WO2013084901A1

WO2013084901A1 - モータ

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Publication number: WO2013084901A1
Application number: PCT/JP2012/081420
Authority: WO
Inventors: 憲昭吉村
Original assignee: 株式会社安川電機
Priority date: 2011-12-05
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2013-06-13
Also published as: JPWO2013084901A1; JP5839298B2; CN103959617B; CN103959617A

Abstract

【課題】巻線を集中巻きとすることが可能なインダクションモータや同期リラクタンスモータを提供する。【解決手段】磁気的空隙Ｓを介して相対移動可能に対向配置された固定子２０と回転子１０を備えたモータ１００であって、固定子２０は、ヨーク２１と、ヨーク２１から磁気的空隙Ｓ側に突出して設けられた複数のティース２２と、ティース２２ごとに集中巻き方式で巻き付けられた複数の巻線２３と、を有し、複数のティース２２は、円周方向に並列された複数のティース２２からなるティース群２４，２５が軸方向に２列並べられて構成され、軸方向に隣り合う第１ティース群２４と第２ティース群２５は、円周方向に１／２ティースピッチずれて配置されている。

Description

モータ

　開示の実施形態は、交流モータに関する。

　例えば、回転型モータを構成する固定子は、円環状のヨークと、ヨークから径方向内側に突出する複数のティースと、隣接するティース間に形成されるスロットとを備えた鋼板が積層された固定子鉄心を有する。巻線は、固定子鉄心のスロット内に挿入されつつティースに巻装される。巻線の巻装形態には、集中巻き方式と分布巻き方式がある。集中巻き方式とは、ティースごとに巻線が巻装される形態であり、分布巻き方式とは、複数のティースに跨って巻線が巻装される形態である。これらの方式で巻線が巻装された固定子を有するモータが、例えば特許文献１に記載されている。

特開２００１－１２８４０４号公報

　一般に、集中巻き方式によれば、ティースごとに巻線が巻装されることから、固定子鉄心端部からの巻線端部（コイルエンド）の突出長を分布巻き方式に比べて短くすることができ、モータの小型化を図り易いという利点がある。また、スロット断面に対する巻線断面の比からなる占積率を高め易く、生産効率も高いという利点もある。一方、分布巻き方式によれば、巻線の作り出す磁束密度分布を正弦波により近くすることができるという利点がある。

　ところで、近年、希土類磁石の原料であるＮｄ（ネオジム）やＤｙ（ジスプロシウム）の高騰により、モータのレアアースフリー化の機運が高まっている。そして、レアアースフリー化に好適なモータとしてよく挙げられるのが、インダクションモータや同期リラクタンスモータである。

　インダクションモータや同期リラクタンスモータに対しては、固定子の界磁による磁束密度分布が正弦波に近い方が好ましいとされている。このため、分布巻き方式が採用されるのが一般的である。しかしながら、モータの体格の小型化は一般的技術課題として常に要請されており、その観点からは集中巻き方式の方がより望ましい。したがって、小型化が可能な集中巻き方式を採用可能なインダクションモータや同期リラクタンスモータが切望されていた。

　本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、巻線を集中巻きとすることが可能なインダクションモータや同期リラクタンスモータを提供することを目的とする。

　上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、磁気的空隙を介して相対移動可能に対向配置された固定子と可動子を備えたモータであって、前記固定子及び前記可動子のいずれか一方は、ヨークと、前記ヨークから前記磁気的空隙側に突出して設けられた複数のティースと、前記ティースごとに集中巻き方式で巻き付けられた複数の巻線と、を有し、前記複数のティースは、相対移動方向に並列された複数のティースからなるティース群が前記相対移動方向に垂直な方向に複数列並べられて構成され、前記相対移動方向に垂直な方向に隣り合う第１ティース群と第２ティース群は、前記相対移動方向に１／２ティースピッチずれて配置されているモータが適用される。

　本発明によれば、インダクションモータや同期リラクタンスモータにおいて巻線を集中巻きとすることができる。

第１の実施形態に係るモータの全体構成を表す縦断面図である。図１中ＩＩ－ＩＩ断面に相当する横断面図である。ティースの先端に設けた磁束交差部材の構造を説明するための説明図である。ティース、巻線及び磁束交差部材の配置構成を説明するための説明図である。磁束密度分布を解析するためのモデルを説明するための説明図である。磁束密度分布の解析結果を説明するための説明図である。磁束交差部材を板状部材とする変形例を説明するための説明図である。板状部材である磁束交差部材の詳細構造の一例を説明するための説明図である。板状部材である磁束交差部材の積層鋼板の一例を説明するための説明図である。スロットコンビネーションのバリエーションを説明するための説明図である。第１の実施形態をリニアモータに適用した場合の全体構成を表す縦断面図である。第２の実施形態に係るモータの全体構成を表す縦断面図である。図１２中ＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ断面に相当する横断面図である。ティース、巻線の配置構成を説明するための説明図である。円筒導体に設けたスリットの機能を説明するための説明図である。可動部速度に対する推力を解析するためのモデルを説明するための説明図である。可動部速度に対する推力の解析結果を説明するための説明図である。第２の実施形態をリニアモータに適用した場合の全体構成を表す縦断面図である。

