JP5021247B2 - 多重巻線交流モータ - Google Patents

Description

本発明は、電機子を構成する各巻線が複数の巻線群として多重化され、上記各巻線群がこれに個別に対応して設けられたインバータによって駆動される多重巻線交流モータに関する。

従来、半導体製造装置や工作機においては、回転テーブル駆動、直動テーブル駆動、主軸モータ駆動等を行うために、電機子を構成する各巻線が複数の巻線群として多重化された多重巻線交流モータを備えるとともに、上記各巻線群がこれに個別に対応して設けられたインバータに接続され、これらのインバータから各巻線群に給電することで多重巻線交流モータを回転駆動するようにした駆動システムが提供されている（例えば、特許文献１参照）。

このように構成された駆動システムは、多重巻線交流モータが例えば３相３重巻線交流モータの場合には、各インバータから出力される電気角で４０度の位相差の出力電圧を実質９相分の巻線に印加することができるので、出力電圧波形のひずみを低減することができ、低インピーダンスや集中巻モータにおいてもギャップ磁束の高調波成分を低減することができ、トルクリップルが小さく、さらには、電流検出器数を増加させない低価格な駆動システムを提供できるという利点がある。

特開２００５−０３９９３２号公報（４頁１３〜４８行、図１、２）

しかしながら、特許文献１記載のような従来の駆動システムに使用される多重巻線交流モータは、未だ次の課題が残されている。

すなわち、従来の多重巻線交流モータにおいては、電機子の周方向に沿って異なる巻線群に属する巻線が互いに隣接して配置されており、巻線群相互の磁気結合が強い。例えば、従来の３相３重巻線交流モータの場合、第１の巻線群に属する巻線の隣に第２の巻線群に属する巻線が、この第２の巻線群に属する巻線の隣に第３の巻線群に属する巻線が、さらに、この第３の巻線群に属する巻線の隣に第１の巻線群に属する巻線がそれぞれ隣接して配置されていて、巻線群の相互の磁気結合が強くなっている。

このため、例えば、第１の巻線群に接続された第１のインバータのスイッチング素子が短絡するなどの故障を起こした場合、その短絡電流によって生じた当該巻線群に属する巻線の磁束が他の第２、第３巻線群に属する巻線にも鎖交してこれらの他の巻線群に過大な電圧が誘起され、その結果、この過大な電圧が第２、第３巻線群に接続された他のインバータのスイッチング素子に加わる。これにより、他のインバータが連鎖的に短絡故障を起こす恐れがある。この不具合を防止するためには、各インバータを構成するスイッチング素子の耐圧を必要以上に高くする必要が生じ、余分なコストアップを招来する。

また、従来のものは、各巻線群に属する巻線の内、同相の巻線が回転軸の周方向に沿って均等割りした角度位置に配置された構成とはなっておらず、そのため、インバータの内の１つのスイッチング素子が短絡するなどの故障を生じた場合、そのインバータに接続された巻線群に属する巻線が作る電磁力が偏心力として作用し、その結果、固定子と回転子との間に相対変位を生じて固定子と回転子とが接触事故を起こしたり、回転子のシャフトを支持するベアリングが破損したりするといった問題を生じる。

本発明は、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、インバータのスイッチング素子の耐圧を必要以上に高めなくても、インバータの短絡故障の連鎖を防止することができ、しかも、短絡故障に起因して電磁力が偏心力として作用して固定子と回転子とが接触事故を起こしたり、ベアリングが破損するなどの不具合発生を有効に防止することが可能な多重巻線交流モータを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、固定子には電機子を構成する各巻線が複数の巻線群として多重化される一方、回転子に界磁用の永久磁石を有し、上記各巻線群は、各相の一端が中性点で接続され、各相の他端が各巻線群に個別に対応して設けられたインバータに接続されて駆動される多重巻線交流モータにおいて、次の構成を採用している。

すなわち、本発明では、上記各巻線群を構成する巻線を集中巻線方式で巻装するとともに、上記交流モータの極数とスロット数の最大公約数をｍ、上記巻線群の数をｎとし、ｍ／ｎの約数の内、１を除いた最小の値をＭとしたとき、各巻線群同士が互いに隣接する箇所の数を周方向に沿って最小限となるようにｎ×Ｍとし、かつ、各巻線群に属する同相の巻線同士は、周方向に沿って機械的に均等割りした角度位置にそれぞれ配置されていることを特徴としている。

