２の場合、本実施形態に係る多相永久磁石モータは図１及び図２に示すようになる。

＜第２実施形態＞
以下、図６及び図７を参照しながら、本発明の第２実施形態について説明する。

第２実施形態に係る、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータは、円筒状の回転モータであり、固定子及び回転子を含んでいる。固定子と回転子との間には、エアギャップが形成されている。固定子は、固定子鉄心１と、固定子巻線と、ハウジング２とを含んでいる。固定子は、コイルボビン３をさらに含んでいる。固定子鉄心は、円環状である。固定子鉄心の内面は滑らかである。固定子鉄心の外面には、スロットが軸方向に沿って開設されている。スロットは、固定子鉄心スロット１−１である。なお、固定子鉄心の外面には、ｋｍ個の固定子鉄心スロットが円周に沿って均一に形成されている。固定子鉄心の内壁には、コイルボビン３が取り付けられている。コイルボビンは、１つの薄肉筒３−１及びｋｍ個の仕切り薄板３−２から構成されている。ここでは、ｋが自然数、ｍが固定子巻線の相数である。ｋｍ個の仕切り薄板３−２は長尺状であり、薄肉筒３−１の内側に放射状に固定されている。各仕切り薄板３−２が位置する平面は、モータの軸方向と平行になる。隣り合う仕切り薄板同士間には、配線スロットが形成されている。薄肉筒３−１の外側壁は、固定子鉄心の内面に固定されている。電機子巻線（固定子巻線）は、ｋｍ対のコイルから構成されている。各コイル対の有効辺の一辺は、軸方向に沿ってコイルボビン３の１つの配線スロット内に収納され、有効辺の他辺は、当該配線スロットにモータの径方向で対応する固定子鉄心スロット１−１内に収納されている。１つのコイルは、スロットの底部に位置し、もう１つのコイルは、スロットの底部に位置するコイルの上部に位置している。各コイル対の横断面は、円環の一部である。この横断面は、モータの軸方向に垂直になる。コイル対の２つのコイルの横断面の面積は同じである。さらに、底部に位置するコイルは、左側のスロット壁に近傍し、上部に位置するコイルは、右側のスロット壁に近傍している。コイル対は、同一相に属していない。隣り合う配線スロット内に位置して隣り合う２つのコイルは、同一相に属している。固定子巻線は、エポキシ樹脂でポッティングされる。

本実施形態において、ｋｍ個の固定子鉄心スロットは、ｋｍ個の配線スロットと１対１で対応している。なお、対応する固定子鉄心スロットの中心線と配線スロットの中心線とは、同一の半径位置に位置する。

