JPWO2013073263A1

JPWO2013073263A1 - モータおよびモータシステム

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Publication number: JPWO2013073263A1
Application number: JP2013544159A
Authority: JP
Inventors: 宗司村上; 大戸　基道; 基道大戸; 健太朗猪又; 井手　耕三; 耕三井手; 森本　進也; 進也森本
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2011-11-14
Filing date: 2012-09-04
Publication date: 2015-04-02
Also published as: EP2782227A1; US20140246939A1; WO2013073263A1; EP2782227A4; CN103891112A

Abstract

回転子の回転位置の絶対位置を示す回転子の機械角を推定可能なモータおよびモータシステムを提供する。複数の永久磁石が周方向に設けられた回転子コアを有する回転子と、複数相の固定子コイルが巻装された固定子コアを有するとともに、回転子と所定のエアギャップを介して対向配置される固定子とを備える。回転子は、回転子コアまたは永久磁石の磁気特性の変化パターンが、周方向において段階的に変化する構造である。一方、固定子は、固定子コイルが１つの相により、または各相の組み合わせにより作り出す磁場の分布パターンが全周中において唯一性を有する構造である。

Description

開示の実施形態は、モータおよびモータシステムに関する。

従来、モータの回転を制御するために回転子の位置を検出することが行われる。モータの回転子の回転位置を検出するためには、エンコーダなどの位置検出器を用いることが一般的であった。

しかし、省配線，省スペース，過酷な環境での信頼性の向上という観点から、エンコーダを用いることなく回転子の位置を検出する技術が模索されてきた。

かかる技術の一例として、特許文献１に開示される技術が提案された。これは、回転子の回転位置（機械角の変位による位置）の変化による固定子側のコイル巻線のインダクタンスの変化が、回転軸に取付けられた磁極部の磁気抵抗の変化に対応した値になることを利用したものである。

特開２０１０−１６６７１１号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術では、あくまでも電気角を介した相対的な機械角しか推定できなかった。すなわち、特許文献１をはじめとする従来の技術では、回転子の絶対位置を示す絶対的な機械角を直接推定することはできなかった。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、回転子の絶対的な機械角を推定可能なモータおよびモータシステムを提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係るモータは、複数の永久磁石が周方向に設けられた回転子コアを有する回転子と、複数相の固定子コイルが巻装された固定子コアを有するとともに、前記回転子と所定のエアギャップを介して対向配置される固定子とを備える。前記回転子は、前記回転子コアまたは前記永久磁石の磁気特性の変化パターンが、周方向において段階的に変化する構造である。一方、前記固定子は、前記固定子コイルが１つの相により、または各相の組み合わせにより作り出す磁場の分布パターンが全周中において唯一性を有する構造である。

実施形態の一態様によれば、エンコーダを用いることなく回転子の回転位置を高精度で推定することが可能となる。

図１は、実施形態に係るモータシステムの概略構成を示すブロック図である。図２は、実施形態に係るモータの回転子および固定子の、回転子中心軸を含む平面での断面図である。図３は、比較例に係るモータの回転子および固定子の、回転子中心軸に垂直な平面での断面図である。図４は、比較例に係るモータの数式モデルの一例を示す図である。図５は、比較例に係るモータの永久磁石の磁極の名称とｄ軸およびｑ軸に対応する位置を示す図である。図６Ａは、比較例に係るモータの固定子コイルの名称と配置を示す図である。図６Ｂは、比較例に係るモータの固定子コイルの結線を示す図である。図７Ａは、比較例に係るモータの固定子コイルの巻き方向を示す図である。図７Ｂは、比較例に係るモータの固定子コイルの結線を巻き方向とともに示す図である。図８Ａは、比較例に係るモータの固定子コイルへの交流電流の通電の方法を示す図である。図８Ｂは、図８Ａに示す通電の方法とした場合に発生する磁束の分布を示す図である。図９Ａは、比較例に係るモータの回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。図９Ｂは、比較例に係るモータの回転子のｑ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。図１０は、比較例に係るモータの回転子の代わりに円筒コア（積層された電磁鋼板から成る）を置き固定子コイルに交流電流を通電した場合に生じる磁束の密度と分布を示す図である。図１１Ａは、実施形態に係るモータの回転子の一例を示す図である。図１１Ｂは、実施形態に係るモータの回転子の一例を示す図である。図１２Ａは、実施形態に係るモータの回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。図１２Ｂは、実施形態に係るモータの回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。図１３Ａは、実施形態に係るモータの回転子の一例を示す図である。図１３Ｂは、実施形態に係るモータの回転子の一例を示す図である。図１３Ｃは、実施形態に係るモータの回転子の一例を示す図である。図１４Ａは、図１３Ａに示したモータの回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。図１４Ｂは、図１３Ｂに示したモータの回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。図１４Ｃは、図１３Ｃに示したモータの回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。図１５は、実施形態に係るモータの回転子の一例を示す図である。図１６は、実施形態に係るモータの回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。図１７Ａは、実施形態の変形例を示す図である。図１７Ｂは、実施形態の変形例を示す図である。図１８は、実施形態に係るモータの回転子の例を示す図である。図１９は、実施形態に係るモータの回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。図２０Ａは、実施形態に係るモータの回転子の例を示す図である。図２０Ｂは、実施形態に係るモータの回転子の例を示す図である。図２１Ａは、実施形態に係るモータの回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。図２１Ｂは、実施形態に係るモータの回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。図２２Ａは、実施形態に係るモータの回転子の例を示す図である。図２２Ｂは、実施形態に係るモータの回転子の例を示す図である。図２２Ｃは、実施形態に係るモータの回転子の例を示す図である。図２３Ａは、実施形態に係るモータの回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。図２３Ｂは、実施形態に係るモータの回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。図２３Ｃは、実施形態に係るモータの回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。図２４Ａは、実施形態に係るモータの回転子のｑ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。図２４Ｂは、実施形態に係るモータの回転子のｑ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。図２４Ｃは、実施形態に係るモータの回転子のｑ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。図２５Ａは、実施形態の変形例を示す図である。図２５Ｂは、実施形態の変形例を示す図である。図２６は、実施形態に係るモータの回転子の例を示す図である。図２７は、実施形態に係るモータの回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。図２８は、実施形態に係るモータの回転子の例を示す図である。図２９は、実施形態に係るモータの回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。図３０は、実施形態に係るモータの回転子の例を示す図である。図３１は、実施形態に係るモータの回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。図３２は、実施形態に係るモータの回転子の例を示す図である。図３３は、実施形態に係るモータの回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。図３４Ａは、実施形態に係るモータの回転子の例を示す図である。図３４Ｂは、実施形態に係るモータの回転子の例を示す図である。図３４Ｃは、実施形態に係るモータの回転子の例を示す図である。図３５Ａは、図３４Ａに示す回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。図３５Ｂは、図３４Ｂに示す回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。図３５Ｃは、図３４Ｃに示す回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。図３６Ａは、実施形態に係るモータの固定子の例を示す図である。図３６Ｂは、実施形態に係るモータの固定子の例を示す図である。図３６Ｃは、実施形態に係るモータの固定子の例を示す図である。図３７Ａは、実施形態に係るモータにおいて、回転子の代わりに円筒コア（積層された電磁鋼板から成る）を置き固定子コイルに交流電流を通電した場合の、固定子コアに生じる磁束の密度と分布を示す図である。図３７Ｂは、実施形態に係るモータにおいて、回転子の代わりに円筒コア（積層された電磁鋼板から成る）を置き固定子コイルに交流電流を通電した場合の、固定子コアに生じる磁束の密度と分布を示す図である。図３７Ｃは、実施形態に係るモータにおいて、回転子の代わりに円筒コア（積層された電磁鋼板から成る）を置き固定子コイルに交流電流を通電した場合の、固定子コアに生じる磁束の密度と分布を示す図である。図３８Ａは、実施形態に係るモータの固定子の例を示す図である。図３８Ｂは、実施形態に係るモータの固定子の例を示す図である。図３８Ｃは、実施形態に係るモータの固定子の例を示す図である。図３９Ａは、実施形態に係るモータにおいて、回転子の代わりに円筒コア（積層された電磁鋼板から成る）を置き固定子コイルに交流電流を通電した場合の、固定子コアに生じる磁束の密度と分布を示す図である。図３９Ｂは、実施形態に係るモータにおいて、回転子の代わりに円筒コア（積層された電磁鋼板から成る）を置き固定子コイルに交流電流を通電した場合の、固定子コアに生じる磁束の密度と分布を示す図である。図３９Ｃは、実施形態に係るモータにおいて、回転子の代わりに円筒コア（積層された電磁鋼板から成る）を置き固定子コイルに交流電流を通電した場合の、固定子コアに生じる磁束の密度と分布を示す図である。図４０Ａは、実施形態に係るモータの固定子の例を示す図である。図４０Ｂは、実施形態に係るモータの固定子の例を示す図である。図４０Ｃは、実施形態に係るモータの固定子の例を示す図である。図４１Ａは、実施形態に係るモータにおいて、回転子の代わりに円筒コア（積層された電磁鋼板から成る）を置き固定子コイルに交流電流を通電した場合の、固定子コアに生じる磁束の密度と分布を示す図である。図４１Ｂは、実施形態に係るモータにおいて、回転子の代わりに円筒コア（積層された電磁鋼板から成る）を置き固定子コイルに交流電流を通電した場合の、固定子コアに生じる磁束の密度と分布を示す図である。図４１Ｃは、実施形態に係るモータにおいて、回転子の代わりに円筒コア（積層された電磁鋼板から成る）を置き固定子コイルに交流電流を通電した場合の、固定子コアに生じる磁束の密度と分布を示す図である。図４２Ａは、実施形態に係るモータの回転子と固定子の組合せを示す図である。図４２Ｂは、実施形態に係るモータの回転子と固定子の組合せを示す図である。図４３Ａは、実施形態に係るモータの回転子と固定子の組合せにおいて生じる磁束の密度と分布を示す図である。図４３Ｂは、実施形態に係るモータの回転子と固定子の組合せにおいて生じる磁束の密度と分布を示す図である。図４４は、実施形態に係るモータの回転子と固定子の組合せにおける回転子の絶対位置と応答電流の振幅の関係を示す図である。図４５は、絶対位置検出を行う場合のシステム状態を示す絶対位置エンコーダレスサーボシステムのブロック図である。図４６は、モータ駆動を行う場合のシステム状態を示す絶対位置エンコーダレスサーボシステムのブロック図である。図４７は、変形例に係る絶対位置エンコーダレスサーボシステムのブロック図である。図４８は、第２の実施形態に係るモータの縦断面視による説明図である。図４９は、第２の実施形態に係るモータの正面視による模式図である。図５０は、第２の実施形態に係るモータの回転子構造を示す説明図である。図５１Ａは、第２の実施形態に係るモータの固定子を示す模式図である。図５１Ｂは、第２の実施形態に係るモータの固定子構造を示す説明図である。図５２は、電気角半周（機械角４５度）で現れるインダクタンス値の極値を示す説明図である。図５３は、第２の実施形態に係るモータの機械角を推定する手順を示す説明図である。図５４は、第２の実施形態に係るモータの機械角に対するインダクタンス分布を示す説明図である。図５５は、第２の実施形態の変形例１に係る回転子構造を示す説明図である。図５６は、第２の実施形態の変形例２に係る回転子構造を示す説明図である。図５７は、第２の実施形態の変形例３に係る回転子構造を示す説明図である。図５８は、第２の実施形態の変形例４に係る回転子構造を示す説明図である。図５９Ａは、第２の実施形態の変形例１に係る固定子を示す模式図である。図５９Ｂは、第２の実施形態の変形例１に係る固定子構造を示す説明図である。図６０Ａは、第２の実施形態の変形例２に係る固定子を示す模式図である。図６０Ｂは、第２の実施形態の変形例２に係る固定子構造を示す説明図である。図６１は、第１の固定子コイルの結線を示す説明図である。図６２は、第２の固定子コイルの結線を示す説明図である。図６３は、第３の実施形態に係るモータの縦断面視による説明図である。図６４は、第３の実施形態に係るモータの正面視による模式図である。図６５は、第３の実施形態に係るモータの回転子構造を示す説明図である。図６６Ａは、第３の実施形態に係るモータの固定子を示す模式図である。図６６Ｂは、第３の実施形態に係るモータの固定子構造を示す説明図である。図６７は、第３の実施形態に係るモータの機械角を推定する手順を示す説明図である。図６８は、第３の実施形態に係るモータの機械角に対するインダクタンス分布を示す説明図である。図６９Ａは、第３の実施形態の変形例１に係る固定子を示す模式図である。図６９Ｂは、第３の実施形態の変形例１に係る固定子構造を示す説明図である。図７０Ａは、第３の実施形態の変形例１に係る固定子を示す模式図である。図７０Ｂは、第３の実施形態の変形例１に係る固定子構造を示す説明図である。図７１Ａは、他の実施形態に係るモータの第１の固定子コイルの結線を示す説明図である。図７１Ｂは、他の実施形態に係るモータの第２の固定子コイルの結線を示す説明図である。図７２Ａは、変形例１に係る第１の固定子コイルの結線を示す説明図である。図７２Ｂは、変形例１に係る第２の固定子コイルの結線を示す説明図である。図７３Ａは、変形例２に係る第１の固定子コイルの結線を示す説明図である。図７３Ｂは、変形例２に係る第２の固定子コイルの結線を示す説明図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示するモータおよびモータシステムの実施形態を詳細に説明する。ただし、以下の実施形態における例示で本発明が限定されるものではない。

図１は、実施形態に係るモータシステム１の概略構成を示すブロック図、図２は、実施形態に係るモータ１０の回転子中心軸を含む平面での断面図である。

図１に示すように、モータシステム１は、モータ１０と制御装置２０とを備えている。制御装置２０は、後述する回転子制御部２１、インダクタンス計測部２２、記憶部２３および機械角推定部２４を備える。なお、図１中、符号Ａｘは回転軸１１の軸心（中心）、すなわちモータ中心軸を示す。

モータ１０は、ここでは図示を省略した後述の永久磁石１８および回転子コア１７ａを有する回転子１７と、複数個の固定子コイル１５および固定子コア１６ａを有し、回転子１７とエアギャップを介して対向配置される固定子１６とを備える。回転子１７は、回転軸１１が軸受１４Ａ，１４Ｂによりブラケット１３Ａ，１３Ｂに回転可能に保持され、固定子１６はその外周をフレーム１２により保持され、ブラケット１３Ａ，１３Ｂはフレーム１２と締結されている。

回転子１７はエアギャップに面する表面上における磁極の総数（磁極数）が４以上である。そして、回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有する。つまり、ある一定の大きさの起磁力により回転子１７のｄ軸またはｑ軸に対応する位置に磁束を発生させた場合に、回転子１７の周方向のある機械角１８０度の範囲におけるエアギャップ中の磁束密度が、他の１８０度の範囲におけるエアギャップ中の磁束密度よりも高くなる。しかも、固定子１６が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有する。つまり、回転子１７の代わりに固定子１６と対向するように、例えば円筒コア１７０を置き、固定子コイル１５に交流電流を通電した場合に、固定子コア１６ａの周方向のある機械角１８０度の範囲におけるエアギャップ中の磁束密度が、他の１８０度の範囲におけるエアギャップ中の磁束密度よりも高くなる。

理解を容易にするために、まず、比較例のモータの回転子１００および固定子２００について、図３を用いて説明する。

図３は、比較例のモータの回転子１００および固定子２００の、回転子中心軸に垂直な平面での断面図である。ここでは、回転子１００の磁極数が６、固定子２００のコイル数が９、コイル形態は集中巻のＳＰＭ（表面磁石）型モータを代表例として示している。

