WO2006118219A1

WO2006118219A1 - モータ及びその制御装置

Info

Publication number: WO2006118219A1
Application number: PCT/JP2006/308904
Authority: WO
Inventors: Masayuki Nashiki
Original assignee: Denso Corporation
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2006-04-27
Publication date: 2006-11-09
Also published as: CN101213729A; KR101082929B1; DE112006001089B4; CN101213729B; KR20080014801A; US20090236930A1; JPWO2006118219A1; US7816822B2; DE112006001089T5

Abstract

　モータ１００は、周方向に永久磁石１２のＮ極磁極とＳ極磁極とが交互に配置されたロータ１０と、周方向に複数個配置されたステータ磁極５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９をそれぞれが有して互いにこれらのステータ磁極の周方向位置および軸方向位置をずらして配置された７個のステータ磁極群と、複数のステータ磁極群のそれぞれに対して軸方向に沿った隣接位置に配置されて周方向に形成された複数のループ状巻線４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０、５１、５２とを備えている。

Description

明細書

モータ及びその制御装置

技術分野

[0001] 本発明は、自動車やトラック等に搭載されるモータ及びその制御装置に関する。

背景技術

[0002] 従来から、ステータ磁極に各相のコイルが集中的に卷回されたブラシレスモータが知られている（例えば、特許文献 1参照)。図 141は、このような従来のブラシレスモータの概略的な構成を示す縦断面図である。また、図 143は図 141の A1—A1線断面図である。これらの図には、 4極 6スロット型のブラシレスモータが示されており、ステ一タの卷線構造はいわゆる集中巻きであって、各ステータ磁極には各相のコイルが集中的に卷回されている。また、図 142にはステータを円周方向に 1周展開した状態で、 U、 V、 W等の卷線の配置関係が示されている。横軸は電気角で表現されており、 1周で 720° となっている。ロータ 2の表面には、 N極の永久磁石と S極の永久磁石とが周方向に交互に配置されている。ステータ 4では、 U相のステータ磁極 TBU1、 T BU2のそれぞれには U相卷線 WBU1、 WBU2が卷回されている。同様に、 V相のステータ磁極 TBV1、 TBV2のそれぞれには V相卷線 WBV1、 WBV2が卷回されている。 W相のステータ磁極 TBW1、 TBW2のそれぞれには W相卷線 WBW1、 WBW2 が卷回されている。このような構造を有するブラシレスモータは、現在、広く産業用、家電用に使用されている。

[0003] また、図 144は他のステータの構成を示す横断面図である。図 144に示すステータは、 24スロットの構成であって 4極のモータの場合には分布巻きが可能であり、ステータの円周方向起磁力分布を比較的滑らかな正弦波形状につくることができるため、ブラシレスモータ、卷線界磁型同期電動機、誘導電動機などに広く使用されている。特に、リラクタンストルクを活用するシンクロナスリラクタンスモータおよびリラクタンストルク応用の各種モータあるいは誘導電動機等の場合、ステータによるより精密な回転磁界の生成が望まれることから、図 144に示す分布巻きのステータ構造が適している。 [0004] 特許文献 1 :特開平 6— 261513号公報 (第 3頁、図 1— 3)

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] ところで、図 141、図 142、図 144および特許文献 1に開示された従来のブラシレスモータは、モータ卷線をステータ磁極毎に卷回する必要があるため構造が複雑であり、モータ卷線をスロットの奥に配置する必要があるためモータ卷線の卷回に関して生産性が低下するという問題があった。また、このような構造から小型化、高効率化、低コストィ匕が難しいという問題があった。さらに、ステータの突極が電気角で 360度の範隨こ 3個し力ない構造であるため、ステータの発生する起磁力を正弦波状に生成して回転磁界を精密に生成することは難しく、シンクロナスリラクタンスモータやリラクタンストルク応用の各種モータあるいは誘導電動機などへの適用が難 U、と、う問題かあつた。

[0006] また、図 144に示す分布巻きが可能なステータ構造の場合にはステータの起磁力分布を滑らかな正弦波状に生成することができるが、スロットの開口部から卷線を揷入する必要があるため卷線の占積率が低くなるとともに、コイルエンドの軸方向長さが長くなるためモータの小型化が難しいという問題があった。また、卷線の生産性が低いという問題もあった。

[0007] 本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、卷線構造が単純で生産性を向上させることができ、小型化、高効率化、低コストィ匕が可能なモータ、及び、そのモータを制御する制御装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0008] 上述した課題を解決するために、本発明の第一のモータは、円周方向に N極と S極とが交互に配置されたロータ磁極群を有するロータと、相毎に複数個のステータ磁極が円周上あるいは近傍の円周上であって電気角でほぼ同一角度の回転位相の位置に配置された (N+ 1)個のステータ磁極群と、各相のステータ磁極群の間であって軸方向に沿って配置され、軸方向両端に同一相が配置された 2N個のループ状卷線とを備えている。

[0009] また、上述した (N+ 1)個のステータ磁極群のそれぞれは、電気角位置が順に変化するように配置されていることが望ましい。このような構成とすることにより、各ループ状卷線の電流が生成する起磁力により効果的にモータトルクを発生することができる。

[0010] また、電気角が互いにほぼ 180° 異なる 2つの相に対応するステータ磁極群が隣接するように、（N+ 1)個のステータ磁極群のそれぞれが配置されて!、ることが望ましい。このような構成とすることにより、ロータとステータとが対向するエアギャップ部のステータ磁極形状の面積を広ぐ大きくすることができ、ロータから卷線へ鎖交する磁束を大きくすることができ、発生トルクを増大させることができる。

[0011] また、電気角が互いにほぼ 180° 異なる 2つの相に対応するステータ磁極群を組としたときに、隣接する 2組のそれぞれに含まれて互ヽに隣接するステータ磁極群の電気角の位相差が最小となるように、（N+ 1)個のステータ磁極群のそれぞれが配置されていることが望ましい。このような構成とすることにより、それらの中間に通電すべき電流を小さくすることができ、銅損を低減することができる。

[0012] また、上述した (N+ 1)個のステータ磁極は、両端に位置する 2つのステータ磁極であってロータに対向する面のロータ軸方向幅の和がそれ以外のそれぞれのステータ磁極のロータに対向する面のロータ軸方向幅に等しくなるように設定されていることが望ましい。このような構成とすることにより、軸方向両端の同相のステータ磁極の電磁気的作用と他相の電磁気的作用が同等の作用となる。

[0013] また、本発明の第二のモータは、円周方向に N極と S極とが交互に配置されたロータ磁極群を有するロータと、相毎に複数個のステータ磁極が円周上あるいは近傍の円周上であって電気角でほぼ同一角度の回転位相の位置に配置された N個のステータ磁極群と、各相のステータ磁極群の両側であって軸方向に沿って配置され、軸方向両端に同一相が配置された 2N個のループ状卷線とを備えている。

[0014] また、ロータ軸方向に隣接する 2つのステータ磁極によって形成されるスロット内に配置された複数のループ状卷線を 1個のループ状卷線に統合することが望ましい。このような構成とすれば、ループ状卷線が簡略化され、かつ、複数の電流の算術的な和の電流が共通の卷線に通電され、卷線内の電流が均一化されるので銅損を低減することができる。特に、複数の卷線に正と負の電流が流れるタイミングにおいては両電流が相殺されるので通電電流を大幅に低減できる。

[0015] また、ロータ軸方向に沿った両端のそれぞれに配置された 2つのステータ磁極のさらに外側に配置されたループ状卷線を取り除くことが望ましい。卷線の排除によりモータを簡略ィ匕することができる。

[0016] また、上述したステータ磁極のロータに対向する面の面積力ロータの周方向に沿つて、正弦波状の面積分布あるいは正弦波に近似される面積分布となっていることが望ましい。これにより、トルクを増加し、トルクリップルを低減することができる。

[0017] また、上述したステータ磁極のロータに対向する面は、ロータ軸に沿って隣接するステータ磁極の間隔よりも、ロータ軸方向幅が大きいことが望ましい。このように、多くの磁束力ステータ磁極を通過する形状とすることにより、モータトルク定数を大きくすることがでさる。

[0018] また、任意の X相のステータ磁極群を通る磁束の総和を Φχ、この磁束 Φχの回転変ィ匕率を (1ΦχΖ(10、このステータ磁極とロータ磁極との間のエアギャップ部に作用する起磁力である卷線電流を Ιχ、卷線ターン数を WTx、これらの積 (1ΦχΖ(10 Χ Ιχ X WTxで算出される発生トルク成分を Τχとし、他の任意の Υ相のステータ磁極群を通る磁束の総和を 0>y、この磁束 0>yの回転変化率を dO>yZd Θ、このステータ磁極とロータ磁極との間のエアギャップ部に作用する起磁力である卷線電流を Iy、卷線タ一ン数を WTy、これらの積 dO>yZd 0 X ly X WTyで算出される発生トルク成分を Ty とするときに、ステータ磁極とロータ磁極との対向面積により決まる磁束 Φχ、 0>yと卷線電流 Ix、 Iyと卷線ターン数 WTx、 WTyの二つ以上が、 X相のステータ磁極と Y相のステータ磁極とでは異なる値であって、それぞれのステータ磁極に対応する発生トルク成分 Tx、 Tyは等しいことが望ましい。これにより、モータカバーや被駆動側機構等の都合で、ステータ磁極の形状を変形させる必要がある場合に、磁束 Φχと電流 Ix と卷線卷き回数 WTxとで得られる最終的電磁気作用を変えることなぐ個々のパラメータを変更することが可能になる。

[0019] また、上述した各相のステータ磁極は、ロータ軸方向に K個に分割されており、各相の K個のステータ磁極のそれぞれのロータ軸方向に沿った両側あるいは片側に、同一相の K個のループ状卷線が配置されていることが望ましい。これにより、円周方向の起磁力分布をより滑らかにし、より正弦波に近い分布にすることができ、モータの駆動をより滑らかにすることができる。

[0020] また、ロータ軸方向に隣接するステータ磁極によって形成されるスロットに、異なる位相の電流が通電される複数のループ状卷線が卷回されて合成電流が得られるとともに、スロットに卷回された複数のループ状卷線のそれぞれの卷回数は、それぞれに流れる電流ベクトルとそれぞれの卷回数との積の合計が合成電流のベクトルに一致するように設定されることが望ましい。このような構成とすることにより、各位相のステータ磁極群に対して、少な、相数の電流源で相数以上の数の電流位相を作り出し、より滑らかなモータ駆動を実現することができる。

[0021] また、上述したループ状卷線同士の結線を、電気角的に同一の位相のループ状卷線同士については直列接続し、電気角的にほぼ 180° 位相の異なるループ状卷線同士につ、ては反対方向に直列接続して行うことが望ま、。この構成とすることにより、より少ない電流源でモータ駆動を実現することができるので、モータの配線を簡略化でき、駆動装置も簡略ィ匕することができる。

[0022] また、上述したロータは、表面あるいは内部の一部に永久磁石が配置され、少なくとも表面の一部は軟磁性体で構成されていることが望ましい。これにより、リラクタンストルクも得られる各種形状のロータを実現することが容易となる。

[0023] また、上述したロータは、一つのロータ磁極から他のロータ磁極へ向かう方向へ細長ヽ空隙あるいは非磁性体あるヽは永久磁石を複数組配置することが望ま、。これにより、シンクロナスリラクタンスモータを実現することが容易となる。

[0024] また、上述したロータは、円周方向に磁気的に軟磁性体の突極で磁極が構成されていることが望ましい。これにより、リラクタンスモータを構成することが容易となる。

[0025] また、上述したロータは、誘導電流を通電可能な卷線を備えることが望ま、。これにより、誘導トルクを得ることができる。

[0026] また、上述したステータ磁極のロータに対向する面の面積力ロータの周方向に沿つて、正弦波状の面積分布あるいは正弦波に近似される面積分布となっており、 3相のステータ磁極が備わっている場合に、極対数 Pnとステータ磁極の数 Nssが、 Nss = 3 X Pnの関係を満たすことが望ましい。あるいは、上述したステータ磁極が内径側に配置され、ロータが外径側に配置された、いわゆるアウターロータ構造とすることが望ましい。

[0027] また、上述したステータ磁極とロータとが相対的に軸方向に沿って配置された、いわゆるアキシャルギャップ型モータ構造とすることが望ましい。

[0028] また、モータは、上述したモータを含む 2個以上のモータを複合ィ匕して組み合わせることによって構成されることが望まし、。本発明のモータを含む 2個以上のモータを複合ィ匕して構成することにより、モータ内部のスペースの効果的な活用が可能であり、モータ構成部材の共用なども可能である。 2個のモータを 1個のモータに複合ィ匕することにより、それらのモータを使用したシステムの所要スペースを低減できる。また、モータ内部の通電電流がアンバランスであって、モータのロータ軸方向に起磁力が発生される場合は、 2個のモータの発生する軸方向起磁力がキャンセルされるように配置し、結果として、複合化されたモータの軸方向起磁力をなくすことができる。

[0029] また、上述したロータは、ステータ磁極に対向する面の少なくとも一部は軟磁性体で構成され、表面あるいは内部にロータ軸方向あるいはラジアル方向に磁束を導く軟磁性体の導磁磁路を備えることが望ましい。これにより、ステータの各相のロータ軸方向に交差するステータ磁路を少なくすることができる。

[0030] また、上述したロータは、ステータ磁極に対向する面の少なくとも一部は軟磁性体で構成され、内部に磁束の回転方向自在性を制限する空隙部あるいは非磁性体部を備えることが望ましい。これにより、ロータ磁束の回転方向位置依存性を高めることができる。

[0031] また、規則的に配列されたステータ磁極の一部、あるいは、ロータ磁極の一部が除去されていることが望ましい。これにより、削除した部分をモータ強度の補強や、電流、電圧、磁束等のセンサの配置や、卷線取り出しロスペースとして使用することが可會になる。

[0032] また、相数が N、極対数が Pnで極数が 2 X Pnに設定されており、ステータ磁極の数力 Χ Ρηとなる構成力も一部のステータ磁極を削除することが望ましい。これにより、ステータ磁極間の漏れ磁束を低減することが可能になる。

[0033] 本発明第三のモータには、円周方向に N極と S極とが交互に配置されたロータ磁極群を有するロータと、相毎に複数個のステータ磁極が円周上あるいは近傍の円周上であって電気角でほぼ同一角度の回転位相の位置に配置された P個のステータ磁極群と、各相の前記ステータ磁極群の間であって軸方向に沿って配置された Q個のループ状卷線とを備え、前記 Q個のループ状卷線それぞれに個別の電流が通電できるようにモータの入力線が備えられている（ここで、 P= (N+ 1)で Q = 2N、 P=Nで Q = 2 (N—1)、 P= (N+ 1)で Q = N、または、 P = Nで Q= (N—l)であり、 Nは 3以上の正の整数とする）。

[0034] 本発明第四のモータは、円周方向に N極と S極とが交互に配置されたロータ磁極群を有するロータと、相毎に複数個のステータ磁極が円周上あるいは近傍の円周上であって電気角でほぼ同一角度の回転位相の位置に配置された P個のステータ磁極群と、各相の前記ステータ磁極群の間であって軸方向に沿って配置された Q個のル一プ状卷線とを備え、 Q個のループ状卷線の内、 2個以上のステータ磁極群を挟んで配置された 2卷線に同じ電流が逆方向に通電されている（ここで、 P= (N+ 1)で Q = 2N、または、 P=Nで Q = 2 (N— 1)であり、 Nは 3以上の正の整数とする）ことを特徴とする。

[0035] 本発明第五のモータは、円周方向に N極と S極とが交互に配置されたロータ磁極群を有するロータと、相毎に複数個のステータ磁極が円周上あるいは近傍の円周上であって電気角でほぼ同一角度の回転位相の位置に配置された P個のステータ磁極群と、各相の前記ステータ磁極群の間であって軸方向に沿って配置された Q個のル一プ状卷線とを備える（ここで、 P= (N+ 1)で Q=N、または、 P=Nで Q= (N—l) であり、 Nは 3以上の正の奇数とする）ことを特徴とする。

[0036] 本発明第六のモータは、円周方向に N極と S極とが交互に配置されたロータ磁極群を有するロータと、相毎に複数個のステータ磁極が円周上あるいは近傍の円周上であって電気角でほぼ同一角度の回転位相の位置に配置された (N+ 1)個のステータ磁極群と、各相の前記ステータ磁極群の間であって軸方向に沿って配置された N個のループ状卷線とを備え、前記 N個の卷線がスター結線されることを特徴とする。

[0037] 本発明第七のモータは、円周方向に N極と S極とが交互に配置されたロータ磁極群を有するロータと、相毎に複数個のステータ磁極が円周上あるいは近傍の円周上であって電気角でほぼ同一角度の回転位相の位置に配置された N個のステータ磁極群と、各相の前記ステータ磁極群の間であって軸方向に沿って配置された (N— 1) 個のループ状卷線とを備え、前記 (N— 1)個の卷線カスター結線され、前記スター結線の中心接続部もモータの入力として N個の入力線とすることを特徴とする。

[0038] 本発明第八のモータは、円周方向に N極と S極とが交互に配置されたロータ磁極群を有するロータと、相毎に複数個のステータ磁極が円周上あるいは近傍の円周上であって電気角でほぼ同一角度の回転位相の位置に配置された 4個のステータ磁極群とを備え、両端のステータ磁極群の内側にはそれぞれ卷回数 Nwのループ状卷線が配置され、中央の 2個のステータ磁極群の間には卷回数 NwZ2の 2個のループ状卷線が配置され、それら 4個の卷線がスター結線されて、ることを特徴とする。

[0039] 本発明第九のモータは、円周方向に N極と S極とが交互に配置されたロータ磁極群を有するロータと、相毎に複数個のステータ磁極が円周上あるいは近傍の円周上であって電気角でほぼ同一角度の回転位相の位置に配置された 4個のステータ磁極群とを備え、両端のステータ磁極群の内側にはそれぞれ卷回数 Nwのループ状卷線が配置され、中央の 2個のステータ磁極群の間には卷回数 NwZ2のループ状卷線が配置され、それら 3個の卷線がスター結線されて、ることを特徴とする。

[0040] 本発明第十のモータは、円周方向に N極と S極とが交互に配置されたロータ磁極群を有するロータと、相毎に複数個のステータ磁極が円周上あるいは近傍の円周上であって電気角でほぼ同一角度の回転位相の位置に配置された (N+ 1)個のステータ磁極群とを備え、これらのステータ磁極群の内、電気角が互いにほぼ 180° 異なる 2 つの相に対応する前記ステータ磁極群が隣接するように配置され、各相の前記ステータ磁極群の間には N個のループ状卷線が配置されていることを特徴とする。

[0041] 本発明第十一のモータは、円周方向に N極と S極とが交互に配置されたロータ磁極群を有するロータと、相毎に複数個のステータ磁極が円周上あるいは近傍の円周上であって電気角でほぼ同一角度の回転位相の位置に配置された N個のステータ磁極群とを備え、前記の N個のステータ磁極群の配置順が電気角的位相の順で一つおきの順となって、て、各相の前記ステータ磁極群の間は各ループ状卷線が配置されていることを特徴とする。 [0042] 本発明第十二のモータは、 6個のステータ磁極群を持つモータであって、電気角的に第 1、 3、 5相のステータ磁極群の第 1の構成部と、電気角的に第 2、 4、 6相のステータ磁極群の第 2の構成部とがロータ軸方向に配置され、前記第 1、 3、 5相のステータ磁極群の間にループ状卷線が配置され、前記第 2、 4、 6相のステータ磁極群の間にループ状卷線が配置され、各ステータ磁極群が対向する各ロータ磁極が配置され、前記の第 1の構成部と第 2の構成部との間、あるいは、これらのステータ磁極群に対向する 2対のロータ磁極群の間の少なくとも片方が空間あるいは非磁性体により磁気的に分離されていることを特徴とする。

[0043] 本発明第十三のモータは、円周方向に N極と S極とが交互に配置されたロータ磁極群を有するロータと、相毎に複数個のステータ磁極が円周上あるいは近傍の円周上であって電気角でほぼ同一角度の回転位相の位置に配置された N個のステータ磁極群とを備え、前記の N個のステータ磁極群の配置順が電気角的位相の順で二つおきの順となっていて、各相の前記ステータ磁極群の間には各ループ状卷線が配置されていることを特徴とする。

[0044] 本発明は、前述した目的を達成するため、その他にも様々な構成のモータ及びその制御装置を提供しており、それらは以下に説明する実施例及び添付図面より明らかになる。

発明の効果

[0045] 本発明によれば、卷線構造が単純で生産性を向上させることができ、小型化、高効率化、低コストィ匕が可能なモータ、及び、そのモータを制御する制御装置を提供することができるという効果が得られる。

[0046] 本発明の第一のモータにおいては、上記のような構成とすることにより、ステータの円周方向起磁力分布を比較的滑らかな正弦波状に作ることができるので、振動や騒音の小さな高品質なモータを実現できる。また、ループ状卷線であるため、モータの卷線が簡素で製作性に優れたモータとすることができる。

[0047] 本発明の第二のモータは、両端のステータ磁極群の片端のステータ磁極群を他端のステータ磁極群に隣接した位置に移動する構成であり、同相の両端のステータ磁極群を片側に集めることによってモータ構成を簡略ィ匕することができる。図面の簡単な説明

[図 1]ループ状の卷線を有する 3相のモータの概略的な構成を示す縦断面図である

[図 2]図 1に示したロータの表面形状を円周方向に直線展開した図である。

[図 3]図 1に示したステータの概略的な構成を示す横断面図である。

[図 4]図 1に示したステータの内周面形状を円周方向に直線展開した図である。

[図 5]図 1に示したステータの卷線の一つを示す正面図と側面図である。

[図 6]図 1に示した各ループ状卷線を円周方向に直線展開した図である。

[図 7]図 6に示した卷線を 2本ずつ統合した図である。

[図 8]図 1に示したステータ磁極と卷線の関係を示す図である。

[図 9]図 1に示したモータの電流と電圧とトルクの関係を各ベクトルで示すベクトル図である。

[図 10]図 1に示したモータのステータ磁極の内周面形状の変形例を示す図である。

[図 11]図 1に示したモータのステータ磁極の内周面形状の変形例を示す図である。

[図 12]図 1に示したモータのステータ磁極の内周面形状の変形例を示す図である。

[図 13]図 1に示したモータのステータ磁極の内周面形状の変形例を示す図である。

[図 14]永久磁石を内蔵する各種ロータの横断面図である。

[図 15]永久磁石を内蔵する各種ロータの横断面図である。

[図 16]永久磁石を内蔵する各種ロータの横断面図である。

[図 17]永久磁石を内蔵する各種ロータの横断面図である。

[図 18]突極型の磁極を備えるリラクタンスモータのロータ例を示す横断面図である。圆 19]誘導電動機のロータの概略的な構成を示す横断面図である。

[図 20]2相、 3相、 4相、 5相、 6相、 7相の各ベクトルを示す図である。

[図 21]6相のステータ磁極と 6相の卷線を備えた一実施例のモータを示す図である。

[図 22]図 21に示すステータの内周面形状を円周方向に直線展開した図に各ループ状卷線の配置を付記し、下部にロータ外周表面形状を円周方向に直線展開した図を付記した図である。

[図 23]図 21に示すモータの各部の横断面図である。 [図 24]3相 2極のシンクロナスリラクタンスモータを示す横断面図である。

[図 25]シンクロナスリラクタンスモータを dq軸座標で示した電流と磁束のベクトル図である。

[図 26]6相のループ状卷線を持ち、軸方向に無限に長いモータモデルのステータの縦断面図である。

[図 27]ステータの内周面形状を円周方向に直線展開した図に各ループ状卷線の配置を付記した例を示す図である。

[図 28]ステータの内周面形状を円周方向に直線展開した図に各ループ状卷線の配置を付記した例を示す図である。

[図 29]図 28に示すステータの一部を示す縦断面図である。

[図 30]図 27、図 28に示す卷線の各電流を表すベクトル図である。

[図 31]図 21に示すモータのステータコアと卷線を拡大した図である。

[図 32]ベクトルの合成を示す図である。

[図 33]合成されたベクトルで構成される 6相のベクトルを示す図である。

[図 34]ステータの内周面形状を円周方向に直線展開した図に各ループ状卷線の配置を付記した例を示す図である。

[図 35]ステータの内周面形状を円周方向に直線展開した図に各ループ状卷線の配置を付記した例を示す図である。

[図 36]各ステータ磁極を通る磁束の回転変化率の例を示す図である。

[図 37]ステータの内周面形状を円周方向に直線展開した図に各ループ状卷線の配置を付記した例を示す図である。

[図 38]ステータ磁極形状の例を示す縦断面図である。

[図 39]ステータ磁極の内径側形状の各種例を示す図である。

圆 40]ステータ磁極形状およびロータ磁極形状の例を示す横断面図である。

[図 41]ステータの内周面形状を円周方向に直線展開した図に各ループ状卷線の配置を付記した例を示す図である。

[図 42]ステータの内周面形状を円周方向に直線展開した図に各ループ状卷線の配置を付記した例を示す図である。 [図 43]ステータの内周面形状を円周方向に直線展開した図に各ループ状卷線の配置を付記した例を示す図である。

[図 44]図 43に示す卷線の電流を表すベクトル図である。

[図 45]図 43に示す卷線の各電流を表すベクトル図である。

[図 46]図 1に示すモータの各卷線の電流、電圧、卷線の結線関係を示す図である。

[図 47]図 46に示す卷線の電流と電圧の関係をベクトルで示す図である。

[図 48]図 46に示す卷線と電流と電圧を示す図である。

[図 49]図 1に示すモータの卷線を図 7に示す卷線に変更したモータの電流、電圧、卷線の結線関係の例を示す図である。

[図 50]図 1に示すモータの卷線を図 7に示す卷線に変更したモータの電流、電圧、卷線の結線関係の例を示す図である。

[図 51]図 50に示す卷線の電流と電圧の関係をベクトルで示す図である。

[図 52]図 50に示す卷線と電流と電圧を示す図である。

[図 53]図 50に示す卷線と 3相インバータとの接続関係を示す図である。

[図 54]図 21に示す卷線の接続と 3相インバータへの接続関係を示す図である。

[図 55]図 35に示す卷線の接続と 3相インバータへの接続関係を示す図である。

[図 56]図 28に示す卷線の接続と 3相インバータへの接続関係を示す図である。

[図 57]図 17に示すロータに誘導卷線を付加した図である。

[図 58]ステータ側の 1次卷線とロータ側の 2次卷線の両方がループ状の卷線で構成される誘導電動機の構成を示す縦断面図である。

[図 59]ロータが外径側に配置されたアウターロータ型のモータの縦断面図である。

[図 60]ステータとロータとが相対的にロータ軸方向へ配置されたアキシャルギャップ型のモータを示す縦断面図である。

圆 61]図 60に示すステータ磁極形状と各ループ状卷線の配置を付記した横断面図である。

[図 62]図 60に示すロータを示す横断面図である。

[図 63]2個のモータを組み合わせた本発明モータの縦断面図である。

[図 64]図 63に示すステータの内周面形状を円周方向に直線展開した図に各ループ状卷線の配置を付記した例を示す図である。

[図 65]ロータ内部に軸方向磁路を持つロータの横断面図である。

圆 66]積層した電磁鋼板の形状例を示す図である。

圆 67]ロータ磁極の軟磁性体部に磁束の回転方向自在性を制限する空隙部を持つロータの例を示す図である。

[図 68]ステータ磁極間の距離を大きくしてステータ磁極間の漏れ磁束を低減したステ一タの例を示す図である。

[図 69]ステータ磁極間の距離を大きくしてステータ磁極間の漏れ磁束を低減したステ一タの例を示す図である。

[図 70]ステータ磁極間の距離を大きくしてステータ磁極間の漏れ磁束を低減したステ一タの例を示す図である。

[図 71]ループ状の卷線を有する 3相のモータの概略的な構成を示す図である。

[図 72]図 71の電流、電圧のベクトルを示す図である。

[図 73]ループ状の卷線を有する 3相のモータの概略的な構成を示す図である。

[図 74]図 73の電流、電圧のベクトルを示す図である。

[図 75]図 73に示したモータのステータ磁極の横断面形状を示す図である。

[図 76]図 73に示したモータの卷線の形状と渦電流を示す図である。

[図 77]ループ状の卷線を有する 5相のモータの概略的な構成を示す図である。

[図 78]図 77の電流のベクトルを示す図である。

[図 79]図 77の電流のベクトルを示す図である。

[図 80]ループ状の卷線を有する 5相のモータの概略的な構成を示す図である。

[図 81]図 80のモータの電流のベクトルを示す図である。

[図 82]図 80のモータの卷線をスター結線とした卷線結線図である。

[図 83]ループ状の卷線を有する 5相のモータの概略的な構成を示す図である。

[図 84]図 83のモータの電流のベクトルを示す図である。

[図 85]図 83のモータの卷線をスター結線とした卷線結線図である。

[図 86]ループ状の卷線を有する 5相のモータの概略的な構成を示す図である。

[図 87]図 83のモータの電流波形を示す図である。 [図 88]図 83のモータの卷線の電圧波形を示す図である。

[図 89]図 83のモータの卷線をスター結線とした場合の各端子の電圧波形を示す図である。

[図 90]ループ状の卷線を有する 5相のモータの概略的な構成を示す図である。

[図 91]図 90のモータの電流のベクトルを示す図である。

[図 92]図 90のモータの電流のベクトルを示す図である。

[図 93]図 90のモータの卷線をスター結線、デルタ結線とした卷線結線図である。

[図 94]図 93のモータの電流波形を示す図である。

[図 95]図 93のモータの卷線の電圧波形を示す図である。

[図 96]図 93のモータの卷線をスター結線とした場合の各端子の電圧波形を示す図である。

[図 97]ループ状の卷線を有する 5相のモータの概略的な構成を示す図である。

[図 98]図 97に示したモータのステータ磁極の横断面形状を示す図である。

[図 99]ループ状の卷線を有する 4相のモータの概略的な構成を示す図である。

[図 100]図 99の電流のベクトルを示す図である。

[図 101]図 99のモータの卷線をスター結線とした卷線結線図である。

[図 102]ループ状の卷線を有する 4相のモータの概略的な構成を示す図である。

[図 103]図 102のモータの卷線をスター結線とした卷線結線図である。

[図 104]ループ状の卷線を有する 4相のモータの概略的な構成を示す図である。

[図 105]図 104のモータの卷線をスター結線とした卷線結線図である。

[図 106]ループ状の卷線を有する 4相のモータの概略的な構成を示す図である。

[図 107]図 106のモータの電流のベクトルを示す図である。

[図 108]ループ状の卷線を有する 4相のモータの概略的な構成を示す図である。

[図 109]図 108に示したモータのステータ磁極の横断面形状を示す図である。

[図 110]図 108のモータの電流のベクトルを示す図である。

[図 111]図 108のモータの卷線をスター結線とし、 3相卷線ィ匕した卷線結線図である。

[図 112]図 108のモータの電流のベクトルを示す図である。

[図 113]図 108のモータの卷線をスター結線とし、 3相卷線ィ匕した卷線結線図である。 [図 114]図 35の 6相のモータの電流のベクトルを示す図である。