本発明によれば、各巻線群同士が互いに隣接する箇所の数を周方向に沿って最小限となるようにし、かつ、各巻線群に属する同相の巻線同士は、周方向に沿って機械的に均等割りした角度位置にそれぞれ配置されているので、各巻線群の相互間の磁気結合が弱い。したがって、各巻線群に個別に接続される一つのインバータが短絡故障を起こした場合でも、従来のように、その短絡電流によって生じた当該巻線群に属する巻線の磁束が他の巻線群に属する巻線に鎖交して他の巻線群に過大な電圧が誘起されることはない。そのため、過大な電圧が他の巻線群に接続されたインバータのスイッチング素子に加わって素子が破壊されるといった不具合発生を防止することができ、スイッチング素子の耐圧を必要以上に高めなくても、インバータの短絡故障の連鎖を有効に防止することができる。

しかも、各巻線群に属する巻線の内、同相の巻線が周方向に沿って機械的に均等割りした角度位置に配置されているので、一つのインバータが短絡故障を生じた場合でも、そのインバータに接続された巻線群に属する巻線が短絡電流によって作る電磁力が相殺される。このため、短絡電流による電磁力が偏心力として作用するのを抑制することができ、固定子と回転子との間に相対変位を生じて固定子と回転子とが接触事故を起こしたり、回転子のシャフトを支持するベアリングが破損したりするのを確実に防止することができる。

実施の形態１．
図１はこの実施の形態１における多重巻線交流モータを備えたモータ駆動システムの全体構成図、図２は同多重巻線交流モータの断面図である。

この実施の形態１における多重巻線交流モータ１００は、３相２重巻線交流モータであって、３相分の巻線１０１，１０２，１０３よりなる第１の巻線群１００Ａと、３相分の巻線１０４，１０５，１０６よりなる第２の巻線群１００Ｂとを有する。そして、第１、第２の巻線群１００Ａ，１００Ｂは、第１、第２の３相インバータ１０，２０に個別に接続されている。なお、第１、第２の巻線群１００Ａ，１００Ｂはその中性点が互いに接続されている。

第１、第２の３相インバータ１０、２０は、それぞれ第１、第２のゲートドライブ回路１２，２２、および第１、第２の３相ブリッジ電力変換回路１１，２１を有し、整流後の直流電源１の電力から交流電力を生成してモータ１００に送り出す。各々の出力電流は電流検出器１３ｕ，１３ｖ，１３ｗおよび２３ｕ，２３ｖ，２３ｗによって検出され、各検出出力が制御回路２に取り込まれる。制御回路２は、ゲートドライブ信号を生成し、当該信号でゲートドライブ回路１２，２２を制御することで、第１、第２の３相ブリッジ電力変換回路１１，２１を構成するスイッチング素子がオン／オフされる。

さらに、このモータ１００は、図２に示すように、電機子側となる固定子５０、および回転子６０を有する。固定子５０は、鉄心５１を有し、この鉄心５１には３６個のスロット５２と、２つのスロットに挟まれた３６個のティース５３とが形成され、各ティース５３にはそれぞれ巻線が集中巻線方式にて巻装されている。一方、回転子６０は、ヨーク６１と、ヨーク６１の外周表面に貼り付けられた３２個の界磁用の永久磁石６２とを備え、ヨーク６２に一体的に結合された図示しないシャフト等を介してトルクが出力される。したがって、このモータ１００の極数とスロット数の比は８：９となっている。

次に、当該モータ１００における各巻線群１００Ａ，１００Ｂとそれを構成する巻線の形成方法について説明する。

この実施の形態１のモータ１００は３２極なので、その全周は電気角で１８０×３２＝５７６０°に相当し、隣り合う巻線の電気的な位相差は、５７６０÷３６＝１６０°となる。よって、連続した３つの巻線を直列に同相で接続することにより磁束利用率を高めることができる。