ｋｍ＝１２の場合、本実施形態に係る多相永久磁石モータは図６及び図７に示すようになる。

＜第３実施形態＞
以下、図７乃至図１０を参照しながら、本発明の第３実施形態について説明する。

第３実施形態に係る、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータは、円筒状の回転モータであり、固定子及び回転子を含んでいる。固定子と回転子との間には、エアギャップが形成されている。固定子は、固定子鉄心１と、固定子巻線と、ハウジング２とを含んでいる。固定子は、コイルボビン３をさらに含んでいる。固定子鉄心は、円環状である。固定子鉄心の内面は滑らかである。固定子鉄心の外面には、固定子鉄心スロット１−１であるスロットが軸方向に沿って開設されている。なお、固定子鉄心の外面には、２ｋｍ個の固定子鉄心スロットが円周に沿って均一に形成されている。固定子鉄心の内壁には、コイルボビン３が取り付けられている。コイルボビン３は、１つの薄肉筒３−１及び２ｋｍ個の仕切り薄板３−２から構成されている。ここでは、ｋが自然数、ｍが固定子巻線の相数である。２ｋｍ個の仕切り薄板３−２は長尺状であり、薄肉筒３−１の内側に放射状に固定されている。各仕切り薄板３−２が位置する平面は、モータの軸方向と平行になる。隣り合う仕切り薄板同士間には、配線スロットが形成されている。薄肉筒３−１の外側壁は、固定子鉄心の内面に固定されている。電機子巻線（固定子巻線）は、ターン数が２Ｎである複数のコイルと、ターン数がＮである複数のコイルとを含んでいる。ここでは、Ｎが０以外の自然数、ｑ＝２ｋ／２ｐ、ｐがモータの極対数である。第１の配線スロット、第ｑ＋１の配線スロット、第２ｑ＋１の配線スロット、第３ｑ＋１の配線スロット、・・・、第２ｋｍ−１の配線スロット内には、ターン数がＮである２つのコイルのそれぞれの有効辺の一辺が収納されている。ターン数がＮである２つのコイルのそれぞれの有効辺の他辺は、配線スロットにモータの径方向で対応する固定子鉄心スロット内に収納されている。ターン数がＮである２つのコイルは、異なる相に属している。残りの各配線スロットには、ターン数が２Ｎであるコイルの有効辺が収納されている。同一極に対応する位置において、第１の配線スロットにおける下層コイルまたは上層コイル、第２の配線スロットにおける全てのコイル、・・・、第ｑの配線スロットにおける全てのコイル、第ｑ＋１の配線スロットにおける上層コイルまたは下層コイルは直列に接続されて、同一相に属する第１極相巻線を構成している。同一相に属する極相巻線を直列または並列に接続して一相巻線を構成している。固定子巻線は、エポキシ樹脂でポッティングされる。

本実施形態の固定子巻線については、各相の巻線間に電気角で生じる位相差（３６０°／ｍ）によって各相の巻線の接続関係を決定する。

本実施形態では、同一極に対応する位置において、第１の配線スロットにおける下層コイルまたは上層コイル、第２の配線スロットにおける全てのコイル、・・・、第ｑの配線スロットにおける全てのコイル、第ｑ＋１の配線スロットにおける上層コイルまたは下層コイルは直列に接続されて、同一相の第１極相巻線を構成するのとは、第１極では、第１の配線ロットにおける下層コイルまたは上層コイル、第２の配線スロットにおける全てのコイル、・・・、第ｑの配線スロットにおける全てのコイル、第ｑ＋１の配線スロットにおける上層コイルまたは下層コイルが同一相、例えば、Ａ相に属し、第１極における各コイルを直列に接続されて、Ａ相の第１極相群を構成することである。このように、他の各極におけるＡ相の各極相群を形成することができ、Ａ相の各極相群を直列または並列に接続することでＡ相の巻線を形成することができる。各相の巻線間に電気角で生じる位相差（３６０°／ｍ）によって残りの相の巻線の接続関係を決定する。

本実施形態において、２ｋｍ個の固定子鉄心スロットは、２ｋｍ個の配線スロットと１対１で対応している。なお、対応する固定子鉄心スロットの中心線と配線スロットの中心線とは、同一の半径位置に位置する。

図９及び図１０は、本実施形態の２つの具体的な実施例を示している。図９に示すように、ターン数がＮである２つのコイルを同一のスロット内に収納する場合には、ターン数がＮである２つのコイルの一方がスロットの底部に位置し、その他方が一方の上方に位置し、２つのコイルの接触面がハウジングの表面と平行になる円弧面である。図１０に示すように、ターン数がＮである２つのコイルを同一のスロット内に収納する場合には、この２つのコイルの一方がスロットの底部に位置し、当該１つのコイルの一側面がスロットの一側面を占め、ターン数がＮである２つのコイルのそれぞれの軸方向の横断面が大略三角形であり、２つの大略三角形の共通線が、直線または０〜９０°の正弦曲線あるいは余弦曲線である。

第１実施形態乃至第３実施形態に係る多相永久磁石モータでは、回転子が永久磁石及びヨーク部材を含んでいる。

第１実施形態乃至第３実施形態に係る多相永久磁石モータは、アウターロータモータであってもよいし、インナーロータモータであってもよい。

第１実施形態乃至第３実施形態に係る多相永久磁石モータでは、固定子とハウジングとの間には、冷却に用いられる冷却管が設置されている。この冷却管は、固定子の外面内に収納されてもよい。