比較例のモータの回転子１００は、積層された電磁鋼板や機械構造用炭素鋼の切削品などから成る回転子コア１１０と、回転子コア１１０のエアギャップに対向する面に装着される永久磁石１２０とから構成されている。永久磁石１２０は、希土類元素を含む焼結材、希土類元素を含む樹脂混合材、フェライト磁石などから成り、着磁された磁化の向きは、回転子１００の略径方向である。

モータの数式モデルの一般的な代表例として、ｄｑ座標系におけるモデルが知られている。ｄｑ座標系モデルは、図４に示すように、三相座標系（Ｕ相軸、Ｖ相軸、Ｗ相軸の３つの座標軸で示される静止した座標系）におけるモータ特性方程式を、ｄｑ座標系（ｄ軸、ｑ軸の２つの座標軸で示される回転子とともに回転する座標系）に変換することにより数学的に導出される。

図５は、実際の回転子１００におけるｄ軸およびｑ軸の位置を示す。本例では、極対数は３（磁極数６の２分の１）であるので、ｄｑ座標系におけるｄ軸およびｑ軸のそれぞれに対して、永久磁石１２０のＮ極の中心を通る３本のｄ軸（以下、実ｄ軸と呼ぶ）と、回転子１００の隣り合う永久磁石１２０の中心を通る３本のｑ軸（以下、実ｑ軸と呼ぶ）が存在する。これら複数個の実ｄ軸と実ｑ軸を区別するために、図５に示すように、時計回りにｄ１軸、ｄ２軸、ｄ３軸、ｑ１軸、ｑ２軸、ｑ３軸と名前を付ける。

一方、比較例のモータの固定子２００は、図３に示すように、周方向に略等間隔で設けられたティース部２１１を備える固定子コア２１０と、ティース部２１１に集中巻方式により巻回される固定子コイル２２０とから構成されている。固定子コア２１０は、積層された電磁鋼板などから成る。全部で９個の固定子コイル２２０は、回転子１００が反時計方向に回転する場合は、図６Ａおよび図６Ｂに示すように３つの相、すなわち、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に割り当てられる。なお、各固定子コイル２２０の巻き方向は、図７Ａおよび図７Ｂに示すように設定される。図７Ａおよび図７Ｂにおいて、丸囲み十字の記号は紙面に対して上から下へ向かう向き、丸囲み黒丸の記号は紙面に対して下から上へ向かう向きを示す。各固定子コイル２２０は、図７Ｂに示すように互いに結線され、全体として三相スター結線を構成している。

図８Ａは、比較例に係るモータの固定子コイル２２０への交流電流の通電の方法を示す図であり、図８Ｂは、そのときに発生する磁束の分布を示す図である。さて、図８Ａに示すように、固定子コイルのＶ相端子とＷ相端子を直結し、その直結された端子からＵ相端子へ向かって交流電流を通電すると、図８Ｂに示すように磁束が発生する。図８Ｂは、ある時刻において交流電流により発生する磁束の分布を示しており、電流の変化に応じて交番している磁束のある瞬間における分布を示している。図８Ｂにおいて、矢印の矢の向きは磁束の向き（Ｎ極からＳ極へ向かう向き）を表している。この固定子２００の状態において、図５に示した回転子のｄ１軸が図８Ｂ中のＵ１固定子コイルの中心に一致するように回転子１００を設置すると、回転子１００のｄ軸に対応する位置に磁束を発生させることができる。また、この固定子２００の状態において、図５に示した回転子１００のｑ１軸が、図８Ｂ中のＵ１固定子コイル２２０の中心に一致するように、回転子１００を設置すると、回転子１００のｑ軸に対応する位置に磁束を発生させることができる。

図９Ａおよび図９Ｂは、比較例のモータの回転子１００のｄ軸およびｑ軸の位置に上述の方法により磁束を発生させた場合の磁束の分布を示す。図９Ａおよび図９Ｂにおいて、矢印の矢の向きは磁束の向き（Ｎ極からＳ極へ向かう向き）を表し、矢印の線の太さは磁束の密度が高いほど太く描かれている。比較例のモータの回転子１００は、その電気特性（例えば、永久磁石の導電率）が周方向に一定で均一であるため、起磁力の大きさをある一定の大きさに固定すれば、上述の３個の実ｄ軸のいずれに対しても同じ密度の磁束が発生するので、矢印の線の太さはすべて同じとなっている。つまり、磁束の分布が回転子１００の周方向に回転対称（その周期はこの例では機械角１２０度）であり、ある機械角１８０度の範囲における磁束密度が他の機械角１８０度の範囲における磁束密度よりも高くなることは無い。すなわち、回転子１００が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有していない。

図１０は、回転子１００の代わりに円筒コア（積層された電磁鋼板から成る）３００を置き、固定子コイル２２０のＵ相端子からＶ相端子とＷ相端子へ向かって交流電流を通電した場合の磁束の分布を示す。図１０において、矢印の矢の向きは磁束の向き（Ｎ極からＳ極へ向かう向き）を表し、矢印の線の太さは磁束の密度が高いほど太く描かれている。比較例のモータの固定子２００は、固定子コア２１０の電気的な特性（例えば、導電率）が周方向に均一であり、しかも、固定子コイル２２０の巻数もすべて同じであるため、磁束の分布が固定子２００の周方向に回転対称（その周期はこの例では機械角１２０度）であり、ある機械角１８０度の範囲における磁束密度が他の機械角１８０度の範囲における磁束密度よりも高くなることは無い。すなわち、固定子２００が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有していない。

比較例のモータは、位置センサを利用して回転子１００の位置および速度を検出しているので、以上説明してきたように、磁束の分布が回転対称であって、回転子１００と固定子２００の両方が機械角３６０度を１周期とするエアギャップ中の磁束密度成分を有していなくても、大きな問題は生じない。

次に、図３に示した本実施形態に係るモータ１０の回転子１７および固定子１６について、図１１Ａから図４３Ｂを用いて説明する。ここでは、６極からなる永久磁石１８が周方向に設けられた円柱状の回転子コア１７ａを備える構成としており、回転子１７の磁極数が６、固定子１６のコイル数が９、コイル形態は集中巻のモータを代表例として示している。

本発明の実施形態における回転子１７は、回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有するように、永久磁石１８の導電率が、磁極の範囲ごとに異なっている。すなわち、図１１Ａおよび図１１Ｂに点の粗密で示すように、磁極Ｎ１から磁極Ｓ３までのそれぞれの磁極における導電率が、機械角の０度から３６０度の範囲において、勾配を伴って分布している。ここで、図１１Ａ，Ｂにおいて、点の密度が高い領域は導電率が大きい範囲であり、点の密度が低い領域は導電率が小さい範囲である。なお、図１１Ａはリング状の永久磁石１８にＮ１，Ｓ１，Ｎ２，Ｓ２，Ｎ３，Ｓ３の６極の磁極を順に形成した回転子１７を示し、図１１Ｂは、それぞれ独立形成されたＮ１，Ｓ１，Ｎ２，Ｓ２，Ｎ３，Ｓ３の６極の永久磁石１８を回転子コア１７ａ上に設けた回転子１７を示す。

図１１Ａ，Ｂに示す回転子のｄ軸に対応する位置に交流電流を通電すると、本実施形態の回転子１７に生じる磁束の密度と分布は、磁極Ｎ１から磁極Ｓ３までのそれぞれの磁極における導電率の差に応じて、図１２Ａ，Ｂに示すようになる。図１２Ａ，Ｂにおいて、矢印の矢の向きは磁束の向き（Ｎ極からＳ極へ向かう向き）を表し、矢印の線の太さは磁束の密度が高いほど太く描かれている。永久磁石１８の導電率が大きいほど、ｄ軸に通電される交流電流に対して永久磁石１８の内部に発生する渦電流が大きいので、磁束の密度が低い。逆に、永久磁石１８の導電率が小さいほど、ｄ軸に通電される交流電流に対して永久磁石１８の内部に発生する渦電流が小さいので、磁束の密度が高い。本実施形態の回転子１７においては、上述のように磁極ごとに磁束の密度が異なるため、３個の実ｄ軸に生じる磁束の密度に差が生じる。つまり、磁束の分布が回転子１７の周方向に回転対称でなくなり、ある機械角１８０度の範囲（図１２Ａ，Ｂにおいては回転子１７の下側）における磁束密度が他の機械角１８０度の範囲における磁束密度よりも高くなる。以上のように本発明の一つの実施形態における回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形は機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有することになるので、この回転子１７を後述の固定子１６および制御方法と併用することにより、回転子１７の絶対位置の検出が可能となる。

また、本発明の一つの実施形態における回転子１７は、回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有するように、永久磁石１８の厚さ（径方向の長さ）が、磁極の範囲ごとに異なっている。すなわち、図１３Ａ〜Ｃに示すように、磁極Ｎ１から磁極Ｓ３までのそれぞれの磁極における永久磁石１８の厚さが、機械角の０度から３６０度の範囲において、勾配を伴って分布している。

図１３Ａ、１３Ｂ、および１３Ｃに示す回転子１７のｄ軸に対応する位置に交流電流を通電すると、本実施形態の回転子１７に生じる磁束の密度と分布は、図１４Ａ、１４Ｂ、および１４Ｃに示すようになる。図１４Ａ、１４Ｂ、および１４Ｃにおいて、矢印の矢の向きは磁束の向き（Ｎ極からＳ極へ向かう向き）を表し、矢印の線の太さは磁束の密度が高いほど太く描かれている。永久磁石１８の厚さが大きいほど、磁気抵抗が大きいので、磁束の密度が低い。逆に、永久磁石１８の厚さが小さいほど、磁気抵抗が小さいので、磁束の密度が高い。本実施形態の回転子１７においては、上述のように磁極ごとに永久磁石１８の厚さが異なるため、３個の実ｄ軸に生じる磁束の密度に差が生じる。つまり、磁束の分布が回転子１７の周方向に回転対称でなくなり、ある機械角１８０度の範囲（図１４Ａ〜Ｃにおいては回転子１７の下側）における磁束密度が他の機械角１８０度の範囲における磁束密度よりも高くなる。以上のように実施形態における回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形は機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有することになるので、この回転子１７を後述の固定子１６および制御方法と併用することにより、回転子１７の絶対位置の検出が可能となる。

また、本発明の一つの実施形態における回転子１７は、回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有するように、永久磁石１８の内径側に設けられている回転子コア１７ａの導電率が、磁極の範囲ごとに異なっている。すなわち、図１５に点の粗密で示すように、磁極Ｎ１から磁極Ｓ３までのそれぞれの磁極における回転子コア１７ａの導電率が、機械角の０度から３６０度の範囲において、勾配を伴って分布している。ここで、図１５において、点の密度が高い領域は導電率が大きい範囲であり、点の密度が低い領域は導電率が小さい範囲である。

図１５に示す回転子１７のｄ軸に対応する位置に交流電流を通電すると、本実施形態の回転子１７に生じる磁束の密度と分布は、磁極Ｎ１から磁極Ｓ３までのそれぞれの磁極における回転子コア１７ａの導電率の差に応じて、図１６に示すようになる。図１６において、矢印の矢の向きは磁束の向き（Ｎ極からＳ極へ向かう向き）を表し、矢印の線の太さは磁束の密度が高いほど太く描かれている。回転子コア１７ａの導電率が大きいほど、ｄ軸に通電される交流電流に対して回転子コア１７ａの内部に発生する渦電流が大きいので、磁束の密度が低い。逆に、回転子コア１７ａの導電率が小さいほど、ｄ軸に通電される交流電流に対して回転子コア１７ａの内部に発生する渦電流が小さいので、磁束の密度が高い。本実施形態の回転子１７においては、上述のように磁極ごとに磁束の密度が異なるため、３個の実ｄ軸に生じる磁束の密度に差が生じる。つまり、磁束の分布が回転子１７の周方向に回転対称でなくなり、ある機械角１８０度の範囲（図１６においては回転子１７の下側）における磁束密度が他の機械角１８０度の範囲における磁束密度よりも高くなる。以上のように本発明の一つの実施形態における回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形は機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有することになるので、この回転子１７を後述の固定子１６および制御方法と併用することにより、回転子１７の絶対位置の検出が可能となる。

以上に述べた実施形態は、それぞれを単独で適用してもよいし、複数の実施形態を同時に適用してもよい。

図１７Ａ，Ｂは、上述の実施形態の２つを同時に適用した例を示す。すなわち、永久磁石１８の導電率が磁極の範囲ごとに異なっているとともに、永久磁石１８の厚さ（径方向の長さ）が磁極の範囲ごとに異なっている。この変形例を適用した場合にも回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有することになるのは、上述の論理から明らかである。図１７Ａは、厚さ（径方向の長さ）を１８０度の範囲で漸次変化させたリング型の永久磁石１８を回転子コア１７ａの周りに設けたものを示し、図１７Ｂは、それぞれ厚さ（径方向の長さ）の異なる永久磁石１８を回転子コア１７ａの周りに設けたものを示す。

以上は、回転子１７への永久磁石１８の設置方式が表面磁石型（ＳＰＭ型）である場合の実施形態であるが、同様の考察により、永久磁石１８の設置方式がインセット型や埋め込み磁石型（ＩＰＭ型）の場合の実施形態を容易に発案することができる。以下、その例を挙げる。なお、図１８〜図２７はインセット型を、図２８〜図３５Ｃは埋め込み磁石型を示す。

本発明の一つの実施形態における回転子１７は、回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有するように、永久磁石１８の導電率が、磁極の範囲ごとに異なっている。すなわち、図１８に点の粗密で示すように、磁極Ｎ１から磁極Ｓ３までのそれぞれの磁極における導電率が、機械角の０度から３６０度の範囲において、勾配を伴って分布している。ここで、図１８において、点の密度が高い領域は導電率が大きい範囲であり、点の密度が低い領域は導電率が小さい範囲である。

図１８に示す回転子１７のｄ軸に対応する位置に交流電流を通電すると、本実施形態の回転子１７に生じる磁束の密度と分布は、磁極Ｎ１から磁極Ｓ３までのそれぞれの磁極における導電率の差に応じて、図１９に示すようになる。図１９において、矢印の矢の向きは磁束の向き（Ｎ極からＳ極へ向かう向き）を表し、矢印の線の太さは磁束の密度が高いほど太く描かれている。永久磁石１８の導電率が大きいほど、ｄ軸に通電される交流電流に対して永久磁石１８の内部に発生する渦電流が大きいので、磁束の密度が低い。逆に、永久磁石１８の導電率が小さいほど、ｄ軸に通電される交流電流に対して永久磁石１８の内部に発生する渦電流が小さいので、磁束の密度が高い。本実施形態の回転子１７においては、上述のように磁極ごとに磁束の密度が異なるため、３個の実ｄ軸に生じる磁束の密度に差が生じる。つまり、磁束の分布が回転子１７の周方向に回転対称でなくなり、ある機械角１８０度の範囲（図１９においては回転子１７の下側）における磁束密度が他の機械角１８０度の範囲における磁束密度よりも高くなる。以上のように本発明の一つの実施形態における回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形は機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有することになるので、この回転子１７を後述の固定子１６および制御方法と併用することにより、回転子１７の絶対位置の検出が可能となる。