そこで、固定子５０の周方向に沿って配置された３６個の巻線を結線する場合、互いに隣接する３つの巻線、およびそれと機械的に１８０度離れた位置にある互いに隣接する３つの巻線の合計６個の巻線が同相となるように直列に接続される。すなわち、互いに隣接する３つの巻線１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃおよびそれと機械的に１８０度離れた位置にある互いに隣接する３つの巻線１０１ｄ，１０１ｅ，１０１ｆの計６個の巻線が直列に接続されて第１の巻線群１００Ａに属する１相分の巻線１０１が形成される。その隣に続く巻線１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃおよびそれと機械的に１８０度離れた位置にある巻線１０２ｄ，１０２ｅ，１０２ｆの計６個の巻線が直列に接続されて第１の巻線群１００Ａに属する１相分の巻線１０２が形成される。さらにその隣に続く巻線１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃおよびそれと機械的に１８０度離れた位置にある巻線１０３ｄ，１０３ｅ，１０３ｆの計６個の巻線が直列に接続されて第１の巻線群１００Ａに属する１相分の巻線１０３が形成される。第２の巻線群１００Ｂに属する３相分の各巻線１０４，１０５，１０６についても同様して形成される。

上記のようにして結線した各巻線が作る磁束分布を、磁界解析を行って調べた結果の一例を図３に示す。なお、図３では第１の巻線群１００Ａに属する１相分の巻線１０１が作る磁束分布のみを示している。この場合、３つの巻線１０１ａ，１０１ｂ、１０１ｃに同じ電流が通電されている。このとき、機械的に１８０度離れた位置にある互いに隣接する３つの巻線１０１ｄ，１０１ｅ，１０１ｆにも同じ電流が通電されるが、対称性から周方向の１／４の領域のみを示している。

図３から分かるように、１相分の３つの巻線１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃの作る磁束の内、大半は３つの巻線内部で閉じており、これら３つの巻線１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃと磁気的に結合している他相の巻線としては、巻線１０２ａおよび巻線１０６ｆとの結合が大きく、それ以外の巻線との磁気結合は非常に小さい。

このような磁気結合の関係と図２に示した巻線配置とを併せて考察すると、第１の巻線群１００Ａと第２の巻線群１００Ｂの相互間で磁気的に結合しているのは、３６個の巻線の内、巻線１０３ｃと巻線１０４ａ、巻線１０６ｃと巻線１０１ｄ、巻線１０３ｆと巻線１０４ｄ、および巻線１０６ｆと巻線１０１ａの４箇所（図２の破線で示す位置）のみである。このため、２つの巻線群１００Ａ，１００Ｂの相互の磁気結合は小さなものとなっている。

よって、２つのインバータ１０，２０の内、例えば第１のインバータ１０が短絡故障を起こした場合を想定すると、第１の巻線群１００Ａの巻線１０２の受電部と中性点との間の短絡故障であれば、その短絡電流が作る磁界は第２の巻線群１００Ｂにはほとんど鎖交しない。したがって、第１の巻線群１００Ａに流れる短絡電流に起因して他の巻線群１００Ｂに属する巻線１０４〜１０６に誘起される電圧も小さなものとなり、誘起された過電圧によって第２のインバータ２０が連鎖的に絶縁破壊を起こすといった従来の不具合発生を確実に防止することができる。

また、第１の巻線群１００Ａの巻線１０１ないし１０３の受電部と中性点との間に短絡故障が生じた場合や、第１の巻線群１００Ａの任意の２つの巻線の受電端間で短絡故障が生じた場合には、２つの巻線群１００Ａ，１００Ｂの間に存在する４箇所の磁気結合部分において、第１の巻線群１００Ａの短絡電流が作る磁界が第２の巻線群１００Ｂに鎖交し電圧が誘起される。しかし、その磁気結合は最小限に抑えられているため、短絡磁束は各々の巻線群１００Ａ，１００Ｂの内部で閉じる成分がほとんどである。したがって、この場合にも、短絡電流に起因する過電圧によって第２のインバータ２０が連鎖的に絶縁破壊を起こす可能性を低減することができる。その結果、インバータ素子の耐圧を必要以上に高める必要がなくなり、安価な駆動システムを構成することができる。

次に、一つの巻線群に短絡電流が流れた場合に生じる電磁力の影響について見ると、この実施の形態１のモータ１００は、各巻線群１００Ａ，１００Ｂに属する同相の巻線が回転軸の周方向に沿って機械的に均等割りした角度位置に配置され、かつ、これらの巻線が直列に接続されているので、どのような条件の短絡事故が発生した場合でも、固定子５０と回転子６０との間に働く相対変位力は相殺されて零になる。