　＜第１の実施形態＞
　まず、第１の実施形態について図面を参照して説明する。

　　＜１－１．モータの構成＞
　まず、本実施形態に係るモータ１００の全体構成について説明する。本実施形態では、モータ１００が３相交流を用いた回転型のインダクションモータであり、断面のスロットコンビネーションが永久磁石同期モータで言うところの２ポール３スロット（２Ｐ３Ｓ）である場合を一例として説明する。図１及び図２に示すように、モータ１００は、回転軸１と、フレーム２と、フレーム２の一方側（図１中右側）端部に設けられたブラケット３と、ブラケット３に外輪が嵌合された軸受４と、フレーム２の他方側（図１中左側）端部に設けられたブラケット５と、ブラケット５に外輪が嵌合された軸受６とを備えている。回転軸１は、軸受４と軸受６により回転自在に支持されている。

　回転軸１には、当該回転軸１と同一軸心となるように回転子１０（可動子の一例に相当）が設けられている。回転子１０は、円環状の鋼板が軸方向に積層されて形成された積層鉄心体１１と、この積層鉄心体１１の外周に固定された銅又はアルミ製の円筒導体１２とを有している。また、フレーム２の内周には、固定子２０が設けられている。回転子１０と固定子２０とは、磁気的空隙Ｓを介して半径方向に対向配置されており、回転軸１の回転により円周方向に相対移動可能な構成となっている。

　なお、回転子１０の構成は上記に限らず、積層鉄心体１１の外周を貫通させた複数の棒状の導体の両端を端絡環に固定した構造（いわゆる「かご形構造」）としてもよい。

　固定子２０は、円筒状のヨーク２１と、ヨーク２１から磁気的空隙Ｓ側（半径方向内側）に突出して設けられた複数（この例では１２）のティース２２と、各ティース２２ごとに集中巻き方式で巻き付けられた複数（この例では１２）の巻線２３とを有している。ヨーク２１とティース２２は、鋼板を軸方向に積層することで形成されている。複数のティース２２は、円周方向に並列された複数（この例では６）のティース２２からなるティース群２４，２５が軸方向に複数列（この例では２列）並べられて構成されている。以下、軸方向一方側（図１中右側）のティース群を第１ティース群２４、軸方向他方側（図１中左側）のティース群を第２ティース群２５と呼称する。図４に示すように、相対移動方向に垂直な方向（回転軸１の軸方向。図４中上下方向）に隣り合う第１ティース群２４と第２ティース群２５は、相対移動方向（円周方向。図４中左右方向）に１／２ティースピッチずれて配置されている。なお、図４は、説明の便宜のため、円周方向に配置された各ティース２２等を平面上に配置した状態で示している。

　モータ１００が有する複数の巻線２３は、第１ティース群２４に巻き付けられた第１巻線群２７と、第２ティース群２５に巻き付けられた第２巻線群２８を有している。これら第１巻線群２７と第２巻線群２８とは、巻線２３の巻き方向がモータ１００のスロットコンビネーションに応じて決定され、同相同士の電気角が略一致するように配置されている。具体的には、モータ１００のスロットコンビネーションは上述したように断面のスロットコンビネーションが永久磁石同期モータで言うところの２ポール３スロット（２Ｐ３Ｓ）であるため、図４に示すように、第１巻線群２７と第２巻線群２８の巻線２３の巻き方向は互いに反対となる。なお、図４に示すＵ、Ｖ、ＷはＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応する各巻線２３を示しており、これらと巻き方向が反対である巻線２３をそれぞれＵ、Ｖ、Ｗで図示している（他の図も同様）。また、図４に示すように、第１ティース群２４と第２ティース群２５の同相のティースピッチは、互いに電気角で略１８０度ずれるように配置されている。このように、第１巻線群２７と第２巻線群２８とは、巻き方向が反対である同相の巻線２３が電気角で略１８０度ずれて、第１ティース群２４と第２ティース群２５の同相のティースピッチは、互いに電気角で略１８０度ずれるように配置される結果、１８０度（巻き方向によるずれ）－１８０度（ティースピッチによるずれ）＝０度となり、同相同士の電気角が略一致する配置となっている。

　各ティース２２の磁気的空隙Ｓ側の先端には、磁束交差部材２６がそれぞれ設けられている。磁束交差部材２６は、第１巻線群２７を構成する巻線２３（以下適宜、「第１巻線２３」と呼称する。）に鎖交する磁束（以下適宜、「第１磁束」と呼称する。）と、第２巻線群２８を構成する巻線２３（以下適宜、「第２巻線２３」と呼称する）に鎖交する磁束（以下適宜、「第２磁束」と呼称する。）とを、交差させるための部材である。図３に、この磁束交差部材２６の構造を示す。なお、図３は、説明の便宜のため、各巻線群２７，２８を構成する円周方向に並列された６つの巻線２３等のうち、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応する３つの巻線２３等を抽出すると共に、円周方向に配置された各巻線２３等を平面上に配置した状態で示している。また、第１巻線群２７に対応する磁束交差部材２６と第２巻線群２８に対応する磁束交差部材２６とは、図４に示すように互いに噛み合うように配置されるが、図３では磁束交差部材２６の構造の理解を容易とするために離間させて図示している。さらに、実際には図２に示すように各巻線２３間には隙間が存在するが、図３ではこの隙間の図示を省略している。