また、本発明の一つの実施形態における回転子１７は、回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有するように、永久磁石１８の厚さ（径方向の長さ）が、磁極の範囲ごとに異なっている。すなわち、図２０Ａ，Ｂに示すように、磁極Ｎ１から磁極Ｓ３までのそれぞれの磁極における永久磁石１８の厚さが、機械角の０度から３６０度の範囲において、勾配を伴って分布している。図２０Ａは、永久磁石１８の厚さ（径方向の長さ）が最大のＮ１から最少のＳ２にかけて、Ｓ１およびＳ３、Ｎ２およびＮ３と、漸次段階的に小さくなった回転子１７を示す。一方、図２０Ｂは、厚さ（径方向の長さ）が最大のＮ１から最少のＳ２にかけて、Ｓ１およびＳ３、Ｎ２およびＮ３自体の厚みが漸次滑らかに変化する左右非対称形状の永久磁石１８を用いた回転子１７を示す。

図２０Ａ，Ｂに示す回転子１７のｄ軸に対応する位置に交流電流を通電すると、本実施形態の回転子１７に生じる磁束の密度と分布は、図２１Ａ，Ｂに示すようになる。図２１Ａ，Ｂにおいて、矢印の矢の向きは磁束の向き（Ｎ極からＳ極へ向かう向き）を表し、矢印の線の太さは磁束の密度が高いほど太く描かれている。永久磁石１８の厚さが大きいほど、磁気抵抗が大きいので、磁束の密度が低い。逆に、永久磁石１８の厚さが小さいほど、磁気抵抗が小さいので、磁束の密度が高い。本実施形態の回転子１７においては、上述のように磁極ごとに永久磁石１８の厚さが異なるため、３個の実ｄ軸に生じる磁束の密度に差が生じる。つまり、磁束の分布が回転子１７の周方向に回転対称でなくなり、ある機械角１８０度の範囲（図２１Ａ，Ｂにおいては回転子１７の下側）における磁束密度が他の機械角１８０度の範囲における磁束密度よりも高くなる。以上のように本発明の一つの実施形態における回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形は機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有することになるので、この回転子１７を後述の固定子１６および制御方法と併用することにより、回転子１７の絶対位置の検出が可能となる。

以上は、回転子１７のｄ軸に対応する位置に発生する磁束に注目して回転子１７が磁気的な異方性を有するようにした実施例であるが、回転子１７のｑ軸に対応する位置に発生する磁束に注目して回転子１７が磁気的な異方性を有するようにした実施形態をも容易に発案することができる。以下、その例を挙げる。

本発明の一つの実施形態における回転子１７は、回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有するように、回転子コア１７ａの突極１７ｂの高さ（径方向の長さ）が、周方向に異なっている。すなわち、図２２Ａ，Ｂ，Ｃに示すように、６個の突極１７ｂの高さが、機械角の０度から３６０度の範囲において、勾配を伴って分布している。

図２２Ａ，Ｂ，Ｃに示す回転子１７のｄ軸に対応する位置に交流電流を通電すると、本実施形態の回転子１７に生じる磁束の密度と分布は、図２３Ａ，Ｂ，Ｃに示すようになる。図２３Ａ，Ｂ，Ｃにおいて、矢印の矢の向きは磁束の向き（Ｎ極からＳ極へ向かう向き）を表し、矢印の線の太さは磁束の密度が高いほど太く描かれている。回転子コア１７ａの突極１７ｂの高さが小さいほど、磁気抵抗が大きいので、磁束の密度が低い。逆に、回転子コア１７ａの突極１７ｂの高さが大きいほど、磁気抵抗が小さいので、磁束の密度が高い。本実施形態の回転子１７においては、上述のように磁極ごとに回転子コア１７ａの突極１７ｂの高さが異なるため、３個の実ｄ軸に生じる磁束の密度に差が生じる。つまり、磁束の分布が回転子１７の周方向に回転対称でなくなり、ある機械角１８０度の範囲（図２３Ａ，Ｂ，Ｃにおいては回転子１７の下側）における磁束密度が他の機械角１８０度の範囲における磁束密度よりも高くなる。以上のように本発明の一つの実施形態における回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形は機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有することになるので、この回転子１７を後述の固定子１６および制御方法と併用することにより、回転子１７の絶対位置の検出が可能となる。

また、図２４Ａ，Ｂ，Ｃに示す回転子１７のｑ軸に対応する位置に交流電流を通電すると、本実施形態の回転子１７に生じる磁束の密度と分布は、図２４Ａ，Ｂ，Ｃに示すようになる。図２４Ａ，Ｂ，Ｃにおいて、矢印の矢の向きは磁束の向き（Ｎ極からＳ極へ向かう向き）を表し、矢印の線の太さは磁束の密度が高いほど太く描かれている。回転子コア１７ａの突極１７ｂの高さが小さいほど、磁気抵抗が大きいので、磁束の密度が低い。逆に、回転子コア１７ａの突極１７ｂの高さが大きいほど、磁気抵抗が小さいので、磁束の密度が高い。本実施形態の回転子１７においては、上述のように磁極ごとに回転子コア１７ａの突極１７ｂの高さが異なるため、３個の実ｑ軸に生じる磁束の密度に差が生じる。つまり、磁束の分布が回転子１７の周方向に回転対称でなくなり、ある機械角１８０度の範囲（図２４Ａ，Ｂ，Ｃにおいては回転子１７の下側）における磁束密度が他の機械角１８０度の範囲における磁束密度よりも高くなる。以上のように本発明の一つの実施形態における回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形は機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有することになるので、この回転子１７を後述の固定子１６および制御方法と併用することにより、回転子１７の絶対位置の検出が可能となる。

図２５Ａ，Ｂは、上述の実施形態の２つを同時に適用した例を示す。永久磁石１８の導電率が磁極の範囲ごとに異なっているとともに、回転子コア１７ａの突極１７ｂの高さが周方向に異なっている例である。また、永久磁石１８の導電率が磁極の範囲ごとに異なっているとともに、永久磁石１８の厚さ（径方向の長さ）が磁極の範囲ごとに異なっていて、しかも、回転子コア１７ａの突極１７ｂの高さが周方向に異なっている例である。この変形例を適用した場合にも回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有することになるのは、上述の論理から明らかである。なお、図２５Ｂに示す回転子１７は、図２０Ｂに示した形状の永久磁石１８を用いている。

また、本発明の一つの実施形態における回転子１７は、回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有するように、永久磁石１８の内径側に設けられている回転子コア１７ａの導電率が、磁極の範囲ごとに異なっている。すなわち、図２６に点の粗密で示すように、磁極Ｎ１から磁極Ｓ３までのそれぞれの磁極における回転子コア１７ａの導電率が、機械角の０度から３６０度の範囲において、勾配を伴って分布している。ここで、図２６において、点の密度が高い領域は導電率が大きい範囲であり、点の密度が低い領域は導電率が小さい範囲である。

図２６に示す回転子１７のｄ軸に対応する位置に交流電流を通電すると、本実施形態の回転子１７に生じる磁束の密度と分布は、磁極Ｎ１から磁極Ｓ３までのそれぞれの磁極における回転子コア１７ａの導電率の差に応じて、図２７に示すようになる。図２７において、矢印の矢の向きは磁束の向き（Ｎ極からＳ極へ向かう向き）を表し、矢印の線の太さは磁束の密度が高いほど太く描かれている。回転子コア１７ａの導電率が大きいほど、ｄ軸に通電される交流電流に対して回転子コア１７ａの内部に発生する渦電流が大きいので、磁束の密度が低い。逆に、回転子コア１７ａの導電率が小さいほど、ｄ軸に通電される交流電流に対して回転子コア１７ａの内部に発生する渦電流が小さいので、磁束の密度が高い。本実施形態の回転子１７においては、上述のように磁極ごとに磁束の密度が異なるため、３個の実ｄ軸に生じる磁束の密度に差が生じる。つまり、磁束の分布が回転子１７の周方向に回転対称でなくなり、ある機械角１８０度の範囲（図２７においては回転子１７の下側）における磁束密度が他の機械角１８０度の範囲における磁束密度よりも高くなる。以上のように本発明の一つの実施形態における回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形は機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有することになるので、この回転子１７を後述の固定子１６および制御方法と併用することにより、回転子１７の絶対位置の検出が可能となる。

また、本発明の一つの実施形態における回転子１７は、回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有するように、永久磁石１８の導電率が、磁極の範囲ごとに異なっている。すなわち、図２８に点の粗密で示すように、磁極Ｎ１から磁極Ｓ３までのそれぞれの磁極における導電率が、機械角の０度から３６０度の範囲において、勾配を伴って分布している。ここで、図２８において、点の密度が高い領域は導電率が大きい範囲であり、点の密度が低い領域は導電率が小さい範囲である。なお、図２８を含め、図３５Ｃまでに示される回転子１７は、埋め込み磁石型であり、回転子コア１７ａに形成された磁石配設孔である磁石スロット１７ｄに永久磁石１８を配設している。

図２８に示す回転子１７のｄ軸に対応する位置に交流電流を通電すると、本実施形態の回転子１７に生じる磁束の密度と分布は、磁極Ｎ１から磁極Ｓ３までのそれぞれの磁極における導電率の差に応じて、図２９に示すようになる。図２９において、矢印の矢の向きは磁束の向き（Ｎ極からＳ極へ向かう向き）を表し、矢印の線の太さは磁束の密度が高いほど太く描かれている。永久磁石１８の導電率が大きいほど、ｄ軸に通電される交流電流に対して永久磁石１８の内部に発生する渦電流が大きいので、磁束の密度が低い。逆に、永久磁石１８の導電率が小さいほど、ｄ軸に通電される交流電流に対して永久磁石１８の内部に発生する渦電流が小さいので、磁束の密度が高い。本実施形態の回転子１７においては、上述のように磁極ごとに磁束の密度が異なるため、３個の実ｄ軸に生じる磁束の密度に差が生じる。つまり、磁束の分布が回転子１７の周方向に回転対称でなくなり、ある機械角１８０度の範囲（図２９においては回転子１７の下側）における磁束密度が他の機械角１８０度の範囲における磁束密度よりも高くなる。以上のように本発明の一つの実施形態における回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形は機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有することになるので、この回転子１７を後述の固定子１６および制御方法と併用することにより、回転子１７の絶対位置の検出が可能となる。

また、本発明の一つの実施形態における回転子１７は、回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有するように、永久磁石１８の厚さ（径方向の長さ）が、磁極の範囲ごとに異なっている。すなわち、図３０に示すように、磁極Ｎ１から磁極Ｓ３までのそれぞれの磁極における永久磁石１８の厚さが、機械角の０度から３６０度の範囲において、勾配を伴って分布している。図３０に示す回転子１７は、永久磁石１８の厚さ（径方向の長さ）を適宜変化させている。

図３０に示す回転子１７のｄ軸に対応する位置に交流電流を通電すると、本実施形態の回転子１７に生じる磁束の密度と分布は、図３１に示すようになる。図３１において、矢印の矢の向きは磁束の向き（Ｎ極からＳ極へ向かう向き）を表し、矢印の線の太さは磁束の密度が高いほど太く描かれている。永久磁石１８の厚さが大きいほど、磁気抵抗が大きいので、磁束の密度が低い。逆に、永久磁石１８の厚さが小さいほど、磁気抵抗が小さいので、磁束の密度が高い。本実施形態の回転子１７においては、上述のように磁極ごとに永久磁石１８の厚さが異なるため、３個の実ｄ軸に生じる磁束の密度に差が生じる。つまり、磁束の分布が回転子１７の周方向に回転対称でなくなり、ある機械角１８０度の範囲（図３１においては回転子１７の下側）における磁束密度が他の機械角１８０度の範囲における磁束密度よりも高くなる。以上のように本発明の一つの実施形態における回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形は機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有することになるので、この回転子１７を後述の固定子１６および制御方法と併用することにより、回転子１７の絶対位置の検出が可能となる。

また、本発明の一つの実施形態における回転子１７は、回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有するように、永久磁石１８の内径側に設けられている回転子コア１７ａの導電率が、磁極の範囲ごとに異なっている。すなわち、図３２に点の粗密で示すように、磁極Ｎ１から磁極Ｓ３までのそれぞれの磁極における回転子コア１７ａの導電率が、機械角の０度から３６０度の範囲において、勾配を伴って分布している。ここで、図３２において、点の密度が高い領域は導電率が大きい範囲であり、点の密度が低い領域は導電率が小さい範囲である。

図３２に示す回転子１７のｄ軸に対応する位置に交流電流を通電すると、本実施形態の回転子１７に生じる磁束の密度と分布は、磁極Ｎ１から磁極Ｓ３までのそれぞれの磁極における回転子コア１７ａの導電率の差に応じて、図３３に示すようになる。図３３において、矢印の矢の向きは磁束の向き（Ｎ極からＳ極へ向かう向き）を表し、矢印の線の太さは磁束の密度が高いほど太く描かれている。回転子コア１７ａの導電率が大きいほど、ｄ軸に通電される交流電流に対して回転子コア１７ａの内部に発生する渦電流が大きいので、磁束の密度が低い。逆に、回転子コア１７ａの導電率が小さいほど、ｄ軸に通電される交流電流に対して回転子コア１７ａの内部に発生する渦電流が小さいので、磁束の密度が高い。本実施形態の回転子１７においては、上述のように磁極ごとに磁束の密度が異なるため、３個の実ｄ軸に生じる磁束の密度に差が生じる。つまり、磁束の分布が回転子１７の周方向に回転対称でなくなり、ある機械角１８０度の範囲（図３３においては回転子１７の下側）における磁束密度が他の機械角１８０度の範囲における磁束密度よりも高くなる。以上のように本発明の一つの実施形態における回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形は機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有することになるので、この回転子１７を後述の固定子１６および制御方法と併用することにより、回転子１７の絶対位置の検出が可能となる。

また、本発明の一つの実施形態における回転子１７は、回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有するように、回転子コア１７ａの形状が、磁極の範囲ごとに異なっている。すなわち、図３４Ａ，Ｂ，Ｃに示すように、磁極Ｎ１から磁極Ｓ３までのそれぞれの磁極における回転子コア１７ａの形状が、機械角の０度から３６０度の範囲において、１磁極のみ異なっている、あるいは、ある規則的な変化を伴って分布している。図３５Ａは、磁石スロット１７ｄの深さを変えて、回転子コア１７ａのエアギャップに面する表面と永久磁石１８との距離をそれぞれ変えて設置した回転子１７を示し、図３５Ｂは、回転子コア１７ａの外径が漸次変化するように、偏心軸１７１を中心にした周面を有する回転子１７を示し、図３５Ｃは、配置された永久磁石１８と対向する弧面を切削し、切削深さ１７２をそれぞれ変えた回転子１７を示す。

図３４Ａ，Ｂ，Ｃに示す回転子１７のｄ軸に対応する位置に交流電流を通電すると、本実施形態の回転子１７に生じる磁束の密度と分布は、磁極Ｎ１から磁極Ｓ３までのそれぞれの磁極における回転子コア１７ａの形状の差に応じて、図３５Ａ，Ｂ，Ｃに示すようになる。図３５Ａ，Ｂ，Ｃにおいて、矢印の矢の向きは磁束の向き（Ｎ極からＳ極へ向かう向き）を表し、矢印の線の太さは磁束の密度が高いほど太く描かれている。図３５Ａ，Ｂ，Ｃのいずれからも分かるように、回転子コア１７ａのエアギャップに面する表面から永久磁石１８が近く設置されているほど、磁気抵抗が大きいので、磁束の密度が低い。また、回転子コア１７ａの外径が小さいほど、磁気抵抗が大きいので、磁束の密度が低い。逆に、回転子コア１７ａのエアギャップに面する表面に永久磁石１８が離れて設置されているほど、磁気抵抗が小さいので、磁束の密度が高い。また、回転子コア１７ａの外径が大きいほど、磁気抵抗が小さいので、磁束の密度が高い。本実施形態の回転子１７においては、上述のように磁極ごとに磁束の密度が異なるため、３個の実ｄ軸に生じる磁束の密度に差が生じる。つまり、磁束の分布が回転子１７の周方向に回転対称でなくなり、ある機械角１８０度の範囲（図３５Ａ，Ｂ，Ｃにおいては回転子１７の下側）における磁束密度が他の機械角１８０度の範囲における磁束密度よりも高くなる。以上のように本発明の一つの実施形態における回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形は機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有することになるので、この回転子１７を後述の固定子１６および制御方法と併用することにより、回転子１７の絶対位置の検出が可能となる。