[図 115]図 35のモータの卷線をスター結線とした卷線結線図である。

[図 116]図 35のモータの電流波形を示す図である。

[図 117]図 35のモータの卷線の電圧波形を示す図である。

[図 118]図 35のモータの卷線をスター結線とした場合の各端子の電圧波形を示す図である。

[図 119]位相を相対的に 30° 位相を替えた 2組の 3相のベクトル図である。

[図 120]図 119のモータの卷線をスター結線とした卷線結線図である。

[図 121]ループ状の卷線を有する 4相のモータの概略的な構成を示す図である。

[図 122]ループ状の卷線を有する 4相のモータの概略的な構成を示す図である。

[図 123]ループ状の卷線を有する 6相のモータの概略的な構成を示す図である。

[図 124]ループ状の卷線を有する 6相のモータの概略的な構成を示す図である。

[図 125]ループ状の卷線を有する 6相のモータの概略的な構成を示す図である。

[図 126]図 125の 6相のモータの電流のベクトルを示す図である。

[図 127]図 125の 6相のモータの電流のベクトルを示す図である。

[図 128]ループ状の卷線を有する 4相のモータの概略的な構成を示す図である。

[図 129]図 128の 6相のモータの電流のベクトルを示す図である。

[図 130]ループ状の卷線を有する 4相のモータの概略的な構成を示す図である。

[図 131]4極のリラクタンスモータのロータの概略的な構成を示す図である。

[図 132]図 131のロータに使用される電磁鋼板の形状を示す図である。

[図 133]図 131のロータに永久磁石を配置した構成を示す図である。

[図 134]ステータ磁極を円周方向にシフトした構成を示す図である。

[図 135]径方向に凹凸のあるステータ磁極形状、ロータ磁極形状を示す図である。

[図 136]ステータの卷線のパイプ状の卷線を使用する例である。

圆 137]モータの各卷線を個別に駆動する制御装置の構成例を示す図である。

[図 138]5相のモータの卷線構成とその制御装置を示す図である。

[図 139]5相のモータの卷線構成とその制御装置を示す図である。

[図 140]5相のモータの卷線構成とその制御装置を示す図である。 [図 141]従来のブラシレスモータの概略的な構成を示す縦断面図である。

[図 142]従来のブラシレスモータのステータ磁極と卷線の関係を示すステータの展開図である。

[図 143]図 141の A1— A1線断面図である。

[図 144]従来のシンクロナスリラクタンスモータの横断面図である。

発明を実施するための最良の形態

[0049] 以下、本発明を適用した一実施例のモータについて、図面を参照しながら詳細に説明する。

[0050] 最初に、本発明に係るモータの、従来公知の基本的な構成を説明し、その上で、本発明に特有の特徴を提供する構成を説明することとする。

[0051] 図 1は、本実施例に係るモータとしてのブラシレスモータの基本的な構成を示す断面図である。図 1に示すブラシレスモータ 150は、 3相交流で動作する 8極モータであり、ロータ軸 111、永久磁石 112、ステータ 114を含んで構成されている。

[0052] ロータ 110は、表面に配置された複数の永久磁石 112を備えている。これらの永久磁石 112は、ロータ 110表面に沿って円周方向に N極と S極とが交互に配置されている。図 2は、ロータ 110の円周方向展開図である。横軸は機械角を示しており、機械角で 360° の位置は電気角で 1440° となる。

[0053] ステータ 114は、それぞれ 4個の U相ステータ磁極 119、 V相ステータ磁極 120、 W ネ目ステータ磁極 121を備えて!/ヽる。各ステータ磁極 119、 120、 121ίま、ロータ 110【こ対して突極状の形状を有している。図 4は、ロータ 110側力見たステータ 114の内周側形状の展開図である。 4個の U相ステータ磁極 119は同一円周上に等間隔に配置されている。同様に、 4個の V相ステータ磁極 120は同一円周上に等間隔に配置されている。 4個の W相ステータ磁極 121は同一円周上に等間隔に配置されている。 4個の U相ステータ磁極 119を U相ステータ磁極群、 4個の V相ステータ磁極 120を V相ステータ磁極群、 4個の W相ステータ磁極 121を W相ステータ磁極群と称する。また、これらの各ステータ磁極群の中で、軸方向に沿って端部に配置された U相ステータ磁極群と W相ステータ磁極群を端部ステータ磁極群、それ以外の V相ステータ磁極群を中間ステータ磁極群と称する。 [0054] また、 U相ステータ磁極 119、 V相ステータ磁極 120、 W相ステータ磁極 121のそれぞれは、互いに軸方向位置と周方向位置がずらして配置されている。具体的には、各ステータ磁極群は、相対的に機械角で 30° 、電気角で 120° の位相差となるように互いに円周方向にずらして配置されている。図 4に示す破線は、対向するロータ 1 10の各永久磁石 112を示して!/、る。同極のロータ磁極（N極に永久磁石 112同士あるいは S極の永久磁石 112同士）のピッチは電気角で 360° であり、同相のステータ磁極のピッチも電気角で 360° である。

[0055] ステータ 114の U相ステータ磁極 119、 V相ステータ磁極 120、 W相ステータ磁極 1 21のそれぞれの間には、 U相卷線 115、 V相卷線 116、 117、 W相卷線 118が配置されている。図 6は、各相の卷線の円周方向展開図を示す図である。 U相卷線 115 は、 U相ステータ磁極 119と V相ステータ磁極 120との間に設けられており、周方向に沿ったループ形状を成して、る。ロータ軸 111側から見て時計回り方向の電流を正とすると (他の相の相卷線についても同様とする）、 U相卷線 115に流れる電流 Iu は負（一 Iu)となる。同様に、 V相卷線 116は、 U相ステータ磁極 119と V相ステータ磁極 120との間に設けられており、周方向に沿ってループ形状を成している。 V相卷線 116に流れる電流 Ivは正（+Iv)となる。 V相卷線 117は、 V相ステータ磁極 120と W相ステータ磁極 121との間に設けられており、周方向に沿ったループ形状を成している。 V相卷線 117に流れる電流 Ivは負（― Iv)となる。 W相卷線 118は、 V相ステータ磁極 120と W相ステータ磁極 121との間に設けられており、周方向に沿ったループ形状を成している。 W相卷線 118に流れる電流^は正（+^)となる。これら 3種類の電流 Iu、 Iv、 Iwは、 3相交流電流であり、互いに位相が 120° ずつ、ずれている。

[0056] 次に、ステータ 114の各相ステータ磁極形状と各相卷線形状の詳細について説明する。図 3は、図 1のステータ 114の断面箇所を示す図であり、図 3 (A)には A— A線断面図が、図 3 (B)には B— B線断面図力図 3 (C)には C C線断面図がそれぞれ示されている。これらの図に示すように、 U相ステータ磁極 119、 V相ステータ磁極 12 0、 W相ステータ磁極 121のそれぞれは、ロータ 110に対して突極形状を成しており、それぞれが相対的に機械角で 30° 、電気角で 120° の位相差を有するような位置関係となるように配置されている。 [0057] 図 5は、 U相卷線 115の概略的な形状を示す図であり、図 5 (A)には正面図が、図 5 (B)には側面図がそれぞれ示されている。 U相卷線 115は、巻き始め端子 Uと巻き終わり端子 Nを有している。なお、同様に、 V相卷線 116、 117は巻き始め端子 Vと卷き終わり端子 Nを有し、 W相卷線 118は巻き始め端子 Wと巻き終わり端子 Nを有している。各相卷線を 3相 Y結線する場合は、各相卷線 115、 116、 117、 118の巻き終わり端子 Nが接続される。各相卷線 115、 116、 117、 118に流れる電流 Iu、 Iv、 Iwは、各ネ目ステータ磁極 119、 120、 121とロータ 110の永久磁石 112との間でトノレクを発生する電流位相に制御される。また、 Iu+Iv+Iw=0となるように制御される。

[0058] 次に、各相電流 Iu、 Iv、 Iwとこれらの各相電流により各相ステータ磁極 119、 120、 121に付与される起磁力との関係について説明する。図 8は、エアギャップ面側（口ータ 110側）から見た各相ステータ磁極 119、 120、 121の展開図（図 4)に等価的な各相電流卷線を書き加えた図である。

[0059] U相卷線は、 4個の U相ステータ磁極 119に同一方向で直列に卷回されている。したがって、各 U相ステータ磁極 119は同一方向に起磁力が付与されている。例えば、図 8の左から 2番目の U相ステータ磁極 119に卷回されている U相卷線は、導線（3 )、（4)、（5)、（6)によって形成されており、 U相ステータ磁極 119の回りにこの順番でこれらの導線が複数回卷回されている。なお、導線（2)、（7)は隣接する U相ステータ磁極 119間の渡り線であり、電磁気的作用はな!/、。

[0060] このような U相卷線に流れる電流 Iuの各部分について詳細に見ると、導線（1)と（3 )の電流の大きさは同一で逆方向に流れており、起磁力アンペアターンは相殺されて V、るため、これらの導線は等価的に電流が流れてヽな、ときと同じ状態にあると!/ヽぇる。同様に、導線（5)と（8)の部分の電流についても起磁力アンペアターンは相殺されており、これらの導線は等価的に電流が流れて!/、な、ときと同じ状態にあると!/、える。このように、 U相ステータ磁極 119間に配置される導線に流れる電流は常に相殺されるため、電流を流す必要がなぐその部分の導線は排除することが可能である。その結果、導線（10)、（6)に対応するようにステータ 114の円周上にループ状に流れる U相電流 Iuと、導線 (4)、（9)に対応するようにステータ 114の円周上にループ状に流れる U相電流一 Iuとが同時に流れている状態と同じと考えることができる。 [0061] し力も、上述した導線（10)、 (6)に対応するようにステータ 114の円周上にループ状に流れる U相電流 Iuは、ステータコアの外部でループ状に流れる電流であり、ステータコアの外部は空気等であって磁気抵抗が大きいことから、ブラシレスモータ 150 への電磁気的作用はほとんどない。このため、省略しても影響はなぐステータコアの外部に位置するループ状の卷線を排除することができる（なお、上述した例ではこのループ状の卷線を省略している力省略せずに残すようにしてもよい)。結局、図 1に示す U相卷線の作用は、図 1、図 6に示すループ状の U相卷線 115と等価であるということができる。

[0062] また、図 8に示した V相卷線は、 U相卷線と同様に、 4個の V相ステータ磁極 120を周回するように直列に卷回されている。この中で、導線（11)と（13)に流れる電流は大きさが同じで方向が逆であり、起磁力アンペアターンが相殺されるため、この部分は等価的に電流が流れていないときと同じ状態にあるといえる。同様に、導線（15)、 (18)の電流についても起磁力アンペアターンは相殺されている。その結果、導線（2 0)、 (16)に対応するようにステータ 114の円周上に沿ってループ状に流れる V相電流 Ivと、導線（14)、（19)に対応するようにステータ 114の円周上にループ状に流れる V相電流 Ivとが同時に流れている状態と同じと考えることができる。結局、図 1に示す V相卷線の作用は、図 1、図 6に示すループ状の V相卷線 116、 117と等価であるとヽうことができる。

[0063] また、図 8に示した W相卷線は、 U相卷線と同様に、 4個の W相ステータ磁極 121を周回するように直列に卷回されている。この中で、導線（21)と（23)に流れる電流は大きさが同じで方向が逆であり、起磁力アンペアターンは相殺されるため、この部分は等価的に電流が流れていないときと同じ状態にあるといえる。同様に、導線（25)、 (28)の電流についても起磁力アンペアターンは相殺されている。その結果、導線（3 0)、 (26)に対応するようにステータ 114の円周上にループ状に流れる W相電流 Iwと、導線（24)、（29)に対応するようにステータ 114の円周上にループ状に流れる W相電流一 Iwとが同時に流れている状態と同じと考えることができる。

[0064] し力も、上述した導線卷線（24)、 (29)に対応するようにステータ 114の円周上にループ状に流れる W相電流 Iwは、ステータコアの外部でループ状に流れる電流であり、ステータコアの外部は空気等であり磁気抵抗が大きいことから、ブラシレスモータ 150への電磁気的作用はほとんどない。このため、省略しても影響はなぐステータコアの外部に位置するループ状の卷線を排除することができる。結局、図 8に示す W 相卷線の作用は、図 1、図 6に示すループ状の W相卷線 118と等価であるということができる。

[0065] 以上説明したように、ステータ 114の各相ステータ磁極 119、 120、 121に電磁気的作用を付与する卷線及び電流はループ状の簡素な卷線で代替えすることができ、かつ、ステータ 114の軸方向両端のループ状の卷線を排除することができる。その結果、ブラシレスモータ 150に使われる銅の量を大幅に低減することができるので、高効率化、高トルク化が可能となる。また、同相の円周方向のステータ磁極間に卷線（導線)を配置する必要がないため、従来構造以上の多極化が可能となり、特に卷線構造が簡素であることから、モータの生産性を向上させることができ、低コストィ匕が可能となる。

[0066] なお、磁気的には、 U、 V、 W相のステータ磁極を通る磁束、 φ ν、がバックョーク部で合流し、 3相交流磁束の総和が零となる ( ) U + ν+ φ =0の関係となっている。また、図 71、図 72、図 73に示した従来構造は、図 8に示した各相突極 119、 1 20、 121を 2個ずつ合計 6個を同一円周上に並べた構造であり、個々の突極の電磁気的作用、トルク発生はブラシレスモータ 150と同じである。但し、図 71、図 72に示すような従来のブラシレスモータは、その構造上、図 1から図 7に示すブラシレスモータ 150のように卷線の一部を排除したり、卷線の簡素化を行うことはできない。

[0067] ブラシレスモータ 150はこのような構成を有しており、次にその動作を説明する。図 9は、ブラシレスモータ 150の電流、電圧、出力トルクのベクトル図である。 X軸が実軸に、 Y軸が虚軸にそれぞれ対応している。また、 X軸に対する反時計回り方向の角度をベクトルの位相角とする。

[0068] ステータ 114の各相ステータ磁極 119、 120、 121に存在する磁束 φ u、 ν , ψ の回転角度変化率を単位電圧と称し、 Eu =d φ u Zd Θ、 Ev =d φ V Zd Θ、 Ew = d (i) w /d 0とする。各ネ目ステータ磁極 119、 120、 121のロータ 110 (永久磁石 11 2)に対する相対位置は、図 4に示したように、電気角で 120° ずつシフトしているので、各相卷線 115〜118の 1ターンに誘起される単位電圧 Eu、 Ev、 Ewは、図 9に示すような 3相交流電圧となる。

[0069] 今、ロータが一定回転 d Θ Zdt=Slで回転し、各相卷線 115〜118の巻き回数を Wu、 Wv、 Wwとし、これらの値が Wcに等しいとすると、卷線 115〜118の各誘起電圧 Vu、 Vv、 Vwは次のように表される。なお、各ステータ磁極の漏れ磁束成分を無視すると、 U相卷線の磁束鎖交数は Wu X φ u、 V相卷線の磁束鎖交数は Wv X φν、 W相卷線の磁束鎖交数は WwX ()wである。

= -WuXd u/d0 X d θ /dt

= -WuXEuXSl

同様に、

Vv = WvXEvXSl ---(2)

Vw = WwXEwXSl ---(3)

[0070] ここで、具体的な卷線と電圧の関係は次のようになる。 U相の単位電圧 Euは、図 1 および図 6に示される U相卷線 115の逆向きの 1ターンに発生する電圧である。 U相電圧 Vuは、 U相卷線 115の逆向きに発生する電圧である。 V相の単位電圧 Evは、 V 相卷線 116の 1ターンと V相卷線 117の逆向きの 1ターンとを直列に接続したときに両端

に発生する電圧である。 V相電圧 Vvは、 V相卷線 116と逆向きの V相卷線 117とを直列に接続したときの両端の電圧である。 W相の単位電圧 Ewは、図 1および図 6に示される W相卷線 118の 1ターンに発生する電圧である。 W相電圧 Vwは、 W相卷線 11 8の逆向きに発生する電圧である。

[0071] ブラシレスモータ 150のトルクを効率良く発生させようとすると、各相電流 Iu、 Iv、 Iw は、各相卷線の単位電圧 Eu、 Ev、 Ewと同一位相に通電する必要がある。図 9では、 I u、 Iv、 Iwと Eu、 Ev、 Ewとがそれぞれ同一位相であるものとし、ベクトル図の簡素化のため、同相の電圧ベクトル、電流ベクトルを同一のベクトル矢で表現している。

ブラシレスモータ 150の出力パワー Pa、各相のパワー Pu、 Pv、 Pwは、

Pu = VuX (-Iu)= WuXEuXSl XIu "-(4) Pv = VvXIv = WvXEvXSlXIv "-(5)

Pw = VwXIw = WwXEwXSlXIw "-(6)

Pa = Pu + Pv+Pw = VuXIu+VvXIv+VwXIw ---(7)

となる。また、ブラシレスモータ 150の出力トルク Ta、各相のトルク Tu、 Tv、 Twは、

Tu = Pu/Sl = WuXEuXIu ·'·(8)

Tv = Pv/Sl = WvXEvXIv ·'·(9)

Tw = Pw/Sl = WwXEwXIw "-(10)

Ta = Tu+Tv+Tw

= WuXEuX Iu+Wv XEvX Iv+Ww XEwXIw

= WcX (EuXIu + EvXIv+EwXIw) …（11)となる。なお、本実施例のブラシレスモータ 150の電圧、電流、トルクに関するベクトル図は、図 71、図 7 2、図 73に示した従来のブラシレスモータのベクトル図と同じである。

[0072] 次に、図 1および図 6に示した各相卷線と電流について、より高効率化する変形手法について説明する。 U相卷線 115と V相卷線 116は、 U相ステータ磁極 119と V相ステータ磁極 120の間に隣接して配置されたループ状の卷線であり、これらを単一の卷線にまとめることができる。同様に、 V相卷線 117と W相卷線 118は、 V相ステータ磁極 120と W相ステータ磁極 121の間に隣接して配置されたループ状の卷線であり、これらを単一の卷線にまとめることができる。

[0073] 図 7は、 2つの卷線を単一の卷線にまとめた変形例を示す図である。図 7と図 6とを比較すると明らかなように、 U相卷線 115と V相卷線 116が単一の M相卷線 138に置き換えられ、 V相卷線 117と W相卷線 118が単一の N相卷線 139に置き換えられている。また、 U相卷線 115の電流（一 Iu)と V相卷線 116の電流（Iv)とを加算した M相電流 Im (=— Iu+Iv)を M相卷線 138に流すことにより、 M相卷線 138によって発生する磁束の状態と U相卷線 115と V相卷線 116のそれぞれによって発生する磁束を合成した状態とが同じになり、電磁気的に等価になる。同様に、 V相卷線 117の電流 (-Iv)と W相卷線 118の電流（Iw)とをカ卩算した N相電流 In(=—Iv+Iw)を N相卷線 139に流すことにより、 N相卷線 139によって発生する磁束の状態と V相卷線 117と W相卷線 118のそれぞれによって発生する磁束を合成した状態とが同じになり、電磁気的に等価になる。

[0074] 図 9にはこれらの状態も示されている。図 9に示された M相卷線 138の単位電圧 Em 、 N相卷線 39の単位電圧 Enは以下のようになる。

Em = — Eu = — d uZ d θ

En = Ew =d wZ d Θ

また、各卷線の電圧 V、パワー P、トルク Tのベクトル算式は以下のようになる。

Vm = WcXEmXSl ·'·(12)

Vn = WcXEnXSl ·'·(13)

Pm = VmXIm = WcX (-Eu) XS1X (— Iu+Iv)

= WcXEuXSIX (-Iu + Iv) "-(14) Pn = Vn XIn = WcXEwX SI X (-Iv+Iw) ---(15)

Pb = Pm + Pn = VuX (-Iu + Iv) +VwX (-Iv+Iw) "-(16) Tm = Pm/Sl = WcX (— Eu ) X (-Iu + Iv) ·'·(17)

Tn = Pn /SI = WcXEwX (-Iv+Iw) "-(18)

Tb = Tm+Tn = WcX ( (— EuXIm) +EwXIn) ---(19) = WcX (— EuX (-Iu + Iv) +Ew X (-Iv+Iw))

= WcXEuXIu+WcXIvX (— Eu— Ew) +WcXEwXIw

= WcX (EuXIu + EvXIv+EwXIw) "-(20) ·.· Eu + Ev+Ew=0 ·'·(21)

[0075] ここで、（11)式で示されたトルク式は 3相で表現され、（19)式で示されたトルク式は 2相で表現されている。これらのトルク式の表現方法は異なる力（19)式を展開すると（20)式となり、これら両式は数学的に等価であることがわかる。特に、電圧 Vu、 Vv 、 Vwおよび電流 Iu、 Iv、 Iwが平衡 3相交流の場合は（11)式で示されるトルク Taの値は一定となる。このとき、（19)式で示されるトルク Tbは、図 9に示すように、 Tmと Tnとの位相差である Kmn=90° となる正弦波の 2乗関数の和として得られ、一定値となるまた、（19)式は 2相交流モータの表現形態であり、（11)式と（21)式は 3相交流モータの表現形態であるが、これらの値は同じである。しかし、（19)式において、（一Iu +Iv)の電流 Imを M相卷線 138へ通電する場合と—Iuと Ivの電流をそれぞれ U相卷線 115と V相卷線 116へ通電するのとでは、電磁気的には同じでも、銅損は異なる。図 9のベクトル図に示すように、電流 Imの実軸成分は Imに cos30° を乗じた値に減少するため、 M相卷線 138に電流 Imを通電する方が銅損が 75%になり、 25%の銅損が低減されるとヽぅ効果がある。

[0077] 次に、図 1に示すモータのステータ 114の形状に関し、そのギャップ面磁極形状の変形例について説明する。ステータ 114の磁極形状は、トルク特性に大きく影響し、かつ、コギングトルクリップル、通電電流により誘起されるトルクリップルに密接に関係する。以下では、各ステータ磁極群に存在する磁束の回転角度変化率である単位電圧の形状および振幅がほぼ同一で相互に電気角で 120° の位相差を維持するように、各ステータ磁極群のそれぞれに対応するステータ磁極の形状を変形する具体例について説明する。

[0078] 図 10は、ステータ磁極の変形例を示す円周方向展開図である。図 4に示した各相のステータ磁極 122、 123、 124は、ロータ軸 111と平行に配置された基本形状を有している。各ステータ磁極は、各相について同一形状であって、相対的に電気角で 1 20° の位相差をなすように配置されている。このような形状を有する各ステータ磁極 122、 123、 124を用いた場合にはトルクリップルが大きくなることが懸念される。しかし、各ステータ磁極 122、 123、 124のラジアル方向に力まぼこ形状の凹凸を形成することにより、境界部での電磁気的作用を滑らかにすることができ、トルクリップルの低減が可能になる。また、他の方法として、ロータ 110の永久磁石 112の各極の表面に力まぼこ形状の凹凸を形成することにより、円周方向に正弦波的な磁束分布を実現することができ、これによりトルクリップルを低減するようにしてもよい。なお、図 10の水平軸に付された角度は円周方向に沿った機械角であり、左端力右端までの 1周が 360° である。

[0079] 図 11は、ステータ磁極の他の変形例を示す円周方向展開図である。図 11に示した各相のステータ磁極 125、 126、 127は、図 10に示した基本形状に対して、電気角で約 60° スキューした形状 (ロータ軸 111と平行な向きに対して円周方向に沿って電気角で 60° 傾斜させた形状)を有している。これにより、トルクリップルを低減する効果がある。また、各相のステータ磁極 125、 126、 127の幅が 180° より狭いので各相のステータ磁極 125、 126、 127を通る最大磁束は減少しないため、トルク平均値の低減は少な、と、う特徴がある。

[0080] ところで、図 10および図 11に示したステータ磁極形状を採用した場合には、ステータ磁極のエアギャップ面形状を実現するためには、各相の卷線 115、 116、 117、 11 8とエアギャップ部との間にその磁極形状を実現するために各相のステータ磁極の先端がロータ軸方向に出た形状となり、軸方向に出るための磁路のスペースが必要であり、そのスペース確保のためモータ外形形状が大きくなりがちであるという問題がある。

[0081] 図 12は、ステータ磁極の他の変形例を示す円周方向展開図であり、この問題を軽減するステータ磁極形状が示されて、る。ステータ 114の U相ステータ磁極 128に存在する磁束 φ uの回転角度変化率である U相の単位電圧を Eu ( = d φ u/d 0 )、 V相ステータ磁極 129に存在する磁束 φ Vの回転角度変化率である V相の単位電圧を E V ( = d φ v/d θ )、 W相ステータ磁極 130に存在する磁束 φ wの回転角度変化率である W相の単位電圧を Ew ( = d φ w/d θ )とするとき、各相の単位電圧 Eu、 Ev、 Ew が形状、振幅がほぼ同一で、位相が相互に電気角で 120° の位相差を保つように各相のステータ磁極 128、 129、 130の形状を変形した例が図 12に示されている。これらのステータ磁極形状の特徴は、各ステータ磁極 128、 129、 130のエアギャップ面の大半がそれぞれのステータ磁極の歯の中間部分に対して距離が短ぐロータ 110 力もの磁束が各ステータ磁極表面を通り、歯の中間部分を通り、そしてステータ 114 のバックヨークへの磁路を介して磁束が容易に通過できる点である。したがって、図 1 2に示したステータ磁極形状は、図 10や図 11に示したステータ磁極形状に比べて、各相卷線 115、 116、 117、 118とエアギャップ部との間のステータ磁極のスペースを小さくできることになる。その結果、ブラシレスモータの外形形状を小さくすることが可會になる。

[0082] 図 13は、ステータ磁極の他の変形例を示す円周方向展開図であり、図 10に示したステータ磁極形状をさらに変形したステータ磁極形状が示されて、る。図 13に示す例では、ロータ軸 111方向両端の U、W相ステータ磁極 134、 136は、円周方向の磁極幅を電気角で 180° に広げ、残ったスペースを V相のステータ磁極 135とバランスが取れるように分配配置し、 U、 W相ステータ磁極 134、 136のバックヨーク力も歯の表面までの距離が遠い部分についてはそれぞれの先端部分が細くなつてその製作も難しくなることから削除している。 135は V相ステータ磁極である。そして、各相のステータ磁極形状の表面の回転角度変化率である各相の単位電圧 Eu、 Ev、 Ewは、位相は異なるが同一の値となるように変形されている。その結果、比較的大きな有効磁束を通過させることができ、かつ、その製作も比較的容易なステータ磁極形状となつている。

[0083] 次に、本実施例に係るモータについて、本発明に係る特徴を呈する詳細な構成及び作用効果について説明する。このモータには、本発明に係る特徴を呈するステータ構造に関する構成と、図 14〜図 19、図 73、図 74に示す各種のロータとの組み合わせによる独特の効果を得る構成とが含まれている。また、このモータの相数は、図 2 0 (a)〜図 20 (f)のベクトル図に示すように、 2相交流、 3相交流、そして、 4相以上の相数の多相交流まで種々構成が可能である。このモータの極数についても、 2極から多極まで適用可能であり、特に極数を大きくすることにより各相卷線の鎖交磁束の回転変化率を大きくすることができ、大きなトルクを得ることができる。図 1に示した 3相交流モータは、図 20 (b)で表現される 3相交流モータに相当する。

[0084] 図 21は、一実施例の 8極 6相のモータの縦断面図である。また、図 22はステータの内周面とロータの外周面とを円周方向に直線展開した図である。

[0085] 図 21に示すモータ 100は、ロータ 10、ロータ軸 11、永久磁石 12、ステータ 14を含んで構成されている。永久磁石 12は、ロータ 10の外周側に取り付けられている。具体的には、図 22 (a)に示すように、ロータ 10の外周表面に沿って N極と S極とが交互に配置されている。図 22 (b)の横軸はロータ回転方向位置を示しており、 1周すると電気角で 360。 X 4= 1440° となる。また、ステータ 14は、図 22 (a)に示すように、内周側に第 1相力第 6相までのステータ磁極 53、 54、 55、 56、 57、 58、 59を備える。軸方向両端に位置するステータ磁極 53とステータ磁極 59は、同極でともに第 1 相のステータ磁極となっている。同じ相のステータ磁極は同一円周上に 360° ピッチで 4個が配置されている。この例では、第 1相から第 6相までの各ステータ磁極力それぞれ相対的に、電気角で 360° /6 = 60° の位相差を持つように配置され、各ステータ磁極の円周方向の幅は 180° となっている。