第１実施形態乃至第３実施形態に係る多相永久磁石モータでは、固定子の内面にも軸方向に沿ってスロットが開設され、更にコイルスロットを形成してもよい。このような構成によれば、コイルボビン３を使用する必要がなくなる。

第１実施形態乃至第３実施形態に係る多相永久磁石モータでは、固定子鉄心が円周の分割構造であり、すなわち、図１１に示すように、円周方向に沿って複数のアーク型の鉄心を接合した円筒状の鉄心である。

第１実施形態乃至第３実施形態に係る多相永久磁石モータでは、ハウジング２の材料としては、非磁性材料を用いる。巻線を収納した後の電機子鉄心（固定子鉄心）は、高強度の非磁性材料から構成される円筒状のハウジング内に取り付けられ、これにより、モータの製造工程を簡略化することができる。

＜第４実施形態＞
第４実施形態は、第３実施形態に係る、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータを限定するものである。本実施形態では、ターン数がＮである２つのコイルを収納する配線スロット及び固定子鉄心スロットにおいて、ターン数がＮである２つのコイルの一方が配線スロットの底部に位置し、その他方が配線スロットの頂部に位置し、この２つのコイルが密に結合されて所在の配線スロットに充満する。

＜第５実施形態＞
第５実施形態は、第３、第４実施形態に係る、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータを限定するものである。本実施形態では、同一の配線スロット内に位置する、ターン数がＮである２つのコイルの横断面の面積が同じであり、その横断面の平面がモータの軸方向に垂直になる。

＜第６実施形態＞
第６実施形態は、第５実施形態に係る、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータを限定するものである。本実施形態では、同一の配線スロット内に位置する、ターン数がＮである２つのコイルの横断面は、モータ軸の中心を円心とする円環の部分である。

＜第７実施形態＞
第７実施形態は、第５実施形態に係る、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータを限定するものである。本実施形態では、コイルボビンにおける２つのコイルの横断面は、大略三角形であり、コイルの２つの大略三角形が合わせられると１つのスロットをちょうど埋める。この２つの大略三角形の共通辺は、直線であってもよいし、０〜９０°の正弦曲線または余弦曲線であってもよい。

＜第８実施形態＞
以下、図１２及び図１３を参照しながら、本発明の第８実施形態について説明する。

第８実施形態に係る、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータは、リニアモータであり、一次側及び二次側を含んでいる。一次側と二次側との間には、エアギャップが形成されている。一次側は、一次側鉄心、一次側巻線、及び推力出力板を含んでいる。一次側は、コイルボビンをさらに含んでいる。一次側鉄心は、平板形状である。一次側鉄心のエアギャップ側の表面は、滑らかな平面である。一次側鉄心のエアギャップ側と反対側の表面には、一次側鉄心スロットであるスロットが横方向に沿って開設されている。一次側鉄心の表面には、一次側及び二次側の相対的な作動方向に沿ってｋｍ個の一次側鉄心スロットが均一に形成されている。ここでは、ｋが自然数、ｍが一次側巻線の相数である。コイルボビンは、１つの薄板及びｋｍ＋１個の仕切り薄板から構成されている。薄板の一面は、電機子鉄心(固定子鉄心)のエアギャップ側の表面に固定され、薄板の他面には、ｋｍ＋１個の仕切り薄板が固定されている。ｋｍ＋１個の仕切り薄板は、互いに平行になるとともに、一次側及び二次側の相対的な作動方向に沿って均一に形成されている。隣り合う２つの仕切り薄板同士間には、配線スロットが形成されている。ｋｍ個の配線スロットは、ｋｍ個の一次側鉄心スロットにそれぞれ対応している。一次側巻線は、ｋｍ個のコイルから構成されている。各コイルの有効辺の一辺は、１つの配線スロット内に収納され、有効辺の他辺は、この配線スロットに対応する一次側鉄心スロット内に収納されている。一次側鉄心のスロット側は、推力出力板に固定されている。