本発明の一つの実施形態における固定子１６は、固定子１６が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有するように、固定子コア１６ａの導電率が、周方向に異なっている。すなわち、図３６Ａ，Ｂ，Ｃにハッチングで示すように、固定子コア１６ａの導電率が、機械角の０度から３６０度の範囲において、勾配を伴って分布している。ここで、図３６Ａ，Ｂ，Ｃにおいて、ハッチングの密度が高い領域は導電率が小さい範囲であり、ハッチングの密度が低い領域は導電率が大きい範囲である。

図３６Ａ，Ｂ，Ｃに示す固定子１６に対して、回転子１７の代わりに円筒コア１７０（積層された電磁鋼板から成る）を置き、固定子コイル１５のＵ相端子からＶ相端子とＷ相端子へ向かって交流電流を通電した場合の磁束の分布は、図３７Ａ，Ｂ，Ｃに示すようになる。図３７Ａ，Ｂ，Ｃにおいて、矢印の矢の向きは磁束の向き（Ｎ極からＳ極へ向かう向き）を表し、矢印の線の太さは磁束の密度が高いほど太く描かれている。固定子コア１６ａの導電率が小さいほど、磁気抵抗が小さいので、磁束の密度が高い。逆に、固定子コア１６ａの導電率が大きいほど、磁気抵抗が大きいので、磁束の密度が低い。本実施形態の固定子１６においては、上述のように磁束の密度が周方向に勾配をもって分布する。つまり、磁束の分布が固定子１６の周方向に回転対称でなくなり、ある機械角１８０度の範囲（図３７Ａ，Ｂ，Ｃにおいては固定子１６の左上側）における磁束密度が他の機械角１８０度の範囲における磁束密度よりも高くなる。以上のように本発明の一つの実施形態における固定子１６が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形は機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有することになるので、この固定子１６を上述の回転子１７および制御方法と併用することにより、回転子１７の絶対位置の検出が可能となる。

また、本発明の一つの実施形態における固定子１６は、固定子１６が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有するように、固定子コア１６ａのティース１６ｂの径方向長さが、周方向に異なっている。すなわち、図３８Ａ，Ｂ，Ｃに示すように、ティース１６ｂの径方向長さが、機械角の０度から３６０度の範囲において、勾配を伴って分布している。なお、図３８Ａ，Ｂ，Ｃおよび図３９Ａ，Ｂ，Ｃにおいて、径方向長さを相対的に短くしたティース１６ｂには●印を付した。

図３８Ａ，Ｂ，Ｃに示す固定子１６に対して、回転子１７の代わりに円筒コア１７０（積層された電磁鋼板から成る）を置き、固定子コイル１５のＵ相端子からＶ相端子とＷ相端子へ向かって交流電流を通電した場合の磁束の分布は、図３９Ａ，Ｂ，Ｃに示すようになる。図３９Ａ，Ｂ，Ｃにおいて、矢印の矢の向きは磁束の向き（Ｎ極からＳ極へ向かう向き）を表し、矢印の線の太さは磁束の密度が高いほど太く描かれている。固定子コア１６ａのティース１６ｂの径方向長さが長いほど、磁気抵抗が小さいので、磁束の密度が高い。逆に、固定子コア１６ａのティース１６ｂの径方向長さが短いほど、磁気抵抗が大きいので、磁束の密度が低い。本実施形態の固定子１６においては、上述のように磁束の密度が周方向に勾配をもって分布する。つまり、磁束の分布が固定子１６の周方向に回転対称でなくなり、ある機械角１８０度の範囲（図３９Ａ，Ｂ，Ｃにおいては固定子１６の右下側）における磁束密度が他の機械角１８０度の範囲における磁束密度よりも高くなる。以上のように本発明の一つの実施形態における固定子１６が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形は機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有することになるので、この固定子１６を上述の回転子１７および制御方法と併用することにより、回転子１７の絶対位置の検出が可能となる。

また、本発明の一つの実施形態における固定子１６は、固定子１６が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有するように、固定子コイル１５の巻数が、周方向に異なっている。すなわち、図４０Ａ，Ｂ，Ｃに示すように、固定子コイル１５の巻数が、機械角の０度から３６０度の範囲において、勾配を伴って分布している。ここで、図４０Ａ，Ｂ，Ｃにおいて、ハッチングの密度が高い領域は巻数が多い固定子コイル１５であり、ハッチングの密度が低い領域は巻数が少ない固定子コイル１５である。

図４０Ａ，Ｂ，Ｃに示す固定子１６に対して、回転子１７の代わりに円筒コア１７０（積層された電磁鋼板から成る）を置き、固定子コイル１５のＵ相端子からＶ相端子とＷ相端子へ向かって交流電流を通電した場合の磁束の分布は、図４１Ａ，Ｂ，Ｃに示すようになる。図４１Ａ，Ｂ，Ｃにおいて、矢印の矢の向きは磁束の向き（Ｎ極からＳ極へ向かう向き）を表し、矢印の線の太さは磁束の密度が高いほど太く描かれている。固定子コイル１５の巻数が多いほど、起磁力が大きいので、磁束の密度が高い。逆に、固定子コイル１５の巻数が少ないほど、起磁力が小さいので、磁束の密度が低い。本実施形態の固定子１６においては、上述のように磁束の密度が周方向に勾配をもって分布する。つまり、磁束の分布が固定子１６の周方向に回転対称でなくなり、ある機械角１８０度の範囲（図４１Ａ，Ｂ，Ｃにおいては固定子１６の左上側）における磁束密度が他の機械角１８０度の範囲における磁束密度よりも高くなる。以上のように本発明の一つの実施形態における固定子１６が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形は機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有することになるので、この固定子１６を上述の回転子１７および制御方法と併用することにより、回転子１７の絶対位置の検出が可能となる。

以上に述べた回転子１７と固定子１６の組合せにより回転子１７の絶対位置を検出できるようになる原理について、以下に述べる。

図４２Ａ，Ｂは、回転子１７と固定子１６の組合せの一例である。図４２Ａ，Ｂにおいて、回転子１７は、インセット型であって、回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有するように、回転子コア１７ａの突極１７ｂの高さ（径方向の長さ）が周方向に異なっており、固定子１６は、固定子１６が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有するように、固定子コイル１５の巻数が周方向に異なっている。図４２Ａ，Ｂに示す固定子１６に対して、固定子コイル１５のＵ相端子からＶ相端子とＷ相端子へ向かって交流電流を通電した場合の磁束の分布は、図４３Ａ，Ｂに示すようになる。図４３Ａ，Ｂにおいて、矢印の矢の向きは磁束の向き（Ｎ極からＳ極へ向かう向き）を表し、矢印の線の太さは磁束の密度が高いほど太く描かれている。図４３Ａは、図２２Ａに示す回転子１７のｄ１軸が、固定子１６のＵ１固定子コイル（図６Ａ参照）が巻回されるティース１６ｂの中心に位置している場合の磁束の分布であり、図４３Ｂは、図２２Ａに示す回転子１７のｄ１軸が、図４３Ａの位置と機械角で１８０度反対の位置にある場合の磁束の分布である。

図４３Ａと図４３Ｂの磁束の分布は、上述の回転子１７の磁気的な異方性と固定子１６の磁気的な異方性の相互の影響により決定されており、回転子１７の絶対位置に応じて異なる分布となる。しかも、上述の回転子１７と固定子１６が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形はいずれも機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有するため、回転子１７の絶対位置に対する磁束の分布の変化もまた機械角３６０度を１周期とする磁束成分を有することになる。

したがって、回転子１７の絶対位置に対する磁束の分布の変化を測定することにより、位置センサがなくとも回転子１７の絶対位置を間接的に推定することが可能となる。

回転子１７の絶対位置に対する磁束の分布の変化は、固定子コイル１５にある特定の周波数の電圧を印加したときの応答電流の振幅を測定することにより、間接的に測定することが可能である。つまり、横軸を回転子１７の絶対位置θａｂｓ、縦軸を応答電流の振幅Ｉｍとするグラフを描くと、図４４に示すような関係を示すので、応答電流の振幅Ｉｍから回転子１７の絶対位置θａｂｓを推定することが実質的に可能となる。

応答電流の振幅Ｉｍから回転子１７の絶対位置θａｂｓを推定する手順を以下に述べる。

図４５および図４６は、絶対位置エンコーダレスサーボシステム（モータシステム１）のブロック図であり、図４５は絶対位置検出を行う場合のシステム状態、図４６はモータ駆動を行う場合のシステム状態である。

図示するように、モータシステム１は、重畳電圧指令部２７を備えており、制御装置２０（図１）は、先ず、絶対位置検出時において、重畳電圧指令部２７により、あらかじめ定められた周波数と振幅をもつ高周波電圧をインバータ装置２８の目標として与える。しかも、重畳電圧指令部２７は、高周波電圧の重畳方向を電気角において０から３６０[deg]まで自在に変更することができる。

インバータ装置２８は、重畳電圧指令部２７より得られた高周波電圧波形をＰＷＭとして絶対位置検出可能な上述してきたモータ１０へ印加する。絶対位置検出可能なモータ１０は、ロータ（回転子１７）の角度により、磁極位置に電圧重畳したときに得られる電流とインダクタンスが異なる。なお、重畳電圧指令部２７およびインバータ装置２８は、インダクタンス計測部２２（図１を参照）に代表されるセンサレス計測部２９に接続されている。

したがって、図４５，４６に示すモータシステム１ではシャント抵抗（不図示）などにより電流値を推定することが出来る。

なお、テーブル２３ａはＲＯＭなどの記憶装置で構成された記憶部２３（図１を参照）に格納されており、本モータシステム１の重畳信号におけるロータ角度（回転子１７の角度）に応じた磁極位置電流値の変化が数値データとしてテーブル化されている。

機械角推定部２４においては、テーブル２３ａと推定された電流値とを比較して現在の機械角度を推定する。

しかしながら、例えば、図４４に示す応答電流の振幅Ｉｍと回転子１７の絶対位置θａｂｓとの関係では、テーブル２３ａには、ある電流値に該当する機械角度は２箇所あるため、そのいずれであるのかを推定する必要がある。

フィードフォワード位置制御器２５は、はＶ／Ｆ制御回路や引き込み制御回路などで構成され、モータ１０の回転子１７をある程度正確に回転させることができる。そこで、フィードフォワード位置制御によりモータ１０の回転子１７を回転させる。

そして、以下の（１）〜（３）の手順を繰り返し、機械角度を推定する。すなわち、上述したように、（１）絶対位置検出時において、重畳電圧指令部２７により、あらかじめ定められた周波数と振幅をもつ高周波電圧をインバータ装置２８の目標として与える。（２）インバータ装置２８は、重畳電圧指令部２７より得られた高周波電圧波形をＰＷＭとして絶対位置検出可能なモータ１０へ印加する。（３）機械角推定部２４においては、テーブル２３ａと推定された電流値とを比較して現在の機械角度を推定する。

したがって、ロータ（回転子１７）の位置の推定は、１回目と２回目で得られた２つの機械角度を用いて一意に推定することができる。

なお、さらにロータを回転させ、機械角度を推定することによりロータ（回転子１７）の位置の推定精度を上げることができる。

ロータ（回転子１７）の絶対位置検出後は、センサレス計測部２９による、誘起電圧オブザーバやインダクタンス突極性を利用したセンサレス手法に制御シーケンスを切替えて制御できる。

また、センサレス手法に対して絶対位置検出可能なモータ１０の磁気特性を考慮することによって制御性能を向上させることが出来る。

なお、図４５および図４６に示したモータシステム１では磁極位置電流値のテーブル２３ａを用いたが、磁極位置インダクタンス、磁極位置と磁気的に直交する軸の電流値、磁極位置と磁気的に直交する軸のインダクタンスを機械角度推定に用いてもよい。なお、ここでは、磁極位置はｄ軸方向を指し、磁極位置と磁気的に直交する軸がｑ軸を指す。

図４７は、絶対位置エンコーダレスサーボシステム（モータシステム１）の変形例に係るブロック図である。なお、ここでのモータシステム１が図４５および図４６と異なるのは、次の２点である。

すなわち、高周波電圧をインバータ装置２８の目標として付与する重畳電圧指令部２７として、第１の重畳電圧指令ａを与える第１の重畳電圧指令部２７ａと、第２の重畳電圧指令ｂを与える第２の重畳電圧指令部２７ｂとを備えるとともに、第１の重畳電圧指令部２７ａに対応する第１テーブル２３ｂと、第２の重畳電圧指令部２７ｂに対応する第２テーブル２３ｃとを備える点。次に、センサレス計測部２９からの電気角度を示す信号が、電流制御部２６の他、第１速度制御部３０ａと、擬似微分器３１を介して第２速度制御部３０ｂとに出力される点である。なお、その他の構成は同じであり、同一符号を付して説明は省略する。

制御装置２０（図１）は、先ず、絶対位置検出時において、第１の重畳電圧指令部２７ａと第２の重畳電圧指令部２７ｂとにより、あらかじめ定められた周波数と振幅をもつ高周波電圧をインバータの目標として選択的に与える。しかも、いずれの重畳電圧指令部２７ａ、２７ｂは、高周波電圧の重畳方向を電気角において０から３６０[deg]まで自在に変更することができる。

インバータ装置２８は、第１の重畳電圧指令ａ（あるいは第２の重畳電圧指令ｂ）により得られた高周波電圧波形をＰＷＭとして絶対位置検出可能な上述してきたモータ１０へ印加する。絶対位置検出可能なモータ１０はロータ（回転子１７）の角度により、磁極位置に電圧重畳したときに得られる電流とインダクタンスが異なる。

したがって、図４７に示すモータシステム１ではシャント抵抗（不図示）などにより電流値を推定することが出来る。

なお、第１テーブル２３ｂおよび第２テーブル２３ｃについても、ＲＯＭなどの記憶装置で構成された記憶部２３（図１を参照）に格納されており、本モータシステム１の重畳信号におけるロータ角度（回転子１７の角度）に応じた磁極位置電流値の変化が数値データとしてテーブル化されている。

機械角推定部２４においては、第１テーブル２３ｂおよび第２テーブル２３ｃと、推定された電流値とを比較して現在の機械角度を推定する。

しかしながら、この場合でも、例えば、図４４に示す応答電流の振幅Ｉｍと回転子１７の絶対位置θａｂｓとの関係では、ある電流値に該当する機械角度は２箇所あるため、そのいずれであるのかを推定する必要がある。

そこで、ロータ（回転子１７）をある程度回転させて、異なる機械角度で電流を検出し、機械角度を推定するようにしている。

図４７に示すモータシステム１においては、ロータ（回転子１７）を回転させるために、センサレス計測部２９による比較例のセンサレス制御と、電流制御と、位置制御とを用いている。