　図３に示すように、磁束交差部材２６は、第１巻線２３及び第２巻線２３の一方に対応するティース２２の先端から他方に対応するティース２２の先端に向けて軸方向に延びるように形成された複数（この例では３）の櫛歯２６１を有する櫛歯状部材である。各櫛歯２６１は、円周方向から見た形状が、対向するティース２２側の先端が尖った略三角形状となるように形成されており、各ティース２２において円周方向に略等間隔に配置されている。図４に示すように、各磁束交差部材２６は、中心に位置する櫛歯２６１が対向する２つの磁束交差部材２６，２６の間に位置し、３つの櫛歯２６１により形成される２つの凹部２６２に対向する２つの磁束交差部材２６，２６の櫛歯２６１が各々挿入されることで、各磁束交差部材２６は所定の間隙を介しつつ噛み合うように配置されている。このような構成により、第１磁束と第２磁束を効率的に交差させることが可能となっている。

　なお、本実施形態では各磁束交差部材２６の櫛歯２６１の数を３としたが、これに限定するものではなく、２以上であればよい。但し、偶数よりも奇数である方が好ましい。これは、櫛歯２６１が奇数の場合、形成される凹部２６２の数が偶数となるため、中心に位置する櫛歯２６１の両側に同数の櫛歯２６１を噛み合わせることが可能となり、各磁束交差部材２６を無駄なく（言い換えれば余った凹部２６２が無く）均一に噛み合わせて配置することができるからである。

　また、本実施形態では、櫛歯２６１の形状を円周方向から見て略三角形状となるようにしたが、これに限定するものではなく、台形状あるいは矩形状等、他の形状としてもよい。

　以上のような構成により、モータ１００の固定子２０と積層鉄心体１１との間で磁気回路を構成し、円筒導体１２に磁束を通過させることにより、円筒導体１２に渦電流を発生させ、この円筒導体１２を通過する磁束と渦電流により発生する磁束から生ずる電磁力が回転子１０のトルク（回転力）として作用する。

　　＜１－２．磁束密度分布の解析結果＞
　本願発明者等は、ティース形状等の異なる２つのモデルＡ，Ｂについて、磁気的空隙Ｓの磁束密度分布についての解析を行った。この解析結果について、図５及び図６を用いて説明する。なお、図５ではティース形状を見易くするためにヨーク及びティースと巻線とを分離して図示している。

　図５（ａ）に示すモデルＡは、スロットコンビネーションが例えば永久磁石同期モータで言うところの２ポール３スロット（２Ｐ３Ｓ）であるティース及び巻線の一般的な形状をモデル化したものであり、比較例としてのモデルである。すなわち、モデルＡでは、３つのティース２２′がヨーク２１′から磁気的空隙Ｓ側（図５中下側）に突出して設けられ、３つの巻線２３′が各ティース２２′ごとに集中巻き方式で巻き付けられる。

　一方、図５（ｂ）に示すモデルＢは、モデルＡと同様のスロットコンビネーションである、本実施形態に対応したティース及び巻線の形状をモデル化したものである。すなわち、モデルＢでは、第１ティース群２４と第２ティース群２５は、相対移動方向に１／２ティースピッチずれて配置されている。また、第１巻線群２７と第２巻線群２８の巻線２３の巻き方向は互いに反対であり、同相の巻線２３（巻き方向は反対）は互いに電気角で略１８０度ずれるように配置されている。そして、各ティース２２の先端には、３本の櫛歯２６１を有する磁束交差部材２６がそれぞれ設けられている。

　図６（ａ）に、モデルＡ及びモデルＢの鋼板積層方向（回転軸１の軸方向）中心断面における磁気的空隙Ｓの磁束密度分布を示す。図６（ａ）に示すように、モデルＢではモデルＡに比べて磁束密度分布が正弦波に近づいているのが分かる。また、モデルＡ及びモデルＢの磁束密度分布についてのフーリエ解析結果を図６（ｂ）及び図６（ｃ）にそれぞれ示す。図６（ｂ）に示すように、モデルＡでは、磁束密度分布が１次成分（基本波）のみの正弦波分布とならず、高調波成分を含むものとなる。高調波成分のうち２次成分が１次成分の約６０％となっており、特に大きいことが分かる。

　一方、図６（ｃ）に示すように、モデルＢでは、２次成分がほぼ０となり、１次成分以外の全ての高調波成分の合計が１次成分の１３％以下となっている。これは、第１巻線２３に鎖交する第１磁束と第２巻線２３に鎖交する第２磁束の１次成分は電気角の位相が同じで同じ大きさとなるが、２次成分は同じ電気角で同じ大きさ且つ向きが反対となるので、磁束交差部材２６によって第１磁束と第２磁束を交差させることにより、２次成分を互いに相殺することができるからである。したがって、モデルＢでは磁束密度分布が正弦波に近づいていることが、フーリエ解析結果からも分かる。