例えば、一つのインバータ１０が短絡故障を生じた場合でも、そのインバータ１０に接続された巻線群１００Ａに属する１相分の巻線１０１ａ〜１０１ｃ，１０１ｄ〜１０１ｆは機械的に１８０度離れた対称な位置にあり、かつ、これの巻線１０１ａ〜１０１ｃ，１０１ｄ〜１０１ｆは直列に接続されているため、各巻線１０１ａ〜１０１ｃ，１０１ｄ〜１０１ｆが短絡電流によって作る電磁力が相殺される。他の相の巻線１０２，１０３についても同様である。このため、短絡電流による電磁力が偏心力として作用するのを抑制することができ、固定子５０と回転子６０との間に相対変位を生じて両者５０，６０が接触事故を起こしたり、回転子６０のシャフトを支持するベアリングが破損したりするのを確実に防止することができる。

以上のように、この実施の形態１の３相２重巻線交流モータ１００は、同相の３個の巻線を機械的に１８０度離れた位置にそれぞれ配置して計６個の各々の巻線を直列に接続して一相分の巻線とし、かつ各巻線群１００Ａ，１００Ｂ同士が隣接する部分の数を最小限（４箇所）としたので、各巻線群１００Ａ，１００Ｂの相互間の磁気結合が弱くなる。このため、一つのインバータの短絡故障が生じても他の巻線群に過大な電圧が誘起されるのが抑制される。したがって、短絡故障に起因して生じる短絡電流の作る磁界によって他のインバータに過大な電圧が誘起されて絶縁破壊を起こすことが無くなるので、スイッチング素子の耐圧を必要以上に高めなくても、インバータが連鎖的に破壊されるのを有効に防止することができる。

しかも、各巻線群１００Ａ，１００Ｂに属する巻線の内、同相の巻線が固定子５０の周方向に沿って機械的に均等割りした角度位置に配置（本例では１８０度ずつ配置）されているので、一つのインバータが短絡故障を生じた場合でも、そのインバータに接続された巻線群に属する巻線が短絡電流によって作る電磁力が相殺される。このため、短絡電流による電磁力が偏心力として作用するのを抑制することができ、固定子５０と回転子６０が接触事故を起こしたり、回転子６０のシャフトを支持するベアリングが破損したりする不具合を確実に防止することができる。

実施の形態２．
図４はこの実施の形態２の多重巻線交流モータを備えたモータ駆動システムの全体構成図、図５は同多重巻線交流モータの断面図であり、図１および図２に示した実施の形態１の構成と対応もしくは相当する部分には同一の符号を付す。

この実施の形態２における多重巻線交流モータは、３相３重巻線交流モータであって、３相分の巻線１０１，１０２，１０３よりなる第１の巻線群１００Ａと、３相分の巻線１０４，１０５，１０６よりなる第２の巻線群１００Ｂと、３相分の巻線１０７，１０８，１０９よりなる第３の巻線群１００Ｃとを有する。そして、第１、第２、第３の巻線群１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃは、第１、第２、第３の３相インバータ１０，２０，３０に個別に接続されている。なお、第１、第２、第３の巻線群１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃはその中性点が互いに接続されている。

さらに、このモータ１００は、図５に示すように、固定子５０の鉄心５１に３６個のスロット５２と、２つのスロットに挟まれた３６個のティース５３とが形成されている。各ティース５３にはそれぞれ巻線が集中巻線方式にて巻装されている。また、回転子６０を構成するヨーク６１の外周表面には３０個の界磁永久磁石６２が貼り付けられている。したがって、このモータ１００の極数とスロット数の比は５：６となっている。

次に、当該モータ１００における各巻線群１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃとそれを構成する巻線の形成方法について説明する。

固定子５０の周方向に沿って配置された３６個の巻線を結線する場合、互いに隣接する２つの巻線、およびそれと機械的に１８０度離れた位置にある互いに隣接する２つの巻線の合計４個の巻線が同相となるように直列に接続される。すなわち、連続した２つの巻線１０１ａ，１０１ｂおよびそれと機械的に１８０度離れた位置にある連続した２つの巻線１０１ｃ，１０１ｄが直列に接続されて第１の巻線群１００Ａに属する１相分の巻線１０１が形成される。その隣に続く巻線１０２ａ，１０２ｂおよびそれと機械的に１８０度離れた位置にある連続した２つの巻線１０２ｃ，１０２ｄが直列に接続されて第１の巻線群１００Ａに属する１相分の巻線１０２が形成される。さらにその隣に続く巻線１０３ａ，１０３ｂおよびそれと機械的に１８０度離れた位置にある連続した２つの巻線１０３ｃ，１０３ｄが直列に接続されて第１の巻線群１００Ａに属する１相分の巻線１０３が形成される。第２の巻線群１００Ｂに属する３相分の巻線１０４〜１０６、および第３の巻線群１００Ｃに属する３相分の巻線１０７〜１０９についても同様にして形成される。