ただし、比較例のセンサレス制御はインダクタンス突極性を利用したセンサレス手法を用いる。このように、インダクタンス突極性を利用した比較例のセンサレス制御により、逐次磁極位置が推定できるため、電流制御と位置制御を動作させることが可能である。

すなわち、比較例のセンサレス制御、電流制御、位置制御によりモータ１０の回転子１７を回転させ、以下の（１）〜（３）の手順を繰り返し、機械角度を推定する。

（１）絶対位置検出時において、第１の重畳電圧指令部２７ａと第２の重畳電圧指令部２７ｂとにより、あらかじめ定められた周波数と振幅をもつ高周波電圧をインバータ装置２８の目標として与える。（２）インバータ装置２８は、第１の重畳電圧指令部２７ａと第２の重畳電圧指令部２７ｂとから得られた高周波電圧波形をＰＷＭとして絶対位置検出可能なモータ１０へ印加する。（３）機械角推定部２４においては、第１テーブル２３ｂおよび第２テーブル２３ｃと推定された電流値とを比較して現在の機械角度を推定する。

したがって、ロータ（回転子１７）の位置の推定は、１回目と２回目で得られた２つの機械角度を用いてロータ（回転子１７）の位置を一意に推定することが出来る。

さらに、ロータ（回転子１７）を回転させ、機械角度を推定することによりロータ（回転子１７）の位置の推定精度を上げることができる。

上述してきたように、本例では、第１の重畳電圧指令ａのみならず、それとは異なる周波数、電圧の第２の重畳電圧指令ｂを動作させ、重畳電圧指令ｂに対応する第２テーブル２３ｃと比較して機械角を推定するようにしたため、ロータ（回転子１７）の位置の推定精度を上げることができる。

そして、絶対位置検出後は誘起電圧オブザーバやインダクタンス突極性を利用したセンサレス手法に制御シーケンスを切替えて制御できる。

なお、図４７のシステムでは磁極位置電流値のテーブルを用いたが、磁極位置インダクタンス、磁気的に直交する軸の電流値、磁気的に直交する軸のインダクタンスを機械角度推定に用いてもよい。また、磁極位置インダクタンス、磁気的に直交する軸の電流値、磁気的に直交する軸のインダクタンスを適宜組み合わせて機械角度推定に用いることもできる。

以上、説明してきたように、本モータシステム１では、周波数０から数十ＫＨｚの三相の電圧が印加でき、電圧を印加したことにより流れる三相の電流を計測または推定できる。また、本モータシステム１は、図４５〜４７に示すような回転子１７の絶対位置と応答電流の振幅、または回転子１７の絶対位置とインダクタンス値をテーブル化して保存している制御装置２０に、記憶部２３を備えている。

また、本モータシステム１では、絶対位置検出時には数十Ｈｚから数十ＫＨｚの高周波電圧を印加することで応答電流の振幅またはインダクタンス値を取得でき、これらの値を上記のテーブル（テーブル２３ａ、第１、第２テーブル２３ｂ、２３ｃ）と比較して絶対位置を求めるアルゴリズムを実現化している。また、本モータシステム１は、絶対位置を一意に求めたり検出精度を向上させるために、絶対位置検出時にフィードフォワード制御またはフィードバック制御を用いて回転子１７を回転することができるアルゴリズムを実現化している。さらに、本モータシステム１は、絶対位置検出後は、高周波重畳センサレス手法やモータオブザーバを用いたセンサレス手法を用いて、絶対位置検出可能な上述の実施形態に係るモータ１０の電気角度推定を行うことができるアルゴリズムを実現化している。

なお、上述してきた実施形態では、回転子１７の磁極数が６、固定子１６のコイル数が９、コイル形態は集中巻のモータを代表例として示した。しかし、他の磁極数（例えば、８、１０、１２、など）、他のコイル数（例えば、６、１２、１５、など）の場合の実施形態は、本明細書の記載内容に基づき、当業者によって容易に導き出すことが可能である。したがって、本明細書に記載の発明は、そのような類似の発明をも当然包括するものと考えられねばならない。

以下、第２の実施形態および第３の実施形態を通して、実施形態に係るモータ１０およびモータシステム１について、さらなる説明を行う。

（第２の実施形態）
図４８は、第２の実施形態に係るモータの縦断面視による説明図、図４９は、同モータ１０の正面視による模式図である。また、図５０はモータ１０の回転子構造を示す説明図、図５１Ａは同モータ１０の固定子を示す模式図、図５１Ｂは同固定子構造を示す説明図である。

本実施形態に係るモータ１０は、図４９に示すように、回転子１７に永久磁石１８を具備した同期モータである。かかるモータ１０は、インダクタンスの変化によって発生するリラクタンストルクに加え、永久磁石１８と固定子コイル１５の吸着力および反発力によって発生するマグネットトルクも加わって高出力を得ることが可能である。

なお、永久磁石１８としては、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、フェライト磁石、アルニコ磁石などの焼結磁石のうちのいずれかを使用してもよい。

また、モータ１０は、必要な回転数に合わせて、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、およびＷ相巻線に正弦波の電流を、電気角で１２０度ずつの位相差をもって流すことにより回転を持続させている。

本実施形態に係るモータシステム１では、以下に説明するように、回転子１７の回転位置を高精度で推定可能な構成としている。すなわち、複数の永久磁石１８のうちの１つが、例えば、Ｖ相巻線に対応した位置に停止している場合、回転子１７の位置を精度よく検出して適切にＶ相巻線に電流を流すことができる。したがって、例えばＵ相巻線に電流を流してモータの起動に十分なトルクを発生できずに起動できなくなることを防止することができる。しかも、本実施形態にかかるモータシステム１によれば、エンコーダなどのセンサを用いる必要もない。

以下、実施形態に係るモータシステム１およびモータ１０の具体的な構成について説明する。図１に示したように、モータシステム１は、モータ１０と制御装置２０とを備えている。

モータ１０は、図４８に示すように、円筒状のフレーム１２の前後にブラケット１３Ａ，１３Ｂを取付けるとともに、両ブラケット１３Ａ，１３Ｂ間に回転軸１１を軸受１４Ａ，１４Ｂを介して回転自在に取り付けて構成している。図中、符号Ａｘは回転軸１１の中心、すなわちモータ中心軸を示す。

回転軸１１には、図４９に示すように、複数（ここでは８極）の永久磁石１８が周方向に設けられた円柱状の回転子コア１７ａを備えるとともに、突極性を有する回転子１７を取り付けて軸周りに回転可能に構成している。回転子１７は、永久磁石１８が一つの磁極を形成しており、回転子コア１７ａの外面から若干内側に位置するように、回転軸１１の方向を長手方向とする矩形形状の８つの磁石スロット１７ｄが、間隔をおいて回転子コア１７ａの周方向に亘って設けられている。

そして、この回転子１７と所定のエアギャップ１９を介して対向するように、円筒状のフレーム１２の内側に、固定子１６を取り付けている。なお、回転子コア１７ａおよび固定子コア１６ａは、電磁鋼板の積層コアによって形成しているが、回転子コア１７ａについては鉄などの削り出し部品によって形成することもできる。

図４９および図５０に示すように、回転子１７は、半径の長さがそれぞれ異なる部位が回転子コア１７ａの周方向に沿って形成されている。すなわち、回転子コア１７ａの周方向に沿って複数（ここでは８つ）の凸部からなる突極１７ｂを形成して半径の長さがそれぞれ異なる部位を形成している。図５０中、符号１７ｃは回転軸挿通孔を示す。

そして、各突極１７ｂの外方への突出量をそれぞれ異ならせることにより、回転子１７の磁気特性を変化させている。本実施形態では、突出量が最小の突極部１７ｂ１から漸次突出量を増加させて突極部１７ｂ２，１７ｂ３，１７ｂ４を形成し、最大突出量の突極部１７ｂ５からは突極部１７ｂ１に向けて漸次突出量を減少させて突極部１７ｂ６，１７ｂ７，１７ｂ８を形成している。

つまり、回転子１７は、回転子コア１７ａの磁気特性（突極性、磁気抵抗、パーミアンスなど）の変化パターンが周方向半周において段階的に変化する構造を有することになる。

なお、本実施形態では、回転子コア１７ａの磁気特性の変化パターンが周方向半周において段階的に変化する構造としたが、最小突出量の突極部１７ｂ１から漸次突出量を増加させ、突極部１７ｂ８を最大の突出量で形成してもよい。すなわち、回転子コア１７ａの磁気特性の変化パターンが周方向１周において段階的に変化する構造とするものである。

一方、図４９および図５１Ａ，図５１Ｂに示すように、固定子１６は、Ｕ相巻線１５Ｕ、Ｖ相巻線１５Ｖ、Ｗ相巻線１５Ｗからなる複数相（Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相）の固定子コイル１５がスロットに巻装された固定子コア１６ａを備えている。なお、図５１Ｂに示すように、固定子コイル１５はティース１６ｂに巻かれている。図５１Ｂ中、符号１６ｃは固定子コア１６ａのスロット部、符号１６ｄはヨーク部を示す。

図示するように、本実施形態に係る固定子コア１６ａは、その周方向に、固定子コイル１５（Ｕ相巻線１５Ｕ、Ｖ相巻線１５Ｖ、Ｗ相巻線１５Ｗ）が、順次巻装されている。そして、それぞれ異なる相からなるコイル組１５ａが周方向に１２０度の間隔で３組形成されている（図５１Ａ）。

コイル組１５ａの１つは、正のＵ相巻線１５Ｕと、これを挟む２つの負のＵ相巻線１５Ｕにより構成されている。そして、図示するように、同様に、正のＶ相巻線１５Ｖと２つの負のＶ相巻線１５Ｖにより構成されたコイル組１５ａと、正のＷ相巻線１５Ｗと２つの負のＷ相巻線１５Ｗにより構成されたコイル組１５ａとがある。すなわち、図５１Ａにおける各相を示すＵ，Ｖ，Ｗに付したバーおよび図５１Ｂに示した正負（＋、−）の符号は電流の向き（コイルの巻き方向）を示す。

このように、本実施形態に係るモータシステム１では、８極９スロットのモータ１０が用いられているが、かかるモータ１０の固定子１６では、各相の固定子コイル１５または各相からなるコイル組（同相の固定子コイル１５のグループ）が機械的に１２０度の間隔で配置されることになる。

そのため、これら（各相の固定子コイル１５または各相からなるコイル組）で電気角１周中に作り出される磁場の分布は、機械角１周（３６０度）中においては再現されることがない。

つまり、３相からなる各固定子コイル１５により電気角１周中に作り出される磁場の分布パターンは、固定子コア１６ａの機械角１周（全周）中において繰り返されることがない。換言すれば、固定子コイル１５が１つの相により、または各相の組み合わせにより、固定子１６の内周側で作り出す磁場の分布パターンは、固定子コア１６ａの全周中において唯一性を有することになる。さらに換言すれば、固定子１６が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有する。

本実施形態のように、複数相（本実施形態では、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相の３相）の固定子コイル１５や、各相からなるコイル組が１２０度間隔で配置されていると、回転子１７の磁気特性の変化をインダクタンスの変化が、あたかも２極の固定子１６の場合と同等の変化となり、磁場の分布は、機械角１周（３６０度）中においては再現されることがない。

こうして、本実施形態に係るモータ１０においては、回転子１７は機械角情報を発信する機能を有し、固定子１６は、回転子１７の機械角情報を観測する機能を有することになる。また、固定子１６から回転子１７の位置に対応するインダクタンスを得ることができ、制御装置２０はそのインダクタンスから回転子１７の機械角を求めることができる。

また、モータシステム１が備える制御装置２０は、回転子１７の回転を制御する回転子制御部２１と、固定子１６に巻装された後述する固定子コイル１５のインダクタンスを計測するインダクタンス計測部２２とを備えている（図１）。

なお、回転子制御部２１は、図４５Ａ，Ｂおよび図４６の電流制御部２６に相当する。また、インダクタンス計測部２２については、インバータ装置２８や高周波発生器を備えた重畳電圧指令部２７（図４５Ａを参照）などを用いた周知の計測装置と接続しており、モータ１０に対して高周波電圧を重畳することによりインダクタンスを計測している。

また、制御装置２０は、回転子の機械角度θ_ｍに応じたインダクタンスを示す基準データを機械角度θ_ｍの情報に関連付けて記憶する記憶部２３を備えている。さらに、制御装置２０は、インダクタンス計測部２２によって計測したインダクタンスの値と記憶部２３にテーブル化して記憶した基準データとに基づいて、回転子１７の初期位置を推定する機械角推定部２４を備えている。

ところで、制御装置２０は、コンピュータにより構成することができる。そのコンピュータは、図示しないが、記憶部２３についてはＲＯＭ、ＲＡＭなどのメモリにより、回転子制御部２１、インダクタンス計測部２２および機械角推定部２４はＣＰＵなどにより構成することができる。そして、記憶部２３には、インダクタンスを測定するための演算プログラムや各種制御プログラム、および基準データからなるテーブルなどが格納されており、ＣＰＵはこれらプログラムにしたがって動作して、回転子１７の機械角を検出する手段として機能する。

本実施形態におけるモータシステム１において、回転子１７の機械角を検出するためには、計測工程、推定工程が実行される。なお、その前に、予め記憶処理工程がなされていることとする。また、一旦、基準データを記憶部２３に格納すれば、必ずしも毎回、記憶処理工程を行う必要はない。

記憶処理工程とは、回転子１７の機械角（機械角度θ_ｍと表す場合がある）に応じたインダクタンス値Ｌの極値を示す基準データを予めテーブル化して記憶部２３に格納しておく工程である。基準極値である基準データとしては、たとえば極値のインダクタンス値Ｌと、そのときの機械角度θ_ｍである。なお以下では、インダクタンス値Ｌの極値と機械角度θ_ｍとを関連付けた値をＬ_ｍとして表す。

計測工程とは、回転子１７を初期位置から所定角度（例えば４５度）回転させ、回転子１７の位置に応じて、固定子１６のインダクタンスを計測する工程である。このとき、インダクタンスの極大値および極小値を計測する。

なお、回転子１７を初期位置から回転させるときは、少なくとも４５度回転させるとよい。本実施形態において、機械角で初期位置（θ_ｍ0）から４５度回転させると（θ_ｍ0＋π／４）、図５２に示すように、電気角１８０度（半周期）のインダクタンスを計測できるので、極大値と極小値とをそれぞれ１つずつ得ることができる。

なお、図５２は、電気角半周（機械角４５度）で現れるインダクタンス値の極値を示す説明図である。図５２中、ｌ¹ _extは初期位置（θ_ｍ0）からΔθ¹ _{m ext}だけ回転させたときの極値を示し、ｌ² _extは初期位置（θ_ｍ0）からΔθ² _{m ext}だけ回転させたときの極値を示す。

推定工程とは、計測したインダクタンスの実測値と、回転子１７の位置に対応する機械角として予めテーブル化された基準データとを比較し、比較結果に基づき、回転子１７の初期位置である絶対位置を推定する工程である。なお、推定する際には、所定の演算式を用いて回転子１７の機械角の変位による位置を演算することができる。

ここで、回転子１７の機械角の検出手順について、計測工程および推定工程をより具体的にした工程の流れを、図５３および図５４を参照して説明する。図５３は、実施形態に係るモータ１０の機械角を推定する手順を示す説明図である。また、図５４は、同モータ１０の機械角に対するインダクタンス分布を示す説明図であり、Ｕ軸に対して高周波電圧を印加することで流れた電流値から計算したインダクタンスの値を、回転子１７が機械角度２π／６５（ｒａｄ）回転する毎にプロットしている。なお、図５４に示すものは単なる例示であり、これに限られるものではない。