[0086] また、図 23は、図 21に示すモータ 100の各断面形状を示す図である。図 23 (a)には D— D線断面および J J線断面が、図 23 (b)には E— E線断面力図 23 (c)には F F線断面力図 23 (d)には G— G線断面力図 23 (e)には H— H線断面が、図 23 (f)には I-I線断面がそれぞれ示されている。なお、 D— D線断面および J-J線断面が同相のステータ磁極 53、 59に対応するものであるため、図 23 (a)に示すように同一形状となる。図 22に各ステータ磁極の配置を示したように、図 23に示す各ステータ磁極の円周方向位置が 60° ずつ、ずれていることがわかる。

[0087] また、図 21および図 22 (a)に示すように、ステータ 14は、ロータ軸 11を中心としたループ状の卷線 41〜52を備えている。ステータ磁極 53、 54の間のスロットには卷線 41、 42が卷回されている。同様に、ステータ磁極 54、 55の間のスロットには卷線 43 、 44が卷回されている。ステータ磁極 55、 56の間のスロットには卷線 45、 46が卷回されている。ステータ磁極 56、 57の間のスロットには卷線 47、 48が卷回されている。ステータ磁極 57、 58の間のスロットには卷線 49、 50が卷回されている。ステータ磁極 58、 59の間のスロットには卷線 51、 52が卷回されている。各卷線の円周方向形状を直線に展開した形状は、ループ状卷線を切り開いた形状であり、図 22に示すように、直線状に図示される。各卷線の卷線電流の電磁気的作用は、平衡した 6相の磁気回路構成となっている場合には、図 8を用いて説明したように、例えば、ステータ磁極 54の両隣の卷線 42と 43の巻き回数を同じとし、卷線 42へ図 20 (e)のベクトル B で示される電流を通電し、卷線 43へベクトル Bで示される逆向きの電流を流せばその起磁力がステータ磁極 54に作用すると考えることができる。等価的には、卷線 4 2に対して卷線 43の巻き方向を逆巻きとして結線し、同一の電流 Bを通電する構成とすることもできる。他のステータ磁極についても同様の関係で卷線が配置されている。図 22の卷線 41〜52のそれぞれへ通電される電流は、それらの左端に付記した電流ベクトルで、図 20 (e)の同一符号のベクトルで示される電流となっている。ここで、軸方向両端のステータ磁極 53、 59についてはやや特殊であり、両サイドが空気であるため磁気抵抗が大きぐそれぞれ、卷線 41と卷線 52の電流がそれぞれの両端のステータ磁極 53、 59に磁気的作用を及ぼす。各ステータ磁極の軸方向の幅が WDD であるとき、第 1相であって同相のステータ磁極 53、 59の各軸方向幅 WDA1、 WD A2の和が WDDと等しくなるような構成、すなわち WDD=WDA1 +WDA2の関係を満たすようにすれば、 2つのステータ磁極 53、 59によりステータ 14の軸方向中間に配置される他相の各ステータ磁極とほぼ同等の電磁気的作用を得ることができる。整理すると、 A相にステータ磁極 53、 59が対応しており、卷線 52、 41がこれらのステータ磁極を通過する磁束と鎖交する。同様に、 B相にステータ磁極 54が対応しており、卷線は 42、 43がこれらのステータ磁極を通過する磁束と鎖交する。 C相にステータ磁極 55が対応しており、卷線は 44、 45がこれらのステータ磁極を通過する磁束と鎖交する。 D相にステータ磁極 56が対応しており、卷線は 46、 47がこれらのステータ磁極を通過する磁束と鎖交する。 E相がステータ磁極 57に対応しており、卷線は 48、 4 9がこれらのステータ磁極を通過する磁束と鎖交する。 F相がステータ磁極 58に対応しており、卷線は 50、 51がこれらのステータ磁極を通過する磁束と鎖交する。なお、軸方向両端のステータ磁極 53、 59については、各ステータ磁極の周辺からの漏れ磁束の回り込みの影響が有り、厳密には単純モデルでは現れない誤差が発生するため、その影響を配慮したステータ磁極形状に修正することによりトルクリップルをより低減させ、より精密なモータを実現することもできる。

次に、モータ 100への具体的な通電例について説明する。ロータ 10は、表面磁石型ロータであって 8極とする。第 1相の卷線である卷線 41と卷線 52が逆向きに直列に接続されており、これらの卷線に鎖交する磁束 Φ1の最大値を FLmとし、その円周方向分布は正弦波分布であると想定すると、卷線 41、 52へ鎖交する鎖交磁束 1=F LXsin(0E)の回転角変化率 Elは、

Ε1 = ά(Φ1)/άθ

= d(FLmXsin(0E))/d0

= d(FLmXsin( Θ E))/d( θ Ε) Χά(ΘΕ)/άθ

=4XFLmXcos( θ Ε) ·'·(22)

となる。ここで、 0はロータ 10の回転位置であり、 0Εは回転位置の電気角単位であり、 8極の場合には 0 Ε=4Χ 0となる。それぞれの卷線 41、 52の巻き回数を W1とすると、第 1相の卷線 41、 52に誘起する電圧 VIは次式で表すことができる。

Vl=WlXd( 1)/dt ---(23)

=WlXd( l)/d0 Χάθ /dt ---(24)

= 4XWlXFLmXcos( θ E) Χάθ /dt ---(25)

したがって、（25)式より、鎖交磁束 Φ1の回転角変化率 E1と同一位相の電流 IpX co s( 0 E)を通電すれば効率良くトルクを発生することができることになる。 Ipは電流振幅である。なお、第 1相の卷線 41、 52の磁束鎖交数は Wl X Φ1であり、電圧 VIは磁束鎖交数の時間変化率である。

他の相についても、該当するステータ磁極の軸方向前後の 2つの卷線が逆方向に卷回され、直列接続されている。これらの卷線に誘起される電圧は、位相が 60° ずつ異なるが同様の関係となっている。ここで、モータ 100の内部損失 Ploss = 0と仮定すると、モータ 100の入力であり、モータ 100の機械的な出力である Pcは各相の電圧と電流の積の総和として得られ、次式となる。

Pc =4WlXFLmXcos( θ Ε) Χάθ /dtXIp X cos ( θ E)

+ 4WlXFLmXcos( θ E- π/6) X d Θ /dt

XIp X cos ( θ Ε- π/6)

+ 4WlXFLmXcos( θ Ε~2π/6) X d Θ /dt

XIp X cos ( θ Ε-2π/6)

+ 4WlXFLmXcos( θ Ε~3π/6) X d Θ /dt

XIp X cos ( θ Ε-3π/6)

+ 4WlXFLmXcos( θ Ε~4π/6) X d Θ /dt

XIp X cos ( θ Ε-4π/6)

+ 4WlXFLmXcos( θ Ε~5π/6) X d Θ /dt

XIp X cos ( θ Ε-5π/6)

=4W1 X FLm X 6/2 Χάθ /dt X Ip

= 12WlXFLmXIp Χάθ /dt "-(26)

一方、機械出力 Pmecは、トルク Tcと回転角周波数 d Θ Zdtの積であるから

Pmec =Tc Χάθ /dt · · · (27) であり、モータ 100の電磁気的出力 Pcと機械出力 Pmecは等しいので、トルク Tcは（ 26)式、（27)式より、以下に示す次式（28)で示される。

Tc = 12Wl X FLm X Ip · '· (28)

[0090] この結果、トルク Tcは極数と卷線回数 Wlと電流 Ιρと各相の卷線に鎖交する磁束 F Lmとに比例することになる。トルクリップルは各相の卷線に鎖交する磁束が回転角に対して正弦波分布であれば原理的に発生しないことになる。現実には、鎖交磁束 Φ 1が正弦波分布ではなぐ多くの高調波成分を持つことが多いので、モータ電流が零のときのコギングトルク、通電時のトルクリップルを含むことになる。

[0091] なお、各相の卷回数 W1と電流 Ipと各相の卷線に鎖交する磁束 FLとは、これらの積が同一であれば変形することが可能である。例えば、各ループ状の卷線の電流が発生する起磁力は、巻き回数と電流値の積であり、アンペア Xターン数が同じであれば同一の起磁力を発生できるので、例えば、卷回数を 1Z2にして電流を 2倍に変えることも可能であり、そのとき、同一の電磁気的作用を得ることができる。また、磁極幅を 20%狭くして卷線に鎖交する磁束 FLが 20%低減しても、卷線回数 W1あるいは電流値 Ipを 20%増加すればトルク Tcは変わらない。このように、モータ設計の都合により、モータ 100の出力特性を変えることなぐモータ 100の内部パラメータを変更することちでさる。

[0092] 図 21、図 22、図 23に示すモータ 100では各相のステータ磁極の軸方向配置が相順に配置されている例を示した力配置順が相順に限定されるわけではなぐ種々の軸方向配置が可能である。特に、図 21、図 22に示す表面磁石型ロータを使用する場合には、ロータ表面の磁束が主に永久磁石 12に依存して生成されるため、各相のステータ磁極の軸方向配置を図 20 (e)に示すベクトル A、 B、 C、 D、 E、 Fの順に配置しても、他の配置順で例えば、 A、 C、 E、 B、 D、 Fの順に配置してもモータ 100の出力トルクに大きな差は発生しない。但し、各相のステータ磁極とその相の卷線に流れる電流の関係は図 21、図 22と同じにする必要がある。ステータ磁極配置の都合、卷線配置の都合、その他組み立て、製作の容易さなどによりステータ磁極の軸方向配置を選択することができる。

[0093] なお、各ループ状卷線に流される電流が永久磁石 12の磁束密度を大きく変えるほどの大電流の場合には、前記の電流振幅 Ipと各相卷線に鎖交する磁束の最大値 F Lmとの間に強い相間を持ち、 FLmが変化することになる。したがって、（22)式から（ 28)式で示された各特性値に対して誤差が大きくなり、また、各相のステータ磁極の軸方向配置の配置順がモータ 100の出力トルクにも影響するようになる。

[0094] ところで、図 21に示したモータ 100は、ループ状の簡単な構造の卷線 41等を有しており、図 71〜図 74に示したような従来構造のモータのコイルエンドが無いという大きな特徴がある。また、図 71〜図 74に示したような従来構造のモータでは、多極化した場合、極数が増加して卷線に鎖交する磁束の回転変化率は増加するが同時にスロット面積も小さくなるため導線面積は反比例して小さくなり、結局、両モータ極数の増加と 1極当りの電流量の減少とが相殺するため、トルク増加はできな力つた。しかし、図 21に示したステータ 14では、ループ状の卷線 41等を備えるため、同相の円周方向のステータ磁極間に卷線 (導線)を配置する必要がなぐ多極化しても各相卷線の導線太さを細くする必要がないので、原理的には極数に比例してモータトルクを向上することができると、う特徴がある。

[0095] 次に、ロータ 10が表面永久磁石型ロータではなぐ図 74や図 14〜図 19に示すようなロータ表面近傍に軟磁性体を多く含むような種類のロータと、図 21、図 22に示すステータ 14とを組み合わせて構成されるモータにおいては、前記の電流振幅 Ipと各相卷線に鎖交する磁束との間に強い相間を持つことになり、各相のステータ磁極の軸方向配置の配置順によりモータ出力トルクが大きく左右されることになる。この問題を解決し、モータ出力トルクを大きくする方法は、各相のステータ磁極の軸方向配置を相順に配置することである。

[0096] 従来例として図 74に示したシンクロナスリラクタンスモータのステータは、誘導電動機のステータにも使用されるごく一般的な 3相、 4極、 24スロットのステータである。このようなステータと図 74や図 14〜図 19に示すようなロータとを組み合わせたモータの電磁気的な作用は、モータを dq軸理論で表現することが多い。分かりやすくするために、一般的なモデル例として、 3相、 2極、 6スロットのシンクロナスリラクタンスモータの断面図の例を図 24に示す。 211はロータの磁極の方向に設けられたスリットであり空隙あるいは非磁性体であり、 212はスリット 211に挟まれ磁極の方向に磁束を導く細い磁路である。通常、ロータの磁極の方向を d軸、 d軸に電磁気的に直交する方向を q軸と称している。 219から 223はステータの歯であり、本明細書では個々の歯に磁気的な個別の機能を持たせる意味でステータ磁極と称している。 213と 216は、 3 相 U、 V、 W相の内の U相卷線であり、コイルエンド部を介して全節卷となっている。 U相電流 Iuは卷線 213に通電され、卷線 216へは逆方向の電流が通電される。同様に、 V相電流 Ivは卷線 215に通電されその逆方向電流が卷線 218に通電される。 W 相電流 Iwは卷線 217へ通電されその逆方向電流が卷線 214へ通電される。各相の電流成分を d軸方向成分と q軸方向成分にベクトル分解して、各相の d軸方向成分を加算した d軸電流 Idと、各相の q軸電流成分を加算した q軸電流とを得る。例えば、図 24に示した状態では、卷線 213、 216に流れる電流 Iuは d軸方向に負の磁束を発生するので、 Iuは全てが負の d軸電流成分で、その値は Iuである。卷線 215、 218 に流れる電流 Ivは起磁力の方向が d軸方向に 60° の角度をなしており、 d軸電流成分は 1Z2 X IVで q軸電流成分は 1. 732Z2 X IVである。一方、モータの d軸方向インダクタンスを Ldとし、 q軸方向インダクタンスを Lqとする。

[0097] このような構成において、各相電流を適正に通電して制御する例の各値のベクトル関係を図 25に示す。 d軸電流 Idによって d軸方向に誘起する d軸方向磁束 Φ(1は Ld X ldであり、 q軸電流 Iqによって q軸方向に誘起する q軸方向磁束 0>qは Lq X Iqである。モータ内に発生する磁束 Φπιは磁束 Φ(1と 0>qをベクトル的加算した値である。そしてこのときに発生するトルク Tsynは次式で表される。

Tsyn= (Ld -Lq ) ld X Iq · '· (29)

= dX Iq- q X Id · '· (30)

[0098] 図 21、図 22に示した表面磁石型モータ 100の場合、各ステータ磁極の磁束は主に永久磁石 12に依存して、て (22)式〜（28)式で示すように表現できるが、図 24に示すようなロータ表面に軟磁性体を多く含むロータ構造のモータでは、各ステータ磁極の磁束は通電される各電流に大きく依存することがよくわかる。

[0099] 次に、図 74や図 14〜図 19に示すようなロータと図 21、図 22に示すステータ 14とを組み合わせて構成されるモータについて説明する。このモータは、図 24、図 25に示すモータモデルと比べると、モータの構成、構造は大きく異なる力電磁気的な特性は共通する点が有り、対比して説明する。

[0100] 図 21、図 22に示すモータ 100に含まれるステータ 14は、 8極の構成なので、各相のステータ磁極が円周方向に 4個ずつ配置されている力 2極を想定し、各相のステータ磁極が 1個ずつであるとして図 24に示したステータと対比する。卷線については、図 22の卷線 41、 42に流れる各電流を合計した電流が図 24の卷線 213に流れる電流に対応する。同様に、卷線 43、 44が卷線 214に、卷線 45、 46力卷線 215〖こ、卷線 47、 48力 S卷線 216に、卷線 49、 50力 S卷線 217に、卷線 51、 52力 S卷線 218にそれぞれ対応する。卷線の形態については、図 21に示したステータ 14はループ状の卷線で、図 24に示したステータは軸方向卷線とコイルエンド部で構成され、大きく異なる形状となっている。ステータ磁極については、図 22のステータ磁極 59、 53が図 24のステータ磁極 219に、ステータ磁極 54がステータ磁極 220に、ステータ磁極 55力 Sステータ磁極 221に、ステータ磁極 56がステータ磁極 222に、ステータ磁極 57 がステータ磁極 223に、ステータ磁極 58がステータ磁極 224にそれぞれ対応している。

[0101] 図 22に示したステータ磁極の形状は、円周方向に電気角で 180度の幅を有し、口ータ軸 11方向の幅はモータの軸方向幅の約 1Z6である力図 24のステータ磁極は円周方向幅が約 60度でロータ軸方向幅はモータの軸方向幅と同じであり、両ステ一タ磁極の形状は構造が大きく異なる。しかし、モータ全体としての電磁気的作用は類似しており、図 74や図 14〜図 19に示すようなロータと図 21、図 22に示したステータ 14とで構成されるモータをベクトル図で表現すると図 24のモータと同じ図 25のべタトル図となる。

[0102] 例えば、図 21に示すモータ 100の 8極のステータ 14と図 24に示すロータを 8極化したロータとを組み合わせて 3相、 8極のシンクロナスリラクタンスモータを構成することができる。このとき、卷線 41、 42へそれらの合計電流が U相電流 Iuを通電し、卷線 47、 48へは Iuを通電すると、ステータ磁極 54、 55、 56へは電流 Iuに相当する起磁力が、例えば、ステータの外径側から内径側へ作用したとすると、同時にステータ磁極 57、 58、 59、 53へは逆方向のステータの内径側から外径側への起磁力が作用する。この関係は、図 24の U相卷線 213、 216に U相電流 Iuを通電したときにステータ磁極 220、 221、 222へ起磁力力例えば、ステータの外径側から内径側へ作用し、同時に、ステータ磁極 223、 224、 219へはステータの内径側力も外径側へ作用することに相当する。図 21の他の卷線の電流についても同様に作用し、図 24のモータと同様の電磁気的作用を行う。構造的に異なる点は多くあり、図 24のモータの起磁力、磁束が円周方向および径方向であるのに対し図 21のモータではロータ軸方向へも作用する点、図 24の位相の異なるステータ磁極が円周方向に配置しているのに対し図 21ではロータ軸方向に配置している点、図 21の卷線 41等がループ状である点、図 24の位相の異なる卷線が円周方向に位相順に配置されているのに対し図 21 の位相の異なる卷線はロータ軸方向に位相順に配置されて、る点などである。

[0103] このように、モータの構成は、図 21、図 22に示すモータ 100において回転方向に位相の異なる各ステータ磁極をロータ軸方向へ位相順に配置し、それらの各ステータ磁極の軸方向隙間の各スロットへ各ループ状卷線を配置し、回転方向位相に同期して各卷線へ電流を通電する。モータの作用は、前記モータ構成により主に界磁磁束を生成する d軸電流 Id成分と主にトルクを生成する q軸電流 Iq成分とを生成させることができ、図 25のベクトル図に示すような作用を実現し、必要に応じて効率よくモータ界磁磁束 Φπιを生成し、（29)、（30)式で示されるトルクを得ることができる。なお、図 21に示すステータ磁極 53等の形状、各卷線の形態につ、て各種の変形が可能である（後述する）。

[0104] また、図 26はロータ軸方向に無限に長いステータの縦断面図を示す図である。紙面の横方向がロータ軸方向であり、上下方向がラジアル方向（ロータ軸と垂直な半径方向）である。各相のステータ磁極、各スロットと各卷線は、図 20 (e)に示されるような、 A、 B、 C、 D、 E、 Fで示される位相の関係が軸方向に繰り返し配置されている。図 2 1に示すモータ 100のステータ 14は、図 26に示すステータの 1組である WDFFを切り取ったものであると考えることもできる。 WDFFの幅が電磁気的な 1周期となっている。このように見ると、 1周期分の幅を変えなければ、 WDFR等の他の場所で切り取つても類似の電磁気的な作用が得られることが容易に想像できる。

[0105] 次に、ステータ磁極の配置構造、ステータ磁極の形状の例について説明する。図 2 7は、各ステータ磁極の軸方向の隣に逆相のステータ磁極を配置した構成例を示す図であり、ステータの内周面を円周方向に直線展開した図が示されている。隣接して組み合わされるステータ磁極 74、 75と、ステータ磁極 76、 77と、ステータ磁極 78、 7 9のそれぞれの組では、各ステータ磁極に相互に電気角で 180° の位相差を持たせている。各ループ状卷線 82〜93へ通電する電流ベクトルは図の左端に示した— A から Aの電流ベクトルで示されており、図 22に示す各ステータ磁極と各電流の関係は保たれている。

[0106] 図 27に示すステータは、隣接するステータ磁極が相互に 180° の位相差を持っているので、ステータとロータとの境界面近傍において、ステータ磁極の先端部をロータ軸方向へ相互に突き出してステータ磁極のロータに対向する面積を広げることが可能である。

[0107] 図 28は、図 27に示すステータの卷線と両端磁極を変形したステータを示す図であり、その他については図 27に示したステータと同じである。図 29は、図 28の Y—Y線断面図である。図 27と図 28に共通したステータ磁極 76、 77を例にとると、図 29のステータ磁極 76の先端部 142がステータ磁極 77の方へ突き出していることが分かる。同様に、ステータ磁極 77の先端部 143がステータ磁極 76の方へ突き出している。図

27では、ステータ磁極先端部の突き出しを破線で示しており、ステータ磁極 76、 77 は電気角で 180° 位相が異なるため両ステータ磁極が交互に組み合わされ、相互に干渉しない形状となっている。このように、ステータ磁極のロータに対向する面積を広げることにより、より多くの磁束を各相の卷線へ鎖交させることができ、より大きなトルクの発生が可能となる。

[0108] また、図 27に示した構造では、ステータ磁極の簡素化およびループ状卷線の簡素化が可能であり、図 28に示すように変形することができる。具体的には、図 27に示すステータ磁極 80は、電磁気的に等価な状態を維持しながら、ステータ磁極 74に隣接する位置に移動することができる。ループ状卷線 82、 83は、両卷線に流されるべき電流を算術的に加算して通電することを条件に、 1個のループ状卷線 96へ変更すること力 Sできる。同様に、卷線 84、 85は卷線 97へ、卷線 86、 87は卷線 98へ、卷線 88 、 89は卷線 99へ、卷線 90、 91は卷線 100へそれぞれ変更することができる。卷線 9 2、 93は、ステータ磁極 80を移動することによりステータコアの外側に配置されることになり、電磁気的にトルク発生にはほとんど寄与しないので、排除することができる。これらの変更の結果、図 27に示すステータは、電磁気的に等価な状態を維持しながら、図 28に示すステータへ変形することが可能になる。

[0109] 図 28に示すステータの Y— Y線断面の形状は、図 29に示すように、お互いに逆相の関係にあるステータ磁極力相互にステータ磁極の先端側に入り込んでいる。したがって、各ステータの軸方向の長さ WDRを大きくすることができ、ロータの磁束がより多くステータ磁極側へ供給され、卷線により多くの磁束を鎖交させることができるので、トルクを増大させることができる。各ステータ磁極の根元のロータ軸方向厚みを WD T、ステータ磁極間の距離を WDPとすると、各ステータ磁極の先端部のロータ軸方向長さ WDRは、 WDPより大きぐ最大では WDPの 2倍近くまで大きくすることが可能である。

[0110] 次に、図 27、図 28に示す各ステータのループ状卷線に流すべき電流について説明する。図 27に示すステータの卷線へは、図 20 (e)に示す電流ベクトルで表される電流を通電することができる。例えば、卷線 82へは電流ベクトル Aの逆相の電流、すなわち、 A相の電流を通電し、卷線 83へは電流ベクトル Dの電流を通電する。これらの両電流は、図 30 (a)に示す電流ベクトル D、—Aでありその加算値は電流べタトル Hである。この電流ベクトル Hは、電流 Aと同一位相で振幅は 2倍となっており、この電流が図 28に示す卷線 96へ通電される。卷線 84へは電流ベクトル D相の電流を通電し、卷線 85へは電流ベクトル Eの電流を通電する。これらの両電流は、図 30 ( b)に示す電流ベクトル— D、 Eでありその加算値は電流ベクトル Iである。この電流べクトル Iは電流ベクトル Dと Eの中間の位相で振幅は同一となっており、この電流が図 28【こ示す卷線 97へ通電される。同様【こ、卷線 98、 99、 100へ ίま、図 30 (c)【こ示す電流ベクトル J、 K、 Lで示される電流が通電される。卷線の左端に通電すべき電流ベクトルを付記している。なお、図 28の各卷線に通電される電流の振幅は異なるので、電流値に応じた卷線太さとし、ステータ磁極等の各部の寸法を適正化することも可能である。

[0111] 次に、図 28に示すステータの各ステータ磁極のロータ軸方向配置の方法について説明する。隣接する一対のステータ磁極が相互に電気角で 180° 位相差を持つステータ磁極対 SMP1、 SMP2、 SMP3とする方法を示す。ここで、ステータ磁極対 S MP1、 SMP2、 SMP3のロータ軸方向への相対的な配置方法は、隣接するステータ磁極が最も位相の近、ステータ磁極対と隣接する組み合わせとすることである。このとき、両ステータ磁極対の間に配置されるループ状卷線の電流を小さくすることができ、結果的にモータ損失を小さくでき、モータ効率を改善することができる。

[0112] 具体的には、図 28において、ステータ磁極対 SMP1がステータ磁極 95、 75によつて、ステータ磁極対 SMP2がステータ磁極 76、 77によって、ステータ磁極対 SMP3 がステータ磁極 78、 79によって形成されているものとすると、ステータ磁極対 SMP1 と SMP2とが隣接する部分のステータ磁極は 75と 76である。ステータ磁極 75、 76との円周方向位置の位相差は 6相交流の最小位相差である 60° となっている。その結果、両ステータ磁極対の間に配置された卷線 97へは、図 30 (b)に示すように電流べタトル一 Dと Eの加算値である電流ベクトル Iとなり、小さな電流値となっている。ここで、図 20 (e)において、電流ベクトル Dと Eは逆相以外では最も位相差の大きい電流の組み合わせであることから、電流ベクトル Iの振幅が小さヽと、うことができる。

[0113] 次に、図 21、図 22に示したステータ 14のステータ磁極形状およびその変形例について説明する。図 31は、図 21に示したモータ 100の縦断面図の内、ステータコアと卷線の部分を取り出して拡大した図である。水平方向はロータ軸 11方向で、縦方向がモータ 100のラジアル方向である。 WDPは隣接するステータ磁極の中心間の距離であり、ステータ磁極間距離である。 WDDは、ステータとロータとの間のエアギャップ部に面したステータ磁極の軸方向幅であり、 WDDを大きくすれば前記最大鎖交磁束 FLmを大きくでき、発生トルクを大きくできる。 WDTは、ステータ磁極の根元の口ータ軸方向幅である。

[0114] ここで、両端のステータ磁極 53、 59は、ロータ 10の磁極に対しては同一の電気角的に位相であり、かつ、電流ベクトル Aの起磁力が両ステータ磁極 53、 59に同一方向に印加される関係にある。そして、これらの二つのステータ磁極 53、 59の作用を合わせて一つの相の作用を行なう関係となっている。したがって、ステータ磁極 53、 59 の幅 WDA1と WDA2は、 WDD=WDA1 +WDA2の関係を満たす开状を有しており、第 1相の鎖交磁束最大値 FLmと中間部分の他の相の鎖交磁束最大値 FLmとが同じ値になるように構成されて、る。

[0115] 図 26に示した無限長のステータモデルに対して、図 31に示したステータモデルは、 1周期分の幅 WDFFだけ切り出したモデルであると見ることができる。このように見ると、 1周期分の幅を変えなければ、 WDFR等の他の場所で切り取っても類似の電磁気的な作用が得られることが容易に想像でき、その結果、 WDD=WDA1 +WD A2の関係となる。

[0116] さらには、 WDA2 = 0とし、 WDA1 =WDDすることもできる。この場合、ステータ磁極 59が削除されたことになり、ステータ磁極の数が 7個から 6個に減少するので、モータの構成を簡素化することができる。図 26に示した無限長ステータで表現すると、区間 WDFRを切り取った構成である。

[0117] 次に、図 21、図 22に示すステータの卷線を変形する方法について説明する。図 2 2の各スロットには 2組ずっ卷線が配置されている。例えば、卷線 41には左端に付記しているように図 20 (e)に示す Aの電流が通電され、卷線 42には図 20 (e)に示す Bの電流が通電されていて、両電流の合計は図 32 (a)に示すように電流 aと等価である。同様に、卷線 43には図 20 (e)に示す—Bの電流が通電され、卷線 44には図 20 ( e)に示す Cの電流が通電されていて、両電流の合計は図 32 (b)に示すように電流 b と等価である。他のスロットも同様に考えることができ、結局、各スロットの電流は図 33 に示す電流 a、 b、 c、 d、 e、 fを通電すればよいことになる。そして、卷線は図 34に示すように、各スロットに統合された 1組の卷線を卷回すればよぐその卷回数は図 22 のループ状卷線と同一卷回数となる。この結果、図 34の同一スロット内の卷回数は図 22の 1Z2の卷回数となり、卷線の太さである断面積を約 2倍にすることができ、電流の振幅は図 32に示したように同一なので、スロット内電流は 1Z2となる。これにより、銅損は 1/4に低減することになる。なお、ステータの相数が 6相でない場合には、この低減比率も変化する。

[0118] 通電電流の位相に関しては、図 21、図 22に示したステータと図 34に示したステータの場合では大きく異なる。図 22の各卷線 41〜52へ通電すべき電流は（22)式〜（ 28)式に示されるように、例えば、卷線 42、 43に通電される電流はステータ磁極 54 を通過する磁束の回転変化率にほぼ同期した電流であり、図 20 (e)の電流ベクトル Bである。一方、図 34の場合【こ ίま、図 32、図 33の a、 b、 c、 d、 e、 fで示したよう【こ電気角で 120° 位相が異なる。

[0119] また、図 34に示すステータ磁極 53、 59は統合して図 35に示すステータ磁極 67に置き換えることができる。このとき、卷線 66はステータコアの外部に配置されることになるが、周囲の空気の磁気抵抗は大きいので、実質的にはモータへの電磁気的作用は非常に小さくなつて、除去することができる。結局、図 35に示すように、相数と同数の 6組のステータ磁極群と、相数より 1小さ!/、5組の卷線でステータを構成することができる。なお、この場合においても、 3相交流の電圧、電流をモータへ与えることにより駆動できるようにモータの内部結線を行なうことができるので、図 21、図 35に示すモータを外部から見ると 3相交流モータと見ることもできる。