　　＜１－３．第１の実施形態の効果＞
　本実施形態のモータ１００では、固定子２０が円周方向に１／２ティースピッチずれて配置された第１ティース群２４と第２ティース群２５を有しており、これらの各ティース２２に巻線２３を集中巻き方式で巻き付けた構成とする。そして、第１ティース群２４と第２ティース群２５にそれぞれ巻き付けられた第１巻線群２７と第２巻線群２８の巻線２３の巻き方向をスロットコンビネーションに応じて決定し、且つ、同相同士の電気角が略一致するように配置する。このようにすることで、上述したように第１磁束と第２磁束とを交差させ、特に影響が大きい２次成分を互いに相殺することができる。したがって、磁束密度分布を主に１次成分のみとすることができ、巻線２３を集中巻きとしつつ正弦波に近い磁束密度分布を作り出すことができる。その結果、レアアースフリー化に好適なモータであるインダクションモータや同期リラクタンスモータに集中巻きを適用することが可能となり、モータを小型化しつつ、レアアースフリー化を図ることができる。

　また、本実施形態では特に、複数のティース２２の先端に磁束交差部材２６をそれぞれ設け、この磁束交差部材２６により、第１巻線２３に鎖交する第１磁束と第２巻線２３に鎖交する第２磁束とを交差させる。これにより、第１巻線２３と第２巻線２３を磁気的空隙Ｓの一方側（本実施形態では外周側）に配置することが可能となる。その結果、次のような効果を得る。すなわち、磁束密度分布の２次成分を相殺するために、例えば回転子の軸方向両側又は径方向両側に２つの固定子を対向配置させ、それら２つの固定子同士の間で巻線の巻き方向を互いに反対にすると共に、同相の巻線が電気角で略１８０度ずれるように配置する構成が考えられる。この場合、回転子の両側に固定子を配置した特殊な構造のモータにしか適用することができず、汎用性が低いという問題がある。これに対し、本実施形態では磁束交差部材２６を設けることにより、回転子１０の一方側（この例では半径方向外側）に１つの固定子２０を配置させ、その固定子２０の中で第１及び第２巻線２３の巻き方向を互いに反対にすると共に、同相の第１及び第２巻線２３が互いに電気角で略１８０度ずれるように配置することが可能である。したがって、回転子１０の外側に固定子２０を配置した広く用いられる構造のモータに適用することが可能であり、汎用性が高いという利点がある。

　また、本実施形態では特に、磁束交差部材２６を複数の櫛歯２６１を有する櫛歯状部材とすることにより、第１磁束と第２磁束を効率的に交差させ、磁束密度分布の２次成分の相殺効果を高めることができる。特に、櫛歯２６１の数を奇数とすることにより、１つの櫛歯２６１が中心に位置すると共にその両側に同数の凹部２６２が対称に配置された、対称性のよい磁束交差部材２６とすることができる。その結果、各磁束交差部材２６を無駄なく（余った凹部２６２が無く）規則性をもって均一に噛み合わせて配置することが可能となり、磁束密度分布の２次成分の相殺効果を高めることができる。

　　＜１－４．変形例＞
　なお、上記第１の実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を順を追って説明する。

　　　（１）磁束交差部材を板状部材とする場合
　上記第１の実施形態では、磁束交差部材２６を複数の櫛歯２６１を有する櫛歯状部材としたが、磁束交差部材の形状をこれに限定するものではない。例えば、磁束交差部材を板状の部材としてもよい。本変形例について、図７乃至図９を用いて説明する。なお、図７及び図８は、説明の便宜のため、前述の図３等と同様に、円周方向に配置された各ティース２２等を部分的に抽出して平面上に配置した状態で示している。

　図７に示すように、本変形例では、磁束交差部材２９は、第１巻線２３に対応するティース２２の先端と第２巻線２３に対応するティース２２の先端を接続する板状部材（円周方向に鋼板を積層した結果、全体として板状に形成される）として構成されている。なお、上記実施形態と同様に、第１ティース群２４と第２ティース群２５が相対移動方向に１／２ティースピッチずれて配置され、第１巻線群２７と第２巻線群２８の巻線２３の巻き方向は互いに反対であり、同相の巻線２３（巻き方向は反対）は互いに電気角で略１８０度ずれるように配置されている。

　磁束交差部材２９の詳細構造の一例を図８及び図９に示す。なお、これら図８及び図９では、ヨーク２１の図示を省略している。図８及び図９に示すように、ティース２２及び磁束交差部材２９は、３種類の形状の鋼板２９１，２９２，２９３を接着層２９４を介して円周方向に積層することにより形成される。本変形例でも、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、上記実施形態では磁束交差部材２６の形状が複雑であるため積層構造が複雑となるが、本変形例によればこのように数種類の単純な形状の鋼板を積層して形成できるため、固定子２０の構造を簡素化できる。

　　　（２）スロットコンビネーションのバリエーション
　上記第１の実施形態では、モータ１００のスロットコンビネーションが永久磁石同期モータで言うところの２ポール３スロット（２Ｐ３Ｓ）である場合を一例として説明したが、これに限定するものではなく、種々のスロットコンビネーションのモータに適用することが可能である。適用可能なスロットコンビネーションの例を図１０に示す。

