WO2006126552A1

WO2006126552A1 - モータとその制御装置

Info

Publication number: WO2006126552A1
Application number: PCT/JP2006/310272
Authority: WO
Inventors: Masayuki Nashiki
Original assignee: Denso Corporation
Priority date: 2005-05-24
Filing date: 2006-05-23
Publication date: 2006-11-30
Also published as: US20080197739A1; DE112006001327B8; CN101189782A; DE112006001327B4; DE112006001327T5; KR20080018207A; KR101011396B1; CN101189782B; US7911107B2; JPWO2006126552A1

Abstract

　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（Ｎは正の整数）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（Ｎ－１）個のループ状巻線とを備え，前記ループ状巻き線はロータ磁極群の外径よりも内径側へも配置されているモータが提供され，これにより，巻線構造が単純であるから生産性を向上させることができ，小型化，高効率化，低コスト化が可能となる。

Description

明細書

モータとその制御装置

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 130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 129は図 130の AA— AA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，ステー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 131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 TBU 1, TBU2のそれぞれには U相卷線 WBUl, 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 128は他のステータの構成を示す横断面図である。図 128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 112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 129,図 130,図 131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，モータ卷線を各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個しか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ヽは誘導電動機などへの適用が難、と、う問題があった。ステータコアを歯毎に分割して卷線を卷回し，その後に，各歯を結合する方法は，製作工程が複雑ィ匕する問題がある。

[0006] また，図 128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，モータの小型ィ匕，高効率化，低コストィ匕が可能なモータを提供することにある。具体的には，卷線構造を単純なループ状卷線とし，その生産性を向上させ，卷線占積率の向上も可能である。また，ステータの磁路，磁極は，その種類にもよるが，相ごとに分離し，簡素化している。

課題を解決するための手段

[0008] 本発明は，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（N個は正の整数)のステータ磁極群とを備えたモータに関する。 [0009] このモータでは，各相の前記ステータ磁極群のロータ軸方向前後には，同相のル一プ状卷線が卷回され，相互に逆方向に電流が流れるように結線することにより，その相のステータ磁極にその相の電流による起磁力をかけることができる構成としている。

[0010] なお，相数 NNが 3相以上の場合は，あるステータ磁極群のロータ軸方向前後に同相の電流を逆向きに流すのではなく， NNZ2に近い数のステータ磁極群だけ離れた位置に同相の卷線を卷回し，逆向きに電流を流した方が効率がよい。

[0011] ループ状の卷線をステータ磁極，ロータ磁極と分離することにより，卷線をループ状に単純ィ匕していて，その生産性を改善すると共に，卷線占積率を向上している。

[0012] 本発明はまた，ロータが，一つの相のステータ磁極群とロータ磁極群とが対抗して配置され，他の相のステータ磁極群および他の相のロータ磁極群が分離されて配置されているモータに関する。

[0013] このような構造のモータとすることにより，卷線およびステータの磁路構造，形状が単純化され，モータ全体としての効率，生産性を改善することができる。

[0014] さらに，前記ループ状巻き線はステータに固定されていて，ループ状卷線の全てあるいは一部をロータ側の凹み部へ突き出て配置された構成とし，銅損の低減，漏れ磁束の低減を行う。

[0015] また，前記ループ状巻き線は，ステータ磁極群の間に配置され，各ステータ磁極群とロータ磁極群へ電流の起磁力を印加するものであるが，その形態に種々の改良を行うことができる。具体的には，ロータのステータに対向する外周表面に凹みを設け，ループ状卷線の一部あるいは全部をロータ磁極群の外径よりも内径側へ配置することができる。ループ状卷線をより内径側に配置することにより，卷線長を短縮することができ，銅損の低減，使用する銅量の低減によるコスト低減，軽量ィ匕を実現できる。また，各相のステータ磁極とロータ磁極の間に卷線を配置することができ，静磁場的に相間に力かる起磁力を低減する効果があり，相間の漏れ磁束を低減することができる。また後述するが，卷線の導体を平板化して配置することにより，平板導体を通過する磁束の増減に対して渦電流を誘起させ，磁束の増減が低減させる効果を得ることにより，相間の漏れ磁束を低減することができる。また，前記ループ状卷線を配置したスペースは各相の磁極，磁路を配置したときの空きスペースでもあり，空きスペースの有効活用とみることもできる。

[0016] ここで，漏れ磁束について言及すると，漏れ磁束が増加すると，モータの力率が低下し，各磁路が磁気飽和するためモータの最大トルクが低下する問題がある。これはモータの小型化を行う上で，大変重要な問題である。

[0017] また，前記各相のループ状卷線の中，同一空間に位置する 2個以上のループ状卷線を 1個のループ状卷線に統合することができる。この場合，モータの卷線構成が単純化される効果と， 2個の卷線が統合される前の両電流の位相が異なる場合には合成電流の振幅が小さくなる結果，銅損を低減する効果もある。

[0018] 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つの前記ステータ磁極群の外側に配置された前記ループ状卷線を，電磁気的な作用がきわめて小さいことから，取り除くこともできる。これにより，モータが簡素化される。

[0019] また，隣接する 2組のステータ磁極群の相互の位相差がほぼ 180° である構成とすると，両ステータ磁極の空きスペースを活用して相互にロータ軸方向に突き出すことができ，大変都合がよい。この構成の場合には，ステータ磁極のロータ軸方向長さを大きくでき，ステータ磁極間の漏れ磁束を低減でき，各相磁路の磁気飽和を低減でき，ロータ表面上の空きスペースを少なくできるので，モータのトルクを向上することができる。この時，卷線もステータ磁極形状に合わせてロータ軸方向に凹凸のあるループ状卷線とすることができる。そして，相互のステータ磁極に作用する起磁力によるステータ磁極間の漏れ磁束を低減することができ，磁気飽和を低減することができるので，モータの最大トルクを向上することができ，モータの小型化が可能となる。

[0020] ロータのバックヨークに磁気的につながつていて，かつ，ステータの軟磁性体部に口一タとステータ間のエアギャップ部を介して対向した軟磁性体部 (RSP1)と，ステータのバックヨーク部に磁気的につながつていて，かつ，ロータの軟磁性体部にロータとステータ間のエアギャップ部を介して対向した軟磁性体部（SSP1)とを備えると，ステータ磁極，ロータ磁極の磁極構造の自由度を上げることができる。

[0021] ひとつの相のロータ磁極およびステータ磁極の近傍で，その相の磁束 φ Νとは電気角でほぼ 180° 異なる位相の磁束成分（ φ RN)を導く磁束誘導手段 (MRN)を備えることにより，トノレクを増カロさせることができる。

[0022] この時，永久磁石の表裏に配置するステータ磁極は，異なる相のステータ磁極を配置して，より効果的にモータを構成することもできる。

[0023] また，同一円周上のロータ磁極の永久磁石に各相のステータ磁極を対向させ，各相の磁路およびループ状卷線は，ロータ軸方向あるいはラジアル方向に分離して構成することができる。

[0024] また， 2相のモータにおいて， A相の磁極群と B相の磁極群との円周方向位相差を 90° ではなく， 100° 以上とし，平均トルクを増加させることができる。

[0025] また，ひとつの永久磁石の表裏両面の磁束を同一相の磁束として活用する構成としてモータを構成することができる。

[0026] 軟磁性体部と磁極の向きが円周方向と直交する方向に向いた永久磁石部とが円周方向に交互に配置された磁極群 (PMP9)と，前記磁極群 (PMP9)と対向して配置された同様の磁極群 (PMP10)とを備えるモータを構成することができる。

[0027] また，軟磁性体部と磁極の向きがこの軟磁性体部の方向に向いた永久磁石部とが ,円周方向に交互に配置されていて，前記軟磁性体部が円周方向に交互に N極と S 極を構成する磁極群 (PMP11)を備えるモータとすることができる。

[0028] また，軟磁性体とラジアル方向に平行に配置された永久磁石部とが円周方向に交互に配置された構成のステータあるいはロータを使用して，モータを構成することができる。

[0029] ロータ磁極およびステータ磁極が，円周方向に凹凸状の軟磁性体を備えた構成のモータとすることができる。

[0030] また，ロータ磁極あるいはステータ磁極の形状を面積的に円周方向に正弦波状の形状とすることにより，正弦波電流で駆動して，高調波トルクが少なく，トルクリップルの小さなモータを構成することができる。

[0031] また，前記の各モータは，ロータが外周側に配置され，ステータが内周側に配置されている，いわゆるアウターロータ構成のモータとすることもできる。また，ロータ軸方向にロータ磁極とステータ磁極が対向したアキシャルギャップ型のモータとすることもできる。 [0032] また，ロータの磁極およびステータの磁極の対向する部分の形状が凹凸形状となつていて，作用する磁束 φの回転変化率 (Ι φ Ζά θを大きくし，トルクを増加させることができる。

[0033] また，本発明のモータで，磁束の方向がロータ軸方向へも向いている構成のモータの場合，モータの軟磁性部の部材として軸方向に直角な方向に配置される電磁鋼板

(SP1)を使用し，電磁鋼板 (SP2)を前記電磁鋼板 (SP1)の穴部あるいは凹み部に前記電磁鋼板 (SP1)に交差する方向に配置することにより，モータ内の磁束の方向を 3次元方向に通すことができる構成とすることができる。

[0034] また，本発明モータは，軟磁性金属粉末を圧縮成型した部材を使用することもでき

,圧粉磁心は磁束の方向が自由なので，効果的である。

[0035] また，本発明モータを，電磁鋼板を折り曲げた形状の部品を使用して構成し，簡素な構成のモータとすることもできる。

[0036] また，本発明モータを，電磁鋼板とアモルファス薄板とを積層した軟磁性部材を使用して構成することもできる。

[0037] 本発明モータを，モータの卷線の一部あるいは全てが金属ノイブで構成され，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モータとすることができる。

[0038] また，ステータのロータ軸方向長さを MLとし，ステータの電気角でほぼ同一の円周上に配置された複数の突極力なるステータ突極群の数を SNとし，各ステータ磁極群のロータ軸方向長さを MLPとするとき， MLPを MLZSNより大きくなるようにステータ磁極を拡張して構成することができる。

[0039] このとき，各卷線の形状は，各相のステータ突極の配置およびステータ突極のロータ軸方向形状の凹凸に応じて，ロータ軸方向に凹凸を持つほぼ環状の卷線とすることがでさる。

[0040] また，卷線の導体形状は，平板状の導線で構成し，導線を通過する漏れ磁束成分の増減を低減する構成とすることができる。

[0041] また，本発明モータの同相のステータ磁極のピッチを，漏れ磁束低減あるいは磁路の磁気飽和低減などのために，電気角で 720° ピッチに配置して構成することができる。

[0042] N相のモータで P極モータであるとき，ステータの磁極の数は（P X N/2)より小さ!/ヽモータとすることができる。この時，各ステータ磁極の配置は，円周上に均等間隔で配置するのではなく，各相の位相に近くなるように，それぞれのステータ磁極の円周方向位置を移動させ，モータトルクを向上させることができる。

[0043] また， 3相のモータで， 2本の卷線を備えた構成の本発明モータでは， 2本の卷線を直列に接続し，両端と接続部の 3点に 3相インバータの出力を接続し， 3相インバータで平衡 3相電流を通電して制御することができる。

[0044] また，本発明の N相（Nは正の整数)で，卷線数 (N—1)のモータにおいて，各卷線をスター結線して (N— 1)の端子とし，スター結線の中心点をモータの 1端子とし，合計 N個のモータ端子とし， N相のインバータに接続し， N相の平衡電圧，電流で制御することができる。

[0045] 本発明の N相（Nは正の整数）で，卷線数 (N—1)のモータにおいて，各卷線をデルタ結線して，両端の 1番目の卷線と (N—1)の卷線とは接続せず解放し， (N- 2) 個の卷線接続部と両端との合計 N個のモータ端子とし， N相のインバータに接続し， N相の平衡電圧，電流で制御することができる。

[0046] また，本発明のモータおよび従来のモータを 2個以上組み合わせて 1個のモータとすることができる。例えば，アウターロータ型のモータをそのモータの内径側に実装し ,インナーロータ型のモータをそのモータの外径側に実装し，両ロータを一体化した構成することができる。

発明の効果

[0047] モータの小型化，高効率化，低コストィ匕が可能なモータを提供することができる。具体的には，卷線構造を単純なループ状卷線とし，その生産性を向上させ，卷線占積率の向上させることができる。また，ステータの磁路，磁極は，その種類にもよるが，相ごとに分離し，簡素化させることができる。

図面の簡単な説明

[0048] [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状に展開した図である。

[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状に展開した図である。

[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]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縦断面図である

[図 21]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縦断面図である

[図 22]図 20, 21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 23]2相力 6相までのベクトル関係を示す図である。

[図 24]6相の内の 2相のベクトルを合成する関係を示した図である。

[図 25]合成されたベクトルで作られる 6相のベクトルを示す図である。

[図 26]図 20のモータの卷線形状の例を示す図である。 [図 27]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 28]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 29]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 30]図 29の各磁極の断面形状を示す図である。

[図 31]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 32]図 31の各磁極の断面形状を示す図である。

[図 33]図 31の各磁極の断面形状を示す図である。

[図 34]ループ状の卷線を有する 2相のモータの概略的な構成を示す縦断面図である [図 35]ループ状の卷線を有する 2相のモータの概略的な構成を示す縦断面図である [図 36]ループ状の卷線を有する 2相のモータの概略的な構成を示す縦断面図である [図 37]ループ状の卷線を有する 2相のモータの概略的な構成を示す縦断面図である [図 38]磁束の誘導手段の形状を直線状に展開した図である。