以上のように、この実施の形態２のモータ１００は、実施の形態１に示したのと同様の効果が得られるほか、実施の形態１の場合よりも巻線群およびインバータの数を増やしているので、例えば第１のインバータ１０の短絡故障により第１の巻線群１００Ａに短絡磁束が発生した場合でも、第２、第３の巻線群１００Ｂ，１００Ｃにおいて短絡磁束の鎖交する巻線の割合を減らすことができ、過電圧の発生をさらに抑制することができる。

実施の形態３．
図６はこの実施の形態３における多重巻線交流モータの断面図であり、図１および図２に示した実施の形態１の構成と対応もしくは相当する部分には同一の符号を付す。

この実施の形態３における多重巻線交流モータは、３相２重巻線交流モータであって、実施の形態１の場合と同様、３相分の巻線１０１〜１０３よりなる第１巻線群１００Ａと、３相分の巻線１０４〜１０６よりなる第２巻線群１００Ｂとを備え、第１、第２巻線群１００Ａ，１００Ｂは、図示しないインバータに個別に接続される。

さらに、このモータ１００は、固定子５０の鉄心５１に１８個のスロット５２と、２つのスロットに挟まれた１８個のティース５３とが形成されている。各ティース５３にはそれぞれ巻線が集中巻線方式にて巻装されている。また、回転子６０を構成するヨーク６１の外周表面に１２個の界磁永久磁石６２が貼り付けられている。したがって、このモータ１００の極数とスロット数の比は２：３となっている。

次に、当該モータ１００における各巻線群１００Ａ，１００Ｂとそれを構成する巻線の形成方法について説明する。

固定子５０の周方向に沿って配置された１８個の巻線を結線する場合、機械的にそれぞれ１２０度ずつ離れた位置にある３つの巻線が同相となるように直列に接続される。すなわち、巻線１０１ａ、これと１２０度離れた位置にある巻線１０１ｂ、およびさらに１２０度離れた位置にある巻線１０１ｃの３つが直列に接続されて、第１の巻線群１００Ａに属する１相分の巻線１０１が形成される。続いて巻線１０２ａ、これと１２０度離れた位置にある巻線１０２ｂ、およびさらに１２０度離れた位置にある巻線１０２ｃの３つが直列に接続されて、第１の巻線群１００Ａに属する１相分の巻線１０２が形成される。さらに、巻線１０３ａ、これと１２０度離れた位置にある巻線１０３ｂ、およびさらに１２０度離れた位置にある巻線１０３ｃの３つが直列に接続されて、第１の巻線群１００Ａに属する１相分の巻線１０３が形成される。第２の巻線群１００Ｂに属する３相分の巻線１０４〜１０６についても同様にして形成される。
その他の構成は実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。

以上のように、この実施の形態３のモータ１００は、実施の形態１に示したのと同様の効果が得られるほか、同一のインバータに接続される同相の巻線の配置が実施の形態１のように機械的に１８０度離れた位置に限定されず、極数とスロット数との関係に応じて機械的に周方向に沿って均等割りした角度位置（ここでは１２０度）にそれぞれ配置すればよいので、モータ設計の自由度が向上する。

実施の形態４．
図７はこの実施の形態４における多重巻線交流モータの断面図であり、図１および図２に示した実施の形態１の構成と対応もしくは相当する部分には同一の符号を付す。

この実施の形態４における多重巻線交流モータ１００は、３相２重巻線交流モータであって、実施の形態１の場合と同様、３相分の巻線１０１〜１０３よりなる第１巻線群１００Ａと、３相分の巻線１０４〜１０６よりなる第２巻線群１００Ｂとを備え、第１、第２巻線群１００Ａ，１００Ｂは、図示しないインバータに個別に接続される。

さらに、このモータ１００は、固定子５０の鉄心５１に３６個のスロット５２と、２つのスロットに挟まれた３６個のティース５３とが形成されている。各ティース５３にはそれぞれ巻線が集中巻線方式にて巻装されている。また、回転子６０を構成するヨーク６１の外周表面に２４個の界磁永久磁石６２が貼り付けられている。したがって、このモータ１００の極数とスロット数の比は２：３となっている。