[0120] ただし、卷線 66を除去しても、トルク発生上は問題ないが、ロータ軸の軸方向起磁力が発生し、ロータ軸へ軟磁性体の粉末が付着したり、モータ近傍への電磁気的な影響与える問題が発生したりする場合がある。このようにモータ近傍での起磁力が問題となるような用途では、卷線 66を除去せずに配置するか、あるいは、モータ軸を非磁性体にするなどの対応が必要である。

[0121] 次に、ステータとロータとの間のエアギャップ部に面したステータ磁極の形状および各卷線の鎖交磁束に関して説明する。上述したように、図 21に示したモータ 100について、そのステータ 14とロータ 10の間のエアギャップ部に面したステータ磁極先端形状の円周方向を直線展開した形状の例が図 22 (a)に示されている。ステータ磁極 54〜58の形状は、実際にはステータ内径側であって円弧状であるが、図 22 (a)では円周方向に直線展開して表現しているので長方形となっている。そして、ロータ 10 力図 21、図 22 (b)に示すように、表面磁石型ロータでロータ外周形状が円形である場合の各ステータ磁極を通る磁束の回転角変化率について考えてみる。ステータ磁極 53、 59を通過する磁束を FA、その回転変化率を DFA、ステータ磁極 54を通過する磁束を FB、その回転変化率を DFB、ステータ磁極 55を通過する磁束を FC、その回転変化率を DFC、ステータ磁極 56を通過する磁束を FD、その回転変化率を D FD、ステータ磁極 57を通過する磁束を FE、その回転変化率を DFE、ステータ磁極 58を通過する磁束を FF、その回転変化率を DFFとする。理想的な 6相交流モータの場合、各ステータ磁極の磁束の回転変化率すなわち卷線に発生する電圧の成分は、図 36に示すように、横軸の電気角で表した回転位置 θ Eに対して正弦波状の特性が好ましい。しかし、図 22のステータ磁極形状は長方形であり、各磁束の回転変化率は矩形波状になり、多くの高調波を含む特性となる。これらの高調波成分は、コギングトルク、トルクリップルの発生原因となったり、モータのトルク発生に支障をきたしたりすることちある。

[0122] これらの問題を軽減する方法の例として、図 22で示すステータ磁極の形状 SPSを図 37に示すステータ形状に変形することができる。ステータ磁極 53S、 54S、 55S、 5 6S、 57S、 58S、 59S力ロータ軸方向に長くなり、かつ、円周方向にスキューして傾 V、た形状として、る。スキューすることによりステータ磁極を通過する磁束の回転角変化率の高調波が低減されるのでトルクリップル等が低減される。また、ステータ磁極をロータ軸方向へ長くすることにより磁束の回転角変化率を大きくできるのでトルクが増加する。なお、例えば、図 37に示すステータ磁極 54Sの形状は、水平線のハツチングを付した部分が図 38に示すステータ磁極の根元部 54SBであり、図 37に示すステータ磁極 54Sにおいて斜線のハッチングを付した部分が図 38に示すステータ磁極の先端部 54SSである。

[0123] このとき、ステータの縦断面は図 31に示した形状から図 38に示した形状に変更され、ステータ磁極の先端部 54SSのロータ軸方向幅は図 31に示した WDDから図 38 に示した WDXへと広くなつている。また、ステータ磁極先端部 54SSからバックヨーク BYの途中のステータ磁極の根元部 54SBについても通過する磁束が増加するので磁路を太くする必要がある。

[0124] さらに、ステータ磁極形状 SPSの改良、変形については、図 39に示すように、種々方法が考えられる。 162で示すステータ磁極形状 SPSは図 22と同一の形状である。これに対し、 163で示すように円周方向に対して正弦波状の面積分布をさせることにより、高調波成分を大幅に低減することが可能である。また、 164で示すステータ磁極は、円周方向に傾けてスキューした例であり、 162で示した長方形形状と比較すると正弦波状の面積分布を有して、る 163に近、形状である。図 37に示したステータ磁極形状は 164で示したステータ磁極に近、形状である。 165で示すステータ磁極は台形形状であるが、円周方向の面積分布と、う点では 164で示したスキュー構造と等価である。 166で示したステータ磁極は、長方形を円周方向に傾けた形状で、ステータ磁極を図 37に示したように配置する場合に特に有効な形状であり、隣接するステータ磁極と干渉せず、円周方向の面積分布は 165で示した台形形状と等価であつて通過する磁束の回転角変化率を大きくできるのでトルクを増大でき、前記高調波も低減できるのでトルクリップル等も小さくできる。さらには、図 39の各ステータ磁極形状 162、 164、 165、 166に付記した破線の形状のように、各角部に丸みを設けて高調波成分を低減することもできる。丸みを持たせた破線部の形状は任意であり、厳密には例えば円周方向に対して正弦波状の面積分布の形状となっているステータ磁極 163と同じ特性を得るように、円周方向に対する面積分布を正弦波状にすることもできる。また、図 39において、各磁極形状の円周方向長さは電気角で 180° の長さに図示している力 180° より長ぐあるいは、 180° より短くすることも可能である。この場合、従来構造のモータの卷線係数が 1より小さくなる効果と同じで、単純モデルでの理論上はトルクがその分低下することになるが、隣接するステータ磁極との干渉を低減できるなどの効果がある。また、 180° より小さくして短節巻き化することにより、特定のトルク高調波、すなわち、コギングトルク、トルクリップルを低減する効果を得ることも可能である。

[0125] コギングトルク、トルクリップルを低減する他の方法として、図 40に示すように、ステータ磁極 160の円周方向の端を図 23に示した形状に対して、ステータとロータ間のエアギャップが大きくなるようにする方法や、ロータの永久磁石 161の円周方向端を滑らかな形状としてロータ磁極の境界部が凹んだ形状とする方法などが有効である。なお、高調波の低減を行なう各手法は、トルクリップル等の低減だけでなぐロータが回転する時のロータとステータ間のラジアル方向吸引力の急峻な変化を低減する効果も有り、モータの振動、騒音を低減する効果もある。

[0126] さらに、上述したステータ磁極の形状 SPSを変形する手法、ロータ磁極形状を変形する手法、ステータとロータとの相対的なスキュー手法、ロータ磁極あるいはステータ磁極の円周方向位置を円周方向に移動させる手法などを組み合わせて使用してコギングトルク、トルクリップルを低減することが可能である。 [0127] また、図 21、図 22、図 35等では 6相のモータについて説明した力特に相数 Nsの少な、モータにお、て、ステータ磁極形状 SPSの円周方向面積分布が正弦波形状であることがトルクリップル等を低減するために効果的である。モータの極対数を Pnとし、ステータ磁極の数を Nssとする場合に、図 35に示すような基本的なモータを構成すると、

Nss = Pn X Ns · '· (31)

の関係となる。相数 Nsが大きければ、ステータ磁極は電気角 360° の範囲の中に相数の数だけ分布的に配置され、それぞれの卷線の電流も Ns相の多相電流になる。したがって、現実的にはステータの構成上困難である力単純理論的に相数 Nsが例えば 30というような大きな数であれば、ステータ磁極の円周方向の離散性は非常に小さくなり、コギングトルク、トルクリップルは小さな値となる。逆に、相数の最も小さな多相交流である 2相、あるいは、インバータ駆動の負担、モータ配線の負担などで有利な 3相の場合、ステータ磁極の円周方向離散性が大きいため、コギングトルク、トルクリップルが発生しやす、と!/、える。

[0128] このように離散性が大きい場合に、ステータ磁極形状の円周方向面積分布が正弦波形状であると、ステータ磁極の円周方向離散性を補う効果が有り、大変有効である。また、現実には、相数 Ns = 2の 2相交流のモータは、コギングトルクが大きぐその低減策が必要である。（31)式において相数 Ns = 3、 Nss = 3 X Pnの 3相交流モータの場合において、具体的には、円周方向の電気角で 360° の間にステータ磁極を 3 個配置するような構成の 3相のモータでは、コギングトルク、トルクリップルを低減するために、ステータ磁極形状の円周方向面積分布を正弦波形状とする技術は重要度の高、技術である。相数 Ns = 3とした本発明の 3相交流モータは相数が少な、ので簡素な構成とすることができ、部品点数が少なぐコスト的に有利な構成である。

[0129] 図 21、図 31に示したステータ磁極 53〜59は、そのステータ磁極のロータ軸方向幅 WDDがステータ磁極のロータ軸方向ピッチ（ロータ軸方向の間隔） WDPよりやや小さい構造となっている。しかし、各ステータ磁極を通る磁束の回転角変化率はステータ磁極のロータ軸方向長さが大きい方が有利であり、隣接するステータ磁極と干渉しない構成としながら、図 38のステータ磁極 54SS等のロータ軸方向幅 WDXのようにステータ磁極ピッチ WDPより大きな値とすることが好ましい。そのようなステータ磁極の先端部の具体的形状は、図 37に示す各ステータ磁極形状、図 39のステータ磁極形状 166、図 29のステータ磁極形状などである。

[0130] また、図 41に示す 6相のステータ磁極の先端部形状 140〜145は、円周方向の幅 WAを電気角で 360° /6 = 60° よりやや小さくして隣接するステータ磁極と干渉しな、ようにし、そのロータ軸方向長さをこのモータの外径の軸方向最大長さ、つぱ、の大きさとしている。なお、例えば、図 41に示すステータ磁極 142の形状は、水平線のハッチングを付した部分がステータ磁極の先端部からステータのノックヨークにさしかかるステータ磁極の根元部であり、図 41に示すステータ磁極 142の斜線のハッチングを付した部分がステータ磁極の先端部である。なお、図 41に示す各ステータ磁極の形状は、ステータとロータとの間のエアギャップ部力も見たステータの内周面形状を円周方向に直線展開した形状図である。図 41に示すようなステータ形状は、特にモータの積圧、すなわち、ロータ軸方向長さが小さぐ扁平で薄いモータの場合に好ましい。各ステータ磁極を通過する磁束の回転角変化率を大きくできるので、モータトノレクを大きくできる。

[0131] N相の全ステータ磁極群 MPNにおいて、任意の X相のステータ磁極群を通る磁束の総和を Φχとし、その磁束 Φχの回転変化率を dO>xZd 0、そのステータ磁極とロータ磁極との間のエアギャップ部に作用する起磁力である卷線電流を Ix、卷線ターン数を WTxとして、それらの積であるモータの発生トルク成分 Tx = dO>x/d 0 X Ix XWT xとし、他の Y相の構成をそのステータ磁極群を通る磁束 Φ yと卷線電流 Iyと巻き回数

Θ X lyX WTyとするとき、 X相、 Y相の位相差を除いて、ステータ磁極とロータ磁極との対向する面積により決まる磁束 Φχ、 Φy 卷線電流 Ix、 Iyと巻き回数 WTx、 WTyの二つ以上が X相と Y相とでは異なる値であつて、それぞれの発生トルク成分 Txと Tyは等しくなる構成とすることが望ましい。ステータ磁極の形状はモータカバー、被駆動側機構等の都合で、形状を変形させる必要がある場合、磁束 Φχと電流 Ixと卷線卷き回数 WTxとで得られる最終的電磁気作用を変えることなぐ個々のパラメータは変更した方が都合がよいことがある。

[0132] 図 42は、他のステータ磁極配置、卷線配置の例を示す図である。図 21、図 37、図 35などに示したステータ磁極の円周方向位相の種類が 6種類であつたのに対し、図 42では、中間の位相のステータ磁極を追加し、 12種類の位相のステータ磁極 101 〜112を配置している。卷線についても、卷線 113〜123までの 11個のループ状卷線を配置している。各卷線の電流ベクトルは各卷線の左端に付記している値で、図 3 3に示した同じ符号が付された電流ベクトルに対応している。同一位相のループ状卷線を 2組ずつ作り、同一位相の電流を隣接する 2個のスロットの卷線に通電するように配置している。このように、同一位相の卷線、電流を並列する複数のスロットに分割して配置することが可能である。図 41に示した構成とすることにより、ステータ磁極がより多くの位相に配置されているため、トルクの高調波成分がキャンセルされ、トルクリツプルが低減し、モータの駆動をより滑らかにすることができる。一方、電流ベクトルの種類は 6種類であり、逆相の電流ベクトルについては通電方向を逆にすることにより、 3相インバータでの制御が可能であり、モータの制御装置が複雑になることはない。

[0133] 図 43は、他のステータ磁極配置、卷線配置の例を示す図である。図 42に比較して卷線が変更されている。図 42に示した卷線 114、 116、 118、 120、 122をより精密な電流を作成できる卷線に変更することにより、より精密な、トルクリップルの小さなモータとしてヽる。卷線 125、 126の電流べクトノレは、図 44に示すように、 al、 blである。電流ベクトル al、 blの和 gは、電流ベクトル a、 bと振幅は同じで、位相は a、 bの中間の位相である。ここで、 al = lZ (2 X cos30° ) X a = 0. 57735 X a、 bl =0. 5773 5 X bである。卷線 125、 126の起磁力であるアンペア Xターン数は、巻き回数を調整して、同一電流を流すことにより実現できる。卷線 127〜134についても同様に考えることができ、図 44に示す電流ベクトルを作ることができる。図 45は、図 43に示す各卷線に流す電流ベクトルの関係を示す図である。

[0134] 図 43に示すモータは、図 35に示したモータに対して、 2倍に多相化されたことになる。多相化によりトルクの高調波成分がキャンセルされ、トルクリップルが低減し、モータの駆動をより滑らかにすることができる。このとき、モータの駆動装置は電流ベクトル a、 b、 c、 d、 e、 fを作ればよいので、 3相のインバータで駆動でき、モータは多相化によりやや複雑になっている力駆動装置への負担はない。もし、中間位相の g、 h、 i、 j 、 k、 1の電流ベクトルを駆動装置で作る場合には、駆動装置のトランジスタの数を 2倍に増加する必要がある。

[0135] また、新たに作った卷線 125、 126等の巻き回数は、卷線 113、 115等に対して整数比とならず、端数となることが多いが、できるだけ近い巻き回数を選択することにより狙いの効果を得、実用的な特性を得ることができる。なお、巻き回数の比が、例えば、、 1 : 0. 57735 = 6 : 3. 4641となり、 3. 4641と整数には力なり外れて!/、る場合には、 alを 3ターンとし、 blを 4ターンとすることにより、位相誤差は多少大きくなるが振幅誤差を小さくする方法、あるいは、 alの卷線を 3. 5ターンとして 3ターン後に半周で磁気回路力取り出し、 blの卷線も 3. 5ターンとして配置的には alの卷線に対して機械角で 180° 円周方向にずれた回転位置に配置することによりほぼ所期の目的を達成することもできる。

[0136] 次に、モータの各ループ状卷線の結線方法およびインバータへの接続方法について説明する。図 21に示したモータ 100は、図 20 (e)に示す 6相のモータの例である。本発明は種々の相のモータへ展開して適用できるが、図 20 (b)の 3相の場合は図 1 に示したモータとなり、卷線 115、 116、 117、 118は、図 46に示すように結線して 3 相インバータで制御することができる。ここで、各ループ状卷線 115、 116、 117、 11 8は巻き始め位置を図示し易!、ように 1ターンの卷線シンボルで図示して!/、る。卷線 1 15、 116へは同じ U相磁束が鎖交するので卷線の誘起電圧は同じ U相の電圧の負の値 Vuである。卷線 117、 118へは同じ W相磁束が鎖交するので卷線の誘起電圧は同じ W相の電圧 Vwである。したがって、 U相電流 Iuは卷線 115へ逆向きに通電し、 W相電流 Iwは卷線 118へ順方向に通電する。 V相電圧 Vuは Vu+Vv+Vw=0 の関係より Vv=—Vu—Vwとなるので、 V相電流 Ivは卷線 116へは順方向に通電し、卷線 117は逆直列にして逆向きに通電する。

[0137] これらの各電圧と各電流の関係は図 47に示すベクトル図のようになる。また、各卷線と各電流と各電圧は図 48に示すようにも表現することができる。ここで、各卷線に付記したドットマークは、卷線の巻き始め側を示す。このように逆相の電流を通電すべき卷線を反対方向に直列に接続することにより 3相インバータによりモータを効率良く運転することができる。

[0138] 次に、図 6、図 7に示したように、 2個のループ状卷線 115、 116を卷線 138に統合して、卷線 115、 116に通電すべき電流を算術的に加算して加算電流を卷線 138に通電し、同様に、 2個のループ状卷線 117、 118を卷線 139に統合して、卷線 117、 118に通電すべき電流を算術的に加算して加算電流を卷線 139に通電することができる。これらの卷線 138、 139に通電する電圧、電流、卷線のモデル、卷線の接続方法にっヽて、図 49ある!/、は図 50、 51、 52に示す。図 49に示す方法は、卷線 138と 139の電流をそれぞれ単独で、独立に制御する方法で、特に技術的困難さはないが、 2つの電流を単独で生成するためにはインバータの素子数が増え、コスト的な負担が大きくなる。一方、図 50の構成は、卷線 138の巻き始めに電流 Im=— Iu+Ivを通電し、卷線 139の巻き始めに In=— Iv+Iwを通電し、卷線 138、 139の巻き終わりを結線し Io = -Im-In= -Iw+ Iuを通電するように構成することができる。これらの電流 Im、 In、 Ioの位相は 120° ずつ位相差を持ち、振幅は 3相電流 Iu、 Iv、 Iwの 1. 7 32倍である。卷線 138、 139のネ目電圧を Vu、 Vwとすると、図 50、図 51、図 52に付記するように、各端子電圧は、（一 Vw+Vu) Z3、（一 Vu+Vv) Z3、 (-Vv+V w) Z3となる。図 51の線間電圧は、図 48に示した線間電圧に比較し、 1/1. 732倍となっている。これらの各電圧と各電流の関係は図 47に示したベクトル図のようになる。また、各卷線と各電流と各電圧は図 48のようにも表現できる。なお、図 50、図 51 、図 52に示すモータの電圧、電流を図 46、図 47、図 48と同じにするためには、卷線 138、 139の卷き回数を卷線 115、 116、 117、 118の 1. 732倍とすれば、よ!/、ことになる。また、図 50、図 51、図 52に示すモータの駆動は、平衡した 3相電圧、 3相電流の駆動であり、図 53に示すような通常の 3相インバータで駆動することができる。図 5 3【こお!ヽて、 150ίま直流電圧源、 151、 152、 153、 154、 155、 156ίま逆向きのダイオードを並列に配置したトランジスタである。

次に、図 21、図 22に示した卷線 41〜52の結線方法および 3相インバータへの接続方法の例を図 54に示す。図 21、図 22に示したモータモデルで説明したように、ステータ磁極 53、 59は同一位相でステータ磁極 56は 180° 位相の異なる逆相のステータ磁極である。ステータ磁極 53、 59、 56を通る磁束を U相磁束とし、同一位相で鎖交させる卷線の接続は、図 54に示す卷線 41、 46、 47、 52のそれぞれの接続となる。例えば、ステータ磁極 56を通る磁束と鎖交させるためにはその軸方向前後の卷線 46、 47を逆直列に接続すればよい。また、卷線の卷回方向は、ステータ磁極 59、 53に対する卷線 52、 41の関係とは逆方向にすればよい。

[0140] ステータ磁極 55を通る磁束は V相磁束で、ステータ磁極 58を通る磁束は— V相磁束であり、卷線の接続は図 54に示す卷線 44、 45、 50、 51のそれぞれの接続となる。ステータ磁極 55を通る磁束と鎖交させるためにはその軸方向前後の卷線 44、 45を逆直列に接続すればよい。ステータ磁極 58を通る磁束と鎖交させるためにはその軸方向前後の卷線 50、 51を逆直列に接続すればよい。また、卷線の卷回方向は、ステータ磁極 55に対する卷線 44、 45の関係とステータ磁極 58に対する卷線 50、 51 の関係とは逆方向にすればょ、。

[0141] ステータ磁極 57を通る磁束は W相磁束で、ステータ磁極 54を通る磁束は W相磁束であり、卷線の接続は図 54の卷線 48、 49、 42、 43のそれぞれの接続となる。ステータ磁極 57を通る磁束と鎖交させるためにはその軸方向前後の卷線 48、 49を逆直列に接続すればよい。ステータ磁極 54を通る磁束と鎖交させるためにはその軸方向前後の卷線 42、 43を逆直列に接続すればよい。また、卷線の卷回方向は、ステータ磁極 57に対する卷線 48、 49の関係とステータ磁極 54に対する卷線 42、 43の関係とは逆方向にすればよい。

[0142] 次に、図 35に示すループ状の卷線 61、 62、 63、 64、 65の結線方法および 3相ィンバータへの接続方法の例を図 ₅₅に示す。図 35に示すモータモデルで説明したように、卷線 62と卷線 65は 2個のループ状卷線を逆直列に接続することにより 3相のうちの 1相の磁束を両卷線へ鎖交させることができ、逆方向に直列に接続した電圧は図 33に示したベクトル eの位相となるので、電流 Iuを通電する。また、卷線 61と卷線 6 4は 2個のループ状卷線を逆直列に接続することにより 3相のうちの 1相の磁束を両卷線へ鎖交させることができ、逆方向に直列に接続した電圧は図 33の aの位相であり電流 Ivを通電する。残る卷線 63の電圧は図 33に示す cの位相であり電流 Iwを通電する。なお、卷線 63はステータの中央にあり、 1個のループ状卷線で 3相のうちの 1相の磁束を鎖交させることができるが、電圧を発生しない図 34に示す卷線 66が省略されているともいえる。

[0143] 次に、図 28に示すループ状の卷線 96、 97、 98、 99、 100の結線方法および 3相インバータへの接続方法の例を図 56に示す。図 28に示したモータモデルで説明したように、そのステータ構造、卷線配置は図 27に示すステータ構造の卷線 82〜93を変形した構造である。また、各卷線に流れる電流は、図 28に付記した H、 I、 J、 K、 L であり、図 30 (c)に示す電流ベクトルで表されるように、その電流の大きさが異なる。その結果、図 28に示す各卷線に流れる電流と各ステータ磁極の磁束との関係はやや複雑となる。しかし、図 28に示すステータの作用は、図 27に示す各卷線の電流とステータ磁極の磁束の関係と等価である。ここでは、図 28の各卷線に流れる電流が図 30 (c)に示す電流ベクトルであるという前提で、各卷線の結線方法および 3相インバータへの接続方法の例を示す。卷線 ₉₆、 99に通電される電流ベクトル Hと Kは

U相の位相で、その振幅は卷線 96の 1Z2の電流が卷線 99へ通電されるべきなので、卷線 99の卷回数を卷線 96の卷回数の 1Z2として同一の U相電流 Iuを通電する。卷線 97、 100に通電される電流ベクトル Iと Lは—V相の位相で、その振幅は卷線 10 0の 1Z2の電流が卷線 97へ通電されるべきなので、卷線 97の卷回数を卷線 100の卷回数の 1Z2として同一の V相電流 Ivを通電する。卷線 98に通電される電流べタトル Jは W相の位相で、その振幅は卷線 96、 100と同じであり、 W相電流 Iwを通電する。

[0144] 以上示したように、電気角的にほぼ同一の位相の卷線を同一方向に直列に接続し、また、電気角的にほぼ 180° 位相の異なる卷線を反対方向に直列接続し、また、電流ベクトルの大きさにより各ループ状卷線の卷回数を調整することにより、多相の位相の電流をより少な、電流源で制御してモータを駆動することができ、モータの配線を簡略ィ匕でき、駆動装置も簡略ィ匕することができる。

[0145] なお、モータの電圧、電流を制御するインバータについては、主に図 53から図 56 までに、トランジスタを 6個使用する 3相インバータの例を示した力トランジスタ 4個で一つの電流、電圧を制御するインバータを 3糸且使用して 3相交流を制御する方法など各種の方法が可能である。

[0146] 図 21、 22、 34、 35等では、ある規則性に基づくモータの構成について説明したが、これらのモータおよびこれらのモータの相数を変えたモータなどはそれぞれに優れた点があると同時に改良の余地もある。以下、優れた点のさらに具体的な説明、さらに改良する余地のある点、および、新たな構成のモータについて説明する。

[0147] 図 22のモータは、ステータ磁極群の数が（N+ 1)で卷線の数が Nのモータで、 53 と 59は同一位相のステータ磁極であり、 N = 6の時の 6相のモータである。また、見方によっては 180度位相の異なる相を同相と考え 3相交流モータとの解釈もできる。その解釈および呼称はどちらでも良ぐ電気角 360度の範囲に 6個の位相のステータ磁極が配置されるモータである。

[0148] 図 22に示す各ステータ磁極のロータに面する円周方向の形状を直線状に展開した図では、円周方向に電気角で 180° の間は磁極が配置されているが、残りの 180 ° の間には磁極が配置されていない。従って、約半分の面積は有効に活用されていないという問題がある。また、この活用されていない部分には、ロータ側から空間を介して漏れ磁束が発生し、それらの漏れ磁束はトルクを低減する方向に作用するので、その点は問題である。また、図 22では、各ステータ磁極に作用する磁束の回転角変化率がトルクおよび電圧に比例することから、ステータ磁極のロータ軸方向の幅が小さぐその点は問題である。

[0149] 図 41に示すステータ磁極の配置構造は、各相のロータに面するステータ磁極形状力ータ軸方向の片端力も他の端まで配置された構造であって、単純論理的には、前記のステータ磁極磁束の回転変化率を最大限に大きくした構造である。図 37及び図 38は、図 41ほど極端ではない例であり、各相のステータ磁極のロータ軸方向の大きさは、このモータ全体のロータ軸方向の大きさの約半分程度の形状となっている。図 38はステータの縦断面図であり、水平方向はロータ軸方向、垂直方向はモータのラジアル方向である。 54SSは、図 37のステータ磁極 54Sのロータに面する歯の先端部であり、 BYはスタータのバックヨーク、 54SBは歯の先端 54SSからバックヨーク BY まで磁束を通す歯である。図 37及び図 38の構成のモータは、図 21及び図 22の構成に比較して、単純論理的には、ロータ表面を効率良く対向させ、また、各ステータ磁極磁束の回転角変化率も大きく取れる構造となっていると言える。特に、ロータの表面磁束密度が、例えば 1テスラ（1T)より小さぐモータの駆動電流も比較的小さな領域においては、効果的に駆動することができる。しかし、モータに大きな電流を通電して大きなトルクを得た、場合には、各相のステータ磁極が他の相のステータ磁極と隣り合いかつ接近していて、各卷線の起磁力が相の異なるステータ磁極間の漏れ磁束を発生しやすい配置構造となっており、その点は問題である。また、歯 54SBの部分の磁路としての断面積は、歯の先端 54SSのロータに対向する面積より小さぐ高磁束密度の希土類磁石を活用する場合には、磁気飽和しやすヽ構造となってヽる。さらには、前記の漏れ磁束も重なり、歯の先端からバックヨークまでの間の各所で磁気飽和し易ぐその点では問題である。

[0150] 次に、これらの問題を低減する技術について説明する。説明を簡略化するため、図 71に示す、 3個の位相のステータ磁極群を持つモータの例について説明する。 711 および 714は A相のステータ磁極である。 712は B相のステータ磁極、 713は C相のステータ磁極である。ロータは図示していないが、各種のロータを適用することが可能であり、例えば図 1及び図 2に示すような表面磁石型のロータである。図 71のステータ磁極のロータに対向する面の形状は、ステータ磁極を通る磁束の回転角変化率を大きく取れるように、モータコアのロータ軸方向長さを MTとすると、各ステータ磁極のロータ軸方向長さ MSを MTZ3より大きくしている。これは、ステータ磁極を通過する磁束 φの回転角変化率 d φ /ά Θを大きくし、卷線の誘起電圧およびモータの発生トルクを大きくする工夫である。図 4の例では、ステータ磁極のロータ軸方向長さがモータコアのロータ軸方向長さの 1Z3よりやや小さぐ図 71の構成は、トルクの点で図 4の構成より有利である。

[0151] そして、ステータとロータとが対向している面の多くの部分にステータ磁極が配置されている。 6相の例では、図 22の例は約半分のスペースが使用されていないが、図 3 7の例はより多くの部分にステータ磁極が配置されており、図 71の配置は図 37に類似したステータ磁極の配置である。

[0152] 各ステータ磁極間にはそれぞれ 2個の卷線が配置され、卷線の形状は各相のステータ磁極のロータ軸方向の凹凸に同期して波状の形状となっている。同期電動機を構成する場合には、ロータに同期して各卷線に 3相交流電流を通電し、モータを駆動する。例えば、卷線 71Aへは、図 72の（a)に示す I 、卷線 715へ—Iを通電する。

A A

同様に、卷線 716へ I、卷線 717^ ^— I、卷線 718へ I、卷線 719^ ^— Iを流す。各

B B C C

卷線の電圧は、例えば卷線 71Aと卷線 715を逆直列に接続した時の両端の電圧は、図 72の（b)の V、卷線 716と 717を逆直列にした時の両端の電圧は V、卷線 718

A B

と 719を逆直列にした時の両端の電圧は Vである。この結果、このモータへは 3相の c

平衡した電圧、電流を印加して駆動することができる。

[0153] 図 73のモータは、図 71のモータの各ステータ磁極間の 2個の卷線を 1個の卷線に統合し、その卷線へ 2個の電流を算術的に加算した電流を通電するモータである。したがって、卷線 731へ図 74の（a)に示す電流 I 、卷線 732へ電流 I 、卷線 733へ I

BA CB

を流す。卷線 731へは、図 74の（a)に示すように、—Iと +1の和である I の電流

AC A B BA

が通電され、その電流振幅は 1. 732倍である。一方、卷線の太さは 2倍とすることができるので、結局、卷線の銅損を 3/4とすることができ、銅損を 25%低減することができる。