[図 39]ループ状の卷線を有する 2相のモータの概略的な構成を示す縦断面図である

[図 40]図 34〜図 39のモータの各磁極の断面形状を示す図である。

[図 41]ループ状の卷線を有する 2相のモータの概略的な構成を示す縦断面図である

[図 42]図 41の各磁極の断面形状を示す図である。

[図 43]ループ状の卷線を有する 2相のモータの概略的な構成を示す縦断面図である [図 44]図 43の各磁極の断面形状を示す図である。

[図 45]ループ状の卷線を有する 2相のモータの概略的な構成を示す縦断面図である [図 46]図 45の各磁極の断面形状を示す図である。

[図 47]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 48]図 47の各磁極の断面形状を示す図である。

[図 49]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 50]図 49の各磁極の断面形状を示す図である。

[図 51]図 49の各磁極の形状を直線状に展開した図である。

[図 52]ループ状の卷線を有する 2相のモータの概略的な構成を示す縦断面図である [図 53]図 52の各磁極の断面形状を示す図である。

[図 54]ループ状の卷線を有する 2相のモータの概略的な構成を示す縦断面図である [図 55]図 54の各磁極の断面形状を示す図である。

[図 56]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 57]図 56の各磁極の断面形状を示す図である。

[図 58]ループ状の卷線を有する 2相のモータの概略的な構成を示す縦断面図である

[図 59]図 58の各磁極の断面形状を示す図である。

[図 60]図 58の各磁極の形状を直線状に展開した図である。

[図 61]図 58のモータの卷線電圧，電流を示す図である。

[図 62]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 63]図 62の各磁極の断面形状を示す図である。 [図 64]ループ状の卷線を有する 2相のモータの概略的な構成を示す縦断面図である

[図 65]図 64の各磁極の断面形状を示す図である。

[図 66]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 67]図 66の各磁極の断面形状を示す図である。

[図 68]ループ状の卷線を有する 2相のモータの概略的な構成を示す縦断面図である [図 69]図 68の各磁極の断面形状を示す図である。

[図 70]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 71]図 70の各磁極の断面形状を示す図である。

[図 72]図 70の各磁極の断面形状を示す図である。

[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縦断面図である

[図 74]図 73の磁束と電流の関係を示す図である。

[図 75]図 73の磁束と電流の関係を示す図である。

[図 76]図 73の各磁極の断面形状を示す図である。

[図 77]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 78]図 77の各磁極の断面形状を示す図である。

[図 79]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 80]図 79の各磁極の断面形状を示す図である。

[図 81]ループ状の卷線を有する 2相のモータの概略的な構成を示す縦断面図である

[図 82]図 81の各磁極の断面形状を示す図である。

[図 83]図 81のモータの起磁力と磁束とトルクの関係を示す図である。 [図 84]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 85]図 84の各磁極の断面形状を示す図である。

[図 86]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 87]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 88]ループ状の卷線を有する 3相のアウターロータモータの概略的な構成を示す縦断面図である。

[図 89]本発明の磁極の形状の例を示す図である。

[図 90]ステータ磁極とロータ磁極の側面形状を示す図である。

[図 91]ロータの永久磁石の配置構造の例を示す図である。

[図 92]ループ状の卷線を有する 3相のアウターロータモータの概略的な構成を示す縦断面図である。

[図 93]ループ状の卷線を有する 3相のアウターロータモータの概略的な構成を示す縦断面図である。

[図 94]図 92の各磁極の断面形状を示す図である。

[図 95]ステータ磁極とロータ磁極の形状を示す図である。

[図 96]ステータ磁極とロータ磁極の形状を示す図である。

圆 97]ロータの構造を示す横断面図である。

[図 98]モータの電磁鋼板を組み合わせる構造を示す図である。

圆 99]積層した電磁鋼板の形状を示す図である。

[図 100]モータの軟磁性体部を圧粉磁心で構成するモータの縦断面図である。

[図 101]モータの軟磁性体部を成型した電磁鋼板で構成するモータの縦断面図である。

[図 102]モータの軟磁性体部を成型した電磁鋼板で構成するモータの縦断面図である。

[図 103]電磁鋼板とアモルファス金属とを積層した構造の例を示す図である。 [図 104]金属パイプ構造の卷線と冷却構造を示す図である。

[図 105]図 104の各磁極の断面形状を示す図である。

[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縦断面図である。

[図 107]ループ状の卷線を有する 4相のモータのステータ内周面形状を直線状に展開した図である。

[図 108]図 107のステータの縦断面図である。

[図 109]平板状の卷線と卷線を通過する漏れ磁束と誘起される渦電流を示す図である。

[図 110]各相のステータ磁極が電気角 720° ピッチで配置されるモータのステータ磁極を直線状に展開した図である。

[図 111]8極に 9個のステータ磁極を配置するモータのステータ磁極を直線状に展開した図である。

[図 112]図 111のモータの各ステータ磁極を，それぞれにトルクが大きくなる方向に回転方向位置を動かす考え方を示す図である。

[図 113]3相交流のインバータと 3相モータの関係を示す図である。

[図 114]図 1 ,図 27等の 4卷線を持つ 3相モータを 3相インバータで駆動する接続関係を示す図である。

[図 115]図 1 ,図 27等の 4卷線の電圧と電流を示す図である。

[図 116]図 1 ,図 27等の 4卷線の接続関係と電流を示す図である。

[図 117]図 7,図 28等の 3相で 2卷線のモータを 3相インバータで駆動するときの接続を示す図である。

[図 118]図 7,図 28等の 2卷線の電圧と電流を示す図である。

[図 119]図 7,図 28等の 2卷線の接続関係と電流を示す図である。

[図 120]3相で 2卷線のモータを 2個の単相インバータで駆動するときの接続を示す図である。

[図 121]5相のモータのステータ磁極と卷線を直線状に展開した図である。

[図 122]各ステータ磁極の磁束ベクトル成分と電流ベクトル成分とを示す図である。 [図 123]電流ベクトル成分をスター結線は位置して示す図である。

[図 124] (a)は，図 121のモータの卷線をスター結線し，中心の点を 1端子として取り出す構成を示す図であり，（b)図は，図 121のモータの卷線をデルタ結線し，両端の間先端 2点とそれぞれの卷線の接続点 2個所を 5個のモータ端子とする構成を示す図である。

[図 125]図 121のモータの電流を示す図である。

[図 126]図 121のモータの各卷線の電圧とそれらの平均電圧を示す図である。

[図 127]図 127の平均電圧と図 124の各端子との差電圧を示す図である。

[図 128]3相， 4極， 24スロットのモータの構造を示す横断面図である。

[図 129]3相， 4極， 6スロットの集中巻きモータを示す横断面図である。

[図 130]図 129のモータの縦断面図である。

[図 131]図 130のモータのステータ配置と各卷線とを直線状に展開して示す図である符号の説明

[0049] 1 ロータ軸

50 U相のロータ磁極

51 U相のステータ磁極

54 V相のロータ磁極

55 V相のステータ磁極

58 W相のロータ磁極

59 W相のステータ磁極

82 U相と V相用の卷線

83 V相と W相用の卷線

453 ノックヨーク

454 ノックヨーク

発明を実施するための最良の形態

[0050] 以下，本発明を適用した一実施の形態に係るモータについて，図面を参照しながら詳細に説明する。 [0051] 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及び動作を説明することとする。

[0052] 〔基本構成〕

図 1は，基本構成に係るブラシレスモータの断面図である。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 11,永久磁石 12,ステータ 14を含んで構成されて、る。

[0053] ロータ 11は，表面に配置された複数の永久磁石 12を備えている。これらの永久磁石 12では，ロータ 11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 11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。

[0054] ステータ 14は，それぞれ 4個の U相ステータ磁極 19, V相ステータ磁極 20, W相ステータ磁極 21を備えている。各ステータ磁極 19, 20, 21は，ロータ 11に対して突極状の形状を有している。図 4は，ロータ 11側から見たステータ 14の内周側形状の展開図である。 4個の U相ステータ磁極 19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 20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 21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 19を U相ステータ磁極群， 4個の V相ステータ磁極 20を V相ステータ磁極群， 4個の W相ステータ磁極 21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。

[0055] また， U相ステータ磁極 19, V相ステータ磁極 20, W相ステータ磁極 21のそれぞれは，互いに軸方向位置と周方向位置をずらして配置している。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している。図 4に示す破線は，対向するロータ 11の各永久磁石 12を示して!/、る。同極のロータ磁極（N極に永久磁石 12同士あるいは S極の永久磁石 12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。 [0056] ステータ 14の U相ステータ磁極 19, V相ステータ磁極 20, W相ステータ磁極 21のそれぞれの間には， U相卷線 15, V相卷線 16, 17, W相卷線 18が配置されている。図 6は，各相の卷線の円周方向展開図である。 U相卷線 15は， U相ステータ磁極 19 と V相ステータ磁極 20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。ロータ 11側力見て時計回り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 15に流れる電流 Iuは負（一 Iu)となる。同様に， V相卷線 16 は， U相ステータ磁極 19と V相ステータ磁極 20との間に設けられており，周方向に沿つてループ形状を成している。 V相卷線 16に流れる電流 Ivは正（+Iv)となる。 V相卷線 17は， V相ステータ磁極 20と W相ステータ磁極 21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 17に流れる電流 Ivは負（一 Iv)となる。 W相卷線 18は， V相ステータ磁極 20と W相ステータ磁極 21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 18に流れる電流 Iw は正 (+Iw)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。また， 39は軸方向起磁力を打ち消すための卷線である。

[0057] 次に，ステータ 14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 14の断面箇所を示す図であり，図 3 (a)には AA—AA線断面図が，図 3 (b)には AB— AB線断面図が，図 3 (c)には AC— AC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 19, V相ステータ磁極 20, W相ステータ磁極 21のそれぞれは，ロータ 11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。

[0058] 図 5は， U相卷線 15の概略的な形状を示す図であり，正面図と側面図がそれぞれ示されている。 U相卷線 15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 16, 17は巻き始め端子 Vと巻き終わり端子 Nを有し， W相卷線 18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 15, 16, 17, 18の巻き終わり端子 Nが接続される。各相卷線 15, 1 6, 17, 18に流れる電流 Iu, Iv, Iwは，各相ステータ磁極 19, 20, 21とロータ 11の永久磁石 12との間でトル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。

[0059] 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 19, 20, 21 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（ロータ 1 1側）から見た各相ステータ磁極 19, 20, 21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。

[0060] U相卷線は， 4個の U相ステータ磁極 19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 19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 19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 19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 19間の渡り線であり，電磁気的作用はない。

[0061] 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 19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く，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 14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 14の円周上にループ状に流れる U相電流 Iuとが同時に流れて、る状態と同じと考えることができる。

[0062] し力も，上述した導線（10) , (6)に対応するようにステータ 14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 15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く，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が，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 15と等価であるということができる。

[0063] 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 20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) , (1 8)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（20) , (16)に対応するようにステータ 14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 14の円周上にループ状に流れる V相電流一 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 16, 17と等価であるということがでさる。

[0064] 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 21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 14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 14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。

[0065] 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 14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 15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く，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 18と等価であるということができる。

[0066] 以上説明したように，ステータ 14の各相ステータ磁極 19, 20, 21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 14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 15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。

[0067] なお，磁気的には， U, V, W相のステータ磁極を通る磁束 φ ιι, ν, ( ) wがバックヨーク部で合流し， 3相交流磁束の総和が零となる φ ιι+ ν+ φ w=0の関係となつている。また，図 109,図 110,図 111に示した従来構造は，図 8に示した各相突極 1 9, 20, 21を 2個ずつ合計 6個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 15と同じである。但し，図 109,図 110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 15のように卷線の一部を排除したり，卷線の簡素化したりすることはできない。

[0068] ブラシレスモータ 15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 15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の角度をべタトルの位相角とする。

[0069] ステータ 14の各相ステータ磁極 19, 20, 21に存在する磁束 φ ιι, ν, の回転角度変化率を単位電圧と称し， Eu = d φ u/d θ , Ev=d φ v/d θ , Ew=d φ w/d θとする。各相ステータ磁極 19, 20, 21のロータ 11 (永久磁石 12)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 15〜1 8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。

[0070] 今，ロータが一定回転 d Θ Zdt= S lで回転し，各相卷線 15〜18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 15〜18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 η, V相卷線の磁束鎖交数は Wv X ν, W相卷線の磁束鎖交数は Ww X である。

[0071] Vu=Wu X ( -ά u/dt) = -WuXd u/d0 X d Θ /dt

= -WuXEuXSl …ひ）

同様に,

Vv=WvXEvXSl ---(2)

Vw=WwXEwXSl ---(3)

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 15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 15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 16の 1ターンと V相卷線 17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 16と逆向きの V相卷線 17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 18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 18の逆向きに発生する電圧である。

[0072] ブラシレスモータ 15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， Iu, 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。

[0073] ブラシレスモータ 15の出力パワー Pa,各相のパワー Pu, Pv, Pwは，

Pu=VuX (-Iu)=WuXEuXSlXIu ·'·(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 15の出力トルク Ta,各相のトルク Tu, Tv, Twは，

Tu=Pu/Sl=WuXEuXIu ·'·(8)

Τν= Pv/S 1 = Wv X Ev X Iv ·'·(9)

Tw= Pw/S 1 = Ww X Ew X Iw "-(10)

Ta=Tu+Tv+Tw

=WuXEuXIu+WvXEvXIv+WwXEwXIw =WcX (EuXIu + EvXIv+EwXIw)---(ll)

となる。なお，本実施形態のブラシレスモータ 15の電圧，電流，トルクに関するべタトル図は，図 109,図 110,図 111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。

[0074] 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 15と V相卷線 16は， U相ステータ磁極 19と V相ステータ磁極 20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 17と W相卷線 18は， V相ステータ磁極 20 と W相ステータ磁極 21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。

[0075] 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 15と V相卷線 16が単一の M相卷線 38に置き換えられ， V相卷線 17と W相卷線 18が単一の N相卷線 39に置き換えられている。また , U相卷線 15の電流（一 Iu)と V相卷線 16の電流（Iv)とを加算した M相電流 Im( = -Iu+Iv)を M相卷線 38に流すことにより， M相卷線 38によって発生する磁束の状態と U相卷線 15と V相卷線 16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 17の電流（一 Iv)と W相卷線 18の電流（Iw)とを加算した N相電流 In (=-Iv+Iw)を N相卷線 39に流すことにより， N相卷線 39によって発生する磁束の状態と V相卷線 17と W相卷線 18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。