計測工程において、モータ１０のインダクタンスが図５４のように分布している場合、制御装置２０の回転子制御部２１（図１を参照）として機能するＣＰＵは、図５３に示すように、先ず、回転子１７を機械角度θ_ｍ0から正方向に回転させる（ステップＳ１）。

そして、ＣＰＵは、インダクタンス計測部２２に、その位置におけるインダクタンスを計測させる（ステップＳ２）。そして、計測した値が極値であるか否かを判定し（ステップＳ３）、極値であれば（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、そのときの角度と関連付けて記憶部２３に保存する。すなわち、Ｌ_{ｍ ext}、Δθ_{ｍ ext}として保存する（ステップＳ４）。

一方、計測した値が極値でない場合（ステップＳ３：Ｎｏ）、ＣＰＵは、回転子１７の回転位置がθ_ｍ0＋４５度であるか否かを判定する（ステップＳ５）。そして、回転子１７の回転位置がθ_ｍ0＋４５度でない場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、ＣＰＵは処理をステップＳ２に移す。すなわち、回転子１７が機械角で４５度回転するまでインダクタンスの計測を実行し、極値を検出する。

そして、回転子１７の回転位置がθ_ｍ0＋４５度となると（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、ＣＰＵは、回転子１７の回転を停止する（ステップＳ６）。これにて計測工程を終了し、推定工程に移行する。

推定工程では、ＣＰＵは、記憶部２３に保存されたテーブルの基準データである基準極値を所定の評価関数を用いて評価値に換算する（ステップＳ７）。そして、回転子１７の回転位置がθ_ｍ0＋４５度となるまでの極値から換算した評価値を全て記憶部２３に保存する（ステップＳ８）。

そして、ＣＰＵは、全評価値の中から、所定の評価関数を最小にする最小評価値を算出する（ステップＳ９）。そして、これから、モータ１０の回転子１７の初期位置となる機械角度θ_ｍ0を算出し（ステップＳ１０）、処理を終了する。

そして、モータ１０の回転子１７の初期位置となる機械角度θ_ｍ0を算出した後は、周知のモータ制御（エンコーダなどを用いることなくモータ制御する、いわゆるエンコーダレス制御）によりモータ１０の駆動を行うことができる。

このように、本実施形態に係るモータシステム１では、固定子コイル１５に電圧を印加してインダクタンスの変化を検出することによって回転子１７の絶対的な位置を推定するようにしたセンサレス方制御を行っている。そのため、エンコーダなどのセンサなどが不要となり、部品点数の削減やそれに伴うモータ１０の小型化などが実現可能となる。

ところで、上述してきた例では、回転子コア１７ａの突極１７ｂの外方への突出量をそれぞれ半周において段階的に変化するように異ならせることによって、回転子１７の磁気特性を変化させて自らの機械角情報を発信可能な構成とした。

しかし、回転子１７の磁気特性を変化させるためには、回転子コア１７ａを、例えば、図５５〜図５８に示すような構成とすることもできる。

図５５は、変形例１に係る回転子構造を示す説明図、図５６は、変形例２に係る回転子構造を示す説明図、図５７は、変形例３に係る回転子構造を示す説明図、図５８は、変形例４に係る回転子構造を示す説明図である。なお、上述してきた実施形態と同じ構成要素については、図５５〜図５８においても同一の符号で表す。

(回転子の変形例１)
図５５に示す回転子コア１７ａは、複数の永久磁石１８の隔離量が異なっている。すなわち、回転子コア１７ａの周方向に沿って埋設された各永久磁石１８の回転子コア周縁からの隔離深さｄがそれぞれ異なっている。ここでは、８極の永久磁石１８が中心から４５度の間隔をあけて回転子コア１７ａに埋設されており、最小の隔離量ｄ_minの永久磁石１８と対向して最大の隔離量ｄ_maxの永久磁石１８が埋設されている。

(回転子の変形例２)
また、図５６に示す回転子コア１７ａは、永久磁石１８を配設するために形成された磁石配設孔である磁石スロット１７ｄに連なるスリット１７ｅを有し、各スリット１７ｅの長さが異なっている。なお、磁気特性を変化させることができるのであれば、各スリット１７ｅの長さではなく、面積などが変化するようにその形状を異ならせてもよい。

ここでは、４極の永久磁石１８が中心から９０度の間隔をあけて回転子コア１７ａに埋設されており、各永久磁石１８の両端側にそれぞれスリット１７ｅが延在している。最短の長さＬ_minのスリット１７ｅが位置する永久磁石１８と対向して、最長の長さＬ_maxのスリット１７ｅが位置する永久磁石１８が埋設されている。

(回転子の変形例３)
また、図５７に示す回転子コア１７ａは、複数の永久磁石１８の大きさが異なっている。ここでは、８極の永久磁石１８が中心から４５度の間隔をあけて回転子コア１７ａに埋設されているが、最小の永久磁石１８と対向して最大の永久磁石１８が埋設されている。なお、磁気特性を変化させることができるのであれば、永久磁石１８は大きさを異ならせるのではなく、その形状を異ならせてもよい。

(回転子の変形例４)
図５５〜図５７においては、主に回転子コア１７ａの磁気特性を異ならせるようにした例示であるが、図５８に示すように、永久磁石１８そのものの磁気特性を異ならせることもできる。

すなわち、図５８に示す回転子１７は、回転子コア１７ａに埋設される永久磁石１８の磁束密度（残留磁束密度）を異ならせている。しかも、ここでは、永久磁石１８の磁気特性の変化パターンが、周方向１周において段階的に変化するようにしている。

図５８に示した白抜きの矢印は永久磁石１８の磁化を表しており、その長さが残留磁束密度の大きさに対応している。つまり、図５８では、中心から４５度の間隔をあけて最小の残留磁束密度Ｂ_minのものから最大の残留磁束密度Ｂ_maxのものまでの８極の永久磁石１８が、時計回りに段階的に回転子コア１７ａに埋設されていることになる。

したがって、図５８に示した回転子コア１７ａを備える回転子１７を用いれば、先の実施形態において、図５４に示すような山形の分布となるインダクタンスの値は、右肩上がりの分布をとる。

ところで、上述してきた回転子１７の変形例を示した図５５〜図５８において、符号１６ｅは、回転子１７と対向して配置された固定子１６の内周面を示している。

次に、固定子１６の変形例について説明する。すなわち、上述してきた実施形態では、固定子コア１６ａは、その周方向に、固定子コイル１５（Ｕ相巻線１５Ｕ、Ｖ相巻線１５Ｖ、Ｗ相巻線１５Ｗ）が、順次巻装されている９スロットのものを用いていた（図５１Ａ，Ｂを参照）。

しかし、固定子１６は、図５９Ａ，Ｂおよび図６０Ａ，Ｂに示すような構成とすることもできる。すなわち、固定子１６は、固定子コイル１５が周方向に順次、相毎に巻装され、それぞれ異なる相の固定子コイル１５により構成されるコイル組１５ａが周方向に複数形成され、各コイル組１５ａにおける磁場の分布パターンがそれぞれ異なるようにすることもできる。

図５９Ａは、変形例１に係る固定子を示す模式図、図５９Ｂは、同固定子構造を示す説明図、図６０Ａは、変形例２に係る固定子を示す模式図、図６０Ｂは、同固定子構造を示す説明図である。

(固定子の変形例１)
図５９Ａ，Ｂに示した固定子１６についても、それぞれ複数のＵ相巻線１５Ｕ、Ｖ相巻線１５ＶおよびＷ相巻線１５Ｗからなる固定子コイル１５が、複数のティース１６ｂ間にそれぞれ形成されたスロット１６ｃに巻装された固定子コア１６ａを備えている。

固定子コア１６ａは、その周方向に、Ｕ相巻線１５Ｕ、Ｖ相巻線１５Ｖ、Ｗ相巻線１５Ｗを１組のコイル組１５ａとして、４組のコイル組１５ａが、周方向に９０度の間隔で順次巻装されている。すなわち、コイル組１５ａの１つは、Ｕ相巻線１５Ｕ（Ｕ＋１）と、Ｖ相巻線１５Ｖ（Ｖ＋１）と、Ｗ相巻線１５Ｗ（Ｗ＋１）とにより構成されている。

そして、他のコイル組１５ａは、図示するように、Ｕ＋２，Ｕ＋３，Ｕ＋４の各Ｕ相巻線１５Ｕと、Ｖ＋２，Ｖ＋３，Ｖ＋４の各Ｖ相巻線１５Ｖと、Ｗ＋２，Ｗ＋３，Ｗ＋４の各Ｗ相巻線１５Ｗとにより構成されている。

かかる各コイル組１５ａ間において、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のティース１６ｂの高さを選択的に異ならせ、各コイル組１５ａにおける磁場の分布パターンをそれぞれ異なるようにして、磁場の分布パターンが全周中において一回性（唯一性）を有するようにしている。

すなわち、１つのコイル組１５ａにおいては、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のティース１６ｂの高さは一様であるが、１つのコイル組１５ａにおいてはＵ相巻線１５Ｕ（Ｕ＋１）を巻装するティース１６ｂを他（Ｖ相：Ｖ＋１、Ｗ相：Ｗ＋１）よりも低くしている。また、他の１つのコイル組１５ａにおいてはＶ相巻線１５Ｖ（Ｖ＋２）を巻装するティース１６ｂを他（Ｗ相：Ｗ＋２、Ｕ相：Ｕ＋２）よりも低くし、さらに、他の１つのコイル組１５ａにおいてはＷ相巻線１５Ｗ（Ｗ＋３）を巻装するティース１６ｂを他（Ｕ相：Ｕ＋３、Ｖ相：Ｖ＋３）よりも低くしている。なお、図中、符号１６ｆは、ティース１６ｂが低くなって形成される窪み部分を模式的に示したものである。

(固定子の変形例２)
また、図６０Ａ，Ｂに示すように、各コイル組１５ａ間において、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のコイル巻数を選択的に異ならせ、各コイル組１５ａにおける磁場の分布パターンをそれぞれ異なるようにして、磁場の分布パターンが全周中において一回性（唯一性）を有するようにしてもよい。なお、図６０Ａにおいては、各固定子コイル１５を円形で示すとともに、円の大きさで巻数の多さを表している。

すなわち、図示するように、１つのコイル組１５ａにおいては、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各コイルの巻数は一様であるが、１つのコイル組１５ａにおいてはＵ相巻線１５Ｕ（Ｕ＋１）の巻数を他（Ｖ相：Ｖ＋１、Ｗ相：Ｗ＋１）よりも多くしている。また、他の１つのコイル組１５ａにおいてはＶ相巻線１５Ｖ（Ｖ＋２）の巻数を他（Ｗ相：Ｗ＋２、Ｕ相：Ｕ＋２）よりも多くし、さらに、他の１つのコイル組１５ａにおいてはＷ相巻線１５Ｗ（Ｗ＋３）の巻数を他（Ｕ相：Ｕ＋３、Ｖ相：Ｖ＋３）よりも多くしている。

（第２の実施形態の変形例）
上述してきたように、本実施形態によれば、モータ１０を始動させる際に、先ず、回転子１７の初期位置となる機械角度θ_ｍ0を直接的に検出するようにしている。しかし、例えば、機械角検出モードスイッチのようなものを設け、例えば、通常運転時と、機械角検出処理を行う始動時とを、スイッチで切り替えることもできる。

すなわち、固定子１６を、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各相毎に、通常運転時に用いられる第１の固定子コイル１５１と、機械角検出処理時に用いられる第２の固定子コイル１５２とが、固定子コア１６ａに通電切替え自在に巻装された構成とするのである。そして、第２の固定子コイル１５２へ通電を切り替えた場合、固定子１６が内周側に形成する磁場の分布が全周中で繰り返されない、すなわち、一回性（唯一性）を有する磁場の分布が全周中で生起されるようにしている。

かかる構成の一例を、図６１および図６２に示す。図６１は、第１の固定子コイルの結線を示す説明図、図６２は、第２の固定子コイルの結線を示す説明図である。

例えば、８極１２スロットのモータ１０とすると、図示するように、Ｕ＋１，Ｕ＋２，Ｕ＋３，Ｕ＋４の固定子コイル１５がそれぞれ直列に接続された第１の固定子コイル１５１ａが固定子コア１６ａに巻装されている。同様に、Ｖ＋１，Ｖ＋２，Ｖ＋３，Ｖ＋４の固定子コイル１５がそれぞれ直列に接続された第１の固定子コイル１５１ｂ、および、Ｗ＋１，Ｗ＋２，Ｗ＋３，Ｗ＋４の固定子コイル１５がそれぞれ直列に接続された第１の固定子コイル１５１ｃについても巻装されている。

そして、第１の固定子コイル１５１ａであれば、Ｕ＋１，Ｕ＋２，Ｕ＋３，Ｕ＋４の固定子コイル１５からなる第１の固定子コイル１５１ａと、Ｕ＋１の固定子コイル１５のみからなる第２の固定子コイル１５２ａとを、固定子コイル切替スイッチＳＷ（以下、単に「スイッチＳＷ」とする）を介して切替自在としている。同様に、第１の固定子コイル１５１ｂであれば、Ｖ＋１，Ｖ＋２，Ｖ＋３，Ｖ＋４の固定子コイル１５からなる第１の固定子コイル１５１ｂと、Ｖ＋１の固定子コイル１５のみからなる第２の固定子コイル１５２ｂとを、スイッチＳＷを介して切替自在としている。また、同様に、第１の固定子コイル１５１ｃであれば、Ｗ＋１，Ｗ＋２，Ｗ＋３，Ｗ＋４の固定子コイル１５からなる第１の固定子コイル１５１ｃと、Ｗ＋１の固定子コイル１５のみからなる第２の固定子コイル１５２ｃとを、スイッチＳＷを介して切替自在としている。

すなわち、本実施形態では、第１の固定子コイル１５１の一部に第２の固定子コイル１５２が含まれた構成としている。

そして、図６１に示す第１の固定子コイル１５１の作る磁場は、全周中で一様に分布しており、かつ、磁場の分布パターンも一様である。しかし、スイッチＳＷを切り替えて図６２の状態にすると、第１の固定子コイル１５１ａであれば、複数の固定子コイル１５（例えば、Ｕ＋１，Ｕ＋２，Ｕ＋３，Ｕ＋４）のうち、Ｕ＋１の固定子コイル１５を除いて回路が切断され、結果的に、Ｕ＋１の固定子コイル１５のみからなる第２の固定子コイル１５２ａにのみ通電される。

すなわち、第２の固定子コイル１５２へ通電を切り替えた場合、当該第２の固定子コイル１５２を除く他の固定子コイル１５への通電が禁止されるのである。

第１の固定子コイル１５１ｂおよび第１の固定子コイル１５１ｃでも同様であり、スイッチＳＷが切り替えられると、Ｖ＋１とＷ＋１の固定子コイル１５を除いて回路が切断され、結果的に、Ｖ＋１とＷ＋１の各固定子コイル１５のみからなる第２の固定子コイル１５２ｂ，１５２ｃにのみ通電される。このときに作り出される磁場は、固定子コア１６ａの全周中においては唯一性を有する一回性の分布パターンが生起される。すなわち、第２の固定子コイル１５２へ通電を切り替えた場合、３相（Ｕ＋１，Ｖ＋１，Ｗ＋１）の固定子コイル１５により作り出される磁場の分布パターンは、固定子コア１６ａの全周中において繰り返されることがない。