本実施形態において、推力出力板は非磁性材料である。

＜第９実施形態＞
第９実施形態は、第７実施形態に係る、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータを限定するものである。本実施形態では、モータは、一次側を可動子とする構造または二次側を可動子とする構造である。

＜第１０実施形態＞
第１０実施形態は、第１、２、３、７実施形態に係る、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータを限定するものである。本実施形態では、固定子鉄心スロット１−１のスロットの型としては、オープンスロットまたはクローズスロット、さらにはハーフオープンスロットがある。

実用中に、一次側鉄心スロット１−１のスロットの型を設定することで、モータの漏洩インダクタンスを変えることができる。例えば、オープンスロットを使用すると、モータの漏洩インダクタンスが比較的に小さい。また、比較的に大きい漏洩インダクタンスが必要となる場合には、一次側鉄心スロット１−１の型をハーフオープンスロットに変更することができる。なお、クローズスロットを使用する場合の漏洩インダクタンスが最大である。

＜第１１実施形態＞
第１１実施形態は、第１、２、３、７実施形態に係る、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータを限定するものである。本実施形態では、固定子鉄心スロット１−１のスロットの型としては、オープンスロットまたはハーフオープンスロットがあり、各固定子鉄心スロット１−１の開口は、磁性粉とエポキシ樹脂とを混合して注入することで封口される。

本実施形態では、一次側鉄心スロット内に、磁性粉を混合したエポキシ樹脂が充填されるため、スロット内における漏洩磁束を調整することができ、すなわち、磁性粉の含有量を調整してスロット内における漏洩磁束を変えることにより、漏洩インダクタンスを調整することができる。例えば、磁性粉の含有量が多ければ多いほど、漏洩インダクタンスが小さくなる。本実施形態では、磁性粉のみで一次側鉄心スロットを充填してもよい。

本発明に係る、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータは、整数スロット巻線、分数スロット巻線、常伝導巻線、超伝導巻線に適用でき、また、電気モータ及び発電機にも適用でき、さらに、表面型の永久磁石回転子のほか、埋め込み型の永久磁石回転子及びハルバッハ（Ｈａｌｂａｃｈ）配列永久磁石にも適用でき、片側式のリニアモータ及び両側式のリニアモータに適用できる。

Claims (11)