[0076] 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 38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。

[0077] Em= -Eu= -d u/d θ

En=Ew=d φ wZ d θ

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

[0078] Vm=WcXEmXSl ---(12)

Vn=WcXEnXSl ---(13)

Pm=VmXIm=WcX (― Eu) X SIX (—Iu+Iv) =WcXEuXSlX (-Iu+Iv) "-(14)

Pn=VnXIn=WcXEwXSlX (-Iv+Iw) ---(15)

Pb = Pm+Pn=VuX (-Iu + Iv) +VwX (-Iv+Iw)

•••(16)

Tm=Pm/Sl=WcX (— Eu) X (-Iu+Iv) ---(17)

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

Tb=Tm+Tn=WcX ( (— EuXIm) +EwXIn) ·'·(19)

=WcX (— EuX (-Iu + Iv) +EwX (-Iv+Iw))

=WcXEuXIu+WcXIvX (— Eu— Ew) +WcXEwXIw =WcX (EuXIu + EvXIv+EwXIw) "-(20)

·.· Eu + Ev+Ew=0 ·'·(21)

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が，（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 , V V, 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 T n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。

[0079] 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， (-Iu +Iv)の電流 Imを M相卷線 38へ通電する場合と Iuと Ivの電流をそれぞれ U相卷線 15と V相卷線 16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 38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いう効果がある。

[0080] このように隣接して配置されたループ状の卷線を統合することにより，銅損が低減するだけではなく，卷線構造がさらに簡素になることから，モータの生産性をより向上させることができ，一層の低コストィ匕が可能となる。 [0081] 次に，図 1に示すモータのステータ 14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 14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。

[0082] 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 22, 23, 24は，ロータ軸 11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 120° 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 22, 2 3, 24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 22, 23, 24のラジアル方向にか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 11の永久磁石 12の各極の表面にか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，左端から右端までの 1周が 360° である。

[0083] 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 25, 26, 27は，図 10に示した基本形状に対して，電気角で約 6 0° スキューした形状 (ロータ軸 11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 25, 26, 27の幅が 180° より狭いので各相のステータ磁極 25, 26, 27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いという特徴がある。

[0084] 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 15, 16, 17, 18とェァ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。

[0085] 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いる。ステータ 14の U相ステータ磁極 28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 29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 Εν( =d φ v/d θ ) , W相ステータ磁極 30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 wZd 0 )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 28, 29, 30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 28, 29, 30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く，ロータ 11から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 14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 12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 15, 16, 17, 18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能になる。

[0086] 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 11方向両端の U, W相ステータ磁極 34, 36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 35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 34, 36のバックヨークから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。 35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っている。 [0087] 以上の説明は図 1〜13に示すモータの従来周知の基本的な構成及び動作の説明であるが，モータの最大トルクをできるだけ大きくするモータ構造を検討すると，異なつた視点でモータを見る必要がある。例えば，図 1のモータ構成で，トルクを大きくするために， U, V, W各相のステータ磁極 19, 20, 21のロータに対向する面の形状を図 12に示す形状 28, 29, 30に変形することが考えられる。ロータの永久磁石 12に Ne, Fe, B系の希土類磁石を使うことを想定すると 1. 2T程度の磁束密度が得られ，一方電磁鋼板の実用的磁束密度は 1. 8T程度なので，特に大きなトルクを発生させるために大きな電流を通電する場合には，各ステータ磁極の先端部からステータのノックヨークにかけての軟磁性体部の磁気飽和が発生する問題がある。このとき，各相のステータ磁極間の漏れ磁束も，各ステータ磁極が隣接していることから，大きな値となり，モータ乗り気率を下げるだけでなく，前記の磁気飽和の問題の原因の一つとなる。また，各相のステータ磁極の先端形状を図 12のようにするためには，図 1のステータの内径側の磁路構成が複雑となる問題，卷線 15, 16, 17, 18の配置スぺースが少なくなる問題がある。

[0088] これらの問題は、以下の実施の形態において説明される、本発明に係るモータにより解決される c

[0089] 〔実施の形態〕

本発明は，図 128,図 129のモータの構造的な問題と，図 1に示すようなモータが大きなトルクを発生するときの問題とを解決するものである。そして，本発明はステータ磁極とロータ磁極と各ループ状卷線との配置関係とステータ磁極とロータ磁極との具体的な構成を提案するものである。

[0090] まず，ステータ磁極とロータ磁極と各ループ状卷線との配置関係を示す本発明の 6 相のモータの例を図 20に示す。 1はロータ軸， 6はモータケース， 3は軸受けである。なお，これらの構成は，モータの電磁気的な作用を説明する上で必ずしも必要ではな!、ので，以降の本発明のモータの図にぉ、て省略することも多!、。

[0091] 51は A相のステータ磁極， 53は B相のステータ磁極， 55は C相のステータ磁極， 5 7は D相のステータ磁極， 59は E相のステータ磁極， 61は F相のステータ磁極である。 80はステータのバックヨークで，各相のステータ磁極に共通の磁路である。 [0092] ロータの A, B, C, D, E, F相の各ロータ磁極 50, 52, 54, 56, 58, 60は，それぞれにステータ磁極に対向している。そして，ロータの外周部形状は，ロータ軸方向に分離した構成で，特に，ロータ磁極と隣のロータ磁極の間はロータ外径より大きく内径佃 Jに四み力 S設けられており，ステータの卷線 62, 63, 63, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 71, 73がロータ外径より内径側に配置されている。このことにより，卷線断面積を大きくでき，また，径の小さい部分の卷線は周長が短いことも抵抗低減上大きな効果がある。それらの結果，卷線抵抗を小さくすることができ，大きな電流を通電することにより大きな連続定格トルクを得ることが可能である。ロータ磁極を通る磁束は口ータ内部の内径側磁路 81等を通って他のロータ磁極へ磁束が導かれる。ステータ磁極 51, 53, 55, 57, 59, 61はそれぞれのネ目のロータ磁極と対向して! /、る。ステータ磁極を通る磁束はステータの外形側磁路 80等を通って他の磁極へ導かれる。このような構成のモータは，ロータ内部まで活用することができるので，大きな連続定格トルクの出力が可能となる。

[0093] また，図 20のモータ構成例では，図 22に示すような永久磁石ロータと円周方向に凹凸の形状をしたステータ磁極であるが，各相のステータ磁極とロータ磁極が分離していることから，各相の構造が入り組むことが無く，各相独自の構成とすることができるので，独特の磁極構造を実現することができる。具体的な磁極の構成については後述する。

[0094] ロータ構造にっ、ては種々の変形が可能である。各磁極の磁束を大きくするための工夫も可能であり，ロータ磁極とステータ磁極が対向しているエアギャップ部を極限まで外径側に移動し，これら磁極の軸方向幅をできるだけ広くし，前記エアギヤップ部の軸方向の卷線部は軸方向に薄くすることができる。なおこの時，ロータの外径より内径側に配置されて、る卷線の軸方向幅はできるだけ大きくして卷線抵抗を小さくする方が有利である。また，各相のロータ磁極とステータ磁極とが対になっていて，それらの相対的な位相だけが特性に影響し，各相の磁極の絶対値的な位置は限定されないので，その点では設計自由度が増す。また，図 20に示すように，永久磁石 5 0はロータに取り付けられており，ステータ側は凹凸上の突極となっているが，例えば ,ステータ磁極とロータ磁極を逆にし，永久磁石をステータ側へ取り付けることもできる。この場合，磁石を固定側に取り付けられるので遠心力がカゝからず接着剤などでの磁石固定が容易化し，また，磁石が外径側にあった方が，磁束量が増し，トルクもその分増加することになる。

[0095] 次【こ，図 20【こ示す各卷線 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73をどのように位置づけ，どのような電流を流し，どのように結線するかの 1番目の方法について説明する。 62, 63は， A相磁極用の卷線で，卷線 62へは A相の電流，卷線 6 3へは A相の電流，すなわち， A相の電流で符号が逆の電流を通電する。同様に，卷線 64へは， B相の電流，卷線 65へは B相の電流を通電する。卷線 66へは， C 相の電流，卷線 67へは C相の電流を通電する。卷線 68へは， D相の電流，卷線 6 9へは D相の電流を通電する。卷線 70へは， E相の電流，卷線 71へは E相の電流を通電する。卷線 72へは， F相の電流，卷線 63へは— F相の電流を通電する。

[0096] 各卷線の電流がモータのどの部分へどのように起磁力を印加し，どのように電磁気的な作用をおよぼすかは，卷線の数が増え，磁気回路の要素が増えると，一概に言葉で定義し，説明することは難しい。しかし，ステータバックヨーク，ロータバックヨークが各相に共通で，各相の磁気回路が平衡多相磁気回路を構成している場合には，アンペアの法則と磁気回路の対称性力もある程度定性的に説明できる。前記の図 20 に示すモータにおいては，例えば， A相のステータ磁極 51へは，卷線 62, 63へ A相電流が逆向きに流れているので，卷線 62のアンペアターン数がステータ磁極 51と口ータ磁極 50に印加されていると言える。他の卷線も同様に，それぞれの相の磁極に電磁気的に作用し， 6相のモータを構成している。

[0097] 各相のステータ磁極とロータ磁極の円周方向位置関係は，図 22の（a)から (f)に示す通りであり，各相のステータ磁極とロータ磁極との相互の相対位相は，それぞれの相が電気角で 60° ずつ異なる， 6相のモータの関係となっている。各相の卷線を逆直列に接続してスター結線とすれば，電流，電圧共に平衡した 6相となるので， 6相のインバータにより問題なく制御することができる。さらには， A相と D相とは逆相なので，逆直列に接続し，同様に， C相と F相を逆直列に接続し， E相と B相とを逆直列に接続し，それぞれをスター結線して 3相のインバータで制御することができる。

[0098] ここで，前記の図 20のモータの卷線の電流は，卷線 63と 64が同一の空間に配置されており，この空間へは図 24の（a)に示す 63の A相の電流 Aと 64の B相の電流 Bのベクトル加算値であるベクトル aの電流が流れて!/、れば良!、ことになる。同様に，卷線 65と 66の電流についても，図 24の（b)に示すように，ベクトル bの電流が流れていれば良い。したがって，前記の図 20のモータの説明では， 2倍の電流が流れているので，電流の駆動効率は低く，卷線係数 0. 5ということになる。

[0099] 次に，図 20に示すモータの卷線の 2番目の方法について説明する。前記の説明より，図 20に示すモータの各スロットの空間の卷線を 1組とし，その卷線へ最適な電流を通電すればよい。その具体的な構成は，図 21に示す構成である。このモータは，図 20のモータの各磁極間に配置された 2組の卷線を 1組に統合したモータで，各卷線には統合される前の 2組の卷線に流されるべき電流を加算した値の電流を通電すればよい。また両端の卷線は，モータの軟磁性体部の外側に配置されており，トルク発生上の電磁気的作用が非常に小さいので省略している。各卷線 75, 76, 77, 78 , 79へは，各ステータ磁極とロータ磁極へ印加すべき起磁力が図 23の（e)に示す A , B, C, D, E, Fである時，図 25に示す a, b, c, d, eで示されるベクトルの電流を通電すればよい。図 20のモータに比べ，図 21のモータの銅損は 1Z2に低減できることになる。

[0100] なお，図 21に示すモータの構成は， 6相， 6磁路， 5組の卷線の構成であるが， 2相力も多相まで変形することが可能である。また，卷線の統合による銅損の低減率は相数により異なり，たとえば 3相の場合の銅損低減率は 25%である。

[0101] 図 21のモータの各卷線に誘起される電圧と位相は，平衡した 6相に比較して大きく異なる値である。例えば，卷線 75に鎖交する磁束は A相のステータ磁極 51を通る磁束だけであり，卷線 77に鎖交する磁束は A相のステータ磁極 51と B相のステータ磁極 53と C相のステータ磁極 55を通る磁束を加算した磁束であり，その大きさが異なることが容易に推察できる。この結果，不平衡な 5相の電圧，電流になっていると言える

[0102] ここで，図 20のモータにおいて，電気角で 180° 位相の異なる卷線を逆直列に接続して 3相化し，スター結線できると説明したと同様に，図 21のモータも結線の方法により平衡 3相のモータ卷線とすることができる。具体的には，卷線 75と 77を逆直列に接続し，卷線 77はそのままで，卷線 79と卷線 76を逆直列に接続し，これらの 3組をスター結線することにより，平衡 3相の電流，電圧の卷線とすることができる。ただし ,この方法は，モータの相数が偶数の場合にできる手法であり， 3相， 5相， 7相等の奇数の相の場合には平衡多相の卷線とすることができない。この点，図 20における卷線の前記 1番目の方法の場合，卷線係数は小さいが，奇数相のモータについても ,卷線を平衡多相の電流，電圧とすることができる。

[0103] 次に，図 20に示すモータの卷線の 3番目の方法について説明する。図 20に示すモータにおいて，卷線 62へ B相の電流を流し，位相の 180° 異なる卷線 67^ ^— B相の電流を流す。同様に，卷線 64へ C相の電流を流し，位相の 180° 異なる卷線 69 へ C相の電流を流す。卷線 66へ D相の電流を流し，位相の 180° 異なる卷線 71 へ D相の電流を流す。卷線 68へ E相の電流を流し，位相の 180° 異なる卷線 73 へ E相の電流を流す。卷線 70へ F相の電流を流し，位相の 180° 異なる卷線 63 へ F相の電流を流す。卷線 72へ A相の電流を流し，位相の 180° 異なる卷線 65 へ A相の電流を流す。したがって，それぞれの 2個の卷線は逆直列に接続し，該当する相の電流を流せば良い。この状態で， 6相の平衡した電流，電圧の卷線となつている。この時例えば，卷線 63へは— F相の電流が流され，卷線 64へは C相の電流が流されていて，両電流は同一の位相の電流なので，結果的に，同一のスロットの 2 卷線には同一の電流が流れていることになり，卷線係数が 1となるので，効率の良い電流を通電したことになる。なお，両端の卷線 62, 73へ鎖交する磁束は非常に小さ V、ので省略することもできる。