このように、本実施形態によれば、固定子コイル１５を、例えば、通常運転時に選択される第１の固定子コイル１５１からなる状態と、機械角検出処理時に選択される第２の固定子コイル１５２からなる状態というように、２つの状態に切替可能なモータ１０としている。

そして、かかる構成であっても、先の実施形態同様、回転子１７の絶対的な機械角を推定可能なモータ１０およびモータシステム１の実現を図ることが可能となる。

しかも、本実施形態のモータ１０並びにモータシステム１であれば、通常駆動時には、固定子コイル１５の巻線状態が、広く一般的に採用されている集中巻線の状態となる。すなわち、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相が１組となった第１の固定子コイル１５１なので、電気角１周中に当該第１の固定子コイル１５１で作り出される磁場の分布が機械角１周中に繰り返されることになる。したがって、回転子１７は円滑に回転することが可能となる。

（第３の実施形態）
図６３は、実施形態に係るモータの縦断面視による説明図、図６４は、同モータの正面視による模式図である。また、図６５はモータの回転子構造を示す説明図、図６６Ａは同モータの固定子を示す模式図、図６６Ｂは同固定子構造を示す説明図である。

本実施形態に係るモータ１０は、図６４に示すように、回転子１７の表面に永久磁石１８を取り付けた同期モータである。なお、永久磁石１８としては、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、フェライト磁石、アルニコ磁石などの焼結磁石のうちのいずれかを使用することができる。

本実施形態に係るモータシステム１では、以下に説明するように、回転子１７の回転位置を高精度で推定可能な構成としている。例えば、複数の永久磁石１８のうちの１つが、例えば、Ｖ相巻線に対応した位置に停止している場合、回転子１７の位置を精度よく検出して適切にＶ相巻線に電流を流すことができる。したがって、Ｖ相巻線以外の例えばＵ相巻線に電流を流してモータ１０の起動に十分なトルクを発生できずに起動できなくなることを防止することができる。しかも、本実施形態にかかるモータシステム１によれば、エンコーダなどのセンサを用いる必要もない。

以下、本実施形態に係るモータシステム１およびモータ１０の具体的な構成について説明する。図１に示したように、モータシステム１は、モータ１０と制御装置２０とを備えている。

モータ１０は、図６３に示すように、円筒状のフレーム１２の前後にブラケット１３Ａ，１３Ｂを取付けるとともに、両ブラケット１３Ａ，１３Ｂ間に回転軸１１を軸受１４Ａ，１４Ｂを介して回転自在に取り付けて構成している。図中、符号Ａｘは回転軸１１の軸心（中心）、すなわちモータ中心軸を示す。

回転軸１１には、図６４に示すように、複数（ここでは６極）の永久磁石１８ａ〜１８ｆが、周方向に一定間隔をあけて周面に配設された円柱状の回転子コア１７ａを備える回転子１７を取り付けて軸周りに回転可能に構成している。

本実施形態に係るモータ１０の回転子１７は、その構造に特徴がある。図６４および図６５に示すように、回転子コア１７ａの物理的軸線Ｒ０が回転軸１１の軸心Ａｘからオフセットされている。

すなわち、回転子コア１７ａの物理的軸線Ｒ０を回転軸１１からずらすことにより、回転子コア１７ａの磁気的中心を回転軸１１の軸心Ａｘに対して偏心させ、回転子コア１７ａの外周面と固定子コア１６ａの内周面との間隔１９ａを周方向に無段階に変化させている。これにより、回転子コア１７ａの磁気特性の変化パターンが、その周方向１周または半周において無段階に変化することになる。図６５中、符号１７ｃは回転軸挿通孔を示す。

他方、回転子コア１７ａの表面に配設した６個の永久磁石１８ａ〜１８ｆの外周面と固定子コア１６ａの内周面１６ｅとの間隔１９ｂについては一定としている。そのために、各永久磁石１８ａ〜１８ｆの径方向の長さは、回転軸１１の軸心Ａｘから各永久磁石１８ａ〜１８ｆの外周面までの径方向の長さが同一となるように設定される。

ここで、回転軸１１の軸心Ａｘから永久磁石１８の周方向の中心位置における内周面までの長さをＨとして、第１の永久磁石１８ａにおける長さＨ１と、第２、第３、第４の永久磁石１８ｂ〜１８ｄにおける長さＨ２〜Ｈ４とを比較してみる。なお、長さＨは、永久磁石１８と回転子コア１７ａとの間の接着層などを無視すれば、永久磁石１８が取り付けられた回転子コア１７ａの外周面までの長さと同じである。

本実施形態に係る回転子１７の回転子コア１７ａでは、長さＨ１が最短であり、その反対側に伸びる長さＨ４が最長である。つまり、長さＨ１から長さＨ２、長さＨ３、長さＨ４と漸次長くなり、長さＨ４から長さＨ５、長さＨ６、長さＨ１と漸次短くなっている。

そして、前述したように、６個の永久磁石１８ａ〜１８ｆの外周面と固定子コア１６ａの内周面との間隔１９ｂについては一定なので、その分、第１の永久磁石１８ａの径方向の長さ、すなわち磁石厚みｔ1を最大とし、第２、第３、第４の永久磁石１８ｂ〜１８ｄにかけて、その磁石厚みｔ2〜ｔ4を漸次薄くしている。

なお、本実施形態における永久磁石１８の外周面は弧面状に形成されているため、当然ではあるが、１つの永久磁石１８の中でも、その磁石厚みｔは端から端にかけて漸次変化する。

本実施形態に係るモータ１０の回転子１７を上述した構造として、回転子コア１７ａの磁気的中心を回転軸１１の軸心Ａｘに対して偏心させることにより、回転子コア１７ａの磁気特性（突極性、磁気抵抗、パーミアンスなど）の変化パターンが周方向半周において無段階に滑らかに変化する。

本実施形態に係る回転子１７では、上述した構成としているために、結果的に第１〜第６の永久磁石１８ａ〜１８ｆのサイズが異なっている。しかし、サイズなどは異なっても、反磁界による減磁や高温による減磁を避けるために、第１〜第６の永久磁石１８ａ〜１８ｆの磁気的な動作点はほぼ同じにすることが好ましい。また、材料の密度を変えて、サイズは異なっても、各永久磁石１８の重さを適切に配分することにより、回転子１７の回転バランスを均衡させて、回転子１７が円滑に回転するように構成するとよい。

また、サイズや重さの異なる第１〜第６の永久磁石１８ａ〜１８ｆでは、回転軸１１の軸心Ａｘから回転子コア１７ａへの取付面となる内周面までの長さＨがそれぞれ異なるために、各第１〜第６の永久磁石１８ａ〜１８ｆに加わる遠心力も異なる。その場合、永久磁石１８が遠心力で飛び出さないように、遠心力の大きさに応じて回転子コア１７ａに対する保持力を適宜変更したりすることもできる。

一方、図６４および図６６Ａ，図６６Ｂに示すように、固定子１６は、Ｕ相巻線１５Ｕ、Ｖ相巻線１５Ｖ、Ｗ相巻線１５Ｗからなる複数相（Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相）の固定子コイル１５がスロットに巻装された固定子コア１６ａを備えている。なお、図示するように、本実施形態では、Ｕ相巻線１５Ｕ、Ｖ相巻線１５Ｖ、Ｗ相巻線１５Ｗを１組とする３つのコイル組１５ａ間において、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のコイル巻数を選択的に異ならせ、各コイル組１５ａにおける磁場の分布パターンをそれぞれ異なるようにしている。なお、図６６Ａにおいては、固定子コイル１５を円形で示すとともに、円の大きさで巻数の多さを表している。また、図６６Ｂ中、符号１６ｃは固定子コア１６ａのスロット部、符号１６ｄはヨーク部を示す。

図示するように、本実施形態に係る固定子コア１６ａは、その周方向に、固定子コイル１５（Ｕ相巻線１５Ｕ、Ｖ相巻線１５Ｖ、Ｗ相巻線１５Ｗ）が、順次巻装され、Ｕ相巻線１５Ｕ、Ｖ相巻線１５Ｖ、Ｗ相巻線１５Ｗからなるコイル組１５ａが周方向に１２０度の間隔で３組形成されている（図６６Ａ）。

コイル組１５ａの１つは、他の固定子コイル１５よりも多巻きとしたＵ＋１相巻線１５Ｕと、Ｖ＋１相巻線１５Ｖと、Ｗ＋１相巻線１５Ｗとにより構成されている。そして、同様に、Ｕ＋２相巻線１５Ｕと、他の固定子コイル１５よりも多巻きとしたＶ＋２相巻線１５Ｖと、Ｗ＋２相巻線１５Ｗとにより構成されたコイル組１５ａと、３相とも同巻数であるＵ＋３相巻線１５Ｕと、Ｖ＋３相巻線１５Ｖと、Ｗ＋３相巻線１５Ｗとにより構成されたコイル組１５ａとがある。図６６Ｂにおける各相を示すＵ，Ｖ，Ｗに付した＋１、＋２および＋３はティース１６ｂの順番を示している。なお、３相とも同巻数としたコイル組１５ａについては、例えば他のコイル組１５ａ同様、Ｗ＋３相巻線１５Ｗを他の固定子コイル１５よりも多巻きとしてもよい。

このように、本実施形態に係るモータシステム１では、６極９スロットのモータ１０が用いられているが、かかるモータ１０の固定子１６では、巻数の異なる相が組み合わされた各相からなる３つのコイル組１５ａが機械的に１２０度の間隔で配置されることになる。

そのため、それぞれ巻数の違いで区分された３種のコイル組１５ａ，１５ａ，１５ａで電気角１周中に作り出される磁場の分布は、機械角１周（３６０度）中においては再現されることがない。

ところで、回転子コア１７ａの磁気的中心を回転軸１１の軸心Ａｘに対して偏心させるには、回転子コア１７ａの物理的軸線Ｒ０を回転軸１１の軸心Ａｘからずらすのみならず、回転子コア１７ａの透磁率の周方向への変化によって生起させることもできる。

回転軸１１の軸心Ａｘが回転子コア１７ａの幾何学的中心であるのに対し、回転子コア１７ａの磁気的中心とは、本実施形態においては、界磁である回転子１７と電気子である固定子１６とが相互作用する際の磁気的な変化の中心を指している。通常、磁気的中心と幾何学的中心とは一致する。ここで、回転子コア１７ａの磁気的中心を偏心させるのは、回転子コア１７ａの磁気特性の変化パターンを、その周方向１周または半周において無段階に変化させるためなので、必ずしも物理的な加工のみによらなくてもよい。例えば、透磁率の異なる材料を周方向に連続して接合して円形の回転子コア１７ａを形成することもできる。

なお、インダクタンス計測部２２については、ここでは図示を省略したインバータ装置２８や高周波発生器を備えた重畳電圧指令部２７（図４５を参照）などを用いた周知の計測装置と接続しており、モータ１０に高周波電圧を重畳することによりインダクタンスを計測している。

また、制御装置２０は、回転子１７の機械角（機械角度θ_ｍと表す場合がある）に応じたインダクタンスを示す基準データを機械角度θ_ｍの情報に関連付けて記憶する記憶部２３を備えている。さらに、制御装置２０は、インダクタンス計測部２２によって計測したインダクタンスの値と記憶部２３にテーブル化して記憶した基準データとに基づいて、回転子１７の初期位置を推定する機械角推定部２４を備えている。

制御装置２０は、コンピュータにより構成することができる。そのコンピュータは、図示しないが、記憶部２３についてはＲＯＭ、ＲＡＭなどのメモリにより、回転子制御部２１、インダクタンス計測部２２および機械角推定部２４はＣＰＵなどにより構成することができる。また、記憶部２３には、インダクタンスを測定するための演算プログラムや各種制御プログラム、および基準データからなるテーブルなどが格納されており、ＣＰＵはこれらプログラムにしたがって動作して、回転子１７の機械角を検出する手段として機能する。

本実施形態におけるモータシステム１において、回転子１７の機械角を検出するためには、計測処理および推定処理が実行される。なお、その前に、前段工程として予め記憶処理工程が実行されるものとする。また、一旦、基準データを記憶部２３に格納すれば、必ずしも毎回、記憶処理工程を行う必要はない。

記憶処理工程とは、回転子１７の基準位置に応じた機械角度θ_ｍ毎のインダクタンス値Ｌを示す基準データを、予めテーブル化して記憶部２３に格納しておく工程である。

計測処理および推定処理は、実際にモータ１０を始動する際に行う処理であり、計測工程では、回転子１７に高周波電圧を印加し、回転子１７の位置に応じた固定子１６のインダクタンスを計測する。

推定処理では、計測したインダクタンスの実測値と、回転子１７の位置に対応する機械角として予めテーブル化された基準データとを比較し、比較結果に基づき、回転子１７の初期位置である絶対位置を推定する。

ここで、回転子１７の機械角の推定手順について、図６７および図６８を参照しながら説明する。図６７は、実施形態に係るモータ１０の機械角を推定する手順を示す説明図である。また、図６８は、同モータ１０の機械角に対するインダクタンス分布を示す説明図である。これは、回転子１７の複数の基準位置から機械角度θ_ｍ回転したときに高周波電圧を印加することで流れた電流値から計算したインダクタンス値Ｌを、回転子１７の機械角度２π／９（ｒａｄ）毎にプロットしたものである。なお、インダクタンス値Ｌとしては、各相毎の電気角１周期（２π）における最大値としている。

図６７に示すように、ＣＰＵは、モータ１０に高周波電圧を印加してインダクタンス計測部２２に、回転子１７が所定の位置にある場合のインダクタンスを計測させる（ステップＳ１）。そして、計測した値を記憶部２３に保存する（ステップＳ２）。これにて計測処理を終了する。

次に、ＣＰＵは、記憶部２３に記憶した計測値と、予め記憶部２３に保存されたテーブルの基準データとを比較し、計測値であるインダクタンス値Ｌの分布に見合う基準データから、回転子１７の絶対的な位置を示す機械角度θ_ｍ0を推定し（ステップＳ３）、推定処理を終了する。なお、その比較に際しては、データのプロットで形成されるグラフの傾きなども考慮することができる。

このように、本実施形態に係るモータ１０では、回転子１７の機械的な位置によって、インダクタンス値Ｌの分布波形が異なるために、実際に計測したインダクタンス値Ｌから回転子１７の絶対的な位置を容易に推定することが可能となっている。

そして、モータ１０の回転子１７の初期位置となる機械角度θ_ｍ0を推定した後は、周知のモータ制御によりモータ１０の駆動を行うことができる。

このように、本実施形態に係るモータシステム１では、固定子コイル１５に電圧を印加してインダクタンス値Ｌの変化を検出することによって回転子１７の絶対的な位置を推定するようにしたセンサレス方制御を行っている。そのため、エンコーダなどのセンサなどが不要となり、部品点数の削減やそれに伴うモータ１０の小型化などが実現可能となる。

ところで、上述してきた実施形態における固定子コア１６ａは、その周方向に、固定子コイル１５（Ｕ相巻線１５Ｕ、Ｖ相巻線１５Ｖ、Ｗ相巻線１５Ｗ）が、順次巻装されている９スロットのものを用いていた（図６６Ａおよび図６６Ｂを参照）。