　図１０（ａ）に示すように、スロットコンビネーションが２ポール３スロット（２Ｐ３Ｓ）のモータに適用してもよい。この場合、上記実施形態と同様に、ティースピッチは電気角で１２０度となるので、第１ティース群２４と第２ティース群２５における同相のピッチ間隔を１．５ティースピッチずらし、電気角で１８０度（１２０度×１．５ティースピッチ）のずれとする。さらに、第１巻線群２７と第２巻線群２８の巻線２３の巻き方向を互いに反対とし、電気角で略１８０度ずれるように配置することで、１８０度（ティースピッチによるずれ）－１８０度（巻き方向によるずれ）＝０度となり、同相同士の電気角を略一致させることができる。

　また図１０（ｂ）に示すように、スロットコンビネーションが４ポール３スロット（４Ｐ３Ｓ）のモータに適用してもよい。この場合、ティースピッチは電気角で２４０度となるので、第１ティース群２４と第２ティース群２５における同相のピッチ間隔を１．５ティースピッチずらし、電気角で３６０度（２４０度×１．５ティースピッチ）のずれとする。さらに、第１巻線群２７と第２巻線群２８の巻線２３の巻き方向を互いに同一とし、電気角で略０度に配置することで、３６０度（ティースピッチによるずれ）－０度（巻き方向によるずれ）＝３６０度＝０度（電気角）となり、同相同士の電気角を略一致させることができる。

　また図１０（ｃ）に示すように、スロットコンビネーションが８ポール９スロット（８Ｐ９Ｓ）のモータに適用してもよい。この場合、ティースピッチは電気角で１６０度となるので、第１ティース群２４と第２ティース群２５における同相のピッチ間隔を４．５ティースピッチずらし、電気角で７２０度（１６０度×４．５ティースピッチ）のずれとする。さらに、第１巻線群２７と第２巻線群２８の巻線２３の巻き方向を図１０（ｃ）に示すように互いに同一とし、電気角で略０度に配置することで、７２０度（ティースピッチによるずれ）－０度（巻き方向によるずれ）＝７２０度＝０度（電気角）となり、同相同士の電気角を略一致させることができる。

　また図１０（ｄ）に示すように、スロットコンビネーションが１０ポール９スロット（１０Ｐ９Ｓ）のモータに適用してもよい。この場合、ティースピッチは電気角で２００度となるので、第１ティース群２４と第２ティース群２５における同相のピッチ間隔を４．５ティースピッチずらし、電気角で９００度（２００度×４．５ティースピッチ）のずれとする。さらに、第１巻線群２７と第２巻線群２８の巻線２３の巻き方向を図１０（ｄ）に示すように互いに反対とし、電気角で略１８０度ずれるように配置することで、９００度（ティースピッチによるずれ）－１８０度（巻き方向によるずれ）＝７２０度＝０度（電気角）となり、同相同士の電気角を略一致させることができる。

　また図１０（ｅ）に示すように、スロットコンビネーションが１０ポール１２スロット（１０Ｐ１２Ｓ）のモータに適用してもよい。この場合、ティースピッチは電気角で１５０度となるので、第１ティース群２４と第２ティース群２５における同相のピッチ間隔を２．５ティースピッチずらし、電気角で３７５度（１５０度×２．５ティースピッチ）のずれとする。さらに、第１巻線群２７と第２巻線群２８の巻線２３の巻き方向を図１０（ｅ）に示すように互いに同一とし、電気角で略０度に配置することで、３７５度（ティースピッチによるずれ）－０度（巻き方向によるずれ）＝３７５度（≒０度）となり、同相同士の電気角を近傍範囲内とすることができる。

　また図１０（ｆ）に示すように、スロットコンビネーションが１４ポール１２スロット（１４Ｐ１２Ｓ）のモータに適用してもよい。この場合、ティースピッチは電気角で２１０度となるので、第１ティース群２４と第２ティース群２５における同相のピッチ間隔を２．５ティースピッチずらし、電気角で５２５度（２１０度×２．５ティースピッチ）のずれとする。さらに、第１巻線群２７と第２巻線群２８の巻線２３の巻き方向を図１０（ｆ）に示すように互いに反対とし、電気角で略１８０度ずれるように配置することで、５２５度（ティースピッチによるずれ）－１８０度（巻き方向によるずれ）＝３４５度（≒０度）となり、同相同士の電気角を近傍範囲内とすることができる。

　以上のスロットコンビネーションのモータに適用しても、上記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

　　　（３）リニアモータに適用する場合
　上述した第１の実施形態及び変形例に係る構成は、リニアモータにも適用することが可能である。本変形例について図１１を用いて説明する。

　本変形例では、モータ２００がリニアインダクションモータである場合を一例として説明する。図１１に示すように、モータ２００は、磁気的空隙Ｓを介して図１１中左右方向に相対移動可能に対向配置された固定子２２０と可動子２１０を備えている。

　固定子２２０は、平板状のヨーク２２１と、ヨーク２２１から磁気的空隙Ｓ側に突出して設けられた複数のティース２２２と、各ティース２２２ごとに集中巻き方式で巻き付けられた複数の巻線２２３とを有している。複数のティース２２２は、相対移動方向（図１１中左右方向）に並列された複数のティース２２２からなるティース群２２４，２２５（図１１ではティース群２２４のみ図示。）が相対移動方向に垂直な方向（図１１中紙面に垂直な方向）に複数列並べられて構成され、相対移動方向に垂直な方向に隣り合う第１ティース群２２４と第２ティース群２２５は、相対移動方向に１／２ティースピッチずれて配置されている。また、第１ティース群２２４に巻き付けられた第１巻線群２２７と、第２ティース群２２５に巻き付けられた第２巻線群２２８（図示省略）は、巻線２２３の巻き方向がモータ２００のスロットコンビネーションに応じて決定され、同相同士の電気角が略一致するように配置されている。さらに、各ティース２２２の磁気的空隙Ｓ側の先端には、前述の実施形態と同様に、図示しない磁束交差部材２２６がそれぞれ設けられている。