[0104] 図 20の例では， 6相なので，前記の 6組の卷線をさらに逆相同士の卷線組を逆直列に接続し， 3相の卷線とし， 3相のインバータで駆動することもできる。

[0105] この方法を図 20の偶数相の場合に適用する場合は，位相差が 180° の卷線と逆直列に卷線接続を行ったが，奇数相である場合には，少し変形して前記の方法を適用することができる。相数が Nの時， 360° ZNの整数倍 NXが 180度に近くなるような NXを選び，（360° ZN) X NXの位相差の卷線と逆直列として電流を流す方法である。前記の 6相の場合は， NXが 3となり，（360° ZN) X NX= 180° となるので ,前記の説明のようになる。 [0106] 5相の場合には，（360° ZN) = 72° なので， NX= 2もしくは 3である。 NX= 2とすると，同一相の卷線を 2個のステータ磁極をロータ軸方向へ挟んだ卷線と逆方向に直列に接続すればよい。図 20において， 5相の具体的なモデルとして， 6番目の位相である F相がないモデル，すなわち，ステータ磁極 61,ロータ磁極 60,卷線 72, 卷線 73を削除し，各ステータ磁極間の相対的位相差が 360Z5 = 72° であるものを想定する。この時，卷線 62と卷線 65とを逆直列に接続し Α相と Β相との中間の位相の電流を流し，卷線 64と卷線 67とを逆直列に接続し B相と C相との中間の位相の電流を流し，卷線 66と卷線 69とを逆直列に接続し C相と D相との中間の位相の電流を流し，卷線 68と卷線 71とを逆直列に接続し D相と E相との中間の位相の電流を流し ,卷線 70と卷線 63とを逆直列に接続し E相と A相との中間の位相の電流を流す。

[0107] このような卷線の接続構成，各卷線の電流通電を行う場合，同一スロットの同一空間に配置された 2個の卷線の電流位相差は 36° となる。例えば，図 23の（d)の 5相ベクトルで考えて，卷線 63の電流はベクトル Eと Aの中間の位相で逆方向なのでべクトル Cであり，卷線 64の電流はベクトル Bと Cの中間であるから，両電流の位相差は 7 2° Z2 = 36° となる。そして，この場合の卷線係数は， COS ( (180— 72° X NX) /2) =COS 18° =0. 951となる。また， 5相の場合， NX= 3としても良い。このように，この方法は，奇数相のモータへも適用することができ，卷線係数も十分に大きく効率のよい駆動ができ，多相の平衡した電流，電圧となるので， N相のインバータで効率良く駆動することができる。偶数相の場合は， NZ2相の卷線接続が可能であり , NZ 2相のインバータで駆動することもできる。

[0108] 次に，図 20に示すモータの卷線の 4番目の方法について説明する。 4番目の方法は，図 20のように同一スロットの空間に配置された 2個の卷線を図 21に示すように統合して 1個の卷線として合計 (N— 1)個の卷線とし，各卷線の電圧の振幅と位相が多相平衡電圧とは大幅に異なるこれらの（N— 1)個の卷線をスター結線し，スター結線の中心点をモータの 1個の端子とし，合計 N個のモータ端子として N相のインバータに接続して駆動するものである。この時，インバータ側から見たモータの電流と電圧は，平衡した N相の電流，電圧となっている。

[0109] 具体的な例を，奇数相も可能であることを示す意味で， 5相の例について図 121〜 127に示す。図 121は，図 21に示すモータを 5相モータに変形し，ステータ磁極と口ータ磁極とが対向しているエアギャップ面のステータ突極と各卷線との円周方向形状を直線状に展開した図である。横軸は円周方向であり，電気角で示している。縦軸はロータ軸方向で，ステータ磁極，卷線は同一符号で示し，各電流のベクトル B— A, C -B, D-C, E— Dを付記している。図 122は各ステータ磁極のベクトル A, B, C, D , Eと各電流ベクトル B— A, C-B, D-C, E— Dを示している。図 123は，図 122の各電流ベクトルを，スター結線した場合を想定し，並び替えて示している。そして，各電流 I , 1 , 1 , 1 , I は図 125のように示すこともできる。横軸は電気角である。

BA CB CD ED N

[0110] 次に，図 121に示しモータの各卷線に誘起する電圧を計算した例を図 126に示す。各卷線 75, 76, 77, 78の電圧は，それぞれ， V , V , V , V であり，その平

BA CB DC ED

均値は Vである。それぞれの卷線の電圧，位相は平衡した 5相の電圧，位相とは言

N

い難い値である。

[0111] しかし，ここで，各卷線を図 124のようにスター結線し，スター結線の中心点 NNを一つの端子として取り出し，合計 5個の端子 TA, TB, TC, TD, TNとし，図 126で示した平均電圧 Vに対する各端子の電圧を求めると，図 127に示す V , V , V

N BAN CBN

, V , V となる。図 127は，電圧振幅，位相共に平衡した 5相の電圧である。

DCN EDN

この結果，図 124の（a)の様に結線したとき，モータの外部から見たモータ特性は，平衡した 5相負荷と見ることができ， 5相のインバータで効率よく駆動することができる。また，この時，各卷線の駆動効率，卷線係数も，この例では 1となり，効率上の問題もない。また，奇数相であっても問題なく駆動することができる。

[0112] 次に，図 20に示すモータの卷線の 5番目の方法について説明する。 4番目の方法は，図 20のように同一スロットの空間に配置された 2個の卷線を図 21に示すように統合して 1個の卷線として合計 (N— 1)個の卷線とし，各卷線の電圧の振幅と位相が多相平衡電圧とは大幅に異なるこれらの（N— 1)個の卷線をスター結線し，スター結線の中心点をモータの 1個の端子とし，合計 N個のモータ端子として N相のインバータに接続して駆動するものである。この時，インバータ側から見たモータの電流と電圧は，平衡した N相の電流，電圧となっている。 5番目の方法は，図 20のように同一スロットの空間に配置された 2個の卷線を図 21に示すように統合して 1個の卷線として合計 (N— 1)個の卷線とし，各卷線の電圧の振幅と位相が多相平衡電圧とは大幅に異なるこれらの（N— 1)個の卷線をデルタ結線し，両端の卷線は接続せず，それぞれ一つのモータ端子とし，（N— 2)個の接続点と両端の前記 2点とで合計 N個のモータ端子とし， N相のインバータに接続して駆動するものである。この時，インバータ側から見たモータの電流と電圧は，平衡した N相の電流，電圧となっている。

[0113] 5相のモータについて，各卷線をデルタ結線した具体的な例を図 124の（b)に示す。この場合にも，図 124の（a)に示したスター結線の例と同様に，各モータ端子の電圧および位相は， 5相の平衡した電圧，位相となる。その結果，図 124の（b)のように結線したとき，モータの外部から見たモータ特性は，平衡した 5相負荷と見ることができ， 5相のインバータで効率よく駆動することができる。また，この時，各卷線の駆動効率，卷線係数も，この例では 1となり，効率上の問題もない。また，奇数相であっても問題なく駆動することができる。

[0114] なお，図 122の A— Eで示される電流成分，前記本発明モータで説明した図 20の卷線 62, 73に流す電流成分は，多相平衡電流の一部であり，モータのロータ軸 1へ作用する起磁力を相殺する作用があるので，モータのトルク発生にはほとんど寄与しないが，図 1の卷線 39あるいは，図 20の卷線 62, 73などの位置へ卷線を配置して，モータのロータ軸方向へ作用する起磁力を相殺することも実用的である。

[0115] 以上，図 20に示す本発明モータ構成例について，多相モータにおけるステータ磁極，ロータ磁極，卷線，卷線に流す電流，各卷線の接続方法について示した。以下，各ステータ磁極，ロータ磁極などの具体的な構成，形状，特性等について説明する。

[0116] 図 26は，図 20に示すモータに使用できるループ状の卷線の正面図と側面図である。この図のように，卷線 73をモータの内径側から，外径側まで活用して配置できるので，卷線抵抗を小さくすることができる。特に内径側は周長が小さく，卷線抵抗が小さい特性となる。

[0117] また，図 20のモータの例では，各相の卷線がロータ側まで入り込んだ形状をしているが，各卷線がロータ側へは入り込まない形状としても良い。また，図 26の卷線形状は単純な円盤状をしているが，ロータ軸方向あるいはラジアル方向に，ステータ磁極の形状等に合わせて凹凸形状を持ったループ状の卷線としても良い。また，後段において、図 106〜図 109に記載した例の説明で詳述するが，卷線の断面形状は，円形あるいは正方形ではなく，長方形の断面とし，平板状の卷線とすることによりステータ磁極間の漏れ磁束が卷線の場所を横切って通り，磁束が増減することにより渦電流を生成させ，前記の漏れ磁束を低減する構成の卷線とすることが効果的である。どの程度平板状にすべきかは，どの程度漏れ磁束を低減するかによって，選択することがでさる。

[0118] 図 27は，図 20の 6相モータの A相， C相， E相の部分を取り出し， 3相モータに変形した例である。モータのケースは，技術的な観点では本発明に直接的には関与しないので，また，図が煩雑で見難くなるので省略している。

[0119] 図 28は，図 27のモータの卷線を統合し，両端の卷線を省略したモータである。モデル的な計算では，図 27に示すモータに対して， 25%の銅損低減が可能であるが ,スロット内絶縁紙スペースの削除，卷線間隙間の削除等の実装上の利点もある。また，卷線が簡素になるので製作コストも低減できる。 2組の卷線に通電すべき電流は図 23の（b)の 3相電流ベクトルの内の 2つの電流ベクトルである。残りの 1相の電流は通電する必要がない。また，図 20に示すモータの説明で示した特徴，利点は図 28 に示すモータにおいても同様である。また，後述する本発明の他の例のモータモデルへもこの構成を適用できる。

[0120] 図 29は，図 28の 3ネ目モータにネ甫助的な磁路 156と 157, 158と 159, 160と 161を追加して、る。これらの対の磁路はエアギャップを介して対向して近接して配置されているので，ステータとロータとの間に比較的容易に磁束を通過させることができる。永久磁石 150, 152, 154の発生する磁束でステータ磁極 151, 153, 155への有害な漏れ磁束を吸収し，出力トルクを向上させる効果がある。特にモータを多極ィ匕していくと漏れ磁束の比率が高くなるのでトルク改善効果が大きくなる。図 30は各部の断面図である。

[0121] 図 31は，図 28の 3相モータを変形した 3相モータの例である。図 32,図 33はその断面図である。 84, 85は A相のロータ磁極，ステータ磁極であり，永久磁石をステータ側へ取り付けた例を示している。 88, 89に示す軸方向中央の磁極は，ロータのバックヨークに磁気的につながつていて，かつ，ステータの軟磁性体部にロータとステータとの間のエアギャップ部を介して対向した軟磁性体部 RSP1と，ステータのバックヨーク部に磁気的につながつていて，かつ，ロータの軟磁性体部にロータとステータとの間の小さなエアギャップ部を介して対向した軟磁性体部 SSP1とで構成され，ステータとロータとの間で比較的容易に磁束が通る構造となっている。軸方向両端の各磁極が U相と W相となっていて，それぞれの作用が電気角で 120° の位相差を持つように構成され， 3相モータとして作用することができる。また，トルク向上策としては ,図 20,図 28のモータモデルの説明で示したような改良が可能である。また，軸方向両端の U相と W相の磁極は 120° の位相差に限定されるわけでなく， 120° 以外の角度でも作用させることができる。特に，電気角で 90° の位相差とすることにより， 2 相モータであるともいえる。このように，この位相差については 0° から 180° まで自由に変えて，設計することができる。

[0122] 図 31のモータの一つの変形例は， 84, 85の前記 U相磁極を軸方向にできるだけ広くし， U相磁極の磁束をできるだけ大きくしてトルク発生，パワー発生を極力大きくできるようにし，一方， 86, 87の前記 W相の磁極は軸方向にできるだけ狭くし始動時等に始動トルクを発生させるために活用する構成とする。このような構成とすると，始動時には両卷線 82, 83を活用するが，高速回転時には主として卷線 82でトルク，パヮーを発生させるようにすることにより，平均トルク，平均パワーの出力を極大化することが可能である。この時， 2相インバータ， 3相インバータ，単相インバータ 2個での駆動等が可能である。

[0123] なお，ステータ磁極に永久磁石 85のような永久磁石を取り付けて 3相モータとすることちでさる。また，図 29に示すようなネ甫助的な磁路 156と 157, 158と 159, 160と 1 61に相当する磁気回路を追加することもできる。

[0124] 図 34, 35, 36, 37は 2相モータの例であり，各種の形態の例を示している。図 40 に，図 34から図 39までのモータの各部の横断面図の例を示している。

[0125] 図 34に示すモータの縦断面図においては， 91と 97が A相のステータ磁極， 90と 9 6が A相のロータ磁極， 94が B相の卷線である。また， 93と 99が B相のステータ磁極 , 92と 98が B相のロータ磁極， 95が B相の卷線である。 A相と B相とは電気角で 90° の位相差を持つように構成されている。また， A相の構成と B相の構成とは磁気的にロータ軸方向に分離されていて，それぞれ独立に電磁気的に作用してトルクを発生する。各部の断面図を図 40に示す。

[0126] 図 35は，図 34に比較し， 102, 104がステータの磁束通過用磁路， 101, 103が口ータの磁束通過用磁路であり，図 33に示すような形状をしていて，ステータとロータとの間に磁束を通過させる軟磁性体で構成されている。したがって，磁束通過用磁路 102, 104ではトルクを発生せず，また，この部分のロータ軸方向の厚みを比較的小さくすることができる。