しかし、固定子１６は、図６９Ａ，６９Ｂおよび図７０Ａ，７０Ｂに示すような１２スロットの構成とすることもできる。すなわち、固定子１６は、固定子コイル１５が周方向に順次、相毎に巻装され、それぞれ異なる相の固定子コイル１５により構成されるコイル組１５ａが周方向に複数形成され、各コイル組１５ａにおける磁場の分布パターンがそれぞれ異なるようにすることもできる。

図６９Ａは、変形例１に係る固定子を示す模式図、図６９Ｂは、同固定子構造を示す説明図、図７０Ａは、変形例２に係る固定子を示す模式図、図７０Ｂは、同固定子構造を示す説明図である。

(固定子の変形例１)
図６９Ａおよび図６９Ｂに示すように、４つのコイル組１５ａ間において、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のコイル巻数を選択的に異ならせ、各コイル組１５ａにおける磁場の分布パターンをそれぞれ異なるようにして、磁場の分布パターンが全周中において一回性（唯一性）を有するようにしてもよい。なお、図６９Ａにおいても、図７０Ａ同様に各固定子コイル１５を円形で示すとともに、円の大きさで巻数の多さを表している。

(固定子の変形例２)
図７０Ａおよび図７０Ｂに示した固定子１６についても、それぞれ複数のＵ相巻線１５Ｕ、Ｖ相巻線１５ＶおよびＷ相巻線１５Ｗからなる固定子コイル１５が、複数のティース１６ｂ間にそれぞれ形成されたスロット１６ｃに巻装された固定子コア１６ａを備えている。

かかる各コイル組１５ａ間において、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のティース１６ｂの高さを選択的に異ならせ、各コイル組１５ａにおける磁場の分布パターンをそれぞれ異なるようにして、磁場の分布パターンが全周中において一回性を有するようにしている。

（他の実施形態）
上述してきたように、本実施形態によれば、モータ１０を始動させる際に、回転子１７の初期位置となる機械角度θ_ｍ0を直接的に検出するようにしている。しかし、例えば、機械角検出モードスイッチのようなものを設け、始動時と通常運転時とを、スイッチで切り替えることもできる。

すなわち、固定子１６を、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各相毎に、通常運転時に用いられる第１の固定子コイル１５１と、始動時に用いられる第２の固定子コイル１５２とが、固定子コア１６ａに通電切替え自在に巻装された構成とするのである。そして、第２の固定子コイル１５２へ通電を切り替えた場合、固定子１６が内周側に形成する磁場の分布が全周中で繰り返されない、すなわち、一回性を有する磁場の分布が全周中で生起されるようにしている。

かかる構成の一例を、図７１Ａおよび図７１Ｂに示す。図７１Ａは第１の固定子コイルの結線を示す説明図、図７１Ｂは第２の固定子コイルの結線を示す説明図である。

図示するように、固定子１６は、複数の固定子コイル１５として、例えば、Ｕ＋１，Ｕ＋２，Ｕ＋３の固定子コイル１５がそれぞれ直列に接続されたコイル組からなる第１の固定子コイル１５１ａを備えている。同様に、Ｖ＋１，Ｖ＋２，Ｖ＋３の固定子コイル１５がそれぞれ直列に接続されたコイル組からなる第１の固定子コイル１５１ｂと、Ｗ＋１，Ｗ＋２，Ｗ＋３の固定子コイル１５がそれぞれ直列に接続されたコイル組からなる第１の固定子コイル１５１ｃとを備えている。

そして、Ｕ＋１，Ｕ＋２，Ｕ＋３の３つの固定子コイル１５が全て直列に接続された第１の固定子コイル１５１ａと、Ｕ＋１の固定子コイル１５のみからなる第２の固定子コイル１５２ａとを、固定子コイル切替スイッチＳＷ（以下、単に「スイッチＳＷ」とする）を介して切替自在としている。同様に、Ｖ＋１，Ｖ＋２，Ｖ＋３の固定子コイル１５が全て直列に接続された第１の固定子コイル１５１ｂと、Ｖ＋１の固定子コイル１５のみからなる第２の固定子コイル１５２ｂとを、スイッチＳＷを介して、切替自在としている。また、同様に、Ｗ＋１，Ｗ＋２，Ｗ＋３の固定子コイル１５が全て直列に接続された第１の固定子コイル１５１ｃと、Ｗ＋１の固定子コイル１５のみからなる第２の固定子コイル１５２ｃとを、スイッチＳＷを介して切替自在としている。

そして、図７１Ａに示す固定子コイル１５の作る磁場は全周中で一様に分布しており、磁場の分布パターンも一様である。しかし、３つのコイル組のスイッチＳＷを切り替えて図７１Ｂの状態にすると、第１の固定子コイル１５１ａであれば、複数の固定子コイル１５（例えば、Ｕ＋１，Ｕ＋２，Ｕ＋３）のうち、Ｕ＋１の固定子コイル１５を除いて回路が切断され、結果的に、Ｕ＋１の固定子コイル１５のみからなる第２の固定子コイル１５２ａにのみ通電される。

また、同様に、スイッチＳＷを切り替えると、他の第１の固定子コイル１５１ｂではＶ＋１の固定子コイル１５のみからなる第２の固定子コイル１５２ｂに、第１の固定子コイル１５１ｃでは、Ｗ＋１の固定子コイル１５のみからなる第２の固定子コイル１５２ｃにのみ通電されることになる。すなわち、第２の固定子コイル１５２へ通電を切り替えた場合、当該第２の固定子コイル１５２を除く他の固定子コイル１５への通電が禁止されるのである。

スイッチＳＷが切り替えられて、３つのコイル組で互いに異なる相の第２の固定子コイル１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃにより作り出される磁場は、前述してきた実施形態同様、固定子コア１６ａの全周中においては唯一性を有する磁場の分布パターンとなる。すなわち、それぞれ第２の固定子コイル１５２となる３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の固定子コイル１５により作り出される磁場の分布パターンは、固定子コア１６ａの全周中において繰り返されることがない。換言すれば、各相の固定子コイル１５または各相からなるコイル組（同相の固定子コイル１５のグループ）が機械的に１２０度の間隔で配置されている。

なお、この例においては、スイッチＳＷが切り替えられた場合、第２の固定子コイル１５２の組み合わせとして、各コイル組の中から第２の固定子コイル１５２ａ（３相：Ｕ＋１，Ｖ＋１，Ｗ＋１）の組み合わせとした。しかし、第２の固定子コイル１５２の組み合わせとしては、第２の固定子コイル１５２ｂ（３相：Ｕ＋２，Ｖ＋２，Ｗ＋２）あるいは第２の固定子コイル１５２ｃ（Ｕ＋３，Ｖ＋３，Ｗ＋３）の組み合わせであってもよい。

このように、本実施形態によれば、固定子コイル１５を、例えば、通常運転時に選択される第１の固定子コイル１５１からなる状態と、始動時に選択される第２の固定子コイル１５２からなる状態というように、２つの状態に切替可能なモータ１０としている。

しかも、本実施形態のモータ１０並びにモータシステム１であれば、通常駆動時には、固定子コイル１５の巻線状態が、広く一般的に採用されている集中巻線の状態となる。すなわち、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相が１組となった第１の固定子コイル１５１なので、電気角１周中に当該第１の固定子コイル１５１で作り出される磁場の分布が機械角１周中に繰り返されることになる。つまり、インダクタンスの変化も全て一様となり、回転子１７はコギングなどが低減されて円滑に回転することが可能となる。

このようにスイッチＳＷを備えた態様としては、図７２Ａ，７２Ｂおよび図７３Ａ，７３Ｂに示す構成とすることもできる。

（変形例１）
すなわち、例えば８極９スロットのモータ１０の場合とすると、図７２Ａ，７２Ｂに示すように、固定子１６は、複数の固定子コイル１５として、例えば、Ｕ−１，Ｕ＋１，Ｕ−２の固定子コイル１５がそれぞれ直列に接続されたコイル組からなる第１の固定子コイル１５１ａを備えた構成とする。同様に、固定子１６は、Ｖ−１，Ｖ＋１，Ｖ−２の固定子コイル１５がそれぞれ直列に接続されたコイル組からなる第１の固定子コイル１５１ｂと、Ｗ−１，Ｗ＋１，Ｗ−２の固定子コイル１５がそれぞれ直列に接続されたコイル組からなる第１の固定子コイル１５１ｃとを備えている。

そして、通常は、図７２Ａのように、３つのコイル組に全て通電できるようにスイッチＳＷを介して接続されているが、スイッチＳＷを切り替えると、図７２Ｂのような通電状態に切り替わる。

すなわち、Ｕ−１，Ｕ＋１，Ｕ−２の３つの固定子コイル１５が全て直列に接続されたコイル組を除いて、Ｖ−１，Ｖ＋１，Ｖ−２の固定子コイル１５が全て直列に接続されたコイル組と、Ｗ−１，Ｗ＋１，Ｗ−２の固定子コイル１５がそれぞれ直列に接続されたコイル組とはオープンになる。

なお、この例では、第２の固定子コイル１５２としてはＵ相（Ｕ−１，Ｕ＋１，Ｕ−２）のみから構成されることになり、固定子コイル１５により作り出される磁場の分布パターンは、やはり全周中において唯一性を有することになる。

なお、第２の固定子コイル１５２としては、当然ではあるが、Ｖ相（Ｖ−１，Ｖ＋１，Ｖ−２）のみから構成することもできるし、Ｗ相（Ｗ−１，Ｗ＋１，Ｗ−２）のみから構成することもできる。

（変形例２）
また、例えば１０極１２スロットのモータ１０の場合、図７３Ａ，７３Ｂに示す構成も考えられる。

すなわち、図示するように、固定子１６は、複数の固定子コイル１５として、例えば、Ｕ＋１，Ｕ−１，Ｕ−２，Ｕ＋２の固定子コイル１５がそれぞれ直列に接続されたコイル組からなる第１の固定子コイル１５１ａを備えた構成とする。同様に、固定子１６は、Ｖ＋１，Ｖ−１，Ｖ−２，Ｖ＋２の固定子コイル１５がそれぞれ直列に接続されたコイル組からなる第１の固定子コイル１５１ｂと、Ｗ＋１，Ｗ−１，Ｗ−２，Ｗ＋２の固定子コイル１５がそれぞれ直列に接続されたコイル組からなる第１の固定子コイル１５１ｃとを備えている。

そして、通常は、図７３Ａのように、３つのコイル組に全て通電できるようにスイッチＳＷを介して接続されているが、スイッチＳＷを切り替えると、図７３Ｂのような通電状態に切り替わる。

すなわち、Ｕ＋１，Ｕ−１，Ｕ−２，Ｕ＋２の４つの固定子コイル１５が全て直列に接続されたコイル組のうち、Ｕ＋１，Ｕ−１の２つの固定子コイル１５にのみ通電され、残りは全てオープンとなる。

なお、この例では、第２の固定子コイル１５２としては２つの固定子コイル１５（Ｕ相：Ｕ＋１，Ｕ−１）のみから構成されることになり、固定子コイル１５により作り出される磁場の分布パターンは、やはり全周中において唯一性を有することになる。

なお、第２の固定子コイル１５２としては、この場合でも、２つの固定子コイル１５はＶ相（Ｖ＋１，Ｖ−１）のみから構成することもできるし、Ｗ相（Ｗ＋１，Ｗ−１）のみから構成することもできる。

以上、実施形態および変形例を通して本発明を説明してきたが、モータ１０の種類や、モータ１０の極数やスロット数などは適宜設定することができる。

上述した実施形態のさらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１モータシステム
１０モータ
１５固定子コイル
１５ａコイル組
１６固定子
１６ａ固定子コア
１７回転子
１７ａ回転子コア
１８永久磁石
２０制御装置
２１回転子制御部
２２インダクタンス計測部
２３記憶部
２４機械角推定部

Claims

複数の永久磁石が設けられた回転子コアを有する回転子と、
複数相の固定子コイルが巻装された固定子コアを有するとともに、前記回転子と所定のエアギャップを介して対向配置される固定子と、
を備え、
前記回転子は、
前記回転子コアまたは前記永久磁石の磁気特性の変化パターンが、周方向において段階的に変化する構造であり、
前記固定子は、
前記固定子コイルが１つの相により、または各相の組み合わせにより作り出す磁場の分布パターンが全周中において唯一性を有する構造である
ことを特徴とするモータ。
前記固定子の構造は、
当該固定子が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
前記回転子の構造は、
前記エアギャップに面する表面上における磁極の総数が４以上であり、当該回転子が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有する
ことを特徴とする請求項１または２に記載のモータ。
前記回転子は、突極性を有することを特徴とする請求項１、２または３に記載のモータ。
前記複数の永久磁石の各永久磁石の磁束密度を異ならせることにより、前記回転子の磁気特性を変化させた
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のモータ。
前記回転子コアは、
半径の長さがそれぞれ異なる部位を周方向に沿って形成したことにより、前記回転子の磁気特性を変化させた
ことを特徴とする請求項５に記載のモータ。
前記回転子コアは、
周方向に沿って埋設された各前記永久磁石の回転子コア周縁からの隔離深さをそれぞれ異ならせることにより、前記回転子の磁気特性を変化させた
ことを特徴とする請求項５または６に記載のモータ。
前記回転子コアは、
前記複数の永久磁石の大きさまたは形状を異ならせることにより、前記回転子の磁気特性を変化させた
ことを特徴とする請求項５、６または７に記載のモータ。
前記回転子コアは、
前記永久磁石を配設するために形成された磁石配設孔に連なるスリットを有し、各スリットの長さまたは形状を異ならせることにより、前記回転子の磁気特性を変化させた
ことを特徴とする請求項５〜８のいずれか１つに記載のモータ。
前記固定子コアは、
前記固定子コイルが周方向に順次、相毎に巻装され、それぞれ異なる相の固定子コイルにより構成されるコイル組が周方向に複数形成されており、
各前記コイル組における磁場の分布パターンがそれぞれ異なる
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載のモータ。
前記回転子コアの磁気的中心が回転軸の軸心に対して偏心する
ことを特徴とする請求項１、２または３に記載のモータ。
前記磁気的中心の偏心は、前記回転子コアの物理的軸線が前記回転軸からずれることにより生起し、前記回転子コアの外周面と前記固定子コアの内周面との間隔が周方向に無段階に変化している
ことを特徴とする請求項１１に記載のモータ。
前記各永久磁石の径方向の長さは、前記回転軸の中心から前記各永久磁石の外周面までの径方向の長さが同一となるように設定される
ことを特徴とする請求項１１または１２に記載のモータ。
前記磁気的中心の偏心は、前記回転子コアの透磁率の周方向への変化によって生起する
ことを特徴とする請求項１１に記載のモータ。
前記固定子コアは、内周面が断面略楕円形状である
ことを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１つに記載のモータ。
前記固定子コアは、
前記固定子コイルが周方向に順次、相毎に巻装され、それぞれ異なる相の固定子コイルにより構成されるコイル組が周方向に複数形成されており、
前記複数相の固定子コイルによって作り出される前記各コイル組の磁場の分布パターンが全周中において唯一性を有する
ことを特徴とする請求項１１〜１５のいずれか１つに記載のモータ。
請求項１〜１６のいずれか１つに記載のモータと、
前記モータを制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記回転子の回転を制御する回転子制御部と、
前記固定子コイルのインダクタンスを計測するインダクタンス計測部と、
前記回転子の機械角に応じたインダクタンスを示す基準データを前記機械角の情報に関連付けて記憶する記憶部と、
前記インダクタンス計測部によって計測したインダクタンスの値と前記記憶部に記憶した基準データとに基づいて、前記回転子の機械角を推定する機械角推定部と、を備えることを特徴とするモータシステム。