[0154] 各卷線の電圧は図 74の（b)に示す電圧で、卷線 731の電圧は V /2 卷線 73

A

2の電圧は V 、卷線 733の電圧は V Z2となる。図 74の（b)に示すよう〖こ、 3個の卷

CB A

線の電圧はアンバランスな 3相電圧である力 3個の卷線をスター結線したときの 3端子の端子間電圧は相互に V、 V、 Vと同じ振幅の 3相平衡電圧である。スター結線

A B C

の結線した中心点の電位が 3相交流電圧の変化とともに変動する関係となっている。この結果、このモータは、 3相交流の電圧、電流を制御する通常の 3相インバータで理想的に駆動することができる。

[0155] 図 73に示す断面 3DB〜3DBを図 75に示し、これによりステータ磁極の形状、卷線の形状、及び電磁気的な特性を示す。 BYはステータのバックヨークであり、 712は B 相の歯である。 MTはモータコアのロータ軸方向長さ、 MSは B相の歯 712のロータ軸方向長さ、 MJは B相のステータ磁極の先端部からバックヨーク BYまでの磁路部の口ータ軸方向長さである。図 75の例では、 B相のステータ磁極の先端からバックヨーク BYまでの形状が同一の形状の例であり、前記 MSと MJが同じ大きさの例である。このモータのトルクを改善するために、 MSを図 75の例より大きくすることもできる。

[0156] 図 38の歯の一部である磁路 54SBは、ステータ磁極の先端部のロータ軸方向長さ WDXの 1Z4程度であり、磁束密度の大きい希土類磁石をロータに使用して卷線に大きな電流を流す場合には、磁路 54SBの部分での磁気飽和の問題が出やすい。図 38に比較して、図 75の構成は、磁路のロータ軸方向の大きさ MJが十分に大きぐステータ磁極に磁束が通る磁路の断面積が大き、ので、軟磁性体の磁気飽和の問題が解消されている。従って、図 75の構成のモータは、大きな電流を流して大きなトルクを得ることが可能なモータであると言える。なお、背部の位置する A相のステータ磁極 714についても十分の磁路断面積を確保し、 C相の磁路断面積についても同様に十分な大きさの磁路断面積として、る。

[0157] 731Bは卷線 731の断面、 732Bは卷線 732の断面、 733Bは卷線 733の断面であり、各卷線は平板状の導体を 3ターン卷回した例を図示している。これらの各相の卷線は、各相のステータ磁極を遮るように配置しているので、各卷線が各相のステータ磁極へ作用する起磁力は、各相のステータ磁極の先端部近傍に作用する構成とし、各ステータ磁極からロータ側へ前記起磁力が作用する構成としている。その結果、図 38で問題となるような他相のステータ磁極との間の漏れ磁束を大幅に低減することができる。また、例えば図 76の（a)に示す卷線 736Bの様に平板状の卷線形上をしているので、矢印 761で示すような漏れ磁束が増加するとき、矢印 762に示すような渦電流が誘起され、この渦電流が前記磁束 761の増加を妨げる効果がある。このため、他の相のステータ磁極間の漏れ磁束 761を低減させることができる。なお本発明モ一タの卷線形状は、図 76の（a)等に限定されるわけではなぐ図 76の（b)の様にラジアル方向に分割されていても良ぐまた、通常の丸線、より線でも可能である。なお、卷線 732の各部分に流れる電流は、矢印 762のような渦電流と卷線 732に通電される相電流との合成電流となる。また、各相の卷線形状図 75に示すような形状に限定されるわけではなぐ各卷線がステータ磁極のオープニング部の近傍まで配置されて V、れば、他の相のステータ磁極間の漏れ磁束を低減する効果がある。

[0158] 以上、図 41もしくは図 38と図 75のステータ磁極の形状のように、両極端なステータ磁極形状について示したが、それらの中間的な配置、構成のモータも実現することができる。図 37のステータ磁極形状において、 B〜F相のステータ磁極形状はそれぞれの中心部からロータ軸方向の両方ヘステータ磁極が突き出していて延長されている力ロータ軸方向両端の A相のステータ磁極はその構成上 2分され、それぞれが口ータ軸方向の片側へ磁極が突き出して延長されている。両端のステータ磁極が統合された図 35の様なステータ磁極を図 37のステータ磁極のように変形すると、ロータ軸方向両端に配置されているステータ磁極はステータ中心方向に向力つて、他の相のステータ磁極の約 2倍の突き出し (延長）が必要になる。このため、突き出し部の磁束量が増加し、軟磁性体の磁気飽和の問題がある。ステータ磁極の形状にもよる力この点で、同相のステータ磁極がロータ軸方向の両端に分離されていることには磁路構成上の意義がある。

[0159] 次に、本発明モータの卷線の接続およびその制御装置による電圧、電流の印加方法について説明する。本発明のモータの例として示す図 1、図 6、図 7、図 27、図 28、図 34、図 35等のモータおよびそれぞれの相数を変えたようなモータ等の卷線は、それぞれに特有の電圧、インダクタンス、抵抗等の特性を示し、均等な特性とは限らない。特に、卷線の配置によりその鎖交磁束が大きく変化するので、具体的には、卷線の誘起電圧が異なる。それぞれのモータ構成により、特有の卷線の結線方法及び電圧電流の駆動方法がある。その具体的な一方法は、各卷線を図 137に示すような駆動回路で各卷線単独に駆動する方法である。ここで、駆動回路の電圧は駆動環境として一定の電源電圧で駆動されることが多いので、各電力素子の駆動効率上、卷線の卷回数をその電源電圧に合わせて設計すれば効率の良い駆動が実現できる。例えば、鎖交磁束 φが小さい場合は、卷回数 Nwとの積である磁束鎖交数 Ψ = Χ Ν wが他の卷線と同じくらいになるように、卷回数 Nwを大きくすればよい。このように、各卷線の磁束鎖交数 Ψ = φ X Nwが同程度になるように卷線の卷回数 Nwを設定して、それぞれの卷線を独立に、図 137に示すような駆動回路で各卷線単独に駆動する方法である。

[0160] 次に、図 77に示す本発明の 5相のモータの例について説明する。図 77のステータ磁極および卷線の配置図は、図 21及び図 22の 7ステータ磁極群で 6相のモータに対し、 5相のモータである。 5相のモータは、 4相モータ、 6相モータに対して類似している点がある反面、 5が奇数であること等に起因して多くの特殊性および構成の差異、及び、特性の違いがある。

[0161] 図 77は、ロータに対向する各ステータ磁極と各卷線の円周方向の形状を直線上に展開した図で、横軸は円周方向の回転角を電気角で示し、縦軸はロータ軸方向を示し、各卷線の電流ベクトル A、 +B、一 B、 +C等を付記している。 751と 756は A相のステータ磁極であり、これら 2個のステータ磁極を合わせて A相のステータ磁極の機能を達成しており、円周上に電気角で 360ごとに同相のステータ磁極が配置されている。同様に、 752は B相のステータ磁極、 753は C相のステータ磁極、 754は D相のステータ磁極、 755は E相のステータ磁極である。 757はループ状の卷線で、図 78 に示すベクトル図において、 Aのベクトルの電流を通電する。同様に、卷線 758は + B相の電流で卷線 759は B相の電流、卷線 75Aは + C相の電流で卷線 75Bは C相の電流、卷線 75Cは + D相の電流で卷線 75Dは D相の電流、卷線 75Eは +E相の電流で卷線 75Fは— E相の電流が通電される。

[0162] 卷線 757と 758は同一スペースに配置されるので、両卷線の両電流の合計は図 78 のベクトル Aからベクトル Bを引いたベクトル B— Aで表される。同様に、卷線 759と 75 Aはベクトル C— B、卷線 75Bと 75Cはベクトル D— C、卷線 75Dと 75Eはベクトル E D、卷線 75Fと 75Gはベクトル A—Eで表される。図 77の左側に、解りやすいように、各電流のベクトルを付記している。図 78のベクトル関係から 5相のデルタ結線とし、 5相のインバータで駆動することができる。また、図 78の各ベクトルは、書き換えると、図 79のようにも書くことができ、スター結線することにより、 5相のインバータで駆動することちでさる。

[0163] しかし、ベクトル (B—A)の電流がモータとして効果的に作用すると仮定したときの卷線 757と 758の卷線係数は、 COS ( (180° —72° ) /2) =0. 5878となり、図 77 及び図 78に示す 5相のモータは大きくない。それぞれの卷線の使い方には改良の余地がある。

[0164] この卷線係数を、卷線の配置を変更することにより改善するモータの例を図 80及び図 81に示す。具体的な卷線の配置は、卷線 808へ + Bの電流を通電し、ロータ軸

S

方向へ B相のステータ磁極 752と C相のステータ磁極 753を挟む巻線 80Bへ Bの s 電流を流す。同様に、巻線 80Aへ + Cの電流を通電し、巻線 80Dへ Cの電流を s s 流す。巻線 80Cへ + Dの電流を通電し、巻線 80Dへ Cの電流を流す。巻線 80E s s

へ +Eの電流を通電し、巻線 807へ Eの電流を流す。巻線 80Gへ +Aの電流を

S S S

通電し、巻線 809へ— Aの電流を流す。ここで、図 79と図 81のベクトル B—A、 C— s

B、 D— C、 E— D、 A—Eは同じ値である。そして、図 81に示すベクトル A 、 B 、 C 、 D、 Eは 5相のベクトルである。

s s

[0165] これらの結果、卷線 807へはベクトル—Eの電流を流し、卷線 808へはベクトル + s

Bの電流を流し、結局、 A相のステータ磁極 751と B相のステータ磁極 752との間に s

はベクトル（B—A)の電流を流したことになり、図 77のモータの卷線 757、 758の場合と同じ電磁気的な効果を得ている。同様に、卷線 809へはベクトル— Aの電流を

S

流し、巻線 80Aへはベクトル +Cの電流を流し、結局、 B相のステータ磁極 752と C s

相のステータ磁極 753との間にはベクトル (C— B)の電流を流したことになり、図 77 のモータの卷線 759、 75Aの場合と同じ電磁気的な効果を得ている。卷線 80Bへはベクトル—Bの電流を流し、卷線 80Cへはベクトル +Dの電流を流し、結局、 C相の s s

ステータ磁極 753と D相のステータ磁極 754との間にはベクトル（D— C)の電流を流したことになり、図 77のモータの卷線 75B、 75Cの場合と同じ電磁気的な効果を得ている。卷線 80Dへはベクトル—Cの電流を流し、卷線 80Eへはベクトル +Eの電流 s s を流し、結局、 D相のステータ磁極 754と E相のステータ磁極 755との間にはベクトル (E— D)の電流を流したことになり、図 77のモータの卷線 75D、 75Eの場合と同じ電磁気的な効果を得ている。卷線 80Fへはベクトル— Dの電流を流し、卷線 80Gへは s

ベクトル +Aの電流を流し、結局、 E相のステータ磁極 755と A相のステータ磁極 75 s

6との間にはベクトル (A—E)の電流を流したことになり、図 77のモータの卷線 75F、 75Gの場合と同じ電磁気的な効果を得ている。

[0166] 次に、図 83に本発明のモータの例を示す。この図 83のモータは、図 80の A相のステータ磁極 756をステータ磁極 751と統合して図 83の 831としている。 832は B相のステータ磁極、 833は C相のステータ磁極、 834は D相のステータ磁極、 835は E相のステータ磁極である。各卷線 837、 838、 839、 83A、 83B、 83C、 83D、 83Eは図 80の各卷線と同様である力電圧、電流共に図 80のステータ磁極 756の分、 360° / (5 X 2) = 36° だけ位相がずれることになる。そして、卷線 83Fと卷線 83Gはステータコアの外側に配置されることになり、ほとんどモータのトルク発生上の電磁気的作用をモータに及ばさないので、省略することができる。

[0167] 各卷線の電流ベクトルは図 84に示すベクトルであり、卷線 83Fに相当する Dの s 電流と卷線 83Gに相当する +Aの電流は必要なくなる。その他は、図 81の関係と同じである。

[0168] 図 83のモータの各卷線の接続は、 2個のステータ磁極を挟んで逆向きに同じ電流が流れる 2個の卷線を逆方向に直列に接続してスター結線とする場合は、図 85の結線となる。図 85の卷線は、図 82の卷線に比較して、卷線 83Fと卷線 83Gの 2個の卷線が無ぐ位相が 36° ずれる。しかし、スター結線の端子 TA、 TB、 TC、 TD、 TEの電圧振幅、電流振幅、各相の相対位相は同じである。そして、スター結線の中心の点 NNの電位は前記の 5個の端子の平均電圧である。

[0169] また、電圧の観点力も言えば、このような状態の逆相の各電流は、 2個のステータ磁極を挟んで逆向きに流れて、ることから、これらの 2個の卷線を逆直列に接続すると、その卷線に鎖交する磁束は電気角で（72° + 72° ) = 144° の範囲の磁束と鎖交する関係となっている。図 81に示すように、各卷線の電流が効率良ぐ合成起磁力を生成する関係となっていて、電圧の振幅が同じで、位相がそれぞれ 72° の位相差を持った 5相電圧となる。そして、図 82に示すように、スター結線して各卷線の 5相電流を制御し、駆動することができる。同様に、結線を変えてデルタ結線とすることもできる

[0170] なお、図 77、図 80に示す個々の卷線の電圧は、図 86に示すように、卷線が配置されるスロットによって個々に位相、振幅が異なる。前記のように、 2個のステータ磁極を挟んで逆直列に接続した 5組の 2卷線の両端電圧は、同一振幅で、かつ位相が 72 ° ずつ異なる平衡 5相電圧となる。

[0171] また、前記の状態では、各卷線の接続方法に関係なぐ各卷線の卷線係数は、 CO S ( (180° —144° ) Z2) =0. 951と良好な値となり、図 77及び図 78の関係より大幅に改善する。

[0172] 本発明モータが奇数相の場合、電気角で 180° の位相差のあるスロットは存在しないが、 2個の卷線を 180° により近い位置に逆向きに卷回することにより、効率の良い駆動を実現することができる。 5相モータの場合は、 2個もしくは 3個のステータ磁極を挟んで同一相の卷線を逆向きに卷回すればよい。 7相モータの場合は、 3個もしくは 4個のステータ磁極を挟んで同一相の卷線を逆向きに卷回すればよい。 2個のステータ磁極を挟んだ構成であっても、一つのステータ磁極の両側に配置するよりは格段に効率がよい。また、他の奇数相のモータおよび偶数相のモータについても同様の効果が得られる。

[0173] なお、 5相、 7相、 9相、 11相などの奇数相は大きな素数なので、モータ全体としての各相の高調波がキャンセルされる確率が高くなり、トルクリップルの小さなモータ運転を実現することができる。例えば、 3相モータは 60° 周期の高調波が出易ぐ 6相のモータもその程度は低減するが 60° 周期の高調波が出易い。 4相のモータは素数が 2なので、多くの高調波が発生し易ぐモータ設計時には高調波低減の工夫が必要となる。この点で、 5相及び 7相のモータは、低次の高調波がほとんどキャンセルされるので、モータ設計時の高調波低減が容易であり、トルクリップルが小さぐ低騒音、低振動で高品位なモータを実現することができる。自動化あるいは無人化された産業機械、生産ラインで使用されるモータとは異なり、自動車など、人間の聴覚、触覚に近い部位に使用される場合は、モータの静粛性は大変重要な特性である。

[0174] また、先に説明したように、電気角 360° の間に、 Nが奇数で、 N個の位相のステータ磁極群を持ち、ステータ磁極群の間に複数のループ状卷線を持つモータは、結線方法により卷線係数を小さくすることができ、効率の良い運転が可能である。また、星形結線とすることにより、平衡 N相の電圧、電流の制御、モータ駆動が可能であることを示した。

[0175] また、ステータ磁極群の間に 1個のループ状卷線を持つモータは、後述するように、各卷線電圧は平衡 N相電圧ではないが、（N—1)個の卷線によるスター結線と中心点との N個の端子による平衡 N相電圧、電流駆動が、図 93の（a)に示すように可能である。また、（N—1)個の卷線による 1線が欠落したデルタ結線で N個の端子による平衡 N相電圧、電流駆動が、図 93の（b)に示すように可能である。

[0176] モータの卷線に電圧、電流をカ卩えて駆動する方法としては、各卷線を個々に制御、駆動する方法、スター結線による N相駆動、デルタ結線による N相駆動、それらの変形した駆動法などがある。

[0177] ステータ磁極群の位相の種類 Nが 6以上の偶数の場合、例えば図 34及び図 35の場合は N = 6であり、電気角力 ^180° 異なる位ネ目の卷線 2個、 61と 64、 62と 65、 63と 66とを逆直列に接続し、 3組の卷線による 3相スター結線を実現することができ、 3相インバータで駆動することができる。このように、 Nが 6以上の偶数の場合は、 NZ2の相の平衡交流インバータで駆動することができる。

[0178] N力の場合は、電気角が 180° 異なる位相の卷線 2個を逆直列に接続することはできるが、卷線組が 2個になり、 3相以上の多相平衡交流回路網を構成することはできず、特有な回路構成を製作する必要がある。

[0179] Nが 3の場合は、図 1及び図 71に示したようなモータ構成で、同相の電流が流れる

2個の卷線を電流の方向を合わせて直列に接続し、 3相のスター結線を構成することができ、 3相インバータで制御することができる。

[0180] ステータ磁極群の位相の種類 Nが 5以上の奇数の場合は、図 77及び図 80のモータ構成で説明したように、一定の規則で接続、構成された N組のスター卷線を構成することができ、 N相の多相平衡回路網を構成し、 N相の平衡交流インバータで駆動することがでさる。

[0181] 多相交流インバータで効率良く運転できる特徴がある。また、ここで記述したスター結線の構成の場合は、中心の接続部が各スター結線の端子の平均電圧となり、電位が安定している、あるいは、安定ィ匕することができる。そして、この電位が安定ィ匕した卷線の部位をモータ鉄芯へ卷線を卷回する卷始めとすれば、卷線と鉄芯間の電位変動が小さくなり、卷線と鉄心間の浮遊容量に基づく漏れ電流が低減し、電磁障害等の問題を軽減することができる。

[0182] また、前記の卷線はデルタ結線として接続し、多相交流インバータで制御することもできる。ただし、この場合には、デルタ結線内でのループ電流が流れる可能性があり、モータのアンバランス成分が発生しないようなモータ設計、製作上のアンバランス、インバータの制御上のアンバランスなどが発生しな、ような注意が必要となる。従って、特別な理由がない限り、通常はスター結線が多く使用されている。

[0183] 次に、本発明のモータの例を図 86に示す。ステータ磁極群は、図 77及び図 80と同じで 6個あり、 5相のモータである。 861、 865は A相のステータ磁極、 862は B相のステータ磁極、 863は C相のステータ磁極、 864は D相のステータ磁極、及び、 865は B相のステータ磁極である。 867、 869、 86B、 86D、 86Fは各ステータ磁極間の卷線である。各卷線に流すべき電流のベクトルは図 79の B—A、 C— B、 D— C、 E— D 、 A— Eである。各相の電流 I 、1 、1 、1 、1 をそれぞれ数式で示すと、 A相の

BA CB DC ED AE

回転方向ロータ位置 Θ r=0として式（31)〜（35)となり、図 87のようである。

(sin(0r— 72° )— sin(0r)) - (31)

BA O

(sin(0r— 144° )— sin(0r— 72° ；)) •(32)

(sin( ΘΓ-216° ) sin( 0 r— 144° ；)) •(33)

DC O

(sin(0r— 288° )— sin( 0 r— 216° ；)) •(34)

ED O

(sin(0r)—sin(0r—288° ；)) · (35)

AE O

各卷線の電圧は V 、V 、V 、V 、V は式（36) （40)となり、図 88のようである。

V =- VV XXssiinn(( Θ0Γr))//22 "-(36)

BA ο

V =v -V Xsin( ΘΓ-72° ) •(37)

BA <

V =v -v sin(0r— 144° ) •(38)

J hi U

V V -V Xsin(0r— 216° ) •(39)

ED

V :sin(0r—288° ) -"(40)

A ΑEϋ =v EDD U

[0184] 図 88の電圧特性より解るように、各卷線の電圧は平衡した 5相電圧ではな、。そして、図 88の V は式（36)〜（40)の平均電圧である。ここで、各卷線をスター結線した

N

と仮定し、その中心の点の電圧が— Vであるとして、各スター結線の端子電圧を計

N

算すると、図 89の V 、 V 、 V 、 V 、 V となる。各スター結線の端子電圧

BAN CBN DCN EDN AEN

は平衡した 5相電圧となる。

[0185] この結果、図 86で示されるモータをスター結線し、ロータ回転に同期して（31)〜（3 5)の電流を流すと、スター結線の中心の点の電圧が Vとなり大きく変動するが、

N

各スター結線の端子電圧は図 89の V 、V 、V 、V 、V となる。つまり、

BAN CBN DCN EDN AEN

平衡した 5相電圧となり、 5相のインバータで効率良く運転、駆動できることを確認できる。

[0186] なお、 5相のモータで説明した力 5相以外の他の相数のモータについても、同様の関係が成立する。図 73の 3相のモータについても、同様の関係となる。

[0187] 次に、本発明の他の例を図 90に示す。 881は A相のステータ磁極であり、図 86の A相のステータ磁極 866を 861と統合した形状である。 882は B相のステータ磁極、 8 83は C相のステータ磁極、 884は D相のステータ磁極、 885は E相のステータ磁極である。卷線 887へは図 91及び図 92のベクトル B— Aで示される電流、卷線 889へはベクトル C Bで示される電流、卷線 88Bへはベクトル D— Cで示される電流、卷線 8 8Dへはベクトル E— Dで示される電流が流される。図 91及び図 92のベクトル A—E で示される電流 I は直接的にモータへ流す必要はない。しかし、各卷線を図 93の（a

N

)のようにスター結線すると、その中心の NNへは 4個の卷線の総和の電流が流れ込むことになり、その電流の負の値が前記のベクトル A— Eで表される電流 Iである。こ

N

の結果、ベクトル A—Eで表される電流 Iを直接的に流す卷線はないが、モータへは

N

この電流 Iを供給しているとも言える。

N

[0188] 各卷線の電圧は図 88の特性とは異なり、 (51) （54)式で表される。

V =-V Xsin( ΘΓ) ---(51)

ΒΑ Ο

V =V -V Xsin( ΘΓ-72° ) ---(52)

CB ΒΑ Ο

V =V -V Xsin( ΘΓ-144° ) ·'·(53)

DC CB Ο

V =V -V Xsin(0r—216° ) "-(54)

ED DC Ο

そして、上記の 4個の値を加算して 5で割った値は、図 95の Vとなる。

Ν

V =(V +V +V +V +0)/5 ·'·(55)

N BA CB DC ED

ここで、各巻線を図 93の（a)に示すように結線し、中心の点 NNの電位 V を

NN

V =-V ·'·(56)

Ν

として（51) （54)式へ加え、各端子電圧 V V V V を再計算すると

BAN CBN DCN EDN

、各電圧は、 V を含め、図 96に示す平衡 5相電圧となる。

[0189] この結果、図 90で示されるモータをスター結線し、 4個の端子とスター結線の中心点 NNへ、ロータ回転に同期して式（31) （35)に示す電流を流すと、スター結線の中心の点の電圧が Vとなり大きく変動するが、各スター結線の端子電圧は図 96の

N

V V V V V となり、平衡した 5相電圧となり、 5相のインバータで

BAN CBN DCN EDN

効率良く運転、駆動できることを確認できる。

[0190] なお、 5相のモータで説明した力 5相以外の他の相数のモータについても、同様の関係が成立する。また、図 1のモータの各 2卷線を図 7のように 1卷線へ統合したモータについても同様の関係となる。 [0191] また、図 86と図 90で示されるモータのトルクおよびパワーは計算上、全く同じ値になる。

[0192] 次に、本発明の 5相のモータのステータ磁極の配置を、より現実的な形状とした例を図 97に示す。図 97は、原理的には図 86のモータと同じ相対的な位置関係である。しかし、形状、配置などが大幅に異なり、特性的には大きく異なる。 951と 956は A 相のステータ磁極であり、 952は B相のステータ磁極、 953は C相のステータ磁極、 9 54は D相のステータ磁極、 955は E相のステータ磁極である。卷線 957へは図 91及び図 92のベクトル B— Aで示される電流、卷線 958へはベクトル C Bで示される電流、卷線 959へはベクトル D— Cで示される電流、卷線 95 Aへはベクトル E— Dで示される電流、卷線 95Bへはベクトル A— Eで示される電流が流される。

[0193] 図 86に示すモータと異なる点の一つは、ロータに対向する面のステータ磁極の形状である。断面 5BD〜5BDを図 98に示す。図 97の縦軸はロータ軸方向を示しているので、この断面 5BD〜5BDはロータ軸方向に対して斜面となっている力相対的な大きさの関係は変わらない。 BYはステータのバックヨークで、そのロータ軸方向長さは MTYで、 B相のステータ磁極 957のロータに面する部分の長さ MSYは MTYZ 5をより大きく、図 97及び図 98では 2 X MTYZ5よりも大きい。したがって、ステータ磁極 957を通る磁束の回転変化率は大きぐ大きなトルクが期待できる。また、ステータ磁極 957のロータ表面近傍からバックヨーク BYまでの磁路の太さ MJYはステータ磁極先端の MSYと同じであり、磁気飽和が生じにくい構造となっている。図 38の磁路 54SBに比較して 2倍以上の大きさとしている。また、 B相のステータ磁極と E相のステータ磁極の間には、図 98の卷線 958、 959、 95Aがステータ磁極のロータに面するオープニング部まで配置されて、て、他相のステータ磁極間との漏れ磁束が発生しにくい配置構造となっている。図 97に示す各相のステータ磁極の間へは各卷線が同様に配置構造となって、て、他相のステータ磁極間の漏れ磁束を極力低減する構造となっている。卷線はロータ軸方向に凹凸のある卷線形状としていて、図 76の卷線で示したような構造となっていて、同様の効果が得られる。図 97及び図 98に示すような構造のモータとすることにより、大きなピークトルクが得られる構造となっている。

[0194] 次に、本発明の他の例を図 99に示す。このモータは、図 86の 5相のモータを 4相に変換したモータに相当する。 A21と A25は A相のステータ磁極であり、 A22は B相のステータ磁極、 A23は C相のステータ磁極、 A24は D相のステータ磁極である。卷線 A27へは図 100のベクトル B— Aで示される電流、卷線 A29へはベクトル C— Bで示される電流、卷線 A2Bへはベクトル D— Cで示される電流、卷線 A2Dへはベクトル A - Dで示される電流が流される。

[0195] 図 101は各卷線をスター結線した図であり、それぞれの卷線の電圧は 5相の図 88 の例のように各相の電圧振幅は一定ではないが、端子間電圧は平衡した 4相の電圧となる。 4相のスター結線は制約条件力線の電流の和が零となるだけであり、各相の電流に高調波成分を付加する制御等が可能である。また、 2相の直交関係は保ちながら、他の 2相については位相を 45° 回転させて、トルクリップルを低減するなどの改良も可能である。なお、このような改良は、図 99の卷線の内、位相差が 180° ある卷線を逆直列に接続した 2組の卷線を構成する方法では実現することができな、。また、各ステータ磁極および卷線の配置、構造については、図 97及び図 98のように変形することちでさる。

[0196] 次に本発明の他の例を図 102及び図 103に示す。 A41は A相のステータ磁極であり、図 99の A相のステータ磁極 A21を A25と統合した形状である。 A42は B相のステータ磁極、 A43は C相のステータ磁極、 A44は D相のステータ磁極である。卷線 A47 へは図 100のベクトル B— Aで示される電流、卷線 A49へはベクトル C Bで示される電流、卷線 A4Bへはベクトル D—Cで示される電流が流される。図 91及び図 92のベクトル A—Dで示される電流 I は直接的にモータへ流す必要はない。しかし、各卷

N

線を図 103のようにスター結線すると、その中心の NNへは 3個の卷線の総和の電流が流れ込むことになり、その電流の負の値が前記のベクトル A— Dで表される電流 I

N

である。この結果、ベクトル D— Eで表される電流 Iを直接的に流す卷線はないが、

N

モータへはこの電流 Iを供給しているとも言える。図 102のモータは図 99のモータに

N

対し、卷線が 1個少なくて済むので銅損が低減する効果がある。同一スペースに卷線を配置すると考えると、卷線抵抗値が 3Z4となり、抵抗そのものが 4個から 3個に少なくなるので、合計で銅損を 9Z16に低減することができることになる。また、各ステータ磁極および卷線の配置、構造については図 97及び図 98のように変形することもできる。

[0197] 次に本発明の他の例を図 104及び図 105に示す。 A61は A相のステータ磁極、 A 62は B相のステータ磁極、 A63は C相のステータ磁極、 A64は D相のステータ磁極である。図 102の卷線 A49を 2個の卷線 A69、 A6Bに分離している。そして、図 105 のようなスター結線としている。卷線 A67へは図 100のベクトル B— Aで示される電流、卷線 A69、 A6Bへはベクトル C Bで示される位相の電流、卷線 A6Bへはベクトル D— Cで示される電流が流される。卷線 A69、 A6Bの卷回数は他の卷線の卷回数の 1Z2とし、電圧振幅のバランスを取ることができる。また、各ステータ磁極および卷線の配置、構造については、図 97及び図 98のように変形することもできる。

[0198] 次の本発明の他の例を図 106及び図 107に示す。このステータ磁極の配置構成は、図 28に示す 6相のステータ磁極の配置構成を 4相に変換し、ステータ磁極間の卷線を図 27の構成のように 2個にした例である。 A81は A相のステータ磁極、 A82は C 相のステータ磁極、 A83は B相のステータ磁極、 A84は D相のステータ磁極である。位相の 180° 異なるステータ磁極をロータ軸方向の隣に配置することによって、図 1 06で空、て、るスペースに各相のステータ磁極からロータ軸方向に延長すること容易な配置構成となっている。卷線 A87へは図 107の（a)のベクトル Aに相当する電流、卷線 A88へはベクトル Cに相当する電流、卷線 A89へはベクトル Cに相当する電流、卷線 A8Aへはベクトル Bに相当する電流、 A8Bへはベクトル Bに相当する電流、 A8Cへはベクトル DCに相当する電流を流す。