[0127] 図 36の 2相モータは，図 35に比較して，ステータの磁束通過用磁路 106とロータの磁束通過用磁路 105が， A相用と B相用 G密着，あるいは，統合されている。この部分のステータとロータとの間の磁気抵抗は小さく， A相の電磁気作用と B相の電磁気的作用は，相互に影響しにく、構造となって、る。

[0128] 図 37は，ロータ磁極およびステータ磁極の近傍で，その相の磁束 Φ Νとは電気角でほぼ 180° 異なる位相の磁束成分 0 RNを導く磁束誘導手段 MRN451, 452, 4 53, 454を備えている例である。図 38は磁束誘導手段 MRN451の円周方向形状を直線状に展開した図であり，その横軸は円周方向を電気角で表し，縦軸はロータ軸方向である。

[0129] 図 39は，図 36に比較し， Α相のロータ磁極と Β相のロータ磁極が一体化され， A相と B相との共通のロータ磁極 107となっている。逆に，ステータの磁束通過用磁路 10 2, 104とロータの磁束通過用磁路 101, 103はロータ軸方向両端に分離して配置されている。図 39のモータでは，ロータ軸方向両端部は，単に磁束が通過するだけであり，大きな起磁力は作用しないので，ステータの磁束通過用磁路 102, 104等はモータケースを兼ねることができる。よって，小型化し易い特徴がある。また，図 37に示すような磁束誘導手段を負荷することもでき，トルクを増加させることができる。なお， 2相モータの A相と B相との位相差は 90° とは限らず，図 39のような永久磁石を活用したモータでは，平均トルクを大きくするためには位相差を 90° より大きくした方が A 相および B相の鎖交磁束を大きくすることができ，有利である。ただし，その場合にはトルクリップルが大きくなるので，必要に応じて，各相電流の振幅変調などのトルクリツプル低減策などを行う。 [0130] 図 41は，円盤状の永久磁石を挟んでロータ軸方向の両方に， 2組の相のステータが配置された 2相モータで，その各断面図を図 42に示す。図 42の（b)に示す永久磁石 115に対し，図 42の（a)に示す A相のステータ磁極 114と図 42の（c)に示す B相のステータ磁極 117は，相対的に位相の差を電気角で 90度にしている。そして，両相の磁束誘導手段 113, 116を通る磁束はロータ 111へ導かれる構成としている。図 41のモータの特徴は，永久磁石を通る磁束が両方のステータおよびロータを通過するように配置されていて，同一の磁石を 2つの相が有効に，効率良く使用している点である。通常， 2相モータは位相差が 90度であるため，共通の磁石を有効に使用することが難しい。しかし，図 41の場合は磁石の表側の磁束を A相が活用し，裏側の磁束を B相が活用しているので，磁石を効率よく使用することができる。

[0131] 図 43は，図 41に比較して，中央部に配置されている永久磁石が 2組の永久磁石 1 19, 120となっていて，両磁石間には軟磁性体のバックヨーク 118が配置されている例である。図 43のモータの各断面図を図 44に示す。この構成のモータの場合，磁束誘導手段である磁極 113, 116が無くても磁束はバックヨーク 118を介して存在することができるので， 2相モータとして機能することができる。ただし，これらの磁極 113, 116を配置した方が不要な漏れ磁束を低減できるので，トルクを大きくすることができる。また，軟磁性体部 118は，永久磁石 119, 120を強固にロータへ固定するための補強材の役割もなして、る。

[0132] また，図 43の構成のモータは， 3相のモータを構成することもできる。具体的には，ステータ磁極 114を U相の磁束の位相に配置し，ステータ磁極 117を W相の磁束の位相に配置し，他の残りの磁束は磁束誘導手段である磁極 113, 116を介してロータ 111へ導く構成とする。このような構成とすることにより，モータのロータ軸方向両端と中央部との 3方向へ，それぞれ， 120° ずつ位相の異なる磁束が分布されることになる。そして，永久磁石の磁束を効率よく活用したモータを構成することができる。

[0133] 図 45は，図 41に比較し，図 41のロータ 111が排除され，ステータ側だけで磁路を構成した 2相モータの例である。図 46はその断面図である。 139は A相のステータ磁極で， 138は位相が 180° 異なるステータ磁極である。 141は B相のステータ磁極で , 140は位相が 180° 異なるステータ磁極である。図 41に比較して，磁束誘導手段が不要であり，簡素化される。その他の特徴は，図 41のモータの特徴と類似する。

[0134] 図 47は，図 41のモータの磁束誘導手段 283, 285,磁束通過用磁路 280, 281, 280B, 281Bの配置位置，形状を変形した例である。

[0135] 図 49は，図 47のモータにおいて，永久磁石 286の表裏の両側で U相磁束， V相磁束， W相磁束を取り出し，分離して使用する 3相のモータの例である。円盤状の永久磁石の軸方向両側の磁束をトルク発生に有効活用する構造となつている。例えば， U相の位相の磁束は磁石の両面に電気角で 180° の位相差を持って生成されるので，磁石両面に U相のステータ磁極 288を配置して磁束通過用磁路 286, 287の方へ U相磁束を導く構成とし，卷線 292へ通電する電流により電磁気的に作用させる構造としている。 W相についても同様に，ステータ磁極 290で W相の磁束を磁石の両面から導き，磁束通過用磁路 286B, 287Bの方へ W相の磁束を導く構成とし，卷線 293へ通電する電流により電磁気的に作用させる構造としている。 V相の磁束成分については，ステータ磁極 289, 291を通ってロータ側へ導かれる構成となっている。図 50は各部の断面図である。図 51は，周方向の直線状に展開して，永久磁石と各相のステータ磁極の配置関係を示した図であり，永久磁石の片側の U, V, W相のステータ磁極を実線で示し，永久磁石の反対側の U, V, W相のステータ磁極を波線で示している。磁石の表側と裏側とでは，例えば， U相の磁極の位置が電気角で 18 0° 異なる位置に配置されることが分かる。図 49の構成のモータは，磁石の表裏の磁束を有効に活用するので，連続トルクを増カロさせることができる。ただし，モータが複雑になるという問題はある。

[0136] 図 52は， 2相のモータの例であり， 124は A相のステータ磁極， 125は B相のステータ磁極， 123は永久磁石であってロータ磁極を構成している。 A相と B相とは電気角でほぼ 90° の位相差を持つように配置されている。図 53はその断面図である。

[0137] 図 54は 2相モータの例であり，両相の位相差が電気角でほぼ 90° に配置されている。図 55はそれらの断面図である。なお，両相の位相差を電気角でほぼ 120° として，前述の 2線式 3相モータと同様に， 3相モータとして作用させることもできる。

[0138] 図 56は 3相モータの例であり，両相の位相差が電気角でほぼ 120° に配置されている。図 57はそれらの断面図である。 U相ステータ磁極 272, V相ステータ磁極 273 , W相ステータ磁極 274が相対的に電気角で 120° ずつの位相差を持っている。

[0139] 図 58は A相， B相の 2相モータの例であり，図 59はその断面図を示す。図 60は両相のステータ磁極 129, 130の位置関係を，周方向を直線状に展開して示した図である。図 61は A相の誘起電圧 AS, B相の誘起電圧 BSの例を示す図である。 A相ステータ磁極と B相ステータ磁極が接近していて，相反する問題がある。位相差を 90° とするとステータ磁極の周方向角度幅 Θ wが小さくなつてしまうという問題があり，一方，両相の位相差（90° + Θ 1) ^ Θ wを大きくして平均トルクを大きくできる構造とするとトルク出力が小さくなる回転角が出てきて，始動時の回転位置によっては始動できないことがある，あるいは，トルク脈動が大きいという問題がある。始動トルクは定格トルクの 20%である用途も多く，両相の位相差（90° + 0 1)が 170° 以下であれば，多少のインバータの電流容量を大目にみておけば，最悪の回転位置での始動においても定格トルクの 20%のトルクで始動が可能である。また，平均トルクは，単純論理的には，両相の位相差（90° + θ 1)が 180° となって，両相のステータ磁極の周方向幅が 180° となれば最大の平均出力トルクを得ることができる。ここで，どの程度の磁極幅 Θ wでどの程度のトルクが得られるかについて考えてみると，単純論理的に卷線係数が 3Z4となる磁極幅 Θ wは， 97. 2° であり， 100° 以上であれば論理的に計算される最大の平均トルクに対して 75%以上の平均トルクが得られることになる。結論として， 100° ≤(90° + Θ 1)≤170° であれば始動トルクが定格トルクの 20%以上で得られ，平均トルクも原理的な最大値の 75%以上で得られることになる

[0140] 図 62は，本発明の 3相モータの例である。 U相のステータ磁極およびロータ磁極部の拡大図を図 63の（a)に，各部の断面図を図 63の（b) , (c) , (d)〖こ示す。 466は円盤状の永久磁石で表裏両面の磁束が活用されており， 464, 465が U相の磁束を導き， 462, 463が U相の逆相の磁束をロータ 461へ比較的小さなエアギャップ部を介して導いている。このように，磁石両面の磁束を有効に活用することができ， U相卷線 62もロータの内部側まで配置することができ，卷線断面積を大きくできるので，大きな連続トルクの発生が可能である。 V相， W相についても， U相と同様に，永久磁石 46 7, 468の表裏の磁束をそれぞれに活用して効果的に電磁気的作用を行わせることができる。また，卷線 82, 83の電流の制御は，図 27, 28に示すモータで説明したように， 2つの卷線へ 3相電流を 2相の電流のように合成して通電することにより， 3相のそれぞれの磁極へ 3相の起磁力を印加することができる。

[0141] また， V相の磁極を単に軟磁性体の対向面へ変更すること，あるいは， U相と W相の相対的位相差を 90° として 2相モータへ変形することも可能である。

[0142] 図 64は本発明の 2相モータの例である。各断面図を図 65に示す。 194, 207は口ータの支えで， 192, 219はロータである。永久磁石 199, 201では磁石の方向が内径側から外径側に向かって N極が向いている。まず，図 65の（a)の断面 CO— COについて説明する。この回転位置での内径側の磁気回路は，永久磁石 199と永久磁石 201がラジアル方向に対向し重なっていて，軟磁性体部 200, 202が対向しているので，自由に磁束が行き来できる状態となっている。従って，この内径側の部分でのトルク発生は無い。一方，外径側の磁気回路については，永久磁石 195, 197は永久磁石の N極が内径側に向いていて，永久磁石 195, 197の両方力それぞれ，軟磁性体部 198, 196に対向していて，両磁石 195, 197により円周方向全面にわたって内径側へ N極が向いているので，断面 CO— COの全体としてみても外径側から内径側へ磁束が通っていることになる。この関係はロータ 194が電気角で 180° 回転すると逆の関係となり，断面 CO— COの全体としてみても内径側から外径側へ N 極が向いていて，その方向へ磁束が通っていることになる。このように回転とともに，内径側から外径側へ通過する磁束が変化するように構成されて、る。卷線 205の電流でこの磁気回路に起磁力を印加し，トルクを生成することができる。

[0143] 図 65の（b)に示す断面 CP— CPの構成は，断面 CO— COで示される状態よりも電気角で 90° 時計回りへロータが回転した位置となっていて位相が 90° 異なる関係となっている。電磁気的な作用のさせ方は，断面 CO— COと全く同じである。内径側の磁気回路で 212と 214は外径側に N極が向ヽた永久磁石で， 213と 215は軟磁性体部である。外径側の磁気回路で 208と 210は外径側に S極が向いた永久磁石で， 20 9と 211は軟磁性体部である。両磁極と両卷線で 2相のモータが構成されている。

[0144] この構造のモータは，作用する磁気回路のほぼ全面が対向しているので，空間部の漏れ磁束が非常に少なく，ステータ磁極の相間の漏れ磁束もステータ磁極が分離されていることから少なく，各磁気回路も必要に応じて磁路断面積を変える自由度があり，各相の卷線も単純な構成でかつ十分な導体断面積を確保できる構成となっている。その結果，このモータには，大きな最大トルクの出力と大きな連続トルクの出力とを得ることが可能であると、う特徴がある。

[0145] また，図 64は永久磁石を含む磁路構成が 2組配置された 2相モータであるが，同様の磁気回路構成を 3組配置して 3相モータとすることもできる。

[0146] 図 66は本発明の 3相モータの例である。ある回転位置における各部の断面図を図 67〖こ示す。図 67に示すステータ磁極とロータ磁極は，図 65に示した磁極の構成と類似した構成の磁極を U相， V相， W相にそれぞれ持っており，ロータ軸 1の回転とともに各相の磁束が変化する構成となっている。 222は U相のロータ磁極， 223は U相のステータ磁極， 224は V相のロータ磁極， 225は W相のステータ磁極， 226は W相のロータ磁極， 227は W相のステータ磁極， 228, 229は卷線である。

[0147] 図 67の（a)は U相の断面図の例であり，この回転位置では，永久磁石 230と 232力 S お互いに異なる回転位置にあり， 231と 233力 S軟磁'性体なので，永久磁石 230, 232 によって磁束が円周方向の全面にわたって内径側から外径側へ通ることになる。大きな磁束が内径側力も外径側へ通っている。図 67の（b)に示す V相の磁極は，ロータが U相に比較して電気角で 120° 時計回りに回転した位置にあり，軟磁性体部 23 5と 237が半分ほど対向しているので，やや磁束の方向に自由度がある。図 67の（c) に示す W相の磁極は，ロータが U相に比較して電気角で 240° 時計回りに回転した位置にあり，軟磁性体部 239と 241が半分ほど対向しているので，やや磁束の方向に自由度がある。このような磁束が回転と共に変化し，卷線 228, 229により 3相の起磁力を各 3相磁気回路に印加することにより 3相のモータを構成することができる。