　一方、可動子２１０は、銅又はアルミ製の二次側導体２１１と、この二次側導体２１１の磁気的空隙Ｓとは反対側に固定された鉄板２１２とを有している。固定子２２０と鉄板２１２との間で磁気回路を構成し、二次側導体２１１に磁束を通過させることにより、二次側導体２１１に渦電流を発生させ、この二次側導体２１１を通過する磁束と渦電流により発生する磁束から生ずる電磁力が可動子２１０の推力として作用する。

　リニアモータに適用した本変形例においても、上記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

　＜第２の実施形態＞
　次に、第２の実施形態について図面を参照して説明する。上記第１の実施形態では、ティース２２の先端に磁束交差部材２６を設け、第１巻線２３に鎖交する第１磁束と第２巻線２３に鎖交する第２磁束とを交差させて、磁束密度分布の２次成分を相殺する構造としたが、これに限定されない。第２の実施形態は、二次側導体に複数のスリットを設けることで、磁束密度分布の２次成分により発生する誘起電圧を相殺するものである。

　　＜２－１．モータの構成＞
　本実施形態に係るモータ１００Ａの全体構成について説明する。本実施形態でも、上記第１の実施形態と同様に、モータ１００Ａが３相交流を用いた回転型のインダクションモータであり、断面のスロットコンビネーションが永久磁石同期モータで言うところの２ポール３スロット（２Ｐ３Ｓ）である場合を一例として説明する。

　図１２及び図１３に示すように、固定子２０は、円筒状のヨーク２１と、ヨーク２１から磁気的空隙Ｓ側（半径方向内側）に突出して設けられた複数（この例では１２）のティース２２Ａと、各ティース２２Ａごとに集中巻き方式で巻き付けられた複数（この例では１２）の巻線２３とを有している。ヨーク２１とティース２２Ａは、鋼板を軸方向に積層することで形成されている。複数のティース２２Ａは、円周方向に並列された複数（この例では６）のティース２２Ａからなるティース群２４，２５が軸方向に複数列（この例では２列）並べられて構成されている。本実施形態では、各ティース２２Ａの磁気的空隙Ｓ側の先端に磁束交差部材は設けられておらず、各ティース２２Ａは角柱状に形成される。

　以下、軸方向一方側（図１２中右側）のティース群を第１ティース群２４、軸方向他方側（図１２中左側）のティース群を第２ティース群２５と呼称する。図１４に示すように、相対移動方向に垂直な方向（回転軸１の軸方向。図１４中上下方向）に隣り合う第１ティース群２４と第２ティース群２５は、相対移動方向（円周方向。図１４中左右方向）に１／２ティースピッチずれて配置されている。なお、図１４は、説明の便宜のため、円周方向に配置された各ティース２２等を平面上に配置した状態で示している。

　モータ１００Ａが有する複数の巻線２３は、第１ティース群２４に巻き付けられた第１巻線群２７と、第２ティース群２５に巻き付けられた第２巻線群２８を有している。これら第１巻線群２７と第２巻線群２８とは、巻線２３の巻き方向がモータ１００のスロットコンビネーションに応じて決定され、同相同士の電気角が略一致するように配置されている。具体的には、モータ１００のスロットコンビネーションは上述したように断面のスロットコンビネーションが永久磁石同期モータで言うところの２ポール３スロット（２Ｐ３Ｓ）であるため、図１４に示すように、第１巻線群２７と第２巻線群２８の巻線２３の巻き方向は互いに反対となる。また、図１４に示すように、第１ティース群２４と第２ティース群２５の同相のティースピッチは、互いに電気角で略１８０度ずれるように配置されている。このように、第１巻線群２７と第２巻線群２８とは、巻き方向が反対である同相の巻線２３が電気角で略１８０度ずれて、第１ティース群２４と第２ティース群２５の同相のティースピッチは、互いに電気角で略１８０度ずれるように配置される結果、１８０度（巻き方向によるずれ）－１８０度（ティースピッチによるずれ）＝０度となり、同相同士の電気角が略一致する配置となっている。

　回転子１０は、円環状の鋼板が軸方向に積層されて形成された積層鉄心体１１と、この積層鉄心体１１の外周に固定された銅又はアルミ製の円筒導体１２Ａ（二次側導体の一例に相当）とを有している。図１３に示すように、円筒導体１２Ａは、相対移動方向に垂直な方向（回転軸１の軸方向。図１３中紙面に垂直な方向）に沿った複数のスリット３１を備える。各スリット３１は、円筒導体１２Ａを半径方向に貫通して形成され、円筒導体１２Ａの円周方向全体に亘って略等間隔に配置される。