[0199] このとき、卷線 A87と A88を 1個の卷線に統合して図 107の（b)に示すベクトル C Aの電流を通電し、卷線 A89と A8Aを 1個の卷線に統合して図 107の（b)に示すベタトル B— Cの電流を通電し、卷線 A8Bと A8Cを 1個の卷線に統合して図 107の（b) に示すベクトル D— Bの電流を通電しても良い。その方が、銅損を約 5Z6に低減させることがでさる。

[0200] 図 108に示すステータ磁極と卷線の配置構成は、図 106の配置構成を改良したものである。 AA1は A相のステータ磁極、 AA2は C相のステータ磁極、 AA3は B相のステータ磁極、 AA4は D相のステータ磁極である。図 106のステータ磁極の配置構成とは異なり、ロータに対向する面のほぼ全面にステータ磁極を配置している。従つて、ロータからの磁束を効率良くステータ側へ通し、卷線と鎖交させることができるので大きなトルク発生が期待できる。卷線 AA7へは図 110の（a)のベクトル C— Aに相当する電流を流し、卷線 AA9は卷線 AA7、 AABの卷回数の 1Z2の卷回数とし、 2 X (B— C)のベクトルに相当する電流を流し、卷線 AABへはベクトル D— Bに相当する電流を流す。このような構成とすることにより、 3個の卷線の 3電流の合計電流を常に零とすることが可能となる。図 110の（a)のベクトル C— A、 D— B、 2 X (B— C)の関係である。そして、図 111に示すようなスター結線とすることにより、 3相インバータを使用することが可能となる。 TE、 TG、 TFはスター結線の端子である。

[0201] 各卷線の電圧の例は、図 110の（b)に示す特性であり、 Eは卷線 AA7の電圧、 Gは卷線 AABである。卷線 AA9の電圧は、この卷線に磁束が鎖交しないように電流 2 X (B— C)を流すので、磁束の時間変化率で発生する電圧は基本的に零であり、その他の卷線抵抗の電圧降下分と漏れ磁束の時間変化率で発生する電圧分が、図 110 の（b)の Fに示すようにわずかに有る。おおよそ 3相電圧となり、 3端子の電流の和が零になるので、 3相インバータでの駆動が可能である。

[0202] しかし厳密には、このような状態における 3端子 TE、 TG、 TFの端子間電圧は図 11 0の（b)から 2 : 2 : 2. 828の関係となっており、平衡 3相交流電圧ではない。その意味で、 3相交流電圧、電流をさらに効率良く使用する方法を図 112及び図 113に示す。図 112にお!/ヽて、電流べクトノレ： Β21、 Β22、 Β23、 Β24ίまネ目互に位ネ目差力 ^120° の 3 相ベクトルである。ベクトル C— Αをベクトル B21と Β22で合成している。ベクトル D— Bをベクトル B23と B24で合成している。ベクトル B25は、図 113の結線上、ベクトル B 21、 B23と同一振幅になる。その結果、図 112の電流べタトノレに合うように、図 111の各卷線の卷回数を計算し直す必要がある。この例では、卷線 AA7の卷回数に対し卷線 B31、 B33の卷回数 ίま 0. 8165倍、 Β82、 Β84の卷回数 ίま約 0. 3倍、 ΑΑ9の卷回数は 0. 866倍とすればよい。このような構成とすれば、図 113の端子 TE、TF、 TGの電流は 3相平衡交流となり、 3相インバータで効率良く運転、駆動することができる。また、この場合の各卷線の配置は、卷線 AA7の替わりに B31、 B32の 2卷線を配置し、卷線 AA9の替わりに B35を配置し、卷線 AABの替わりに B33、 B34を配置すればよい。 [0203] また、卷線の他の接続方法として、図 103のような卷線構成ももちろん可能である。この場合には 4相のインバータが必要である。

[0204] 図 108のステータ磁極の断面 4GD〜4GDは図 109に示す形状となっている。このモータの図 106に示すモータと異なる点の一つは、ロータに対向する面のステータ磁極の形状である。 BYはステータのバックヨークで、そのロータ軸方向長さは MTZで、 B相のステータ磁極 AA1のロータに面する部分の長さ MSZは MTZZ4をより大きく、図 97及び図 98では 2 X MTZ/4に近い値である。したがって、ステータ磁極 AA1 を通る磁束の回転変化率は大きぐ大きなトルクが期待できる。また、ステータ磁極 A A1のロータ表面近傍からバックヨーク BYまでの磁路の太さ MJZはステータ磁極先端の MSZと同じであり、磁気飽和が起きにくい構造となっている。図 29のステータ磁極 144の磁路幅 WDTに比較して 2倍以上の大きさとしている。また、 B相のステータ磁極と D相のステータ磁極の間には、図 109の卷線 AA7、 AA9、 AABがステータ磁極のロータに面するオープニング部まで配置されていて、他相のステータ磁極間との漏れ磁束が発生じにくい配置構造となっている。図 108に示す各相のステータ磁極の間へは各卷線が同様に配置構造となっていて、他相のステータ磁極間の漏れ磁束を極力低減させる構造となって、る。卷線はロータ軸方向に凹凸のある卷線形状となつていて、つまり図 76の卷線で示したような構造となっていて、同様の効果が得られる。図 108及び図 109に示すような構造のモータとすることにより、大きなピークトルクが得られる構造となって、る。

[0205] また、図 108のステータ磁極の形状は長方形に近、、特殊な形状を図示して!/、る力種々の形状に変形することも可能である。例えば、ロータ軸方向へ電磁鋼板を積層して使用する場合には、材料的に、また電磁鋼板を使用した製作の都合上、図 10 8に示す各ステータ磁極の形状は長方形の形状である方が電磁鋼板のプレス打ち抜き製作及び電磁鋼板の積層が容易である。一方、圧粉磁心を金型を利用してプレス成形で製作する場合には、ステータ磁極の形状の自在性が高ぐ図 108のような曲面形状であった方がプレス成型時に好都合である。

[0206] 次に、図 35に示す本発明の 6相のモータの電流、電圧について説明する。このモータは、先に、ある卷線と 180° 位相の異なる他の卷線へ逆方向の電流を流し、卷線としては逆方向に直列に接続することにより 3相インバータで制御、駆動することができることを示した。その方法とは異なるモータの構成法として、図 114〜図 118の構成、あるいは、図 119、図 120の構成とすることができる。

[0207] 図 35の各卷線 61、 62、 63、 64、 65を図 115のスター結線とし、中心点丽を含め 6個の端子 Ta、 Tb、 Tc、 Td、 Te、 TNとする。前記各卷線へは、それぞれ、図 116の Ia、 Ib、 Ic、 Id、 Ieが流され、端子 TNへ Inが流れることになる。そして、各卷線の電圧は図 117の Va、 Vb、 Vc、 Vd、 Veとなり、 5つの電圧をカ卩算して 6で割った値は Vnとなる。そして、 Vnをスター結線の中心点 NNの電位として各端子の電位を求めると、図 118の Van、 Vbn、 Vcn、 Vdn、 Ven、 Vnnとなる。この結果、この図 115のスタ一結線の 6端子へ 6相の電圧、電流を印加することにより、図 35で示されるモータを効率良く駆動できることが示された。そして、 6相のインバータをその駆動に使用することができる。

[0208] 次に、図 34に示すような、 Nが 4以上の偶数相のモータで、モータの各相の高調波成分をキャンセルしてトルクリップル、振動及び騒音の小さなモータを実現する方法について説明する。図 119において、ベクトル a、 c、 eについてはそのままのベクトルとし、 3相平衡の電流を流し、一方、ベクトル b、 d、 fについては時計回転方向 CWへ 30° 回転してベクトル ab、 cd、 efで 3相平衡の電流を流す。このような構成とすることにより、トルクリップルなどの高調は成分に対して、 12相のモータであるかのような効果を得ることができ、トルクリップル、振動、及び騒音の小さなモータを実現することができる。このとき、図 35の各ステータ磁極も同様に、電気角で 120° ずつ、位相の異なるステータ磁極群 3相分を電気角で 30° 円周方向に移動させる。なお、前記の説明では、 3相分の電流と 3相分のステータ磁極を両方変化させたが、片方だけ変化させても相応の効果は得られる。

[0209] なお、インバータの相数とコストの関係については、大きな出力容量のモータ、例えば 50kw以上のモータを駆動する場合は、パワートランジスタを並列使用することが多ぐ相数が例えば 3相から 6相に 2倍に増えてもパワートランジスタの数は変わらず、コスト的な負担は小さい。また、相数が大きいと、モータの高調は成分を低減でき、トルクリップルを小さくできるなどのメリットもある。 [0210] 逆に、 kw以下のモータの場合、インバータのコストが素子数により変動することが多ぐ相数が大きいとコスト的に不利である。従って、この場合、小さい容量のモータを駆動する場合は 3相交流駆動が好ま、。

[0211] 次に、本発明モータの他の例を示す。図 27のモータは、ロータ軸方向に隣接するステータ磁極群が相互に 180° の位相差を持つモータで、電気角 360° の間に 6種類の位相差を持ち、 7個のステータ磁極群カゝらなっている。ステータ磁極群の間には、それぞれ、 2個の卷線が配置されている。これらの 2個の卷線は、 1個の卷線に統合し、前記の 2個の卷線に流される電流値を算術的に加算し、加算値の電流を流すことにより、等価なモータを実現できる。この時、前記の 2種類の電流値が同一の位相で、同一の電流密度で流される場合を除いては銅損が低減されることになり、効率を向上することができる。また、図 27の各ステータ磁極から破線でロータ軸方向にステータ磁極の一部を拡大した図を書いている力図 29の 140、 141のように、ロータに面するステータ磁極の面積を拡大することができる。また、図 108、図 109のように歯全体がロータ軸方向に突き出すこともでき、図 29と図 108、図 109の中間の形状とすることもできる。また、図 27のステータ磁極の例は、相数 Nが 6の例であるが、 Nが 4以上の偶数の時に同様の形状を構成することができる。

[0212] 図 28に示すモータは、図 27のモータのロータ軸方向両端のステータ磁極を片側へ統合し、かつ、ステータ磁極間の 2個の卷線を 1個の卷線に統合した例である。この図 28の構成において、ステータ磁極間の卷線を 2個とすることもできる。図 106、図 1 07はその 4相の例であり、同相の電流が流される卷線 A88と A89とを逆直列とし、卷線 A8Aと卷線 A8Bとを逆直列とし、他の卷線 A87、 A8Cと 4種類の卷線のスター結線とし、 4相インバータでバランスの良い駆動が可能である。

[0213] 次に、本発明の他の例を図 121に示す。 J1Cはロータ軸で、ロータ軸より左側半面の断面図である。ロータには 2個のロータ力磁気的に分離されて配置され、 Jl l^Jl 2は第 1ロータとその永久磁石、 J13iJ14は第 2ロータとその永久磁石である。各永久磁石は図 2のように円周上に N極、 S極が交互に配置されている。 J25は A相のステータ磁極、 J26は C相のステータ磁極、 J27は B相のステータ磁極、 J28は D相のステータ磁極である。 J29は、 A相、 C相の磁束が鎖交するように配置されたループ状の卷線、 J2Aは、 B相、 D相の磁束が鎖交するように配置されたループ状の卷線である。J2Bは両ステータコアの間の磁気的に分離するためのスぺーサで非磁性体である。磁路 J2Cへは C相の磁束 φ Cがとおり、磁路 J2Dへは磁束 φ Bが通る。電磁気的な配置関係は、形状は異なるが、図 106、図 108と同じであり、卷線 A89、 A8A、 AA9に相当する卷線が不要な構造となっている。従って、銅損の低減、小型化が可能である。また、図 121のステータコア、卷線については、図 108のように変形することもでき、より高トルク化を実現することができる。

[0214] 図 121においては、ロータとステータ側の両方が、ロータ軸方向に磁気的に分離されていたが、各ロータ、ステータ間の漏れ磁束を無視した単純論理的な考えでは、口一タとステータとの片側が分離されていれば、 2組のロータ、ステータが電磁気的に独立に作用することができる。図 122は、ロータ側が磁気的に分離された構造で、ステータ側はスぺーサ J2Bが排除され、 2つのステータが密着された構造である。 J15 は A相のステータ磁極、 J16は C相のステータ磁極、 J17は B相のステータ磁極、 J18 は D相のステータ磁極である。この時、磁路 J1Bの部分には C相の磁束と B相の磁束 Φ Βが通ることになり、（)じと() 8とは位相カ 5° 異なることから、図 121の磁路 J 2C、 J2Dに比較して磁路を 0. 707の太さに小さくできる。したがって、モータの小型化が可能である。また、図 121のステータコア、卷線については、図 108のように変形することもでき、より高トルク化を実現することができる。

[0215] 次に、図 123、図 124に、ロータ側は 3個に磁気的に分離し、ステータ側のコアはバックヨーク部で各相のコアが連結された構造の 6相のモータについて説明する。 B31 は A相のステータ磁極、 B32は D相のステータ磁極、 B33は F相のステータ磁極、 B3 4は C相のステータ磁極、 B35は E相のステータ磁極、 B36は B相のステータ磁極である。 K6D、 K61は第 1ロータとその永久磁石、 K6Eと K62は第 2ロータとその永久磁石、 KF6と K63は第 3ロータとその永久磁石である。磁路 KJ6へは A相の磁束が通り、 K6Kへは B相の磁束が通る。一方、ステータ内部に配置された磁路 K6Gへは D相と F相の磁束が通るように配置しており、これらの両磁束の位相差を大きくする組み合わせとしているので、両位相差は電気角で 120° であり、 D相と F相の磁束の合計は 1相の磁束と同じ大きさになる。したがって、 K6Gへは 2相分の磁束が通るにもかかわらず、 A相の磁束が通る磁路 K6Jと同じ太さでよいことになる。磁路 K6Hについても同様であり、 C相と E相の磁束が通り、両磁束の位相差は電気角で 120° であり、磁路 K6Hの太さは、 A相の磁束が通る磁路 K6Jと同じ太さでよい。このように、口ータの構成、配置を工夫することにより、ステータの一部を小型化することができ、モータの小型化、低コストィ匕を実現することができる。また、図 121のステータコア、卷線については、図 108、図 109のように変形することもでき、より高トルク化を実現することがでさる。

[0216] 次に、本発明の他の例を図 125、図 126に示す。 B51は A相のステータ磁極、 B52 は C相のステータ磁極、 B53は E相のステータ磁極、 B54は B相のステータ磁極、 B5 5は D相のステータ磁極である。図 126は電流、磁束等のベクトルを表す図で、 A、 B 、 C、 D、 Eが基本の 5相を表すベクトルである。卷線 B57には C— Aのベクトルの電流を流し、卷線 B59には E— Cのベクトルの電流を流し、卷線 B5Bには B— Eのベクトルの電流を流し、卷線 B5Dには D— Bのベクトルの電流を流す。各ベクトルを図 127のように並べ替え、このようなスター結線とすると、中心の NNには A—Dのベクトルの電流が流れることになる。この時、各卷線の関係は、図 90〜図 96に示した関係と同じ関係であり、 5相インバータで効率良く運転することができる。そして、隣接するステータ磁極との位相差を 144° としているので、図 157の破線で示すように、ロータ表面に対向するステータ磁極を拡大することが容易であり、より大きなトルクを生成することがでさる。

[0217] また、図 125の変形として、 6ステータ磁極、 5卷線の 5相のモータを実現することもできる。また、図 121のステータコア、卷線については、図 108、図 109のように変形することもでき、より高トルク化を実現することができる。

[0218] 次に、本発明の他の例を図 128に示す。 B91は A相のステータ磁極、 B92は B相のステータ磁極、 B93は C相のステータ磁極、 B94は D相のステータ磁極、 B95は E相のステータ磁極、 B96は F相のステータ磁極である。このような配置、構成で、ロータは図 121のような磁気的に絶縁された 2個のロータを使用する。そして、 B91、 B93、 B95で一つの 3相モータを構成し、 B92、 B94、 B96でもう一つのモータを構成し、 2 個のモータが複合された構成とする。卷線 B97へは、図 129のベクトル図において、 C Aのベクトルで表される電流を流し、卷線 B98へは E— Cのベクトルで表される電流を流し、卷線 B99へは F Bのベクトルで表される電流を流し、卷線 B9Aへは D— Fのベクトルで表される電流を流す。このような構成とすることにより、図 1、図 2、図 7 で示されるモータが 2個並列に駆動されることになる。そして、これらの 2個のモータは位相が相対的に 60° ずれているので、 6相のモータの性格を持ち、トルクリップルが低減されたモータを構成することができる。また、図 129に示すように、省略された卷線、電流は D— B、 F— Bのベクトルの電流であって、丁度逆方向であって、相殺される関係としている。その結果、全電流によりロータ軸方向に発生する起磁力が零となるので、ロータ軸方向に起磁力が発生せず、モータ周辺部品の磁ィ匕などの恐れが無ぐ周辺の鉄粉を吸着する問題も解消される。

[0219] 次に、本発明の他の例を説明する。図 125では 5相のモータの配置構成について説明したが、 7相のモータの場合には、 A、 B、 C、 D、 E、 F、 G相の 7相のステータ磁極を配置することになる。 7相の場合には 1相の電気角的な幅が 51. 43° であり、 18 0° に近!/、磁極幅の整数値は 3であり、 3 X 51. 43 = 154. 3° となる。従って、図 12 5のモータの考え方で 7相に拡張する場合には、隣接するステータ磁極の相が 2個の相を飛ばした、 A、 D、 G、 C、 F、 B、 E相の順にロータ軸方向に並べる方法が良い。このような構成の時には、各ステータ磁極の発生トルクを大きくすることができ、ロータ軸方向へ凹凸形状となるループ状卷線の配置も比較的容易である。

[0220] 次に、本発明モータの例を図 130に示す。本発明の各種モータは、各相のステータ磁極が同一円周上には配置されていないので、いくつかの原因でトルクリップル発生の可能性を持っている。その原因として、各相のステータ磁極の配置される順に起因した要因とロータ軸方向両端と両端以外のロータとの条件の差異による要因とがある。これらのトルク脈動の要因に起因するトルクリップルを低減する方法として、円周方向を複数個に区切って、相互に入れ替えることにより高調波成分をキャンセルさせることがでさる。

[0221] 図 130は、図 108のモータのステータ磁極、卷線の配置をモータの半周で入れ替える構造を示している。 DDIは A相のステータ磁極で DD2は C相のステータ磁極であり、図 130の右側ではロータ軸方向の反対側へ配置を換え、 DD9、 DDBが A相ステータ磁極、 DDAが C相ステータ磁極である。 DD3は B相ステータ磁極、 DD4は D 相ステータ磁極であり、入れ替えて、 DD5、 DD7が B相ステータ磁極、 DD6、 DD8 が D相ステータ磁極である。各相のステータ磁極は、電気角で同一の位相に配置されているが、ステータの中央部とロータ軸方向端の関係が反転している。具体的には、 A相のステータ磁極 DD 1の丸みを帯び卷線 DDCに近接した部分はステータのほぼ中央部に位置している力 DD9ではロータ軸方向端で図 130の下端に位置している。このようにロータ軸方向の位置を変えることにより、ロータ、ステータのロータ軸方向端の電磁気的な作用、および、中央部の電磁気的な作用がキャンセルされる構造としている。この結果、トルクリップルが低減され、安定したトルク出力が可能となる

[0222] なお、図 130において、ステータ磁極の入れ替えのため、空きスペースが発生しているが、このスペースは、少し小さなステータ磁極を配置するなどの方法でトルク発生のために有効に活用することもできる。

[0223] 図 130では、 4相の例について説明した力 A、 B、 Cの 3相の場合には A相、 B相 C 相を順次、配置を入れ替える方法でトルクリップルを低減することができる。

[0224] 次に、永久磁石によるトルクといわゆる軟磁性体を活用したリラクタンストルクとが得られるような、図 14〜図 16に示す磁石埋め込み構造のロータ、図 17に示す磁石インセット型ロータと図 21、図 22、図 34、図 35、図 42、図 43などに示すステータとの組み合わせのモータについて説明する。なお、各種の形状のロータは、それぞれに特性、特徴が異なり、用途ごとに使い分けられている。また、これらのロータに対し、図 2 1、図 22に示す表面磁石型のロータは、使用される永久磁石の特性でモータ内部のおおよその磁束の分布が決まる構造であり、ステータの各卷線が発生する起磁力がモータ内の各部の磁束密度に与える影響は少なぐいわゆる磁石トルクが多く前記のリラクタンストルクは少なヽ特性である。

[0225] 上述したように、図 73に示すようないわゆる集中巻きのステータの磁極幅が電気角で約 120° であり、円周方向に正弦波状の起磁力分布を作ることが難しい面がある。したがって、図 14〜図 17に示すようなロータの場合、リラクタンストルクが十分に得られないことがある。また、コギングトルク、トルクリップルも大きくなる傾向がある。また、ロータの軟磁性部の磁気特性を活用した定出力制御が難しいという問題もある。

[0226] しかし、本発明の図 35等に示すステータでは円周方向に電気角で 60° の比較的小さな離散性でステータ磁極を配置することができ、さらには、各ステータ磁極に作用する起磁力の大きさを卷線電流の振幅と位相を制御することにより、滑らかな回転磁界の生成が可能であり、図 14〜図 17に示すようなロータと組み合わせて大きなトルクを得ることができる。また、ロータの回転位置に応じた自在な起磁力制御により、図 74に示すステータで得られるような定出力制御を実現することができる。また、滑らかな回転磁界によりコギングトルク、トルクリップルの低減も比較的容易である。

[0227] 一方、図 74に示すステータはスロットのオープニング部が狭ぐ 3相卷線の配置が複雑になりがちであるため、卷線の占積率が低ぐ卷線の組み立て性が低ぐコイルエンドが長くなりモータが大きくなりがちである等の問題がある。本発明の図 35等に示すステータは、上述したように、卷線の量を少なくできるので銅損を低減でき、卷線が単純なループ状の卷線なので製作が容易で、図 73および図 74に示すステータのように軸方向に配置される卷線がな、ため多極ィ匕して卷線配置断面積が小さくなることもなく、多極ィ匕による高トルク化が可能で、コイルエンドがないのでモータを小型化することができるなどの特徴を持って、る。

[0228] なお、軟磁性体としては電磁鋼板あるいは粉状の軟磁性体の表面に電気的絶縁を施して押し固めた圧紛磁心などを使用することができる。

[0229] 次に、本発明の図 35等に示したステータと図 74に示すようなシンクロナスリラクタンスモータのロータとの組み合わせのモータについて説明する。なお、このロータのスリット部 58の空隙部は非磁性体でも良ぐ高トルク化などの目的で永久磁石を挿入してもよい。

[0230] 図 73に示すようないわゆる集中巻きの 4極のステータと図 74に示す 4極のロータとを組み合わせた特性は、大きなトルクリップルを生じる問題がある。図 74のステータとの組み合わせで良好な特性を得ることが知られて、るが、前記のステータの課題がある。特に、シンクロナスリラクタンスモータは永久磁石などの高価な部材を使用せずにあるいは少量の永久磁石の使用で実現できるので低コストであり、界磁弱め制御が可能であるため低出力制御が可能であるという優れた特徴を有している力図 74 のステータの前記課題カこのモータの競争力を低下させている。

[0231] しかし、本発明の図 35等に示すステータと組み合わせることにより、シンクロナスリラクタンスモータのロータの特徴と本発明の図 35等に示すステータの前記特徴が組み合わされ、優れたモータを実現することができる。

[0232] 次に、本発明のモータのロータ構造について説明する。図 131にロータの断面図を示す。

[0233] 図 131の（a)に示すような電磁鋼板を積層してロータ磁極を構成している。 D13はロータ軸、 D12はロータの各磁路を支える支持部材で非磁性体である。 D11は図 13 2の（a)に示すような折り曲げられた形状の電磁鋼板で、ロータ軸に平行に配置され、類似形状でサイズの異なる電磁鋼板が積層されて 8極のロータ磁極を形成して、る。前記の積層された電磁鋼板の相互の隙間は空間となって、るかあるいは非磁性体部材が配置されていて、電磁鋼板で作られる個々の磁路間の磁気抵抗を大きくして、ロータ磁極から隣のロータ磁極への磁気抵抗を小さくしてモータの d軸インダクタンス Ldを大きくし、同時に、ロータ磁極境界部から隣のロータ磁極の境界部への磁気抵抗を大きくしてモータの q軸インダクタンス Lqを小さくしている。なお、前記の空間の隙間あるヽは非磁性体部材は、複数枚の電磁鋼板ごとに配置されてヽても良、。

[0234] 図 131に示したロータ構成では、各電磁鋼板の固定方法が図示されていないが、ロータ軸へボルトで固定する方法、接着剤で固定する方法、榭脂で含浸する方法など、様々な方法で固定することができる。この図では、電磁気的な要件だけを示した

[0235] ここまでに示した本発明のモータは、その各相の磁束が円周方向、ラジアル方向だけでなく、ロータ軸方向へも通る構造であることが多い。その点で、図 131、図 132で示す形状の電磁鋼板はロータ軸方向へ磁束が通っても電磁鋼板の形状に沿って磁束を通すことができるのでロータ軸方向への磁束を容易に通過させることができ、特に、本発明のステータ構造には都合の良い磁路形状となっている。また、さらに、電磁鋼板の枚数を増加させる方法、ロータ表面の外形形状を各磁極ごとに円弧状にするなどの改良を行うこともできる。このようなリラクタンストルクを応用するモータは、トルクリップルを低減するためにそのようなモータ外形に関わる改善が重要である。 [0236] 図 132の（a)で示す電磁鋼板で図 131のロータを構成した場合の問題点として、高トルクで回転中にロータ表面近傍で磁束がロータ円周方向に変化するように作用し、電磁鋼板の厚み方向に増減する磁束に起因する渦電流が発生し、渦電流損が発生する問題がある。

[0237] この問題を解決するために、図 132の（b)に示すように、電磁鋼板のロータ表面近傍に位置する部分に、渦電流を低減するように、ごく細いスリットを設ける方法が有効である。このように、ごく細ぐラジアル方向のスリットは、磁束量的にも遠心力に対する強度的にも問題が少ない。

[0238] なお、図 131のロータ構成では、高速回転でのロータ各部に力かる遠心力が強度上の問題となる。このロータ構成は、やや複雑な構成なので、高速回転用途では口ータの強化策が必要である。また、図 131のモータ構造をアウターロータ型が変形した場合にはロータの外周側に強固なリング状の鋼材を配置することも可能であり、遠心力の問題は軽減される。

[0239] 次に、図 131および図 132に示したロータを備えるモータのトルクを向上する方法について、図 133に示し、説明する。例えば、 D31に示すように、図示するような方向の永久磁石 D31、 D32を各ステータ磁極に配置する方法がある。この時、反対方向に磁極へ配置する磁石の方向は反対方向にする必要がある。図 131に示すような口ータでは、大電流時の電磁鋼板の積層方向への漏れ磁束が力率低下を招き、トルクが低下するが、永久磁石 D31を追加することによりこれらの漏れ磁束を補償する効果がある。また、永久磁石 D31は積極的にトルク磁束を供給する効果もあり、トルクの増加を実現することができる。

[0240] また永久磁石 D31は、電磁鋼板のほぼ全面に挿入する例として示した力 D32に示す永久磁石のように、短い磁石を電磁鋼板間の一部に配置しても良い。また、各電磁鋼板間の全てに永久磁石を配置しなくとも、部分的な永久磁石の配置でも相応の効果がある。モータに求められる特性、モータの製作性、磁石の種類および特性に合わせた配置が可能である。

[0241] また、図 18に示すような突極状の軟磁性体で構成されるロータと図 35等に示すステータとを組み合わせて、堅牢で高速回転制御の容易なモータを実現することもできる。なお、ロータの突極の形状は特に限定するものではなぐロータ内部へスリットを付加する、あるいは、永久磁石を付加するなどの変形も可能である。

[0242] 次に、図 35等に示すステータと図 19に示す誘導電動機のロータとを組み合わせた本発明モータについて説明する。図 19に示すロータは、導体 170がアルミニウムのダイカスト成形で作られる場合と銅製の棒材をスロットに挿入する場合とがある。 V、ずれも、各卷線のコイルエンド部は短絡されていて、誘導電流が流れるように製作される。また、ステータの卷線を構成する表面が絶縁された銅線でロータの 2次導体を構成することも可能である。一般的に、誘導電動機は、図 74に示すステータ構成と図 1 9に示すようなロータ構成で広く使用されており、堅牢で、界磁弱めによる定出力制御の性能に優れ、 50Hz, 60Hzの商用電源を電磁接触器の開閉により簡便に駆動停止することができるなどの特徴がある。しかし、図 74に示すステータについて説明したように、いくつかの課題があり、効率、生産性、モータサイズ、コストの問題がある

[0243] しかし、図 35等に示したステータと図 19に示す誘導電動機のロータとを組み合わせることにより、誘導電動機の特徴を備えながらステータの前記課題を解消することができるので、優れた誘導型のモータを実現することができる。

[0244] また、図 57に示すロータは、図 17に示すロータに誘導卷線 172、 173を追カ卩した構造を有している。このような同期電動機のロータに誘導卷線 172、 173を追加することにより、 50Hz、 60Hzの商用電源の入り、切りでモータを起動、停止でき、通常運転時には同期電動機として効率良く運転することが可能となる。 171は永久磁石で、 170は軟磁性体である。また、誘導卷線 172、 173の追カ卩は、図 14〜図 18に示したロータについても可能である。