[0148] また，図 64〜67に示した磁気回路の構成では，各磁束が正弦波状には変化せず ,多くの高調波を含んだ特性となる。したがって，トルクリップルが発生する。これを解決するための一方法として，各磁石および各軟磁性体部のロータ軸方向形状を磁束が正弦波的に変化するように変形することが挙げられる。また，ステータ磁極とロータ磁極とが対向するラジアル方向の形状を変え，エアギャップを変えることにより，磁束の回転変化を正弦波的に工夫することもできる。また，他の方法として，この 3相のモータをさらに多相化することにより高調波分をキャンセルする方法も挙げられる。多相ィ匕によってもトルクリップルの低減が可能である。

[0149] 図 68は本発明の 2相モータの例である。各断面図を図 69に示す。断面 CA— CA, CB—CBで示される磁路で A相の構成をなし，断面 CC— CC, CZ— CZで示される磁路で B相の構成をなして、る。 A相と B相とが磁気的に干渉しな、構成となった例である。 244は A相のステータ磁極， 243はロータ磁極である。 246も A相のステータ磁極であり， 245はロータ磁極である。図 69の（a)と（b)の断面図力も分力るように，磁石と軟磁性体部の対向関係が電気角で 180° 異なる関係となるように構成している。図 69の回転位置においては，ロータ磁極 243側カもステータ磁極 244側へ磁束が通り，ステータ磁極 246そしてロータ磁極 248を通ってロータ磁極 243へ戻ってくる。ロータが電気角で 180° 回転すると，磁束の方向が全く反対方向に変化する関係となっている。 248, 250の B相のステータ磁極， 247, 249の B相のロータ磁極についても同様の関係となっており， A相に比較して，相対位相が 90° 異なる関係となつている。 253, 255, 257, 259, 261, 263, 265, 267は永久磁石である。 254, 25 6, 258, 260, 262, 264, 266, 268は軟磁性体部である。

[0150] 図 70は本発明の 3相モータの例である。 307, 309, 311はそれぞれ U相， V相， W相のステータ磁極で， 301, 302は U相のロータ磁極， 303, 304は V相のロータ磁極， 305, 306は W相のステータ磁極である。ステータ磁極図 71はステータ磁極 3 07を取り出した斜視図である。永久磁石 313の磁石は図示する方向に向ヽて、て，軟磁性体部 314が S極，軟磁性体部 315が N極となっている。 N極， S極ともに軟磁性体なのでステータ磁極はその四方が磁極となりうる。ロータ磁極の構造はその側面図の例を図 72に示すように，各相のロータ磁極は電気角で 180° 位相の異なる凹凸状の形状をなしている。従って，図 71のステータ磁極と組み合わされると，ロータの回転とともに通過する磁束が変化する構成となっている。したがって， U相の卷線 30 8に適切な位相で電流を流し， U相のステータ磁極 301, 302とロータ磁極 307へ起磁力をかけることにより，トルクを発生させることができる。 V相の構成， W相の構成も同じ構成となっている。これらはの各相構造は，磁気的に分離された構造となっている。そして， U相， V相， W相の構成は，ロータとステータとの相対的な位相がそれぞれ 120° 異なる関係に構成されており， 3相のモータを構成している。

[0151] なお，ステータ磁極の軟磁性体部からの漏れ磁束を低減するために，軟磁性体部 314, 315の内径側，外径側に漏れ磁束を低減する方向に永久磁石を配置し，覆うことも，特性改善上有効である。また，ロータ磁極 316, 317の間の空間に漏れ磁束低減用の導電体 LLFを配置し，ロータに取り付けることも効果的である。前記導電体 LLFを通過するように磁束が増減すると，渦電流が漏れ磁束の増減を妨げるように発生するので，漏れ磁束を低減する効果が顕著である。ただし，あまり近接すると，渦電流損失が過大となるため，適切な距離と形状とが求められる。また，前記導電体 LLFは非磁性体であることが好ましい。また，図 70のモータ構成においては，ロータとステータの関係を逆に変形することも可能である。多極化し，トルクを増大することも可能である。また，図 70のモータ構成の場合には，各磁極近傍の各種部材，モータケース 300などは非磁性体である方が好ましい。

[0152] 図 73に示すモータは，図 70に比較して， U, V, W相のロータの軟磁性体部が連結された構造となっている。モータ構造が簡素化されている。図 73のモータの部分拡大図を図 74,図 75に，各断面図を図 76に示す。

[0153] 図 74は，図 73のモータの部分拡大図であり，各相の磁束 φ , , と卷線に

U V W

流す電流 I , 1 , 1

U V を付記している。図 75では図 74

W のモータの磁束 φ

Vの方向と電流 I

Vの方向とを逆の方向としている。このような配置とすると，磁路 32Αと 32Βを通る磁束の大きさを 1Z1. 732倍と小さくすることができ，磁路 32Aと 32Bの断面積を細く（又は小さく）することができる。

[0154] 図 77は， 2つのステータ磁極，ロータ磁極の位相差が電気角で 120° となる構成であり， 3相モータの例である。図 78はその部分拡大図である。図 77の中央の磁極 33 2は少し複雑な形状で，紙面で上側は図 73の断面 DG— DGの形状をなし，紙面で下側は断面 DH— DHの形状をし， U相のステータ磁極 334と W相のステータ磁極 3 35の両方に対応した形状となっている。図 77のその他の部分の形状は図 73の該当する部分の形状と同じであり，各部の断面形状は図 76の断面図の通りである。そして ,図 78【こ付記するよう【こ，各磁束 φ , , ίま図【こ示す通りであり，卷線 336, 33

U V W

7の電流は，それぞれ， I -I , I -I である。 [0155] なお，図 77のモータは， 2つのステータ磁極，ロータ磁極の位相差が電気角で 90 ° となる構成として 2相モータの構成とすることもできる。

[0156] 図 79は本発明の 3相モータの例であり，図 80の（a) , (b) , (c)は各部の断面図である。これらのロータ磁極とステータ磁極の動作は，図 83の（a) , (b)に示すように，口一タとステータとの相対位置が同じであっても，起磁力の作用する方向により磁束の通る経路が矢印で示すように変わることを利用して，トルクの発生する方向を制御できる構造となっている。したがって，励磁する電流の方向によりトルクの発生する方向を変えることができる。このような構造を図 79, 80に示すように 3相分持つことにより， 3相モータを構成することができる。

[0157] このとき，各ステータ突極は，同一のロータ回転位置で正負の両方のトルクを発生することができるので，ロータとステータの両方が突極の形状をしたリラクタンス型のモータに比較すると，概略 2倍のトルクを発生することができることになる。

[0158] また，起磁力が作用しないときには，ステータに作用する磁束が少なく，いわゆる引きずりトルクが小さく，鉄損が小さいという特徴も持っている。また，表面磁石型のモータに比較して，電流が通電されていないときには誘起電圧が小さいことから，基底回転数以上の高速回転の運転も容易に可能であると、う特徴を持って、る。

[0159] また，図 81は，図 79のモータを 2相化したモータの例であり，図 82および図 80の（ d)はその断面図である。 2つの相の位相の差は 90° となっている。

[0160] 図 84はリラクタンストルクを応用する 3相のモータであり，その断面図を図 85に示す。ステータ磁極 374, 376, 378およびロータ磁極 373, 375, 377はそれぞれ同一角度周期の凹凸形状をなしており，各磁気回路の吸引力によるトルクすなわちリラクタンストルクを発生することに連続した回転力を発生させる。

[0161] 図 86は，図 84のモータを変形した例である。

[0162] 図 87は，図 84とは異なる形状，動作の 3相モータの例である。 U相磁極 393, 394 の動作および W相磁極 397, 398については図 84,図 86の例とほぼ同じ動作である力 V相磁極 395, 396の動作は少し異なる。この V相磁極 395, 396でトルクを発生させる場合には，卷線 391と卷線 392へ逆方向の電流を通電し， V相磁極 395, 3 96ではトルクが発生するが， W相磁極 397, 398では不要で有害なトルクが発生しないようにする必要がある。

[0163] 図 88は，外径側がロータとなった，いわゆるアウターロータモータの例である。この例では，各相磁極の軸方向幅を容易に広くすることができ，トルクの向上が可能である。

[0164] 図 89は，ステータ磁極およびロータ磁極の形状の例である。単純化した形状で説明するために，本発明のモータの例では，磁極の形状は，図 89の 400のように，磁極幅は電気角で 180° で円周方向を直線展開した形状図では長方形となる例で多く説明したが， 401の正弦波形状， 402の菱形形状， 403の台形波形状， 404のように長方形を傾けた形状などが可能である。なお，よりなめらかな回転を実現するためには， 401の正弦波形状が好ましいことが多い。菱形形状 402,台形波形状 403は正弦波にかなり近い形状であり，特に角部を波線形状のように丸みを持たせることにより正弦波形状により近い特性とすることができる。また，磁極形状の周方向幅は電気角で 120° 力 180° で示したモータ例が多いが，特に限定されるものではない。しかし，卷線係数を大きくするためには 180° が好ましい。

[0165] 図 90はモータの横方向断面図の例であるが，ステータ磁極，ロータ磁極ともに周方向に丸みを持たせることにより，トルクリップルを低減し，径方向の極端に大きな磁束の変化率を適切な程度に低減して径方向吸引力の変化率を低減し，振動を低減できる。

[0166] 図 91はいわゆるハルバッハ構造の永久磁石の配置例である。磁極の中央部の磁束密度が高く，磁極の境界部は周方向に磁束が導かれる構造となっており，モータの磁極に利用することにより，モータトルクの向上，トルクリップルの低減が可能である。また類似の特性を得る磁極の例として，永久磁石の異方性を磁石の中央に向かうような構造として，前記のハルバッハ構造と同様の効果を得る，いわゆる極異方性と言われる構造を採用することもできる。本発明には，各種の磁極形状，図 14〜図 19 ,図 111,図 112のようなロータ構造も適用することができる。

[0167] 図 97に示すロータは，ロータ表面の磁束密度を高め，かつ，磁束分布を円周方向にできるだけ正弦波分布に近づけるように工夫した例である。 411, 412は高磁束密度の永久磁石であり，各磁石の極性の向きは付記した各ロータ磁極の極性が得られる方向に向けられている。そして，スリット 409, 410を設けて，軟磁性体部 413, 414 における各磁束の円周方向の回転位置依存性を高めている。また，ロータの外周形状は，ロータ磁極中心近傍ではステータとのエアギャップ長が小さくなるように，ロータ磁極の境界部近傍ではエアギャップが大きくなるように，滑らかな凹凸形状を設けている。なお，前記スリットの配置を種々に変えることにより，磁束の分布を容易に調整することができ，各磁極のスリットの位置を微妙に調整することにより，コギングトルク，トルクリップルなどを低減することもできる。

[0168] 図 92はロータが外径側に配置された例で，いわゆるアウターロータモータである。

図 94は各部の断面図である。卷線は 167, 168の 2組で，前述の 3相モータのように , 2線式の 3相モータである。特に， 173は各相に不要で有害な磁束を導く磁束誘導手段で， U, V, Wの 3相を連結することにより，例えば図 29の 156, 157より単純ィ匕でき，これによりモータの小型化も実現することができる。なお，同様の構造は，中央部の磁路が軸方向と径方向に分離しながら交差できるように構造を工夫する必要はあるが， 2相モータでも実現することが可能である

図 93は，図 92の軸方向磁極幅を広げて高トルク化を図った例である。

[0169] 次に，本発明モータの高トルク化，高出力化の方法について説明する。モータのトルクは，一般的に，卷線に鎖交する磁束 φの回転変化率 (Ιφ Ζά θに比例する。 Θ はロータ回転角である。この (1 φ Zd Θを大きくする具体的なモータ構造例として，図 28などのモータのロータ突極 50, 54, 58とステータ突極 51, 55, 59を変形したものを図 95,図 96に示す。各相の突極を通過する磁束 φを大きくするためには，軟磁性体の飽和磁束密度 ΒΜが有限なので，ステータ突極とロータ突極とが対向面積が広 V、こととその他の部分のモータの磁気回路が磁気飽和しな、構造とすることが条件となる。

[0170] 図 95のモータでは，ロータ突極 420とステータ突極 421とのそれぞれの対向面積を広くするために，ステータ突極のロータ軸方向断面形状を図 95に示すように凸型形状とし，ロータ突極のロータ軸方向断面形状を図 60に示すように凹型形状としている。このような構造とすることにより，図 28のモータに比較し，図 95のモータはステータ突極とロータ突極とが対向面積が広くなり，（Ι φ Ζά θを大きくすることができ，トルクの増大が可能となる。

[0171] 図 96に示すモータでは，ロータ突極 424とステータ突極 425のロータ軸方向断面形状が図 96に示すように三角形状に近!、台形形状となって、る。この構造にお！、ても，単純論理的には，図 60と同様の効果があり，さらに，ロータ突極部およびロータ突極部の近傍の磁気飽和を考える時，図 61の形状の方が磁気飽和しにくいという点で優れている。

[0172] 次に，本発明モータにおける軟磁性体部の磁気回路の構成例について説明する。

図 98は，図 20,図 87などのモータの横断面の例である。これらの本発明モータの一つの特性として，ステータおよびロータにおいて，磁束がロータ軸の方向へ行き来する構造，特性があげられる。従来のモータでは，平板状の電磁鋼板に平面的で 2次元的な磁束を利用してモータを構成してきたが，本発明の一側面として，前記のことを含め，従来モータの制約条件を排除した新たなモータ構造を提案しているともいえる。このことから，本発明のモータにおいて，ロータ軸方向を含め， 3次元的な方向の磁束の増減を許容する，渦電流が小さく低鉄損の磁気回路の実現が必要である。

[0173] 図 98の 407Sは，ステータのコアであり，円盤状の電磁鋼板がロータ方向へ積層した構造である。したがって，このステータコア 407Sを通る磁束は，円周方向，ラジアル方向には過大な渦電流を発生することなく自由に存在し，増減されることができる。 408Rは， 407S同様のロータコアであり，円周方向，ラジアル方向には過大な渦電流を発生することなく自由に存在し，増減されることができる。しかし，どちらも，ロータ軸方向へ磁束が増減する場合には，電磁鋼板内で渦電流を発生し，大きな鉄損を発生するという問題がある。