次に、当該モータ１００における各巻線群１００Ａ，１００Ｂとそれを構成する巻線の形成方法について説明する。

固定子５０の周方向に沿って配置された３６個の巻線を結線する場合、機械的に３０°ずつ離れた位置にある３つの巻線と、それぞれに対し１８０度離れた位置にある３つの巻線の合計６個の巻線が同相となるように直列に接続される。すなわち、巻線１０１ａ、これと３０°離れた位置にある巻線１０１ｂ、これと更に３０°離れた位置にある巻線１０１ｃ、およびそれぞれに対して１８０°離れた位置にある巻線１０１ｄ，１０１ｅ，１０１ｆの計６つの巻線が直列に接続されて第１の巻線群１００Ａに属する１相分の巻線１０１が形成される。また、巻線１０２ａ、これと３０°離れた位置にある巻線１０２ｂ、これと更に３０°離れた位置にある巻線１０２ｃ、およびそれぞれに対して１８０°離れた位置にある巻線１０２ｄ，１０２ｅ，１０２ｆの計６つの巻線が直列に接続されて第１の巻線群１００Ａに属する１相分の巻線１０２が形成される。さらに、巻線１０３ａ、これと３０°離れた位置にある巻線１０３ｂ、これと更に３０°離れた位置にある巻線１０３ｃ、およびそれぞれに対して１８０°離れた位置にある巻線１０３ｄ，１０３ｅ，１０３ｆの計６つの巻線が直列に接続されて第１の巻線群１００Ａに属する１相分の巻線１０３が形成される。第２の巻線群１００Ｂに属する３相分の巻線１０４〜１０６についても同様にして形成される。
その他の構成は実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。

以上のように、この実施の形態４のモータ１００は、実施の形態１の場合と同様、第１の巻線群１００Ａと第２の巻線群１００Ｂとが互いに隣接する箇所が、巻線１０３ｃと巻線１０４ａの間、巻線１０６ｃと巻線１０１ｄの間、巻線１０３ｆと巻線１０４ｄの間、巻線１０６ｆと巻線１０１ａの間の計４箇所のみとなる。このため、例えば第１のインバータ１０で短絡故障が生じ、第１の巻線群１００Ａに短絡磁束が生じた場合でも、第２の巻線群１００Ｂでこれと鎖交する巻線の数を少なくすることができる。

上記の実施の形態１〜４から考察して、異なる巻線群１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ同士が周方向に沿って互いに隣接する箇所の数を最小限に抑えるための要件を一般化すると、次のような条件を満たすことが必要である。

（Ａ）各巻線を集中巻線方式で構成すると共に、極数とスロット数の最大公約数をｍ、設置するインバータないし巻線群の数をｎとし、ｍ／ｎの約数のうち１を除いた最小の値をＭとしたとき、各巻線群同士が互いに隣接する箇所の数を周方向に沿ってＭ×ｎ箇所とし、各巻線群に属する同相の巻線同士は、周方向に沿ってＭ等分した角度位置にそれぞれ分割配置することが必要である。ここに、ｍは同相の巻線を周方向に沿って一番細かく均等割りして配置する場合の値に相当する。また、ｎは巻線群の数であり、ｍ／ｎの約数のうち１を除いた最小の値Ｍを採用することは、各巻線群に属する同相の巻線を周方向に沿って一番粗く均等割りする場合の値に相当する。

（Ｂ）特に、３相交流駆動される集中巻線方式のモータ１００について、同程度の極数のモータに対し異なる巻線群１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ同士が周方向に沿って互いに隣接する箇所の数を最小限に抑えるためには、上記（Ａ）の条件に加えて、極数とスロット数の比を（３ｋ±１）：（３ｋ）（ただしｋ≧２）とし、隣接するｋ個の巻線を同相で接続するのが良い。

これらの条件を満たすようにすれば、周知のように磁束の利用率（巻線係数）を高めることができると同時に、各巻線群が互いに隣接する部分の数を最小限とすることができ、短絡故障時に生じる磁束が各巻線群に属する各相の巻線内部で閉じる割合を増やすことができる。つまり、巻線群間の磁気結合をさらに小さくできるため、１つのインバータの短絡故障時の短絡磁束によって他のインバータが連鎖的に故障するのを防止することができる。