[0245] また、誘導電動機のもう一つの課題は、ロータの 2次導体に流れる誘導電流が発生する 2次銅損の発熱であり、モータ効率を低下させ、用途によってはロータの温度上昇が問題になっている。この問題を解決し、ロータの 2次銅損を低減するモータを図 5 8に示す。図 58に示すステータ 176は、図 21に示すステータ 14と同一である。なお、図 58に示すステータの卷線 177は、図 35に示すステータのように変形することが可能であり、ステータの卷線部での発熱を低減し、銅損を低減することも可能である。図 58に示すロータは、図 34に示すステータの構造を内径と外径を逆に製作してロータとしたもので、卷線 178〜183は誘導電動機の 2次誘導電流を通電するループ状の短絡された卷線である。卷線 178〜183の卷回数は 1ターン力も複数ターンまで自由に選択することができ、この卷線をアルミダイカストで製作するときは 1ターンの短絡卷線となる。

[0246] 図 58に示すモータの特徴は、ステータとロータの両方がループ状の卷線を使用した構成となっていることである。上述したように、卷線の量を少なくできるので銅損を低減することができ、卷線が単純なループ状の卷線なので製作が容易で、図 73および図 74に示したステータのように軸方向に配置される卷線がな、ため多極ィ匕して卷線配置断面積が小さくなることもないので多極ィ匕による高トルク化が可能で、コイルェンドがな!/、のでモータを小型化することができるなどの特徴を持って、る。特に多極化した場合には、図 19に示したロータより図 58に示したロータの方がロータ側の銅損を/ J、さくすることができる。

[0247] また、図 58に示したモータでは、ステータとロータとが同一の考え方の構造であることを明示するため、同一の歯の数、同一のスロットの数として図示したが、類似形態のステータとロータの組み合わせの場合にはトルクリップルが発生しやすいという問題がある。その意味では、図 58に示したモータにおいて、ステータとロータの歯の数、スロットの数、卷線の数を異なる値にすることが望ま、。

[0248] 次に、（31)式の Nss = PnX Nsで相数 3のステータ構成、すなわち、 Nss = 3 X Pn の構成のステータと図 14〜図 19および図 57に示すロータとを組み合わせたモータについて説明する。上述したように、これらのロータ表面には軟磁性体が含まれており、ロータの磁束分布をステータの電流で変えることが容易な構造となっており、ステ一タカ円周方向に正弦波的な起磁力分布を印加したときに効果的に作用する構造のロータである。一方、図 35等に示す 6相のステータは円周方向の起磁力分布が 60° ピッチであり、離散性が小さいので比較的高精度に円周方向に正弦波的な起磁力分布を印加することができ、図 14〜図 19および図 57で示すロータと組み合わせて効果的に駆動することが可能である。ここで、図 35に示すステータ構成を 3相に変形すると、ステータの離散性は 120° と 2倍に大きくなるので、図 14〜図 19および図 57に示すロータを駆動すると、平均トルクの減少あるいはトルクリップルの増加などの問題が発生し、効果的に駆動できないという問題がある。しかし、この対策として、ステータの磁極形状 SPSを図 39に示すような形状にすることにより、ステータ内周のステータ磁極形状 SPSの円周方向の面積分布を正弦波分布に近づけることが可能となり、ロータの円周方向に正弦波分布状の起磁力を印加することができ、より効果的なロータの駆動が可能となる。

[0249] また、ロータに印加される起磁力分布が円周方向に正弦波的な分布となるようにしたいのであるから、図 40に示すように、ロータの径方向形状をロータ磁極境界部が凹状となる形状とする方法、あるいは、ステータ磁極の円周方向両端がステータ中心に対する半径が大きくなる形状とし、図 23に示すステータ磁極形状に対して両端部が外径側に滑らかな形状とする方法も効果的である。また、それらの方法の組み合わせも可能である。

[0250] 上述したように、図 35に示すステータは性能的には優れている力相数が多いのでやや複雑な構成となる。この点で、図 35に示すステータを 3相にしてステータ内周のステータ磁極形状 SPSの円周方向の面積分布を正弦波分布にした構造は、円周方向の起磁力分布を正弦波にすることができるので、図 14〜図 19および図 57に示すロータを効果的に駆動することができ、ステータが簡素化でありながら効果的駆動が実現でき、低コストと高性能を両立させることが可能である。

[0251] なお、図 35に示すステータを 3相に変形し、ステータ磁極形状 SPSを図 39に示した形状とするステータの構造および各部形状は、図 1に示す構成のステータでステータ磁極の内周面形状 SPSを図 11〜図 13の形状あるいは図 39のステータ磁極形状とすることと同じである。

[0252] 次に、ステータとロータとの内径側、外径側の関係を逆にし、外径側が回転するいわゆるアウターロータモータの形状について、図 59を用いて説明する。 187は内径側に配置されたステータで、その内部にループ状の卷線 189〜 194が配置されて!ヽる。これら各卷線は 1スロット中に 2組のループ状卷線を配置して!/、る例を示して!/、る 1S 図 34、図 35の各卷線のように卷線を統合することも可能である。 186はロータを支え、回転自在とする軸受け、 185はロータの出力軸、 203はロータである。 195は口ータの内径側に固定された永久磁石で、円周方向を直線展開した形状は、内径、外径は異なるが、図 22 (b)に示す永久磁石 12のような形状を有する。図 59に示したモータは、単に外径側を回転できるという特徴の他に、出力を大きくできる特徴がある。これは、モータの内径側まで有効に電磁気回路を構成できるので、卷線 189〜194 の断面積を図 21のモータの卷線 41〜52より広く取ることができて通電電流を大きくすることができ、モータとして電磁気的に作用する磁束の量においても永久磁石 195 が図 21に示す永久磁石 12に比較して外径側に配置できるので、電流、磁束ともに大きくなり、出力トルクを大きくすることができる。但し、図 59に示すアウターロータモータは、使用される用途、使用される周囲環境によっては問題となることもある。例えば、図 59ではモータケースを図示していないが、必要となる用途もあり、また、ロータ軸受けの配置に工夫が必要で、ロータ軸剛性が低くなることが多い。

次に、図 35に示す円筒状のステータを円盤状に変形したモータの例を図 60に示す。ステータ 196、 231は永久磁石で構成されたロータ 194の軸方向両側に配置されている。 195はステータのケースで、非磁性体で構成されている。 11は非磁性体で製作されたロータ軸で、 197は軸受けである。 198〜202は各相のループ状卷線で、図 61にステータ 196をロータ軸 11の反負荷側カゝら見た配置図を示す。 237が第 1相のステータ磁極、 238が第 2相のステータ磁極、 239が第 3相のステータ磁極、 2 40が第 4相のステータ磁極、 241が第 5相のステータ磁極、 242が第 6相のステータ磁極である。各相のステータ磁極が電気角で 60° の相対的位相差を持つように配置されている。ステータ 196の各卷線 198〜202は図 61において同一番号でその配置関係を示している。ステータ 231についても、ロータ軸 11の反負荷側力も見た配置関係は図 61と同じである。また、各ステータ磁極の形状はそれぞれにモータ中心からの距離が異なるので、ステータ磁極の面積が同一になるように径方向の幅が決められている。ロータ 196をロータ軸 11の反負荷側力も見た構成は図 62となり、円周方向に永久磁石の N極 243と S極 244とが交互に配置された 8極のロータとなって!/、る。このとき、ロータ 196に作用するロータ軸方向の電磁気的吸引力は、ステータ 196、 231の両側力も作用するので、吸引力が相殺されており、トータルとしては大きなロータ軸方向の力すなわち大きなスラスト力は発生しない構造となっている。 [0254] 図 60に示したモータの作用は、各相卷線を含むステータ 196、 231が配置されているが、電磁気的な作用は図 35のステータと同じである。また、ステータ磁極の形状、ループ状卷線、ロータなどは、上述した種々の構成に変形することが可能である。ステータ 196、 231を異なる構成のステータとすることも可能であり、例えば、片方のステータを卷線を含まない軟磁性体の円盤とすることも可能である。ステータ 196、 2 31の位置に 2個のロータを配置し、ロータ 196の位置にステータを配置することもできる。また、相数、極数を 6相、 8極の例について説明した力例えば、 3相、 16極の相数、極数とするなど、相数、極数を自由に選択することができる。

[0255] 図 60に示すようなモータ構造とすることにより、扁平で薄型のモータを構成することができる。また、図 21、図 35に示すモータと比較して、相対的に大きな永久磁石を配置することができるので、卷線への鎖交磁束を大きくすることができ、大きなトルクの発生が可能である。

[0256] 次に、図 35に示した配置構造のステータを有するモータを 2個組み込んで複合ィ匕したモータの例を図 63に示す。図 63に示すモータは、一点鎖線で示す水平線の上側と下側とで 2個のモータが組み込まれている。図 64は、図 35と同様に、図 63のステータをロータ側から見たステータの内周側形状を直線状に展開した展開図である。図 63に示す上半分のモータであるステータ磁極 67、 54、 55、 56、 57、 58およびル一プ状卷線 61〜65は、図 35に示したステータの構成と同じであり、図 33に示した電流ベクトルに示す平衡 6相電流の卷線から電流ベクトル fに相当する卷線を省略した構造で、その電流アンバランス分の起磁力がロータ軸方向に発生している。図 63に示す下半分のモータ構成は、図 35のステータ構成と比較して、ステータ磁極の配置順およびループ状卷線に通電する電流の順と極性が逆であり、その電流アンバランス分の起磁力が上半分のモータと逆方向に発生する構成としている。ただし、図 63 の下半分のモータが発生するトルクの方向と大きさは、図 63の上半分のモータと同一となる構成としている。なお、図 64に示す各ループ状卷線の左端に示す電流べクトル a、 b、 c、 d、 e、一 a、一 b、一 c、一 d、一 eが、各卷線に通電される電流であり、図 3 3に示す電流ベクトルである。このように、 2個のモータを組み合わせることにより、各モータが発生する軸方向起磁力をキャンセルさせて相殺することが可能である。したがって、ロータ軸が軸方向に磁ィ匕されることにより、モータ出力軸に周辺の鉄紛が付着する、あるいは、ロータ軸上に磁気式のエンコーダを取り付けていてロータ軸方向起磁力が問題となるというような用途では有効である。さらに、 3個以上の電磁気的にアンバランスなモータを同軸上に配置して電磁気的なバランスを保つこともできる。

[0257] また、図 63においては、一点鎖線で示す上下のモータの電磁気的作用が一点鎖線で示される面に対して面対象な構成としてヽるので、それぞれのステータは密着した構成としても 2個のモータ間の電磁気的な干渉が少ない例を示している。しかし、 2 個のモータの他の構成でロータ軸方向起磁力をキャンセルする力一点鎖線の面にお!、て電磁気的に対象な構成となってヽな、場合は、 2個のステータ間にスペースを設け、磁気的な分離をしてもよい。

[0258] また、スペースの有効活用による全体の小型化あるいは部品の共用などによる簡素ィ匕、低コスト化の目的でも、複数のモータを結合する複合ィ匕は効果的である。軸方向に複数のモータを結合する場合は、細長いモータ構成とし易ぐ径方向に複数のモータを結合する場合は短い、扁平なモータ構成とし易い。例えば、径方向に 2個のモータを組み合わせる場合は、内側にアウターロータ型のモータを配置し、外側にインナーロータ型のモータを配置し、両モータのロータを一体化する構成とし、内径側モータと外径側モータとは大きく異なる形状となるのでそれぞれの形状に適したモータのタイプとすることにより、スペース的に、モータの出力密度的に効果的な構成とすることができる。上述したような複合ィ匕の対象となるモータの組み合わせは、本発明のモータ同士の組み合わせ、あるいは、本発明モータと従来モータとの組み合わせも可能であり、複数のモータの長所と短所とを組み合わせることにより、その用途の目的、性能を達成することができる場合もある。

[0259] 次に、ロータ軸に平行して配置された電磁鋼板をロータ内部に配置した図 65に示すロータについて説明する。図 14に示したロータは、 265がロータ軸方向に積層した電磁鋼板、 266は軟磁性体のロータ軸である。 262、 263は永久磁石で、ロータ外周に図示する N極および S極の向きになるように各永久磁石の極性が向けられている。このような図 14に示したロータでは、ロータ内の磁束が円周方向および径方向に変化しても電磁鋼板内では渦電流が過大となり難い構成としている。しかし、図 35に示すステータと組み合わせて駆動する場合、電磁鋼板 265のロータ軸方向磁束が変化することになり、回転時には電磁鋼板 265での渦電流が大きく発生して渦電流損が問題となる。

[0260] 図 65に示す横断面図のロータは、図 14に示した電磁鋼板 265にロータ軸方向に穴を設け、その穴に積層した電磁鋼板 264を配設した構造である。積層した電磁鋼板 264は図 66に示すような構成で、表面が絶縁体膜で覆われた薄板の電磁鋼板を積層しており、積層方向と直角な方向への磁束が増減したときに渦電流が流れ難い構造となっており、鉄損を低減できる構造となっている。図 65に示すように配置された積層電磁鋼板 264の向きは、円周方向にほぼ直角に配置されているので、円周方向以外の方向、すなわち、磁束がロータ軸方向と径方向に変化しても鉄損を小さくできる配置となっている。このように、図 65に示すロータは、導磁磁路としての積層電磁鋼板 264、 265が互いに交差するように配置されているので、ロータ磁極の磁束が口ータ軸方向に増減しても渦電流が発生し難い構成となっている。その結果、図 65に示すロータと図 35等に示すステータとを組み合わせたモータにおいて、永久磁石 26 2、 263で生成される磁束を効果的に図 35に示すステータ磁極 67、 54、 55、 56、 5 7、 58へ導くことができ、回転時にも渦電流損を低減できる効果がある。

[0261] なお、電磁鋼板 264は積層して配置されているが、特に積層することは必要条件ではなぐ磁束を通すために必要な量の電磁鋼板を分割、分散して配置してもよい。また、電磁鋼板の替わりに圧紛磁心と称される軟磁性体の粉末を押し固めた渦電流の少ない材料であっても、低鉄損でロータ軸方向に磁束を導くことができる。また、ロータの軟磁性体部の全体が圧紛磁心であってもよい。

[0262] また、図 21に示すステータ磁極形状および図 35に示すステータ磁極形状は、図 3 1に示したステータ磁極形状のようにステータ磁極のロータ軸方向幅 WDDがステータ磁極のロータ軸方向間隔 WDPより小さな構造を示している力ロータからの磁束をより多く導くことにより発生トルクを大きくする場合には、図 38に示したステータ磁極形状 54SSのようにステータ磁極のロータ軸方向幅 WDXを大きくする構造が有利である。しかし、その場合には、図 31のステータ磁極先端部の径方向厚み HD1が図 38 に示したステータ磁極先端部の径方向厚み HD2のように、ロータ軸方向へ磁束を多く通すために大きくなり、そのために隣接するスロットの断面積力、さくなり、導線が細くなるため通電容量が減少するという問題がある。

[0263] この問題に対し、図 38に示したステータと図 65に示したロータを組み合わせた場合、上述したように、図 65のロータ内部でロータ軸方向に磁束が容易に通過できるため、図 38に示したステータ磁極の径方向厚み HD2を小さくすることができ、スロット断面積、導線断面積を大きく取れるので銅損を低減でき、出力を増加させることができる。

[0264] なお、電磁鋼板 264の追加を図 14に示したロータについて示した力図 15〜図 18 などに示した他の種類のロータについて行なうことも可能である。また、追加する軟磁性体の形状については、図 66に示す積層電磁鋼板 264の例を図示した力渦電流が少な、形状であれば種々形状が可能である。

[0265] 次に、図 67に示すように、ロータ磁極の軟磁性体部に磁束の回転方向自在性を制限する空隙部あるいは非磁性体部を備えるロータ構造について説明する。図 67に示すロータは、図 14に示したロータの軟磁性体部 265の部分に、 267、 268で示す空隙部あるいは非磁性体部を設けたものである。ロータの外周形状は各磁極の境界部が凹部となり、ロータ磁極の外周形状をロータ半径より小さな半径の円弧状形状で滑らかな形状となっている。空隙部 267、 268は、それらの空隙部に挟まれた磁路 269 、 270の磁束が円周方向に自在に動、てずれな!/、ように、磁束の回転方向自在性を制限している。また、空隙部 267、 268のスリット形状の向きは、ロータ磁極の中央部の磁束密度が高くなるように、永久磁石 262、 263からの磁束が寄せ集められるような配置構造としている。その結果、各ロータ磁極表面の磁束分布は、中央近傍は磁束密度が大きぐ磁極境界部側の磁束密度が低くなるように、比較的正弦波分布に近くなるような構造となっている。ロータ磁極の境界部形状は、その部分の磁束はモ一タトルクを発生させるための貢献度が低ぐ逆にその部分の磁束密度が大きいとトルクリップルを発生する要因になり易いので、凹状としてその部分からステータへ通る磁束の磁束密度を低くして、る。

[0266] また、空隙部 267は一つの磁極に 3個配置し、空隙部 268は一つの磁極に 4個配置していて、空隙部の円周方向ピッチ SPPは同一とし、空隙部 267、 268が磁極中心に対して相対的に SPPZ2だけ円周方向位置がずれている関係としている。その結果、空隙部に起因するコギングトルク、トルクリップルが相殺される関係となり、より滑らかなロータの回転を実現することができる。

[0267] 次に、本発明のモータのステータ磁極の一部を削除し、そのスペースを活用してステータのループ状卷線のコイル端の卷線配線スペースとする、あるいは、位置検出センサー、温度センサー等の配置スペースとする技術にっ、て説明する。

[0268] 従来の方法として、モータの軸方向後端にロータ位置検出用エンコーダ等のセンサーを配置する例が多く見られるが、モータ全長が長くなるという問題がある。また、図 71に示した従来のモータのステータのコイルエンド 5の近傍のスペースを活用してコイル端の配線処理を行なう、あるいは、各種センサーを配置することがあった力コィルエンドの軸方向長さが短いモータの場合、あるいは、図 1、図 21に示すような本発明のモータのようにコイルエンド部がない場合には、モータ内部の軸方向端でコィル端の配線処理を行なう、あるいは、各種センサーを配置するとモータの軸方向長さが大きくなる問題がある。

[0269] この問題を解決するために、図 10、図 11、図 12、図 13に示したステータ磁極形状のようにステータ内周面の円周方向の大半の部分にステータ磁極が隣接して配置されている場合は、特に図示しないが、数個のステータ磁極を除去する、あるいは、 1 個のステータ磁極の一部を凹ませて形状の一部を除去することによりスペースを確保することができる。また、そのスペースを利用して、ループ状卷線のコイル端に折り曲げ処理、あるいは耐熱絶縁処理を施した電線と接続する処理を行なうことができる。また、そのスペースを利用して、電流センサー、電圧センサー、磁束センサー、加速度検出センサー、速度検出センサー、位置検出センサー、温度センサー、振動センサ一等を配置することもできる。

[0270] 図 1に示したモータは 3相 8極のモータであり、 U相のステータ磁極 119、 V相のステータ磁極 120、 W相のステータ磁極 121は、その内周面の円周方向形状を直線状に展開すると図 4の形状となる。このとき、隣接するステータ磁極の間隔が狭ぐ例えば、U相ステータ磁極 119から V相ステータ磁極 120への漏れ磁束などステータ磁極間の漏れ磁束が発生し、ロータの永久磁石等で作られる界磁磁束が漏れてモータ卷線と鎖交する成分が減少することによるモータトルクの減少の問題や、各相卷線の電流 Iが生成する起磁力に起因するステータ磁極間の漏れ磁束である漏れインダクタンス Lxが無視できないほど大きくなつて、高速回転 ω、大電流 Iでの電圧降下 Vx= ω X Lx X Iが大きくなり、高速回転での出力トルクが低下する問題や、漏れインダクタンス Lxが大きくなることによるモータ制御装置における電流応答性の低下の問題がある。

[0271] この問題を解決するため、図 4の構成を図 68の構成とすることにより、ステータ磁極間の距離を大きくしてステータ磁極間の漏れ磁束を低減することができる。図 4、図 6 8ともに 8極のモータで、水平軸は機械角角度 0° 力も 360° で示されており、電気角で表現すると 0° 力 360° X 4= 1440° の角度範囲を図示している。 271は U 相ステータ磁極、 272は V相ステータ磁極である。これらの各相ステータ磁極は、図 4 に比べて、 1個おきになっており、 4個から 2個に半減している。同相のステータ磁極が周方向に配置されるピッチは電気角で 720° ピッチとなっている。ステータ磁極間の距離が大きくなり、漏れ磁束を低減できるので前記の種々問題を解決することもできる。ただし、ステータ磁極の数は半減するのでトルクが低下する問題が新たに発生し、この問題を解決するため、ステータ磁極の形状を空いたスペース内で広げる方法、モータの極数を大きくする方法などを併用すると効果的である。このように、ステータ磁極間の漏れ磁束の問題を解決し、モータ発生トルクの低下の問題については他の手法で改善することができる。

[0272] 図 4に示したステータ磁極の形状は、各相卷線の鎖交磁束を大きくしてトルクを増カロさせるため図 10〜図 13に示すような種々のステータ磁極形状に変形することも可能である。しかし、これらのステータ磁極形状は、図 4に示したステータ磁極形状に比較し、各相ステータ磁極が隣接する面積が広くなつており、相間の漏れ磁束が増加しており、前記の図 4の漏れ磁束の問題がさらに大きくなつている。また他の問題として、ステータ磁極 122〜136のステータ内周面で集められたロータ磁束をステータのバックヨーク部へ通過させるための磁路を形成するための磁路スペースが不足する問題がある。この磁路スペースが不足すると磁路が磁気飽和してトルクが低下する現象となる。

[0273] これらの問題を解決するため、例えば、図 11に示したステータ磁極の場合、図 69 に示すように、同相のステータ磁極の周方向に配置されるピッチを電気角で 720° ピツチとすることができる。図 69に示すモータも 3相 8極のモータである。図 10〜図 13 および図 69の水平軸は機械角で表しており、 0° から 360° であり、電気角で表現すると 0° 力 360° X 4= 1440° の角度範囲を図示している。図 69に示すステータ磁極形状の場合、明らかに隣接するステータ磁極間の距離を大きくすることができ、ステータ磁極間の漏れ磁束を低減することができる。その結果、漏れ磁束に起因したトルク低減の問題、漏れインダクタンスに起因した高速回転、大電流時のインダクタンス電圧降下の問題等の悪影響を低減することが可能である。また、ステータ磁極内周面からステータバックヨークまでの磁路スペースに関する前記問題は、図 69のようにステータ磁極間のスペースを広くすることができれば十分な磁路スペースを確保することができ、磁気飽和の問題も解消することができる。ただし、ステータ磁極の数は図 11に比較して図 69は半減するのでトルクが低下する問題が新たに発生する。この問題を解決するため、ステータ磁極の形状を空いたスペース内で広げる方法、モータの極数を大きくする方法などを併用すると効果的である。このように、ステータ磁極間の漏れ磁束の問題を解決し、モータ発生トルクの低下の問題については他の手法で改善することができる。

[0274] 図 12に示すステータ磁極形状についても、同様に、図 70に示す U相ステータ磁極 277、 V相ステータ磁極 278、 W相ステータ磁極 279のように同相のステータ磁極ピツチを電気角で 720° とし、隣接するステータ磁極の周方向平均間隔を 240° とした 3相、 8極のモータを構成することができる。極数は 8極の例について図示したが、自由に選択することができる。特に、本発明のモータのようにループ状の卷線を持つモータの場合は、極数が大きいほど大きなトルクの発生が可能なので、トルク発生上は極数を大きくした方が有利である。

[0275] なお、この手法は、他の各種のステータ磁極形状のモータにっ、ても適用することができる。また、相数が 2相の場合は、同相のステータ磁極の円周方向間隔を電気角で 720° とし、 2相の位相差が 90° なので、隣接するステータ磁極の円周方向間隔を 360° + 90° =450° と 360° —90° = 270° との繰り返しとして、やや変貝 IJ的ではあるが、規則的に配置することができる。 [0276] 相数が 5、 7、 9などの奇数相であれば、同相のステータ磁極の円周方向間隔を電気角で 720° として規則的に配列することができる。相数が 4相以上の多相モータで、円周方向に 2個おきにステータを削除する方法、 3個おきにステータを削除する方法等の種々方法が考えられる。いずれにしても、一部のステータ磁極を削除することにより、各ステータ磁極の近傍にスペースを作り出すことができ、そのスペースを活用して各ステータ磁極の内周側からバックヨークまでの間の磁路の漏れ磁束を低減するための空間を作りだすことができる。また同時に、各ステータ磁極の内周面からバックヨークまでの間の磁路が磁気飽和しないように磁路断面積を確保することができる

[0277] また、ステータ磁極の削除の方法は、円周方向全周で同一の規則性のある削除が可能である場合はより多相正弦波交流理論に近、優れた特性を期待できるが、円周方向に多少不規則でアンバランスなステータ磁極の配置構成であってもスペースを作り出すことにより、各ステータ磁極間の漏れ磁束を低減することができ、あるいは、ステータ磁極の内周面からバックヨークまでの磁路の断面積を確保することができる

[0278] 以上、本発明に関する種々形態の例について説明したが、本発明を種々変形も可能であり、本発明に含むものである。例えば、相数については 3相、 6相について多く説明したが、 2相、 4相、 5相、 7相、さらに相数の大きい多相が可能である。小容量の機器にぉ、ては、コストの観点力も部品点数が少な、ことが望ましぐ相数の少な、2 相、 3相が有利である力トルクリップルの観点あるいは大容量機器の場合の 1相のパワーデバイスの最大電流制約の点等では相数が多、方が有利なこともある。極数についても限定するものではなぐ特に本発明モータにおいては原理的に極数を大きくした方が有利である。しかし、物理的な制約、漏れ磁束などの悪影響、多極化による鉄損の増加、多極化による制御装置の限界などが有り、用途およびモータサイズに応じた適正な極数の選択が望ま、。

[0279] また、ロータの種類について図 14〜図 19、図 73、図 74に示した力ロータに卷線を持った卷線界磁型ロータ、軸方向端に固定された界磁卷線を持ちギャップを介してロータに磁束を作り出す、わゆるクローポール構造ロータなどの種々ロータへの適用が可能である。永久磁石の種類、形状についても限定するものではない。

[0280] モータの形態についても種々形態が可能であり、ステータとロータとの間のエアギヤップ形状で表現して、エアギャップ形状が円筒形であるインナーロータ型モータ、ァウタ一ロータ型モータ、エアギャップ形状が円盤状であるアキシャルギャップ型モータ等に変形できる。また、エアギャップ形状が円筒形状をややテーパ状に変形したモータ形状も可能であり、特にこの場合には、ステータとロータとを軸方向に移動させることによりエアギャップ長を変化させることができ、界磁の大きさを変化させモータ電圧を可変することが可能である。このギャップ可変により定出力制御を実現することが可能である。

[0281] また、本発明のモータを含む複数のモータを複合して製作することが可能である。

例えば、内径側と外径側に 2個のモータを配置する、あるいは、軸方向に複数のモータを直列に配置することが可能である。また、本発明モータの一部を省略して削除した構造も可能である。軟磁性体としては通常の珪素鋼板を使用する他に、ァモルファス電磁鋼板、粉状の粉末軟鉄を圧縮成形した圧紛磁心等の使用が可能である。特に小型のモータにおいては、電磁鋼板を打ち抜き加工、折り曲げ加工、鍛造加工を行なうことにより 3次元形状部品を形成し、前述の本発明モータの一部の形状を成すことちでさる。

[0282] モータの卷線については、ループ状の卷線を多く記述した力必ずしも円形である必要はなぐ楕円形、多角形、磁気回路の都合などによりロータ軸方向に部分的な凹凸形状が設けられた形状等の多少の変形は可能である。また、例えば 180° 位相の異なるループ状卷線がステータ内にある場合は、半円状の卷線として 180° 位相の異なる半円状卷線に接続して閉回路とすることにより、ループ状卷線を半円状卷線に変形することも可能である。さらに分割して、円弧状卷線に変形することも可能である。また、各ループ状卷線はスロットの中に配設された構成のモータについて説明したが、スロットのな、構造でステータのロータ側表面近傍に薄型の卷線を配置した構造のモータで、いわゆるコアレスモータとすることも可能である。モータに通電する電流については、各相の電流が正弦波状の電流であることを前提に説明した力正弦波以外の各種波形の電流で制御することも可能である。これらの種々変形したモータについても、本発明モータの主旨の変形技術は本発明に含むものである。

[0283] 次に、ステータ構造を工夫してトルクリップルを低減する手法にっ、て説明する。例えば、 RN1次のトルクリップルを低減する場合、複数の A相のステータ磁極を N1組にグループ分け、各グループの回転方向のステータ磁極位置を電気角で 360° / ( RN1 X N1)の整数倍だけ相対的にシフトし、他の相のステータ磁極についても A相ステータ磁極と同様に、回転方向にステータ磁極位置のシフトを行うものである。

[0284] 図 134は、トルクリップル低減のために行われるステータ磁極位置のシフトの具体例を示す図であり、 A相のステータ磁極についての具体例が示されている。 B相のステータ磁極と C相のステータ磁極など、他の相のステータ磁極にっヽても同様であるため、詳細な図示は省略する。図 134に示す横軸はステータの円周方向に沿った電気角を示している。例えば、 6次 (RN1 = 6)のトルクリップル成分を除去することのできるステータ構成について説明する。図 134に示す 4個の A相ステータ磁極を A—1 、 A— 3と A— 2、 A— 4の 2組に分類する（Nl = 2)。 360° / (RN1 X N1) = 360° / (6 X 2) = 30° となるので、ステータ磁極 A— 2、 A— 4の円周方向位置を電気角で 30° だけ図 30に示すように円周方向にシフトすればよい。この結果、 2組に分けた各グループの U相ステータ磁極 19が発生するトルクの内、 6次高調波成分については互いに 180° の位相差を持っているので、ブラシレスモータ 100としてトータルでは 6次高調波成分、すなわち、電気角で 60° の周期のトルクリップルがキャンセルされるわけである。