1. 固定子及び回転子を含み、
   前記固定子と前記回転子との間には、エアギャップが形成され、
   前記固定子は、固定子鉄心（１）と、固定子巻線と、ハウジング（２）とを含み、
   円筒状の回転モータである、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータであって、
   前記固定子は、コイルボビン（３）をさらに含み、
   前記固定子鉄心は、円環状であり、その内面が滑らかであり、その外面には、スロットが軸方向に沿って開設され、
   前記スロットは、固定子鉄心スロット（１−１）であり、
   前記固定子鉄心の外面には、ｋｍ個の鉄心スロットが円周に沿って均一に形成され、
   前記固定子鉄心の内壁には、前記コイルボビン（３）が取り付けられ、
   前記コイルボビンは、１つの薄肉筒（３−１）及びｋｍ個の仕切り薄板（３−２）から構成され、
   ここでは、ｋが自然数、ｍが前記固定子巻線の相数であり、
   ｋｍ個の前記仕切り薄板（３−２）は長尺状であり、前記薄肉筒（３−１）の内側に放射状に固定され、
   各前記仕切り薄板（３−２）が位置する平面は、モータの軸方向と平行になり、
   隣り合う前記仕切り薄板同士間には、配線スロットが形成され、
   前記薄肉筒（３−１）の外側壁は、前記固定子鉄心の内面に固定され、
   電機子巻線は、ｋｍ個のコイルから構成され、
   各前記コイルの有効辺の一辺は、軸方向に沿って前記コイルボビン（３）の１つの前記配線スロット内に収納され、その有効辺の他辺は、当該配線スロットにモータの径方向で対応する前記鉄心スロット（１−１）内に収納され、
   前記固定子巻線は、エポキシ樹脂でポッティングされることを特徴とする、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータ。
2. 固定子及び回転子を含み、
   前記固定子と前記回転子との間には、エアギャップが形成され、
   前記固定子は、固定子鉄心（１）と、固定子巻線と、ハウジング（２）とを含み、
   円筒状の回転モータである、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータであって、
   前記固定子は、コイルボビン（３）をさらに含み、
   前記固定子鉄心は、円環状であり、その内面が滑らかであり、その外面には、スロットが軸方向に沿って開設され、
   前記スロットは、固定子鉄心スロット（１−１）であり、
   前記固定子鉄心の外面には、ｋｍ個の鉄心スロットが円周に沿って均一に形成され、
   前記固定子鉄心の内壁には、前記コイルボビン（３）が取り付けられ、
   前記コイルボビンは、１つの薄肉筒（３−１）及びｋｍ個の仕切り薄板（３−２）から構成され、
   ここでは、ｋが自然数、ｍが前記固定子巻線の相数であり、
   ｋｍ個の前記仕切り薄板（３−２）は長尺状であり、前記薄肉筒（３−１）の内側に放射状に固定され、
   各前記仕切り薄板（３−２）が位置する平面は、モータの軸方向と平行になり、
   隣り合う前記仕切り薄板同士間には、配線スロットが形成され、
   前記薄肉筒（３−１）の外側壁は、前記固定子鉄心の内面に固定され、
   電機子巻線は、ｋｍ個のコイル対から構成され、
   各前記コイル対の有効辺の一辺は、軸方向に沿って前記コイルボビン（３）の１つの配線スロット内に収納され、その有効辺の他辺は、当該配線スロットにモータの径方向で対応する前記鉄心スロット（１−１）内に収納され、
   各前記コイル対の一方は、スロットの底部に位置し、他方は、一方の上部に位置し、
   各前記コイル対の横断面は、円環の一部であり、
   前記横断面は、モータの軸方向に垂直になり、
   各コイル対の２つのコイルの横断面の面積は同じであり、
   底部に位置するコイルは、左側のスロット壁に近傍し、上部に位置するコイルは、右側のスロット壁に近傍し、
   前記コイル対は、異なる相に属し、
   隣り合う配線スロット内に位置して隣り合う２つのコイルは、同一相に属し、
   前記固定子巻線は、エポキシ樹脂でポッティングされることを特徴とする、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータ。
3. 固定子及び回転子を含み、
   前記固定子と前記回転子との間には、エアギャップが形成され、
   前記固定子は、固定子鉄心（１）と、固定子巻線と、ハウジング（２）とを含み、
   円筒状の回転モータである、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータであって、
   前記固定子は、コイルボビン（３）をさらに含み、
   前記固定子鉄心は、円環状であり、その内面が滑らかであり、その外面には、スロットが軸方向に沿って開設され、
   前記スロットは、固定子鉄心スロット（１−１）であり、
   前記固定子鉄心の外面には、２ｋｍ個の鉄心スロットが円周に沿って均一に形成され、
   前記固定子鉄心の内壁には、前記コイルボビン（３）が取り付けられ、
   前記コイルボビンは、１つの薄肉筒（３−１）及び２ｋｍ個の仕切り薄板（３−２）から構成され、
   ここでは、ｋが自然数、ｍが前記固定子巻線の相数であり、
   ２ｋｍ個の前記仕切り薄板（３−２）は長尺状であり、前記薄肉筒（３−１）の内側に放射状に固定され、