次に、上記（Ａ），（Ｂ）の条件の適合性について、上記の実施の形態１〜４について検証する。

（１）実施の形態１（図２）の場合
この場合、極数は３２で、スロット数は３６なので、極数とスロット数の最大公約数ｍ＝４、巻線群の数ｎ＝２であり、ｍ／ｎの約数の内、１を除いた最小の値Ｍは２である。よって、ｎ×Ｍ＝２×２＝４、つまり、２つの巻線群１００Ａ，１００Ｂを周方向に沿って４分割した箇所に順次交互に分割配置することにより、各巻線群同士が互いに隣接する箇所の数を周方向に沿って最小限とすることができる。また、その際、周方向に２分割、つまり機械的に１８０°離れた位置に同相の巻線を分割配置する。また、（極数）：（スロット数）＝８：９であり、このときｋ＝３であるから、隣接する３個の巻線を同相で接続する。したがって、機械的に互いに１８０度離れた位置に３個ずつ隣接配置した計６個の巻線を直列に接続して１相分の巻線として構成することで、巻線群１００Ａ，１００Ｂ同士の隣接箇所を最小（４箇所）とすることができる。これは実施の形態１で説明した通りである。

（２）実施の形態２（図５）の場合
この場合、極数は３０で、スロット数は３６なので、極数とスロット数の最大公約数ｍ＝６、巻線群の数ｎ＝３であり、ｍ／ｎの約数の内、１を除いた最小の値Ｍは２である。よって、ｎ×Ｍ＝３×２＝６、つまり、３つの巻線群１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃを周方向に沿って６分割した箇所に順次交互に分割配置することにより、各巻線群同士が互いに隣接する箇所の数を周方向に沿って最小限とすることができる。また、その際、周方向に２分割、つまり機械的に１８０°離れた位置に同相の巻線を分割配置する。また、（極数）：（スロット数）＝５：６であり、このときｋ＝２であるから、隣接する２個の巻線を同相で接続する。したがって、機械的に互いに１８０度離れた位置に２個ずつ配置した計４個の巻線を直列に接続して１相分の巻線として構成することで、巻線群１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ同士の隣接箇所を最小（６箇所）とすることができる。これは実施の形態２で説明した通りである。

（３）実施の形態３（図６）の場合
この場合、極数は１２で、スロット数は１８なので、極数とスロット数の最大公約数ｍ＝６、巻線群の数ｎ＝２であり、ｍ／ｎの約数の内、１を除いた最小の値Ｍは３である。よって、ｎ×Ｍ＝２×３＝６、つまり、２つの巻線群１００Ａ，１００Ｂを周方向に沿って６分割した箇所に順次交互に分割配置することにより、各巻線群同士が互いに隣接する箇所の数を周方向に沿って最小限とすることができる。また、その際、周方向に３分割、つまり機械的に１２０°離れた位置に同相の巻線を分割配置する。また、（極数）：（スロット数）＝２：３であり、このときｋ＝１であるから、同相で接続すべき隣接する巻線は存在しない。したがって、機械的に互いに１２０度離れた位置に１個ずつ配置した計３個の巻線を直列に接続して１相分の巻線として構成することで、巻線群１００Ａ，１００Ｂ同士の隣接箇所を最小（６箇所）とすることができる。これは実施の形態３で説明した通りである。

（４）実施の形態４（図７）の場合
この場合、極数が２４、スロット数が３６なので、極数とスロット数の最大公約数ｍ＝１２、巻線群の数ｎ＝２であり、ｍ／ｎの約数１，２，３，６の内、１を除いた最小の値Ｍは２である。よって、ｎ×Ｍ＝２×２＝４、つまり、２つの巻線群１００Ａ，１００Ｂを周方向に沿って４分割した箇所に順次交互に分割配置することにより、各巻線群同士が互いに隣接する箇所の数を周方向に沿って最小限とすることができる。また、その際、周方向に２分割、つまり機械的に１８０°離れた位置に同相の巻線を分割配置する。また、（極数）：（スロット数）＝２：３であり、このときｋ＝１であるから、同相で接続すべき隣接する巻線は存在しない。したがって、機械的に互いに１８０度離れた位置に１個ずつ配置した計６個の巻線を直列に接続して１相分の巻線として構成することで、巻線群１００Ａ，１００Ｂ同士の隣接箇所を最小（４箇所）とすることができる。これは実施の形態４で説明した通りである。