[0285] この状態力もさらに、複数のトルクリップルを低減するためには、図 134に示した考え方をさらに重畳すれば良い。但し、複数のトルクリップル低減手法が独立して機能し、相互干渉しない配慮は必要である。

[0286] 図 134に示した、ステータ磁極の配置、構成を変えるトルクリップル低減手法は、ステータとロータが相対的であることから、同一の手法をロータに適用してトルクリップル低減効果を得ることができる。また、一つのトルクリップル成分をステータの配置、構成で低減し、他のトルクリップル成分をロータ側のロータ磁極の配置、構成で低減することもできる。 2つ以上の大きなトルクリップル成分を含むモータの場合は、ステータ側とロータ側との両方でトルクリップルを低減する手法も効果的である。 [0287] 次に、ロータ磁極形状、ステータ磁極形状を改良して、トルクを向上する方法について説明する。図 135は 4相のモータの例で、 D51、 D53、 D55、 D57は、それぞれ、 A、 B、 C、 D相のロータ磁極である。 D52、 D54、 D56、 D58は、それぞれ、 A、 B、 C、 D相のステータ磁極である。各相の磁束 φの回転変化率 d φ /ά Θ力トルクに比例するので、ロータ磁極とステータ磁極との対向する面積の内、特に、ロータ軸方向の対向する長さが各相の磁束 φの回転変化率 d φ /ά Θに大きく影響し、トルクの大きさと関係がある。その点で、図 135のように、ロータ磁極形状とステータ磁極形状との対向する部分の形状を台形形状とすることにより、より多く磁束が通過できる構成とし、トルクを増加させることができる。磁極の形状は、図 135の形状をさらに変形することも可能であり、例えば、三角形状、単純な凹凸形状なども可能である。

[0288] しかし、図 135のような磁極の形状は複雑になり、部品の製作上、組み立て状上の問題があり、モータ製作性を確保するための工夫が必要である。例えば、ステータロータのロータ軸方向の分割部を各ステータ磁極の中央部で行う、あるいは、組み立て精度とモータ強度確保のため、各部品に段差、凹凸などを設ける等の種々のモータ製作上の工夫を行うことができる。

[0289] 図 135のモータ構成において、 D59、 D5A、 D5Bは卷線であり、ループ状の卷線形状がロータ側にまで入り込んだ形状として、る。ロータ側の空きスペースを有効に活用するという点と、ロータ側の方が直径が小さいので同一電流に対して導線の長さが短ぐ銅損を低減できるという点が有利である。結果として、モータの高効率化、小型化、高トルク化を実現することができる。

[0290] 次に、図 124に示したモータにおいて、その卷線 B37、 B38、 B39をパイプ状の卷線に置き換えた例を図 136に示す。 D61は銅製のパイプなどであり、電流を流すと同時にパイプを利用してその中心部に冷却水、冷却用のエア、ガスなどを流すことができる。冷却装置の冷媒物質を通過させることもできる。パイプ間は電気的に絶縁される必要があり、パイプ表面に絶縁処理をしても良い。モータの連続出力トルクを増大させるためには効果的である。

[0291] このパイプの導体に銅を使用する場合、銅の温度による抵抗変化は約 40%Z100 °Cにもなり、導体を冷却することは、銅損を低減する意味でも大きな効果がある。 [0292] また、図 136のような構成は、従来のモータでは電線の太さから考えてあまり現実的ではないが、本発明のモータにおいては、多極ィ匕が比較的容易であり、モータの卷線の卷回数を減らすことができ、卷線をパイプ状にする程度に太くすることが現実的に可能である。

[0293] 次に、本発明モータの制御装置について説明する。図 137は、卷線の数を特定しない、そして、単純な構成の駆動部を卷線の数だけ持つ制御装置を示す図である。 D70は直流電圧電源、 D75、 D76、 D77、 D88はモータの卷線を示していて、その卷線の数は特定していない。 D71と D72はパワートランジスタで、いわゆる、 IGBT、パワー MOS FETなどである。これらの 2個のトランジスタが対となって、相互に接続した出力部の電圧を制御し。正もしくは負の値の電流を供給する電圧可変ユニットを構成している。同様に、 D73、 D74の構成、 D7A、 D7Bの構成、 D7C、 D7Dの構成が電圧可変ユニットを構成している。そして、図 173に示すように 2個の電圧可変ュ- ットで各卷線へ差動的に電圧を供給し、電流を流すことができる。この構成は、比較的、単純な構成の電圧可変ユニットを卷線の数だけ並置する構成であるが、トランジスタの数が多くなる問題がある。

[0294] 次に、 5相のモータを駆動する制御装置について説明する。図 138は、図 83、図 8 4、図 85に示した 5個のステータ磁極それぞれのステータ磁極の間に配置され、 2個のステータ磁極を挟んで配置された卷線を逆直列制御した卷線を一つの相とする 5 相卷線のモータを制御する構成を示している。すでに説明したように、図 85に示されるスター結線の構成では、スター結線の各端子の電圧が平衡した 5相の電圧となり、図 138に示す 5相のインバータにより効率良く制御することができる。なお、この 5相のインバータは前記の電圧可変ユニットが 5個並列に構成された構成で、各トランジスタには逆方向の電流を通電させる逆方向に向いたダイオードが並列に接続されている。

[0295] また、図 85にスター結線で示した各卷線の電圧電流が 5相に平衡していることから、デルタ結線として制御することもできる。但しこの場合には、循環電流がデルタ結線内を流れるので、モータの高調波成分、制御装置の不平衡成分には注意を要する。

[0296] また、 5相以外の 3相以上の構成のモータについても、モータの相数の電圧可変ュニットを使用して、同様に構成することができる。

[0297] 次に、本発明の 5相のモータであって、各卷線の電圧振幅が等しくない卷線の駆動装置について説明する。図 139は、図 86〜図 89に示した 5相で 5個の卷線のモータを制御する構成を示している。すでに説明したように、各卷線の電圧は図 88に示した不平衡な電圧、位相となっている。しかし、スター結線の構成としたときの各端子の電圧電流は図 89に示すように平衡しており、効率良く駆動することができる。

[0298] ただし、卷線ごとに厳密に制御する必要がある場合は、図 83に示す電圧関係を基本とした制御を行う必要がある。例えば、卷線ごとにある種の高調波電流を重畳させる場合には、図 88の電圧関係力も計算される卷線ごとに電圧のフィードフォワード制御を行う必要がある。

[0299] また、前記のスター結線は、不平衡であるが、相順通り直列に接続し、デルタ結線とすることもできる。ただし、各卷線電圧がアンバランスであることから、インバータの駆動効率は、多少劣化する。

[0300] また、 5相以外の 3相以上の構成のモータについても、モータの相数の電圧可変ュニットを使用して、同様に構成することができる。

[0301] 次に、本発明の 5相のモータであって、各卷線の電圧振幅が等しくなぐ卷線の数が相数より 1個少ないモータの駆動装置について説明する。図 139は、図 90〜図 96 に示した 5相で 4卷線のモータを制御する構成を示して、る。すでに説明したように、各卷線の電圧は図 95に示した不平衡な電圧、位相となっている。し力し、図 93の（a )のように、スター結線の中心点 NNをモータの一つの端子とすることにより、各端子の電圧電流は図 96に示すように平衡しており、効率良く駆動することができる。

[0302] ただし、卷線ごとに厳密に制御する必要がある場合は、図 95に示す電圧関係を基本とした制御を行う必要がある。例えば、卷線ごとにある種の高調波電流を重畳させる場合には、図 95の電圧関係から計算される卷線ごとに電圧のフィードフォワード制御を行う必要がある。

[0303] また、前記のスター結線は、不平衡であるが、相順通り直列に接続し、デルタ結線とすることもできる。ただし、この場合には、図 93の (b)の用に結線し、卷線が欠落する部分の、両端の 2個の端子をモデルタ結線の端子とすることによりデルタ結線で駆動することができる。ただし、各卷線電圧がアンバランスであることから、インバータの駆動効率は、多少劣化する。

[0304] また、 5相以外の 3相以上の構成のモータについても、モータの相数の電圧可変ュニットを使用して、同様に構成することができる。

[0305] 本出願は、特願 2005— 131808 (2005年 4月 28曰出願）、特願 2005— 144293

(2005年 5月 17日出願）、特願 2005— 151257 (2005年 5月 24日出願)及び特願

2005— 208358 (2005年 7月 19曰出願）【こ基づくちのであり、これらの出願【こよる開示のすべては、参照により本出願に組入れられる。

[0306] また、本出願に力かる発明は、特許請求の範囲によってのみ特定され、明細書に記載された実施の態様等に限定的に解釈されることはない。

Claims

請求の範囲

[1] 円周方向に N極と S極とが交互に配置されたロータ磁極群を有するロータと、相毎に複数個のステータ磁極が円周上あるいは近傍の円周上であって電気角でほぼ同一角度の回転位相の位置に配置された (N+ 1)個のステータ磁極群と、各相の前記ステータ磁極群の間であって軸方向に沿って配置され、軸方向両端に同一相が配置された 2N個のループ状卷線と、

を備えることを特徴とするモータ。

[2] 請求項 1において、

(N+ 1)個の前記ステータ磁極群のそれぞれは、電気角位置が順に変化するように配置されて、ることを特徴とするモータ。

[3] 請求項 1において、

電気角が互いにほぼ 180° 異なる 2つの相に対応する前記ステータ磁極群が隣接するように、（N+ 1)個の前記ステータ磁極群のそれぞれが配置されて、ることを特徴とするモータ。

[4] 請求項 3において、

電気角が互いにほぼ 180° 異なる 2つの相に対応する前記ステータ磁極群を組としたときに、隣接する 2組のそれぞれに含まれて互いに隣接する前記ステータ磁極群の電気角の位相差が最小となるように、（N+ 1)個の前記ステータ磁極群のそれぞれが配置されて！、ることを特徴とするモータ。

[5] 請求項 1または 2において、

(N+ 1)個の前記ステータ磁極は、両端に位置する 2つの前記ステータ磁極であつて前記ロータに対向する面のロータ軸方向幅の和がそれ以外のそれぞれの前記ステータ磁極の前記ロータに対向する面のロータ軸方向幅に等しくなるように設定されて、ることを特徴とするモータ。

[6] 円周方向に N極と S極とが交互に配置されたロータ磁極群を有するロータと、相毎に複数個のステータ磁極が円周上あるいは近傍の円周上であって電気角でほぼ同一角度の回転位相の位置に配置された N個のステータ磁極群と、

各相の前記ステータ磁極群の両側であって軸方向に沿って配置され、軸方向両端に同一相が配置された 2N個のループ状卷線と、

を備えることを特徴とするモータ。

[7] 請求項 6において、

ロータ軸方向に隣接する 2つの前記ステータ磁極によって形成されるスロット内に配置された複数の前記ループ状卷線を 1個のループ状卷線に統合することを特徴とするモータ。

[8] 請求項 6または 7において、

ロータ軸方向に沿った両端のそれぞれに配置された 2つの前記ステータ磁極のさらに外側に配置された前記ループ状卷線を取り除いたことを特徴とするモータ。

[9] 請求項 1〜8のいずれかにおいて、

前記ステータ磁極の前記ロータに対向する面の面積力前記ロータの周方向に沿つて、正弦波状の面積分布あるいは正弦波に近似される面積分布となっていることを特徴とするモータ。

[10] 請求項 1〜9のいずれかにおいて、

前記ステータ磁極の前記ロータに対向する面は、ロータ軸に沿って隣接する前記ステータ磁極の間隔よりも、ロータ軸方向幅が大きいことを特徴とするモータ。

[11] 請求項 1〜10のいずれかにおいて、

任意の X相の前記ステータ磁極群を通る磁束の総和を Φ x、この磁束 Φ Xの回転変ィ匕率を (1ΦχΖ(10、このステータ磁極とロータ磁極との間のエアギャップ部に作用する起磁力である卷線電流を Ιχ、卷線ターン数を WTx、これらの積 (1ΦχΖ(10 Χ Ιχ Χ WTxで算出される発生トルク成分を Τχとし、他の任意の Υ相の前記ステータ磁極群を通る磁束の総和を 0>y、この磁束 0>yの回転変化率を dO>yZd 0、このステータ磁極とロータ磁極との間のエアギャップ部に作用する起磁力である卷線電流を Iy、卷線ターン数を WTy、これらの積 dO>yZd 0 X ly X WTyで算出される発生トルク成分を Tyとするときに、前記ステータ磁極と前記ロータ磁極との対向面積により決まる前記磁束 Φχ、 0>yと前記卷線電流 Ix、 Iyと前記卷線ターン数 WTx、 WTyの二つ以上が、 X相の前記ステータ磁極と Y相のステータ磁極とでは異なる値であって、それぞれのステータ磁極に対応する前記発生トルク成分 Tx、 Tyは等 Uヽことを特徴とするモータ。

[12] 請求項 1、 2、 5〜： L Iのいずれかにおいて、

各相の前記ステータ磁極は、ロータ軸方向に K個に分割されており、

各相の K個のステータ磁極のそれぞれのロータ軸方向に沿った両側ある、は片側に、同一相の K個の前記ループ状卷線が配置されて、ることを特徴とするモータ。

[13] 請求項 1、 2、 5〜12のいずれかにおいて、

ロータ軸方向に隣接する前記ステータ磁極によって形成されるスロットに、異なる位相の電流が通電される複数のループ状卷線が卷回されて合成電流が得られるとともに、

前記スロットに卷回された複数のループ状卷線のそれぞれの卷回数は、それぞれに流れる電流ベクトルとそれぞれの卷回数との積の合計が前記合成電流のベクトルに一致するように設定されることを特徴とするモータ。

[14] 請求項 1〜13のいずれかにおいて、

前記ループ状卷線同士の結線を、電気角的に同一の位相の前記ループ状卷線同士については直列接続し、電気角的にほぼ 180° 位相の異なる前記ループ状卷線同士につ、ては反対方向に直列接続して行うことを特徴とするモータ。

[15] 円周方向に N極と S極とが交互に配置されたロータ磁極群を有するロータと、

相毎に複数個のステータ磁極が円周上あるいは近傍の円周上であって電気角でほぼ同一角度の回転位相の位置に配置された p個のステータ磁極群と、

各相の前記ステータ磁極群の間であって軸方向に沿って配置された Q個のループ状卷線とを備え、

前記 Q個のループ状卷線それぞれに個別の電流が通電できるようにモータの入力線が備えられている（ここで、 P= (N+ 1)で Q = 2N、 P = Nで Q = 2 (N— 1)、 P= (N + 1)で Q=N、または、 P=Nで Q= (N— 1)であり、 Nは 3以上の正の整数とする）ことを特徴とするモータ。

[16] 円周方向に N極と S極とが交互に配置されたロータ磁極群を有するロータと、

相毎に複数個のステータ磁極が円周上あるいは近傍の円周上であって電気角でほぼ同一角度の回転位相の位置に配置された p個のステータ磁極群と、各相の前記ステータ磁極群の間であって軸方向に沿って配置された Q個のループ状卷線とを備え、

Q個のループ状卷線の内、 2個以上のステータ磁極群を挟んで配置された 2卷線に同じ電流が逆方向に通電されている（ここで、 P= (N+ 1)でQ = 2N、または、 P = Nで Q = 2 (N- 1)であり、 Nは 3以上の正の整数とする）ことを特徴とするモータ。

[17] 請求項 16において、

同じ電流が逆方向に通電されて、る前記 2卷線が直列に逆方向に接続されて、ることを特徴とするモータ。

[18] 円周方向に N極と S極とが交互に配置されたロータ磁極群を有するロータと、

各相の前記ステータ磁極群の間であって軸方向に沿って配置された Q個のループ状卷線とを備える（ここで、 P= (N+ 1)で Q=N、または、 P=Nで Q= (N— 1)であり、 Nは 3以上の正の奇数とする）ことを特徴とするモータ。

[19] 請求項 1〜9、 16〜18のいずれかにおいて、

同一の電流が流される各ループ状卷線を電流の方向を合わせて直列に接続し、それぞれの直列卷線あるいは単独の卷線をスター結線とすることを特徴とするモータ。

[20] 円周方向に N極と S極とが交互に配置されたロータ磁極群を有するロータと、

相毎に複数個のステータ磁極が円周上あるいは近傍の円周上であって電気角でほぼ同一角度の回転位相の位置に配置された (N+ 1)個のステータ磁極群と、各相の前記ステータ磁極群の間であって軸方向に沿って配置された N個のループ状卷線とを備え、

前記 N個の卷線カスター結線されることを特徴とするモータ。

[21] 円周方向に N極と S極とが交互に配置されたロータ磁極群を有するロータと、

相毎に複数個のステータ磁極が円周上あるいは近傍の円周上であって電気角でほぼ同一角度の回転位相の位置に配置された N個のステータ磁極群と、

各相の前記ステータ磁極群の間であって軸方向に沿って配置された (N— 1)個のループ状卷線とを備え、前記 (N— 1)個の卷線がスター結線され、

前記スター結線の中心接続部もモータの入力として N個の入力線とすることを特徴とするモータ。

[22] 円周方向に N極と S極とが交互に配置されたロータ磁極群を有するロータと、相毎に複数個のステータ磁極が円周上あるいは近傍の円周上であって電気角でほぼ同一角度の回転位相の位置に配置された 4個のステータ磁極群とを備え、両端のステータ磁極群の内側にはそれぞれ卷回数 Nwのループ状卷線が配置され、

中央の 2個のステータ磁極群の間には卷回数 NwZ2の 2個のループ状卷線が配置され、

それら 4個の卷線がスター結線されていることを特徴とするモータ。

[23] 円周方向に N極と S極とが交互に配置されたロータ磁極群を有するロータと、相毎に複数個のステータ磁極が円周上あるいは近傍の円周上であって電気角でほぼ同一角度の回転位相の位置に配置された 4個のステータ磁極群とを備え、両端のステータ磁極群の内側にはそれぞれ卷回数 Nwのループ状卷線が配置され、

中央の 2個のステータ磁極群の間には卷回数 NwZ2のループ状卷線が配置されそれら 3個の卷線がスター結線されていることを特徴とするモータ。

[24] 請求項 1〜16および 21のいずれかにおいて、

Nが偶数であり、

円周方向に N極と S極とが交互に配置されたロータ磁極群を有するロータと、相毎に複数個のステータ磁極が円周上あるいは近傍の円周上であって電気角でほぼ同一角度の回転位相の位置に配置された N個のステータ磁極群とを備え、 NZ 2個のステータ磁極群は電気角で 360° ZNの整数倍の位相に配置され、他の NZ2のステータ磁極群は電気角で 360° ZNの整数倍とは異なる位相に配置されて!ヽることを特徴とするモータ。

[25] 円周方向に N極と S極とが交互に配置されたロータ磁極群を有するロータと、相毎に複数個のステータ磁極が円周上あるいは近傍の円周上であって電気角でほぼ同一角度の回転位相の位置に配置された (N+ 1)個のステータ磁極群とを備えこれらのステータ磁極群の内、電気角が互いにほぼ 180° 異なる 2つの相に対応する前記ステータ磁極群が隣接するように配置され、

各相の前記ステータ磁極群の間には N個のループ状卷線が配置されていることを特徴とするモータ。

[26] 請求項 25において、

ロータ軸方向両端の二つのステータ磁極群が片側に隣接して配置されて一つのステータ磁極群となって、ることを特徴とするモータ。

[27] 請求項 3、 25、 26のいずれ力において、

前記ステータ磁極群の内、電気角が相互にほぼ 180° 異なる 2つの相のステータ磁極群が隣接するように配置され、

相互にほぼ 180° 異なる 2つの相のステータ磁極群のバックヨーク部は軟磁性体で磁気的に結合され、

相互にほぼ 180° 異なる 2つの相のステータ磁極群に対向するロータ磁極群のバックヨーク部も相互に軟磁性体で磁気的に結合され、

前記の 180° 異なる 2つの相の対の構成をなすステータ磁極群と隣接する他の対のステータ磁極群との間、あるいは、これらのステータ磁極群に対向する 2対のロータ磁極群の間の少なくとも片方が空間あるいは非磁性体により磁気的に分離されていることを特徴とするモータ。

[28] 請求項 27において、

前記の 180° 異なる 2つの相の対の構成をなすステータ磁極群と隣接する他の対のステータ磁極群とに対向する 2対のロータ磁極群の間が空間あるいは非磁性体により磁気的に分離されていて、

前記の相互に位相が 180° 異なる 2対で 4個のステータ磁極群の内、中央側の 2個のステータ磁極群の歯の先端からバックヨーク部までの磁路の一部が密着されるかあるいは共通化されて、ることを特徴とするモータ。

[29] 円周方向に N極と S極とが交互に配置されたロータ磁極群を有するロータと、相毎に複数個のステータ磁極が円周上あるいは近傍の円周上であって電気角でほぼ同一角度の回転位相の位置に配置された N個のステータ磁極群とを備え、前記の N個のステータ磁極群の配置順が電気角的位相の順で一つおきの順となつていて、

各相の前記ステータ磁極群の間は各ループ状卷線が配置されていることを特徴とするモータ。

[30] 6個のステータ磁極群を持つモータであって、

電気角的に第 1、 3、 5相のステータ磁極群の第 1の構成部と、電気角的に第 2、 4、 6相のステータ磁極群の第 2の構成部とがロータ軸方向に配置され、

前記第 1、 3、 5相のステータ磁極群の間にループ状卷線が配置され、前記第 2、 6、 4相のステータ磁極群の間にループ状卷線が配置され、各ステータ磁極群が対向する各ロータ磁極が配置され、

前記の第 1の構成部と第 2の構成部との間、あるいは、これらのステータ磁極群に対向する 2対のロータ磁極群の間の少なくとも片方が空間あるいは非磁性体により磁気的に分離されて！、ることを特徴とするモータ。

[31] 円周方向に N極と S極とが交互に配置されたロータ磁極群を有するロータと、

相毎に複数個のステータ磁極が円周上あるいは近傍の円周上であって電気角でほぼ同一角度の回転位相の位置に配置された N個のステータ磁極群とを備え、前記の N個のステータ磁極群の配置順が電気角的位相の順で二つおきの順となつていて、

各相の前記ステータ磁極群の間には各ループ状卷線が配置されていることを特徴とするモータ。

[32] 請求項 1〜31のいずれかにおいて、

各相のステータ磁極と各卷線とをロータ軸方向に入れ替えあるいは各相のロータ軸方向の並び順を回転角に応じて順次、ロータ軸方向へ移動することを特徴とするモータ。

[33] 請求項 1〜32のいずれかにおいて、前記のループ状卷線のより具体的な形状が各相の各ステータ磁極形状に合わせて凹凸形状をしたループ状卷線であることを特徴とするモータ。

[34] 請求項 1〜32のいずれかにおいて、

卷線が平板状の導線で構成されていることを特徴とするモータ。

[35] 請求項 1〜34のいずれかにおいて、

N相のモータコアのロータ軸方向長さを MTとすると、各ステータ磁極の先端からステータのバックヨークまでの磁路のロータ軸方向長さを MTZNより大きくすることを特徴とするモータ。

[36] 請求項 1〜35のいずれかにおいて、

前記ロータは、表面あるいは内部の一部に永久磁石が配置され、少なくとも表面の一部は軟磁性体で構成されていることを特徴とするモータ。

[37] 請求項 1〜35のいずれかにおいて、

前記ロータは、一つのロータ磁極から他のロータ磁極へ向かう方向へ細長い空隙あるいは非磁性体あるいは永久磁石を複数組配置したことを特徴とするモータ。

[38] 請求項 1〜35のいずれかにおいて、

ロータ軸にほぼ平行に配置し、ロータの磁極の方向へ折り曲げられた電磁鋼板を積層してロータ磁極を構成したロータを備えることを特徴とするモータ。

[39] 請求項 37または 38において、

前記ロータ軸にほぼ平行に配置した電磁鋼板の両側あるいは片側に永久磁石を備えることを特徴とするモータ。

[40] 請求項 1〜35のいずれかにおいて、

前記ロータは、円周方向に磁気的に軟磁性体の突極で磁極が構成されていることを特徴とするモータ。

[41] 請求項 1〜35のいずれかにおいて、

前記ロータは、誘導電流を通電可能な卷線を備えることを特徴とするモータ。

[42] 請求項 15〜35のいずれかにおいて、

前記ステータ磁極の前記ロータに対向する面の面積力前記ロータの周方向に沿つて、正弦波状の面積分布あるいは正弦波に近似される面積分布となっており、 3相の前記ステータ磁極が備わってヽる場合に、極対数 Pnと前記ステータ磁極の数 Nss 力 Nss = 3 X Pnの関係を満たすことを特徴とするモータ。

[43] 請求項 1〜42のいずれかにおいて、

前記ステータ磁極が内径側に配置され、前記ロータが外径側に配置されていることを特徴とするモータ。

[44] 請求項 1〜42のいずれかにおいて、

前記ステータ磁極と前記ロータとが相対的に軸方向に沿って配置されたことを特徴とするモータ。

[45] 請求項 1〜44の、ずれかに記載されたモータを含む 2個以上のモータを複合ィ匕して組み合わせることによって構成されることを特徴とするモータ。

[46] 請求項 1〜45のいずれかにおいて、

前記ロータは、前記ステータ磁極に対向する面の少なくとも一部は軟磁性体で構成され、表面あるいは内部にロータ軸方向あるいはラジアル方向に磁束を導く軟磁性体の導磁磁路を備えることを特徴とするモータ。

[47] 請求項 1〜46のいずれかにおいて、

前記ロータは、前記ステータ磁極に対向する面の少なくとも一部は軟磁性体で構成され、内部に磁束の回転方向自在性を制限する空隙部あるいは非磁性体部を備えることを特徴とするモータ。

[48] 請求項 1〜44のいずれかにおいて、

規則的に配列された前記ステータ磁極の一部、あるいは、ロータ磁極の一部が除去されて!ヽることを特徴とするモータ。

[49] 請求項 1〜44のいずれかにおいて、

相数が Sn、極対数が Pnで極数が 2 X Pnに設定されており、

前記ステータ磁極の数が Sn X Pnとなる構成力も一部の前記ステータ磁極を削除したことを特徴とするモータ。

[50] 請求項 1〜44のいずれかにおいて、

低減したヽトルクリップルの次数を mとしたときに、前記ステータに含まれる前記 N個のステータ磁極群のそれぞれについて複数の前記ステータ磁極を n組にグループ分けし、各グループに属する前記ステータ磁極の周方向位置を電気角で 360Z (mX n)度の整数倍だけ相対的に変位させることを特徴とする交流モータ。

[51] 請求項 1〜44のいずれかにおいて、

低減したヽトルクリップルの次数を mとしたときに、ロータ磁極を n組にグループ分けし、各グループに属する前記ロータ磁極の周方向位置を電気角で 360Z (m X n)度の整数倍だけ相対的に変位させることを特徴とする交流モータ。

[52] 請求項 1〜44のいずれかにおいて、

近接して対向するステータ突極とロータ突極との形状が凹凸形状となっていて、対向面積を大きくした形状となっていることを特徴とするモータ。

[53] 請求項 1〜44のいずれかにおいて、

ステータとロータとが対向して配置されて、て、ロータはロータ軸方向に凹んだ部分と凸部分とを備え、ステータの卷線の全てあるいは一部がロータの凹んだ部分に配置された構造であることを特徴とするモータ。

[54] 請求項 1〜44のいずれかにおいて、

モータの卷線の一部あるいは全てが金属パイプで構成され、

導体である前記金属パイプに液体あるいは気体を通過させる構造の冷却機構を備えることを特徴とするモータ。

[55] 請求項 16、 17、 19、 24、 29、 30項のいずれかに記載の N相のモータと、電流のォン、オフ制御が可能な電力素子 TRが電源の端子 VP、 VNへ直接あるいは間接に 2 個直列に接続された電圧可変ユニット WUを N個備え、

前記の N相のモータの卷線を、スター結線をした N個の端子、あるいは、デルタ結線をした各接続部の N個の端子を、前記の N個の電圧可変ユニット WUへ接続して、電圧及び電流を制御することを特徴とするモータとその制御装置。

[56] 請求項 18、 20、 22項のいずれかに記載の N相のモータと、

電流のオン、オフ制御が可能な電力素子 TRが電源の端子 VP、 VNへ直接あるいは間接に 2個直列に接続された電圧可変ユニット VVUを N個備え、

[57] 請求項 18または 21に記載の N相のモータと、

N個の、電流のオン、オフ制御が可能な電力素子 TRが電源の端子 VP、 VNへ直接あるいは間接に 2個直列に接続された電圧可変ユニット VVUとを備え、

前記の N相のモータの卷線を、スター結線をした（N— 1)個の端子とスター結線の中心の点 NNとの合計 N個の端子、あるいは、（N—1)個の卷線をデルタ結線をした各接続部の（N— 2)個の端子と N番目の卷線が配置されるべき部分の 2個の端子の合計 N個の端子を、前記の N個の電圧可変ユニット VVUへ接続して、電圧及び電流を制御することを特徴とするモータとその制御装置。

[58] 円周方向に N極と S極とが交互に配置されたロータ磁極群を有するロータと、相毎に複数個のステータ磁極が円周上あるいは近傍の円周上であって電気角でほぼ同一角度の回転位相の位置に配置された 3個のステータ磁極群と、各相の前記ステータ磁極群の間であって軸方向に沿って配置された 2個のループ状卷線とを備え、前記の 2個の卷線の片端を相互に接続し、 3個のモータ卷線の接続端子としたモータと

3個の、電流のオン、オフ制御が可能な電力素子 TRが電源の端子 VP、 VNへ直接あるいは間接に 2個直列に接続された電圧可変ユニット VVUとを備え、

前記の 3個の接続端子へ 3相の電圧、電流を与えて前記モータを制御することを特徴とするモータとその制御装置。