[0174] 407, 408は図 99に示すような電磁鋼板を積層した部材である。このような部材を図 98のモータの各部へロータ軸方向に向けて配置することにより，過大な鉄損を発生させることなく，ロータ軸方向への磁束の増減を実現することができる。ただし，口ータ軸方向の磁束の増減により電磁鋼板 407S, 408Rに渦電流が発生し難、ように ,切断面 407B, 408Bを設ける必要がある。この切断面を， 407S, 408Rの種々の場所に設け，ロータ軸方向に積層したときに重ならないように配置すれば，電磁鋼板 407S, 408Rの内部での磁束の通りも良く，モータの強度も得やすい。 [0175] 図 100は，図 28のモータの軟磁性体部を圧粉磁心で製作した構成例を示す図である。破線で示す EJ— EJ, EK— EKの部分でステータコア，ロータコアを分断して製作すれば，組み立ても容易である。コア 430,卷線 82,コア 431,卷線 83,コア 432 の順に積層して組み立てることができる。ロータコアについても同様である。また，コァの合わせ面には，段差を作って組み合わせる構造を取ることなどにより，モータ強度を確保することも可能である。モータの軟磁性体部のコアを圧粉磁心で作ること〖こより， 3次元方向の磁束の増減を可能とすることができ，本発明モータの構成には好適である。また，圧粉磁心は金型により成型して製作できるので，材料の歩留まりも良い。特に小型のモータでは特徴を発揮しやすい。

[0176] 次に，本発明のモータを，電磁鋼板を金型で絞り加工した部品で製作する例を図 1 01に示し，説明する。電磁気的な基本構成は図 28のモータと同じである。 434は A 相のロータ磁極， 436は A相のステータ突極， 435は相互の間のエアギャップ部である。 439は B相のステータ磁極， 43Bは C相のステータ磁極である。円周方向形状は ,それらの側面形状が図 30の形状であり，図 101のステータ磁極では破線で示されている。 43C, 43Dは卷線である。

[0177] 図 101のモータの例では，各ステータ突極，ステータバックヨーク，ロータ磁極，口ータバックヨークが成形された各電磁鋼板とロータ軸 1で構成されてヽる。各電磁鋼板は，電磁鋼板の成形，組み立てのし易さから，継ぎ目 43A, 43E等で分離されていて，突き合わされている。各部の磁路は 2枚の電磁鋼板で構成されていて，前記の突き合わせ部は隣接する電磁鋼板の突き合わせ部と一致しな、構成として，突き合わせ部のエアギャップによる磁気抵抗の変化に対して磁束が隣接する電磁鋼板からも回り込める構成とし，磁気抵抗の増大，突き合わせ精度のばらつきによる磁気抵抗ばらつきを低減している。

[0178] なお，ロータ側の電磁鋼板をロータ軸 1へ組み付けた後に，ボビンを装着し，各卷線をその外周力ボビンへ巻き込む方法であれば，前記の突き合わせ部をロータから排除することもできる。その他にも，卷線コイルの組み込み順と電磁鋼板の成形の方法を工夫して，前記突き合わせ部を排除することも可能である。

[0179] 図 101に示すような構成のモータは，金型を使用して電磁鋼板を切断加工，絞り加ェすることにより製作することができるので，生産性が高く，コストを低減することができる。小型のモータで，各磁路の厚みが電磁鋼板 1枚で構成できる大きさのモータの場合は特に生産性が高い。なお，使用される電磁鋼板の特性としては，電磁気的特性だけでなく，成形性に優れた材質である必要がある。

[0180] 図 102の（a) , (b) , (c)に示すモータも，電磁鋼板を折り曲げた構成 440, 441, 4 42, 443, 445を採用したモータの例である。 12は永久磁石， 82, 83は卷線である

[0181] また，図 101 , 102に示すモータの形状は例にすぎず，電磁鋼板で製作される各部品の形状は，絞り加工の容易さ，ロータ軸 1 ,卷線 553,その他，軸受け，モータケースなどの組み立ての都合などを配慮した構造とすることができる。また，各部の電磁鋼板の枚数を 3枚以上の構成とすることもできる。

[0182] 次に，本発明モータを構成する軟磁性材料について，図に示し，説明する。図 103 の（a)は，アモルファスの積層体である。アモルファスは非晶質金属ともいわれ，鉄損力 S小さいので高周波特性に優れている。しかし，その性質上， 25マイクロメータ程度の薄膜の軟磁性体なので，接着剤などによりある程度積層して厚みを持たせ，積層体 561として加工，組み立てを行った方が，モータの製作効率がよい。アモルファスの積層体 561の片側あるいは両側に通常の電磁鋼板 562を貼り合わせて図 103の（ b)あるいは（c)の形状とし，加工，組み立てを行っても良い。アモルファス積層体 561 と電磁鋼板 562を貼り合わた複合材料とすることにより，ある程度の強度を持つ電磁鋼板 562の基板にアモルファスを積層できる。また，この複合材料は，金型を使用して打ち抜きカ卩ェする時の打ち抜き性がよい。また，モータとして完成したときの特性として，高磁束密度な電磁鋼板 43Fの特性と低鉄損のアモルファス積層体 43Gの特性とが複合された特性を得ることができるなどの特徴がある。

[0183] また，本発明モータの軟磁性体材料として， 3次元の方向の磁路を実現する具体策として，磁束の方向に制限がない圧粉磁心を使用することもできる。

[0184] 図 104は，卷線 219, 220, 221を強制的に冷却する構成のモータである。図 104 には，卷線 219, 220, 221がその断面が円形あるいは 4角形の金属パイプで構成された例が図示されている。そして，この金属パイプの中央の穴に冷却用の気体あるいは液体あるいはミストなどの混合物を通してモータを冷却することができる。各部の断面図を図 105に示す。

[0185] 金属イブの材料は，銅，アルミ- ムなどが適している。銅は導電率が高いが比重が大き、ので，軽量化の必要性が高、場合はアルミ- ムあるいはアルミ-ューム合金を使用するが，アルミ- ムは導電率が銅ほど高くないので発熱の問題を金属パイプと冷却媒体でカバーする。図 104には，卷線 221が四角形状の金属パイブの例を図示している。円形の金属パイプに比較して，四角の金属パイプは卷線間スロットのスペースをより効果的に活用することができる。

[0186] 図 128及び図 129に示すような従来のモータの場合，卷線に銅パイプの使用することは，卷線の太さが細いのであまり現実的ではな力つた。このような従来のモータを多極化すると，その断面図から容易に想像できるように，卷線の配置されるスロットのスペースはさらに狭くなつていく。しかし，本発明のモータの場合，構造的にモータの多極ィ匕が容易であり，多極ィ匕しても環状の卷線を配置するスロット形状は狭くなることはなく，変化しない。また，卷線の電圧は，磁束鎖交数 Ψの角度変化率 d¥Zd 0に比例するので，多極化すると極数に比例して磁束鎖交数 Ψの角度変化率 d¥Zd Θ が大きくなり，各相の卷線の卷回数を小さくする必要性が出てくる。結果として，本発明モータを多極ィ匕した場合には卷線の卷回数が少なくなるので，図 104の各スロットに卷回する卷線は，従来のモータに比較して，太い卷線とすることができる。また，本発明モータの卷線形状は，簡素な環状とすることができる。それらの結果，本発明モータでは金属パイプでの冷却機構を兼ねた卷線を実用的に実現できる。なお，金属パイプによって，電流の通電と冷却の両方を行う方法は，本発明の種々モータへ適用することができる。

[0187] なお，金属パイプの導体を活用した冷却の方法では，電気絶縁の問題があるので ,電気絶縁性の高い冷却媒体で構成した方が好ましい。高圧空気を冷却媒体とする場合には，異物の混入を避けるためのフィルターが必要である。冷却水を使用する場合には，水の電気伝導度を低く保つ工夫が必要である。冷却油を循環させる場合は，油の電気伝導度は低いので，比較的容易である。また，卷線の端には，電流の供給線の接続に加え，電気絶縁を保ちながら，冷却媒体の注入，排出を行うための処理が必要である。

[0188] 次に，本発明モータの例と，そのモータの各相のステータ磁極のロータ軸方向長さ MLPについて説明する。図 106は，図 20のモータとは異なるステータ磁極の配置順とした 4相のモータである。 654は A相のステータ磁極で， 655は A相とは位相が電気角で 180° 異なる C相のステータ磁極である。このようなステータ磁極の配置とすると ,相互にステータ磁極と空間との配置関係が逆の関係になっているので，ステータ磁極の形状変更，卷線の形状変更が容易である。同様に， 656は B相のステータ磁極で， 657は B相とは 180° 位相の異なる D相のステータ磁極である。 65A, 65B, 65 Cは各ステータ磁極間に配置された卷線である。 651はロータのバックヨーク部で 65 1はロータ磁極である。

[0189] 図 107は，図 106のモータの各ステータ磁極をロータ軸方向に拡張したモータである。そして，図 107は，ステータとロータが対向するエアギャップ面の各部の円周方向形状を，直線状に展開した図であり，水平軸は回転角 Θを電気角で表したものであり ,縦軸はロータ軸方向を示している。前記のように，各相のステータ磁極のロータ軸方向形状が図 65に示した形状より大きくなり，隣接したステータ磁極側へ互い突き出た形状となっている。図 106,図 107のステータのロータ軸方向長さを MLとし，各ステータ磁極のロータ軸方向長さは MLPであり，相数 Nは 4として， MLP>MLZN = MLPZ4の関係となっている。図 106に示す断面図では，卷線のスペースが必要であること力ら， MLPく ML/N = MLP/4となるが，図 107では，隣接したステータ磁極側へ互い突き出すことによって MLPを大きくしている。なお，図 107の各ステータ突極上の正負のマークは磁束の通過する方向を示して、る。

[0190] このように，ステータ突極のロータ方向長さ MLPを大きくする理由は，各ステータ突極および各卷線に鎖交する磁束 φの回転変化率 d φ /ά Θを大きくし，モータの発生トルクを大きくするためである。ここまでに示した本発明の各モータのステータについても，同様にステータ磁極形状を変形することが可能である。

[0191] 651はロータで， 652はロータ軸方向には同一のロータ磁極であり，図 107の場合にはロータ磁極の円周方向位相は同一である。そして， 1組のロータ磁極が 2組のステータ磁極に対向していて，共用されている。図 66の 652Ζはロータ突極 652の Ν極である範囲を示している。

[0192] 図 107では、各卷線の形状については，卷線 65Bは単純な環状の卷線であることが示されているが，卷線 65A, 65Cの形状は隣接するステータ磁極がそれぞれロータ軸方向へ突き出た形状となっているので，ロータ軸方向に波状の凹凸のあるループ状の卷線形状となっている。卷線 65A, 65Cの長さが長くなるが，鎖交する磁束 φ の回転変化率 d φ /ά Θを大きくすることができる。

[0193] 図 106及び図 107に示すモータの卷線 65Α, 65Β, 65Cに流すべき電流は，図 2 3の（c)において，それぞれ，ベクトル C, (-C-D) /2, Dで表される電流ベクトルである。卷線 65Bの電流は他の電流の 0. 707の振幅となり，やや小さな電流である

[0194] また，図 107に示すステータの配置構成は，各ステータ磁極間にステータ磁極間の漏れ磁束を低減できるように卷線を配置することができ，ほとんどのロータ表面をステータ磁極が覆い，有効に活用し，各磁路もその断面積を適切に大きくできる構造となつているので，効果的にトルクを発生することができる。

[0195] 次に，ステータ磁極間の漏れ磁束を，卷線の形状と卷線の配置により低減する方法について，図 108及び図 109に示し，説明する。図 108は図 107の RJ〜： RJの断面図であり，同一部は同一符号で示している。 71Aはステータのバックヨークである。 6 55は B相のステータ突極の断面図， 657は D相のステータ突極の断面図である。 71 6, 65B, 65Cは各卷線の断面図である。これらの卷線の形状は，図 109の（a)に示すように，平板状の形状をした導体を 3ターン卷回した例である。

[0196] 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されており，各卷線が各相のステータ磁極へ作用する起磁力につ、ては，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，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 109の（a)に示す卷線 718のように平板状の卷線形状をしているので，矢印 65Eで示すような漏れ磁束が増加するとき，矢印 65Fに示すような渦電流が誘起され，この渦電流が前記磁束 65Eの増加を妨げる効果があるので，他の相とのステータ磁極間の漏れ磁束 65Eを低減させることができる。 [0197] なお，本発明モータの卷線形状は，図 109の（a)等に限定されるわけではなく，図 109の（b)のようにラジアル方向に分割されていても良い。現実的には，過大な渦電流 65Fが発生しない程度の幅の平板状の卷線が好ましい。なお，卷線 718の各部分に流れる電流は，矢印 71Cのような渦電流と卷線 718に通電される相電流との合成電流となる。また，各相の卷線形状は図 73に示すような形状に限定されるわけではなく，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いれば，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。

[0198] 図 110は，図 1のモータあるいはその U, V, W相のステータ磁極のロータとのエアギャップ面の形状を直線展開した図 10〜図 13のようなステータ磁極形状としたモータにおいて，各相の磁極の周方向間隔を電気角で 240° として電気角 720° の範囲に 3個のステータ磁極を配置する構造とした例である。このようなモータにおける技術的に大きな課題として，各ステータ磁極間の漏れ磁束の低減と各磁路の磁気飽和の低減そして各ステータ磁極の軸方向幅を広くして卷線係数を大きくすることによるトルク増加がある。これらの課題を解決する一手法として図 110に示すステータ磁極の配置，構成が有効である。

[0199] 図 111は，ロータ 8極の範囲に 9個のステータ磁極を配置した例である。図 110と同様の効果があり，一つのステータ磁極の電気角幅が大きい。また，同一相のステータ磁極が電気角で異なる位相に複数のステータ磁極が配置されることからトルクリップルを低減する効果がある。このように，ロータの極数 Pに対して，相数を Nとして，ステータ磁極の数を（P X NZ2)より小さい値として，トルクの改善，トルクリップルの低減を図ることができる。

[0200] 図 112は，図 111のステータ磁極配置をさらに改良するもので，矢印の方向にステータ磁極を移動させることにより，ステータ磁極の周方向位置をその相の中心に近づけ，これによりトルクを向上させることができる。また，トルクリップルを低減することを目的に各ステータ磁極の周方向位置を移動させることもできる。

[0201] 図 113は，ごく普通の 3相モータの 3相インバータと 3相モータの 3相卷線を示している。

[0202] 図 114は，図 1及び図 6で示すモータを駆動する 3相インバータと 3相モータの 4卷線の結線方法とモータと 3相インバータ間の接続を示して、る。図 29のモータ等の接続も同様である。

[0203] 図 115はこの時の電圧と電流の関係を，図 116は各卷線の接続関係を示した図である。

[0204] 図 117は，図 1のモータを図 7の卷線のように 2卷線化したモータ，図 28のモータ，あるいは，図 62などのモータを駆動するときの 3相インバータへの接続関係を示す図である。図 118,図 119は，卷線の電圧と電流の関係，各卷線の接続方法と電流の関係を示した図である。これは， 3相で 2卷線のモータであり，波線で示す Vvの電圧に相当する卷線は存在しない。 3相のインバータは， Im= -Iu+Iv, Io= -Iw+Iu , In=—Iv+Iwの電流を各端子へ通電すればよい。卷線接続はデルタ結線で，その内の一つの卷線が欠けた状態である。記載した各電圧は，デルタ結線の中心電圧が零ボルトであると仮定した相対電圧である。卷線が 2本しかないが，電圧，電流的には 3相交流モータとして作用している。

[0205] 図 120は，図 1のモータを図 7の卷線のように 2卷線化したモータ，あるいは，図 28 などのモータを駆動するインバータの例で，単相インバータを 2個並列に使用する構成となっている。このような構成とすると，電流 Imと Inとの相対的な制約関係が全くないので，モータの端子電圧と同一の位相の電流を通電し，各相の力率を最大とした高効率駆動が可能となる。各相を正弦波駆動すると出力トルク，出力が大きい回転角と小さい回転角とが出てくるので，その分だけ，電流の振幅補正などを加えることにより均一なトルク，出力を得ることが可能である。

[0206] また，図 113に示す駆動回路を使用する場合は，モータ設計においても自由度が増し，例えば， U相， W相の周方向磁極幅を広げ V相の磁極幅を狭くすることも可能である。あるいは， 3相の位相を 120° ピッチの位置力も周方向へシフトすることも可能である。

[0207] また，周方向に複数の同相のステータ磁極があるので， 3相の位相を 120° ピッチの位置力周方向へシフトし，全周の同相の磁極の磁束を合計すると元の基本位相になるような構成とすることもできる。このような構成とすると，設計自由度が増すので ,特に問題となる隣接するステータ磁極間の漏れ磁束を低減するための隙間を十分な大きさにすること，同相のステータ磁極が異なる位相に配置されることによる電圧，トルクの高調波成分の除去によるトルクリップルの低減，ステータ磁極幅を適切化することによる卷線係数の向上などが可能である。なお，この場合には，図 110に示す通常の 3相インバータを活用することができる。

[0208] 以上，本発明に関する種々形態の例について説明したが，本発明を種々変形することも可能であり，そのような変形例も本発明に含まれる。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。小容量の機器においては，コストの観点から部品点数が少ないことが望ましく相数の少ない 2相， 3相が有利であるが，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の観点からは，相数が多い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く，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，多極ィ匕による鉄損の増加，多極ィ匕による制御装置の限界などがあるので，用途およびモータサイズに応じた適正な極数を選択することが望ま、。また，ロータの種類について，図 14〜図 19,図 111及び図 112に示した力本発明は，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い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，限定されるものではない。

[0209] モータの形態についても，種々の形態が可能であり，ステータとロータとの間のエアギャ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 ,アウターロータ型モータ，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。

[0210] 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さしめることちでさる。

[0211] 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が，必ずしも円形である必要はなく，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，各ループ状卷線が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が，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，本発明の趣旨が貫かれている限り、本発明に含まれる。

[0212] 本出願は、特願 2005— 131808 (2005年 4月 28日出願），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み入れられる。

[0213] また，本出願に係る発明は，請求の範囲によってのみ特定され，明細書や図面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個（Nは正の整数)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，軸方向両端に配置された 2N個のほぼループ状の卷線と，

前記ステータ磁極群に対向して配置されたロータ磁極群と，

を備えることを特徴とするモータ。

[2] 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，

前記ステータ磁極群に対向して配置されたロータ磁極群であって，ロータ磁極群のステータ磁極に対向する面には円周方向と直角な方向に凹部が設けられたロータ磁極群とを備え，

前記ループ状巻き線はステータに固定されていて，ループ状卷線の全てあるいは一部が前記のロータ磁極群の凹部へ突き出て配置されていることを特徴とするモータ。

[3] 請求項 1又は 2において，前記各相のループ状卷線の内，同一空間に位置する 2個以上のループ状卷線が 1個のループ状卷線に統合されて、ることを特徴とするモータ。

[4] 請求項 1〜3のいずれかにおいて，ロータ軸方向に沿った両端のそれぞれに配置された前記ステータ磁極群の外側に配置された前記ループ状卷線を取り除、たことを特徴とするモータ。

[5] 請求項 4において，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ほぼループ状の卷線とを備え，

隣接する 2組のステータ磁極群の相互の位相差がほぼ 180° であることを特徴とするモータ。

[6] U相， V相， W相の 3相交流モータであって，

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，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 U, V, W相の 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，軸方向両端に同一相が配置された U相と V相用のループ状卷線と V相と W相用のループ状卷線とを備え，

各相のステータ磁極群とロータ磁極群とが対抗して配置され，かつ，他相のステータ磁極群とロータ磁極群とは分離されて配置されていることを特徴とするモータ。

[7] A相， B相の 2相交流モータであって，

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，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 A, B相の 2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 A, B相の 2個のループ状卷線とを備え，

A相のステータ磁極群とロータ磁極群とが対向して配置され，かつ， B相のステータ磁極群とロータ磁極群とは分離されて配置されていることを特徴とするモータ。

[8] 請求項 1〜7のいずれかにおいて，

ロータのバックヨークに磁気的につながつていて，かつ，ステータの軟磁性体部に口一タとステータ間のエアギャップ部を介して対向した軟磁性体部 (RSP1)と，ステータのバックヨーク部に磁気的につながつていて，かつ，ロータの軟磁性体部にロータとステータ間のエアギャップ部を介して対向した軟磁性体部（SSP1)とを，備えることを特徴とするモータ。

請求項 1〜8のいずれかにおいて，ひとつの相のロータ磁極およびステータ磁極の近傍で，その相の磁束 Φ Νとは電気角でほぼ 180° 異なる位相の磁束成分を導く磁束誘導手段 MRNを備えることを特徴とするモータ。

請求項 1〜9の!、ずれかにおヽて，

永久磁石を含んで構成され，表裏両面の磁束が活用できる構造であって，各相共通に使用される磁極群 PMP 1と ,

前記磁極群 PMP1に対向して配置される各相の磁極群 PMP2と，

を備えることを特徴とするモータ。

請求項 10において，前記磁極群 PMP2は該当する相のループ状巻き線を周回するループ状の磁路を構成して、ることを特徴とするモータ。

請求項 1〜11のいずれかにおいて，

永久磁石を含んで N, S極を円周方向に交互に構成する各相共通の磁極群 PMP 3と，

前記磁極群 (PMP3)に対向して配置され，各相の位相の磁束を誘導できる円周方向回転位置にその相の磁極を選択的に配置した磁極群 (PMP4)と，

を備えることを特徴とするモータ。

請求項 1〜9の!、ずれかにおヽて，

永久磁石を含んで N, S極を円周方向に交互に構成する各相共通の磁極群 PMP 5と，

前記磁極群 PMP5に対向して配置され，各相の位相の磁束を誘導できる円周方向回転位置にその相の磁極を電気角でほぼ 360° 周期に配置した磁極群 PMP6と，を備えることを特徴とするモータ。

請求項 1〜5及び 7〜13のいずれかの A, B相の 2相モータおいて， A相の磁極群と B相の磁極群との円周方向位相差が 100° 以上で 170° 以下であることを特徴とするモータ。

請求項 1〜8の!、ずれかにおヽて，永久磁石を含んで構成され，表裏両面の磁束が活用できる構造であって，各相それぞれに配置された磁極群 (PMP7)と，

前記磁極群 (PMP7)に対向して相毎に配置された各相の磁極群 (PMP8)と，を備えることを特徴とするモータ。

[16] 請求項 1〜8のいずれかにおいて，

軟磁性体部と磁極の向きが円周方向と直交する方向に向いた永久磁石部とが円周方向に交互に配置された磁極群（PMP9)と，

前記磁極群 PMP9と対向して配置された同様の磁極群 (PMP10)と，を備えることを特徴とするモータ。

[17] 請求項 1〜8のいずれかにおいて，軟磁性体部と磁極の向きがこの軟磁性体部の方向に向いた永久磁石部とが，円周方向に交互に配置されていて，前記軟磁性体部が円周方向に交互に N極と S極を構成する磁極群 (PMP11)を備えることを特徴とするモータ。

[18] 請求項 1〜8のいずれかにおいて，

軟磁性体部と磁極の向きがこの軟磁性体部の方向に向いた永久磁石部とが，円周方向に交互に配置されて!、て，前記軟磁性体部が円周方向に交互に N極と S極を構成し，前記軟磁性体部は相互に磁気的に結合された磁極群 (PMP 12)と，前記磁極群（PMP12)に対向して配置された電気角で 360° ピッチで配置された突極磁極群軟磁性体の軟磁性体部と磁極の向きがこの軟磁性体部の方向に向いた永久磁石部とが，円周方向に交互に配置された磁極群 (PMP13)と，

を備えることを特徴とするモータ。

[19] 請求項 1〜6, 8のいずれかにおいて，

円周方向に凹凸状の軟磁性体を備えるロータの磁極群 (PMP14)と，円周方向に凹凸状の軟磁性体を備えるステータの磁極群 (PMP15)と，を備えることを特徴とするモータ。

[20] 請求項 1〜19のいずれかにおいて，各ロータ磁極とステータ磁極が対向する面の周方向に直交する方向の長さ，あるいは，ロータとステータ間のギャップの大きさが周方向になめらかに変化する構造であることを特徴とするモータ。 [21] 請求項 1〜19のいずれかにおいて，ロータが外周側に配置され，ステータが内周側に配置されて、ることを特徴とするモータ。

[22] 請求項 1〜19のいずれかにおいて，ロータの磁極およびステータの磁極の対向する部分の形状が 1個以上の凹凸形状となっていることを特徴とするモータ。

[23] 請求項 1〜9のいずれかにおいて，モータの軟磁性部の部材として軸方向に直角な方向に配置される電磁鋼板 (SP1)を使用し，電磁鋼板 (SP2)を前記電磁鋼板 (SP

1)の穴部あるヽは凹み部に前記電磁鋼板 SP1に交差する方向に配置することを特徴とするモータ。

[24] 請求項 1〜19のいずれかにおいて，軟磁性金属粉末を圧縮成型した部材を使用することを特徴とするモータ。

[25] 請求項 1〜19のいずれかにおいて，ステータとロータの磁路の一部あるいは全てが電磁鋼板をプレス成形加工あるいは折り曲げ加工により製作された部品で構成されて、ることを特徴とするモータ。

[26] 請求項 1〜19のいずれか〖こおいて，電磁鋼板とアモルファス薄板とを積層した軟磁性部材を使用して構成されたモータ。

[27] 請求項 1〜19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!ヽ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。

[28] 請求項 1〜19のいずれかにおいて，ステータのロータ軸方向長さ MLとし，ステータの電気角でほぼ同一の円周上に配置された複数の突極力もなるステータ突極群の数を SNとし，各ステータ磁極群のロータ軸方向長さを MLPとするとき， MLP>ML

ZSNの関係が成立することを特徴とするモータ。

[29] 請求項 1〜19, 28のいずれかにおいて，各卷線の形状は，各相のステータ突極の配置およびステータ突極のロータ軸方向形状の凹凸に応じて，ロータ軸方向に凹凸を持つほぼ環状の卷線であることを特徴とするモータ。

[30] 請求項 1〜19, 28及び 29のいずれか〖こおいて，卷線が平板状の導線で構成されて

V、ることを特徴とするモータ。

[31] 請求項 1〜19のいずれかにおいて，同相のステータ磁極のピッチが電気角で 720° ピッチに配置されて、ることを特徴とするモータ。

[32] 請求項 1〜19のいずれかにおいて， N相のモータで P極モータであるとき，ステータ磁極の数は「P X N/2Jより小さ、ことを特徴とするモータ。

[33] 請求項 32において，前記磁極 (SPP)はほぼ均等に円周方向に配置され，各磁極（ SPP)の相は電気角的に近い相の磁極とし，各磁極の回転方向の位置が，力率が改善される方向に移動されて、ることを特徴とするモータ。

[34] 請求項 1〜19のいずれかにおいて， 2相あるいは 3相のモータの 2本の卷線を直列に接続し，両端と接続部の 3点に 3相インバータの出力を接続して制御することを特徴とするモータの制御装置。

[35] 請求項 1〜19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（Nは正の整数），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，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。

[36] 請求項 1〜19のいずれかに記載の N相（Nは正の整数）のモータと，電流のオン，ォ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，「N— 1」個の卷線の端子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個の合計 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 ,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。

[37] 請求項 1〜19のいずれかに記載のモータにおいて， 2個以上のモータおよび構成技術を組み合わせたことを特徴とするモータ。