因に、図７と同じ極数が２４、スロット数が３６の場合において、図８に示すように巻線を配置した場合には、健全運転時は図７の場合と全く同様の特性が得られるものの、（Ｂ）の条件を満たしていても、（Ａ）の条件を満たしていないので（ｍ／ｎの約数のうち最小の値２ではなく、最大の値６を採用）、第１の巻線群１００Ａと第２の巻線群１００Ｂとが隣接する箇所が全周で１２箇所（＝２×６）存在することになる。このため、例えば第１のインバータ１０で短絡故障が生じ、第１の巻線群１００Ａに短絡磁束が生じた場合に、第２の巻線群１００Ｂのほとんどの巻線に短絡磁束が鎖交することになり、短絡電流に起因する過電圧がより大きくなる。

なお、本発明は上記の実施の形態１〜４の構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において各種の変形を加えることができる。

例えば、上記の各実施の形態１〜４の各モータ１００については、同相の巻線を各々直列に接続することにより、前述のように、短絡故障の原因がインバータ１０，２０，３０側にある場合のみならず、モータ１００側の巻線受電端近傍において短絡故障を起こした場合でも短絡電流による電磁力を相殺できるようにしている。しかし、インバータ１０，２０，３０側の短絡故障に起因して生じる短絡電流による電磁力を相殺する場合に限ると、同相の巻線を互いに並列に接続してもよく、また一部を直列に接続した後、これをさらに並列に接続してもよく、同様の効果が得られる。

さらに、上記の実施の形態１〜４について示したモータ１００の極数やスロット数は一例であって、本発明はこれらの数に限定されるものではない。

本発明の実施の形態１における３相２重巻線交流モータを備えたモータ駆動システムの全体構成図である。 本発明の実施の形態１における３相２重巻線交流モータの断面図である。 本発明の実施の形態１の多重巻線交流モータにおいて、１相分の巻線に通電した場合の磁束分布を示す説明図である。 本発明の実施の形態２における３相３重巻線交流モータを備えたモータ駆動システムの全体構成図である。 本発明の実施の形態２における３相３重巻線交流モータの断面図である。 本発明の実施の形態３における３相２重巻線交流モータの断面図である。 本発明の実施の形態４における３相２重巻線交流モータの断面図である。 図７のモータ構成と対比するための３相２重巻線交流モータの断面図である。

符号の説明

１０，２０，３０ 第１，第２，第３の各３相インバータ、
１００ 多重巻線交流モータ（３相２重巻線交流モータ，３相３重巻線交流モータ）、
１００Ａ 第１の巻線群、１００Ｂ 第２の巻線群、１００Ｃ 第３の巻線群、
１０１，１０２，１０３ 第１の巻線群の３相分の各巻線、
１０４，１０５，１０６ 第２の巻線群の３相分の各巻線、
１０７，１０８，１０９ 第３の巻線群の３相分の各巻線、
１０１ａ〜１０１ｆ，１０２ａ〜１０２ｆ，１０３ａ〜１０３ｆ，１０４ａ〜１０４ｆ，１０５ａ〜１０５ｆ，１０６ａ〜１０６ｆ，１０７ａ〜１０７ｄ，１０８ａ〜１０８ｄ，１０９ａ〜１０９ｄ 各相の巻線を構成する巻線、
５０ 固定子（電機子）、５１ 鉄心、５２ スロット、５３ ティース、
６０ 回転子、６１ ヨーク、６２ 永久磁石。

Claims (3)

1. 固定子には電機子を構成する各巻線が複数の巻線群として多重化される一方、回転子に界磁用の永久磁石を有し、上記各巻線群は、各相の一端が中性点で接続され、各相の他端が各巻線群に個別に対応して設けられたインバータに接続されて駆動される多重巻線交流モータにおいて、上記各巻線群を構成する巻線を集中巻線方式で巻装するとともに、上記交流モータの極数とスロット数の最大公約数をｍ、上記巻線群の数をｎとし、ｍ／ｎの約数の内、１を除いた最小の値をＭとしたとき、各巻線群同士が互いに隣接する箇所の数を周方向に沿って最小限となるようにｎ×Ｍとし、かつ、各巻線群に属する同相の巻線同士は、周方向に沿って機械的に均等割りした角度位置にそれぞれ配置されていることを特徴とする多重巻線交流モータ。
2. 上記各巻線群に属する同相の巻線同士が、周方向に沿って上記Ｍ等分した角度位置にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１記載の多重巻線交流モータ。
3. 上記各巻線群が３相巻線であり、かつ、極数とスロット数の比が（３ｋ±１）：（３ｋ）（ただしｋ≧２）の関係を満たす場合には、周方向に沿って互いに隣接するｋ個の巻線同士が同相となるように直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に記載の多重巻線交流モータ。

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