　スリット３１を備えた円筒導体１２Ａは、円筒状の導体に丸鋸等を用いて切削により形成されてもよいし、スリット３１に対応する凹部を有する棒状の導体を円周方向に並べることで形成されてもよい。これらの場合、各スリット３１は空隙となる。また、棒状の導体と絶縁体を円周方向に積層することで、絶縁体部分をスリット３１としてもよい。この場合、各スリット３１には絶縁体が充填された状態となる。モータ１００Ａの上記以外の構成は、前述したモータ１００と同様である。

　　＜２－２．円筒導体で発生する誘起電圧＞
　次に、図１５を用いて、スリット３１の機能について説明する。なお、図１５では、説明の便宜のため、円筒導体１２Ａを板状とした状態で示している。また、図１５中の矢印の長さは誘起電圧の大きさを示す。

　図１５（ａ）において、図中手前側の領域１２Ａ１は第１ティース群２４に巻き付けられた第１巻線群２７に対応し、図中奥側の領域１２Ａ２は第２ティース群２５に巻き付けられた第２巻線群２８に対応する。第１ティース群２４と第２ティース群２５とが、相対移動方向（図１５中左右方向）に１／２ティースピッチずれて配置されることにより、円筒導体１２Ａの各領域１２Ａ１，１２Ａ２に発生する誘起電圧は、図１５（ａ）に示すような分布となる。そして、スリット３１を設けることにより、各スリット３１間における円筒導体１２Ａの各電流経路において、２次成分により発生する誘起電圧が相殺され、１次成分により発生する誘起電圧のみを取り出すことが可能となる。その結果、図１５（ｂ）に示すように、円筒導体１２Ａ中に発生する誘起電圧の分布は正弦波に近い形状となる。

　　＜２－３．回転子速度（可動部速度）に対するトルク（推力）の解析結果＞
　本願発明者等は、２つのモデルＡ，Ｃについて、回転子速度に対するトルクの検討を行った。ただし、解析の便宜上、本願発明者等はリニアモータとして解析を行っており、可動部速度に対する推力について解析している。この解析結果について、図１６及び図１７を用いて説明する。なお、図１６では説明の便宜上、円筒導体を板状に図示している。

　図１６（ａ）に示すモデルＡは、図５（ａ）に示したものと同様である。そして、円筒導体１２にはスリットは設けられていない。一方、図１６（ｂ）に示すモデルＣは、モデルＡと同様のスロットコンビネーションである、本実施形態に対応したティース及び巻線の形状をモデル化したものである。すなわち、モデルＣでは、第１ティース群２４と第２ティース群２５は、相対移動方向に１／２ティースピッチずれて配置されている。また、第１巻線群２７と第２巻線群２８の巻線２３の巻き方向は互いに反対であり、同相の巻線２３（巻き方向は反対）は互いに電気角で略１８０度ずれるように配置されている。そして、各ティース２２は角柱状であり、円筒導体１２Ａには、相対移動方向に垂直な方向に沿った複数のスリット３１が設けられている。

　図１７（ａ）に、モデルＡの可動部速度に対する推力の解析結果を示す。図１７（ａ）に示すように、モデルＡでは、可動部速度が２．４ｍ／ｓである場合の推力が可動部速度が０ｍ／ｓである場合の推力の約２０％以下となっており、推力が大幅に低下している。すなわち、集中巻きを採用したインダクションモータでは、回転子速度（可動部速度）が大きくなるにつれてトルク（推力）が低下することが分かる。前述の図６（ｂ）に示すように、モデルＡでは、磁束密度分布が１次成分のみならず、高調波成分を含む。したがって、このように推力が低下する原因は、主に推力に寄与する１次成分とは次数の異なる高調波成分にあると推測される。つまり、１次成分と２次成分の進行方向は逆方向であるので、回転子速度（可動部速度）を変化させる場合には、１次成分に対するすべり周波数と２次成分に対するすべり周波数のどちらかしか一定にはできない。このため、１次成分に対するすべり周波数を一定として回転子速度（可動部速度）を変化させた場合、２次成分については回転子速度（可動部速度）の変化につれてすべり周波数も変化しており、２次成分が推力に与える影響が変化してトルク（推力）が低下していると考えられる。

　一方、図１７（ｂ）に示すように、モデルＣでは、可動部速度を０ｍ／ｓから２．４ｍ／ｓに変化させても推力の低下がほとんど生じていない。これは、モデルＣでは、１次成分のみが推力に寄与し、２次成分が推力に与える影響が排除されているからだと考えられる。したがって、円筒導体１２Ａにスリット３１を設けることにより、磁束密度の２次成分により発生する誘起電圧を相殺できることが分かる。

　　＜２－４．第２の実施形態の効果＞
　本実施形態のモータ１００Ａでは、円筒導体１２Ａが相対移動方向に垂直な方向に沿った複数のスリット３１を備える。これにより、磁束密度の２次成分により発生する誘起電圧が相殺され、円筒導体１２Ａ中に発生する誘起電圧の分布を正弦波に近い形状とすることができる。つまり、本実施形態によれば、第１の実施形態のようにティース２２の先端に磁束交差部材を設けずに、円筒導体１２Ａにスリット３１を設けることによって、正弦波に近い磁束密度分布を作り出したのと同様の効果を得ることができる。その結果、レアアースフリー化に好適なモータであるインダクションモータや同期リラクタンスモータに集中巻きを適用することが可能となり、モータを小型化しつつ、レアアースフリー化を図ることができる。また、集中巻きのインダクションリニアモータを実現できるので、分布巻きのインダクションリニアモータに比べて、１次側の銅損を低減でき、組立工数を削減できる効果もある。