   各前記仕切り薄板（３−２）が位置する平面は、モータの軸方向と平行になり、
   隣り合う前記仕切り薄板同士間には、配線スロットが形成され、
   前記薄肉筒（３−１）の外側壁は、前記固定子鉄心の内面に固定され、
   電機子巻線は、ターン数が２Ｎである複数のコイル、及びターン数がＮである複数のコイルを含み、
   ここでは、Ｎが０以外の自然数、ｑ＝２ｋ／２ｐ、ｐがモータの極対数であり、
   第１の配線スロット、第ｑ＋１の配線スロット、第２ｑ＋１の配線スロット、第３ｑ＋１の配線スロット、・・・、第２ｋｍ−１の配線スロット内には、ターン数がＮである２つのコイルのそれぞれの有効辺の一辺が収納され、
   前記ターン数がＮである２つのコイルのそれぞれの有効辺の他辺は、当該配線スロットにモータの径方向で対応する前記鉄心スロット内に収納され、
   前記ターン数がＮである２つのコイルは、異なる相に属し、
   残りの各配線スロットには、ターン数が２Ｎであるコイルの有効辺が収納され、
   同一極に対応する位置において、第１の配線スロットにおける下層コイルまたは上層コイル、第２の配線スロットにおける全てのコイル、・・・、第ｑの配線スロットにおける全てのコイル、及び第ｑ＋１の配線スロットにおける上層コイルまたは下層コイルは直列に接続されて、同一相に属する第１極相巻線を構成し、
   同一相に属する極相巻線は直列または並列に接続されて一相巻線を構成し、
   前記固定子巻線は、エポキシ樹脂でポッティングされることを特徴とする、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータ。
4. ターン数がＮである２つのコイルが収納される配線スロット及び鉄心スロットにおいて、前記ターン数がＮである２つのコイルの一方は、前記配線スロットの底部に位置し、その他方は、前記配線スロットの頂部に位置し、
   前記２つのコイルは、密に結合されて前記配線スロットに充満するように構成されることを特徴とする請求項３に記載の、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータ。
5. 同一の配線スロットに位置する、ターン数がＮである２つのコイルの横断面の面積は同じであり、
   前記横断面の平面は、モータの軸方向に垂直になることを特徴とする請求項３または４に記載の、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータ。
6. 前記固定子とハウシングとの間には、冷却に用いられる冷却管が設置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータ。
7. 前記固定子鉄心は、円周の分割構造を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータ。
8. 一次側及び二次側を含み、
   前記一次側と前記二次側との間には、エアギャップが形成され、
   前記一次側は、一次側鉄心、一次側巻線、及び推力出力板を含み、
   リニアモータである、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータであって、
   前記一次側は、コイルボビンをさらに含み、
   前記一次側鉄心は、平板形状であり、
   前記一次側鉄心のエアギャップ側の表面は、滑らかな平面であり、
   前記一次側鉄心のエアギャップ側と反対側の表面には、スロットが横方向に開設され、
   前記スロットは、鉄心スロットであり、
   前記一次側鉄心の表面には、前記一次側及び前記二次側の相対的な作動方向に沿ってｋｍ個の鉄心スロットが均一に形成され、
   ここでは、ｋが自然数、ｍが巻線の相数であり、
   前記コイルボビンは、１つの薄板及びｋｍ＋１個の仕切り薄板から構成され、
   前記薄板の一面は、電機子鉄心のエアギャップ側の表面に固定され、
   前記薄板の他面には、ｋｍ＋１個の前記仕切り薄板が固定され、
   ｋｍ＋１個の前記仕切り薄板は、互いに平行になるとともに、前記一次側及び前記二次側の相対的な作動方向に沿って均一に形成され、
   隣り合う前記仕切り薄板同士間には、配線スロットが形成され、
   ｋｍ個の前記配線スロットは、ｋｍ個の前記鉄心スロットにそれぞれ対応し、
   前記一次側巻線は、ｋｍ個のコイルから構成され、
   各前記コイルの有効辺の一辺は、１つの前記配線スロット内に収納され、有効辺の他辺は、当該配線スロットに対応する前記鉄心スロット内に収納され、
   前記一次側鉄心のスロット側は、前記推力出力板に固定されることを特徴とする、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータ。
9. 前記コイルボビンの材料としては、絶縁性の非金属材料を用いることを特徴とする請求項１に記載の、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータ。
10. 前記モータは、一次側を可動子とする構造、または二次側を可動子とする構造を有することを特徴とする請求項８に記載の、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータ。
11. 各前記鉄心スロット内には、磁性粉とエポキシ樹脂とを混合したものが注入されることを特徴とする請求項１、２、３または８に記載の、漏洩インダクタンス調整可能な構造を持つ多相永久磁石モータ。