　　＜２－５．変形例＞
　なお、上記第２の実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、図１８に示すように、上述した第２の実施形態に係る構成は、リニアモータにも適用することが可能である。このモータ２００Ａでは、可動子２１０の二次側導体２１１Ａは、相対移動方向に垂直な方向（図１８中紙面に垂直な方向）に沿った複数のスリット２３１を備える。各スリット２３１は、二次側導体２１１Ａを貫通して形成され、二次側導体２１１Ａの相対移動方向全体に亘って略等間隔に配置される。モータ２００Ａのその他の構成は、図１１に示すモータ２００と同様である。リニアモータに適用した本変形例においても、上記第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。

　また、上記第２の実施形態に係る構成は、第１の実施形態の同様に、図１０に示す種々のスロットコンビネーションのモータに適用することが可能である。

　また、以上の第１及び第２の実施形態では、モータがインダクションモータである場合を一例として説明したが、これに限らず、リラクタンスモータにも適用することが可能である。また以上では、相対移動方向に垂直な方向に隣り合う第１ティース群と第２ティース群が相対移動方向に１／２ティースピッチずれて配置した構成を、固定子側に設けた場合を一例として説明したが、これに限らず、可動子側に設けてもよい。

　また上記第１及び第２の実施形態では、モータが、回転子１０を固定子２０の内側に備えたインナーロータ型である場合を一例として説明したが、回転子１０を固定子２０の外側に備えたアウターロータ型のモータに対しても適用可能である。

　また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。

　その他、一々例示はしないが、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

　Ｓ　　　　　　　　磁気的空隙
　１０　　　　　　　回転子（可動子）
　１２Ａ　　　　　　円筒導体（二次側導体）
　２０　　　　　　　固定子
　２１　　　　　　　ヨーク
　２２　　　　　　　ティース
　２２Ａ　　　　　　ティース
　２３　　　　　　　巻線、第１巻線、第２巻線
　２４　　　　　　　第１ティース群
　２５　　　　　　　第２ティース群
　２６　　　　　　　磁束交差部材
　２７　　　　　　　第１巻線群
　２８　　　　　　　第２巻線群
　２９　　　　　　　磁束交差部材
　３１　　　　　　　スリット
　１００　　　　　　モータ
　１００Ａ　　　　　モータ
　２００　　　　　　モータ
　２００Ａ　　　　　モータ
　２１０　　　　　　可動子
　２１１Ａ　　　　　二次側導体
　２２０　　　　　　固定子
　２２１　　　　　　ヨーク
　２２２　　　　　　ティース
　２２３　　　　　　巻線
　２２４　　　　　　第１ティース群
　２２７　　　　　　第１巻線群
　２３１　　　　　　スリット
　２６１　　　　　　櫛歯

Claims

　磁気的空隙を介して相対移動可能に対向配置された固定子と可動子を備えたモータであって、
　前記固定子及び前記可動子のいずれか一方は、
　ヨークと、
　前記ヨークから前記磁気的空隙側に突出して設けられた複数のティースと、
　前記ティースごとに集中巻き方式で巻き付けられた複数の巻線と、を有し、
　前記複数のティースは、
　相対移動方向に並列された複数のティースからなるティース群が前記相対移動方向に垂直な方向に複数列並べられて構成され、前記相対移動方向に垂直な方向に隣り合う第１ティース群と第２ティース群は、前記相対移動方向に１／２ティースピッチずれて配置されている
ことを特徴とするモータ。
　前記複数の巻線は、
　前記第１ティース群に巻き付けられた第１巻線群と、前記第２ティース群に巻き付けられた第２巻線群を有し、前記第１巻線群と前記第２巻線群の巻線の巻き方向はモータのスロットコンビネーションに応じて決定され、同相同士の電気角が略一致又は近傍範囲内となるように配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
　前記複数のティースの先端にそれぞれ設けられ、前記第１巻線群を構成する第１巻線に鎖交する第１磁束と前記第２巻線群を構成する第２巻線に鎖交する第２磁束とを交差させるための磁束交差部材をさらに有する
ことを特徴とする請求項２に記載のモータ。
　前記磁束交差部材は、
　前記第１巻線及び前記第２巻線の一方に対応する前記ティースの先端から他方に対応する前記ティースの先端に向けて形成された複数の櫛歯を有する櫛歯状部材である
ことを特徴とする請求項３に記載のモータ。
　前記櫛歯の数は、奇数である
ことを特徴とする請求項４に記載のモータ。
　前記磁束交差部材は、
　前記第１巻線に対応する前記ティースの先端と前記第２巻線に対応する前記ティースの先端を接続する板状部材である
ことを特徴とする請求項３に記載のモータ。
　前記固定子及び前記可動子のいずれか他方は、
　前記相対移動方向に垂直な方向に沿った複数のスリットを備えた二次側導体を有する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ。