同期電動機駆動システム
【課題】複数の三相インバータ間の電流位相制御にバラツキが生じることによる、トルク脈動の増大を抑制することが可能な同期電動機駆動システムを提供する。
【解決手段】周方向に等間隔に配置された複数の磁極を有する回転子と周方向に等間隔に配置された複数の固定子ティース１１３を有する固定子を含む同期電動機と、当該同期電動機に互いに位相のずれた複数の三相交流を供給する複数の三相インバータとを備え、固定子ティース１１３には１種類以上のサブ巻線１１４Ｕ１ａ，１１４Ｕ１ｂ等が集中巻に巻回されており、各サブ巻線は三相インバータのいずれかの相に接続されており、隣接関係にある一対の固定子ティース１１３は、いずれも、少なくとも一方の固定子ティース１１３に２種類以上のサブ巻線が巻回されており、これらのサブ巻線が互いに異なる三相インバータに接続されている。
【解決手段】周方向に等間隔に配置された複数の磁極を有する回転子と周方向に等間隔に配置された複数の固定子ティース１１３を有する固定子を含む同期電動機と、当該同期電動機に互いに位相のずれた複数の三相交流を供給する複数の三相インバータとを備え、固定子ティース１１３には１種類以上のサブ巻線１１４Ｕ１ａ，１１４Ｕ１ｂ等が集中巻に巻回されており、各サブ巻線は三相インバータのいずれかの相に接続されており、隣接関係にある一対の固定子ティース１１３は、いずれも、少なくとも一方の固定子ティース１１３に２種類以上のサブ巻線が巻回されており、これらのサブ巻線が互いに異なる三相インバータに接続されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期電動機と同期電動機に互いに位相のずれた複数の三相交流を供給する複数の三相インバータとを備える同期電動機駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンプレッサ、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車等の種々の機器には、同期電動機駆動システムが組み込まれている。このような同期電動機駆動システムとして、同期電動機と、同期電動機に互いに位相のずれた複数の三相交流電力を供給する複数の三相インバータとを備えるものがある（例えば、特許文献１）。
図１９は、特許文献１に係る同期電動機９００の基本構成を示す図である。同期電動機９００は、回転子９０１と固定子９０２を含む。回転子９０１は周方向に等間隔に配置された８個の磁極（永久磁石）９０５を有し、固定子９０２は、周方向に等間隔に配置された９個の固定子ティース９０３を有する。固定子ティース９０３の各々には、固定子巻線９０４Ｕ１，９０４Ｖ１，９０４Ｗ１，９０４Ｕ１’，９０４Ｖ１’，９０４Ｗ１’，９０４Ｕ２，９０４Ｖ２，９０４Ｗ２が集中巻に巻回されている。
【０００３】
上記９種の固定子巻線のうち、固定子巻線９０４Ｕ１，９０４Ｖ１，９０４Ｗ１，９０４Ｕ１’，９０４Ｖ１’，９０４Ｗ１’の６つの巻線は、第１の三相インバータから電力供給を受けている。一方、固定子巻線９０４Ｕ２，９０４Ｖ２，９０４Ｗ２の３つの巻線は、第１の三相インバータとは別の第２の三相インバータから電力供給を受けている（特許文献１の図１３参照）。第１の三相インバータと第２の三相インバータとは、互いに位相のずれた複数の三相交流を出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１１５０６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような同期電動機システムには、低振動、低騒音の要請から、低トルク脈動であることが求められる。しかしながら、特許文献１のように、隣接関係にある固定子ティースに巻回されている巻線が互いに異なる三相インバータに接続されている場合には、トルク脈動が増大するという課題がある。
複数の三相インバータは、これらの間で所定の位相差を保つように電流位相制御される必要があるところ、製造誤差や外部からのノイズの影響等の理由により、三相インバータにおける電流位相制御にバラツキが生じる場合がある。そうすると、この電流位相のバラツキの影響が各固定子ティースに作用するトルクのバラツキとなって現れる。このトルクのバラツキにより、トルク脈動が増大してしまう。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、複数の三相インバータ間の電流位相制御にバラツキが生じることによる、トルク脈動の増大を抑制することが可能な同期電動機駆動システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る同期電動機駆動システムは、周方向に等間隔に配置された複数の磁極を有する回転子と、周方向に等間隔に配置された複数の固定子ティースを有する固定子と、を含む同期電動機と、前記同期電動機に互いに位相のずれた複数の三相交流を供給する、複数の三相インバータと、を備える同期電動機駆動システムであって、各固定子ティースには、１または２種類以上の巻線が集中巻に巻回されており、各固定子ティースに巻回された各巻線は、それぞれ前記複数の三相インバータのいずれかの相に接続されており、隣接関係にある一対の固定子ティースは、いずれも、少なくとも一方の固定子ティースに２種類以上の巻線が巻回されており、これらの巻線が互いに異なる三相インバータに接続されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の同期電動機駆動システムによれば、各固定子ティースには、１または２種類以上の巻線が、隣接関係にある固定子ティース間の電気角位相差が各固定子ティース間で等しくなるように集中巻に巻回されている。このときに、本発明では、隣接関係にある一対の固定子ティースで見ると、いずれも、少なくとも一方の固定子ティースに２種類以上の巻線が巻回されており、これらの巻線が互いに異なる三相インバータに接続されるようにしている。このような構成とすることで、複数の三相インバータのうちの１台における電流位相が理想的な位相からαだけずれた場合であっても、２種類以上の巻線が巻回された固定子ティースに発生する磁界の位相に与える影響はαそのものではなく、２種類以上の巻線の巻数比に応じて、αから幾らか減じたものとなる。したがって、電流位相制御のバラツキの影響が現れる箇所がないため、従来と比較してトルク脈動の低減を図ることができる。
【０００９】
以上説明したように、本発明によれば、複数の三相インバータ間の電流位相制御にバラツキが生じることによる、トルク脈動の増加を抑制することが可能な同期電動機駆動システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係る同期電動機駆動システム１０００の全体構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る同期電動機１００の全体構成を示す図である。
【図３】第１の実施形態に係る同期電動機１００の詳細図である。
【図４】第１の実施形態に係る各固定子巻線１１４の固定子１０６における配置を示す図である。
【図５】（ａ）第１の実施形態の同期電動機１００に係るトルク変化をシミュレーションした結果を示す図と、（ｂ）特許文献１の同期電動機９００に係るトルク変化をシミュレーションした結果を示す図である。
【図６】第２の実施形態に係る同期電動機駆動システム２０００の全体構成を示す図である。
【図７】第２の実施形態に係る同期電動機２００の全体構成を示す図である。
【図８】第２の実施形態に係る同期電動機２００の詳細図である。
【図９】第２の実施形態に係る各固定子巻線２１４の固定子２０６における配置を示す図である。
【図１０】第３の実施形態に係る同期電動機駆動システム３０００の全体構成を示す図である。
【図１１】第３の実施形態に係る各固定子巻線の固定子１０６における配置を示す図である。
【図１２】第４の実施形態に係る同期電動機駆動システム４０００の全体構成を示す図である。
【図１３】第４の実施形態に係る各固定子巻線の固定子２０６における配置を示す図である。
【図１４】Ｋ＝６、Ｌ＝２の場合における、各固定子ティースとそれに巻回されている固定子巻線を示す表である。
【図１５】Ｋ＝６、Ｌ＝３の場合における、各固定子ティースとそれに巻回されている固定子巻線を示す表である。
【図１６】Ｋ＝６、Ｌ＝３の場合における、各固定子ティースとそれに巻回されている固定子巻線を示す表である。
【図１７】Ｋ＝７、Ｌ＝２の場合における、各固定子ティースとそれに巻回されている固定子巻線を示す表である。
【図１８】インナーロータ型の同期電動機７００の全体構成を示す図である。
【図１９】特許文献１に係る同期電動機９００の基本構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
≪第１の実施形態≫
＜構成＞
図１は、第１の実施形態に係る同期電動機駆動システム１０００の全体構成を示す図である。
同期電動機駆動システム１０００は、同期電動機１００と、同期電動機１００に電力を供給する第１の三相インバータ１０１，第２の三相インバータ１０２からなる。
【００１２】
直流電源ＢＡは、電源系統を整流して得られる直流電源、または、バッテリタイプ（代表的には、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池）の直流電源である。
第１の三相インバータ１０１，第２の三相インバータ１０２は、直流電源ＢＡから供給される直流電力を、位相が各々１２０［°］（電気角で２π／３［ｒａｄ］）ずれたＵ相，Ｖ相，Ｗ相の三相交流に変換し、その三相交流を同期電動機１００に供給する。Ｕ相の出力電流Ｕ１，Ｕ２はそれぞれＵ相アーム１０３ｕ，１０４ｕから出力され、Ｖ相の出力電流Ｖ１，Ｖ２はそれぞれＶ相アーム１０３ｖ，１０４ｖから出力され、Ｗ相の出力電流Ｗ１，Ｗ２はそれぞれＷ相アーム１０３ｗ，１０４ｗから出力される。
【００１３】
図２は、第１の実施形態に係る同期電動機１００の全体構成を示す図であり、図３は、同期電動機１００の詳細図である。
同期電動機１００は、回転子１０５、固定子１０６から構成される。
回転子１０５は、回転子コア１０７および複数の永久磁石１０８を含み、永久磁石１０８は回転子コア１０７に回転子の周方向に等間隔に配置されている。永久磁石１０８によって構成される磁極１０９は、固定子１０６に対してＮ極、Ｓ極が交互に配置された磁極対を構成している。磁極対Ｎ極、Ｓ極は電気角で２π［ｒａｄ］となり、隣り合う磁極の配置間隔は電気角でπ［ｒａｄ］となる。本実施形態では、回転子１０５の磁極が２２極なので、機械角に対して電気角が１１倍の関係となっている。
【００１４】
回転子１０５の磁極間１１０、１１１は、回転子１０５に配置された永久磁石で構成された磁極Ｎと磁極Ｓとの間の磁気中立点の位置を意味する。ここでは、機械的にも磁石と磁石との間の位置となっている。磁極間１１０は、反時計方向にみてＮ極からＳ極に変わる磁極間であり、磁極間１１１は、反時計方向にみてＳ極からＮ極に変わる磁極間である。なお、磁極間１１１’は、磁極間１１に対して電気角では同じ位置であるが機械角では異なる位置にある。
【００１５】
固定子１０６は、環状の固定子ヨーク１１２および固定子ヨーク１１２に周方向に等間隔に配置された複数の固定子ティース１１３を有する。各固定子ティース１１３には、固定子巻線１１４が集中巻に巻回されている。
回転子１０５の磁極１０９は周方向に等間隔で２２個並べられており、機械角で３６０／２２＝１６．４［°］の間隔となる。一方、固定子ティース１１３は、周方向に等間隔で２４個並べられており、機械角で３６０／２４＝１５［°］の間隔となる。このように、各固定子ティース１１３は、磁極１０９の配置間隔と異なる配置間隔で併設されており、磁極１０９と固定子ティース１１３とが半周当たり１１／１２だけずれて配置されている。また、各固定子ティース１１３の配置間隔は１１π／１２［ｒａｄ］であり、電気角で１６５［°］である。
【００１６】
本実施の形態においては、固定子ティース１１３の数を６Ｋとした場合、磁極１０９の数は６Ｋ±２で表される。同期電動機１００は、固定子ティース１１３の数が２４、磁極１０９の数が２２あるので、Ｋ＝４の場合について説明していることになる。固定子ティース１１３の数に対し、磁極１０９の数を上記のような関係とすることで、永久磁石１０８の磁束を有効に使うことができる。
【００１７】
固定子巻線１１４は、その接続先で区別すると、図１の１１４Ｕ１，１１４Ｕ１’，１１４Ｖ１，１１４Ｖ１’，１１４Ｗ１，１１４Ｗ１’，１１４Ｕ２，１１４Ｕ２’，１１４Ｖ２，１１４Ｖ２’，１１４Ｗ２，１１４Ｗ２’で示すように１２種ある。以下、各固定子巻線を区別しない場合には、単に固定子巻線１１４と記載することとする。
固定子巻線１１４Ｕ１，１１４Ｕ１’は第１の三相インバータ１０１のＵ相アーム１０３ｕに、固定子巻線１１４Ｖ１，１１４Ｖ１’は第１の三相インバータ１０１のＶ相アーム１０３ｖに、固定子巻線１１４Ｗ１，１１４Ｗ１’は第１の三相インバータ１０１のＷ相アーム１０３ｗに、それぞれ接続されている。同様に、固定子巻線１１４Ｕ２，１１４Ｕ２’は第２の三相インバータ１０２のＵ相アーム１０４ｕに、固定子巻線１１４Ｖ２，１１４Ｖ２’は第２の三相インバータ１０２のＶ相アーム１０４ｖに、固定子巻線１１４Ｗ２，１１４Ｗ２’は第２の三相インバータ１０２のＷ相アーム１０４ｗに、それぞれ接続されている。このように、各固定子巻線は、それぞれ第１および第２の三相インバータ１０１，１０２のいずれかの相に接続されている。
【００１８】
図１に示す出力電流Ｕ１と出力電流Ｕ２との位相差は、同期電動機駆動システム１０００に含まれる三相インバータの個数をＬ個とした場合に、上記のＫを用いてＬ／Ｋ×（π/３［ｒａｄ］）で表される。本実施形態の場合、Ｋ＝４、Ｌ＝２であるから、出力電流Ｕ１と出力電流Ｕ２との位相差はπ／６［ｒａｄ］である。したがって、固定子巻線１１４Ｕ１，１１４Ｕ２には、互いに位相がπ／６［ｒａｄ］ずれた電力が供給されることになる。このことは、出力電流Ｖ１と出力電流Ｖ２との間、出力電流Ｗ１と出力電流Ｗ２との間でも同様である。
【００１９】
また、図１に示すように、固定子巻線１１４Ｕ１と１１４Ｕ１’は巻回方向が互いに逆である。固定子巻線１１４Ｕ２，１１４Ｕ２’には共に出力電流Ｕ１が供給されるが、これらの巻線は互いに巻回方向が逆であるため、固定子巻線１１４Ｕ２および固定子巻線１１４Ｕ２’により生じる磁界の位相差はπ［ｒａｄ］となる。固定子巻線１１４Ｖ１と１１４Ｖ１’、固定子巻線１１４Ｗ１と１１４Ｗ１’においても同様の関係となっている。この関係は、第２の三相インバータ１０２から電力供給を受ける固定子巻線についても同様である。ここで、固定子巻線１１４Ｕ１と１１４Ｕ１’等の巻回方向が互いに逆である場合について示したが、これに代えて、固定子巻線１１４Ｕ１と１１４Ｕ１’等の巻回方向が同じであって、入力端子と中性点端子の接続を互いに逆にしてもよい。
【００２０】
なお、本実施形態のように磁極数を２で割った値（すなわち、極対数）が奇数の場合、換言するとＫが偶数の場合、機械角で１８０［°］対称の位置にある固定子ティースに巻回されている固定子巻線同士は、巻回方向が逆となっている。
図３は、固定子巻線１１４Ｕ１が巻回されている固定子ティース１１３１，１１３２，１１３３付近の拡大図である。なお、固定子巻線１１４と同様に、各固定子ティースを区別しない場合には、単に固定子ティース１１３と記載することとする。
【００２１】
固定子ティース１１３１は、固定子ティース１１３２に対して機械角で−１５［°］の位置（電気角では、π［ｒａｄ］からさらに−π／１２［ｒａｄ］ずれた位置）に配置されている。また、固定子ティース１１３３は、固定子ティース１１３２に対して機械角で＋１５［°］の位置（電気角では、π［ｒａｄ］からさらに＋π／１２［［ｒａｄ］］ずれた位置）に配置されている。
【００２２】
本実施形態は、各固定子巻線１１４の巻き方に特徴を有する。以下、各固定子巻線１１４の巻き方について、各固定子巻線１１４の構造も含めて説明する。
まず、図３に示すように、固定子巻線１１４Ｕ１は、固定子ティース１１３１に巻回されたサブ巻線１１４Ｕ１ａと、固定子ティース１１３２に巻回されたサブ巻線１１４Ｕ１ｂと、固定子ティース１１３３に巻回されたサブ巻線１１４Ｕ１ｃとからなる。すなわち、サブ巻線１１４Ｕ１ａ、１１４Ｕ１ｂ、１１４Ｕ１ｃが、固定子ティース１１３１、１１３２、１１３３に亘って直列に接続されていることにより接続先が同一の固定子巻線１１４Ｕ１を構成している。図３で図示されていない他の固定子巻線においても同様の構成となっている。各固定子巻線を構成している各サブ巻線は、本発明の巻線に相当する。
【００２３】
また、図３に示すように、固定子ティース１１３２には、固定子巻線１１４Ｕ１のみが巻回されている。一方、固定子ティース１１３１には、固定子巻線１１４Ｕ１と固定子巻線１１４Ｗ２’の２つの固定子巻線が巻回されており、固定子ティース１１３３には、固定子巻線１１４Ｕ１と固定子巻線１１４Ｕ２の２つの固定子巻線が巻回されている。このように、固定子巻線１１４Ｕ１は、複数の固定子ティース１１３に亘って巻回されている。
【００２４】
図４は、第１の実施形態に係る各固定子巻線１１４の固定子１０６における配置を示す図である。図４中の複数の長尺状の四角は、その１つ１つが各固定子巻線１１４を示している。本実施形態においては、固定子巻線１１４Ｕ１と同様に、各固定子巻線１１４に３つのサブ巻線が含まれている。また、図４に示すように、固定子巻線１１４Ｕ１以外の固定子巻線１１４についても、固定子巻線１１４Ｕ１と同様に複数の固定子ティース１１３に亘って巻回されている。
【００２５】
固定子１０６全体で見ると、固定子ティース１１３２，１１３４，１１３６，…，１１３２２，１１３２４のように１種類のサブ巻線のみが巻回されている固定子ティース１１３が複数個毎に配置されている。図４に示す例においては、１種類のサブ巻線のみが巻回されている固定子ティース１１３が２個毎にある。このように、１種類のサブ巻線のみが巻回されている固定子ティース１１３が含まれるような巻き方とすることで、１種類のサブ巻線のみが巻回されている固定子ティースが含まれない場合と比較して、各固定子ティースに巻回するサブ巻線の巻数を削減することができる。
【００２６】
そして、１種類のサブ巻線のみが巻回されている一対の固定子ティースの間に存在する固定子ティースには、当該一対の固定子ティースの一方に巻回されているサブ巻線と接続先が同一のサブ巻線と、他方に巻回されているサブ巻線と接続先が同一のサブ巻線とが巻回されている。具体的に、固定子ティース１１３２，１１３４を例に挙げて図３を用いて説明する。サブ巻線１１４Ｕ１ｂのみが巻回されている固定子ティース１１３２とサブ巻線１１４Ｕ２ｂのみが巻回されている固定子ティース１１３４の間に存在する固定子ティース１１３３には，サブ巻線１１４Ｕ１ｂと接続先（ここでの接続先は第１の三相インバータ１０１のＵ相アーム１０３ｕである。）が同一のサブ巻線１１４Ｕ１ｃと、サブ巻線１１４Ｕ２ｂと接続先（ここでの接続先は第２の三相インバータ１０２のＵ相アーム１０４ｕである。）が同一のサブ巻線１１４Ｕ２ａとが巻回されている。
【００２７】
このような巻き方を各固定子巻線１１４についてすることで、隣接関係にある一対の固定子ティース１１３で見ると、いずれも、少なくとも一方の固定子ティース１１３に２以上のサブ巻線が巻回されており、これらのサブ巻線が互いに異なる三相インバータに接続されるようになっている。つまり、互いに接続先が異なるサブ巻線１つのみが巻回されている固定子ティース１１３同士が、隣り合うことはない。
【００２８】
各固定子ティース１１３に巻回された１以上のサブ巻線の巻数比は、隣接関係にある固定子ティース１１３間の電気角位相差が各固定子ティース間で等しくなるように調整されている。具体的に図３で説明すると、サブ巻線１１４Ｕ１ｂの巻数をＮ１、サブ巻線１１４Ｕ１ａおよび１１４Ｕ１ｃの巻数をＮ２とした場合、次の関係が満たされている。
Ｎ２＝Ｎ１／２（ｃｏｓ（π／３／Ｋ））
本実施形態においては、Ｋ＝４であるので、
Ｎ２＝Ｎ１／２（ｃｏｓ（π／１２））
の関係を満たしていることになる。例えば、Ｎ１＝５０とした場合、Ｎ２＝２５．８≒２６である。
【００２９】
図３において、固定子巻線１１４Ｕ１が巻回されている固定子ティース１１３１，１１３２，１１３３からなる固定子ティース群において、隣接関係にある固定子ティースに巻回されているサブ巻線は、互いに巻回方向が逆である。具体的には、固定子ティース１１３１に巻回されているサブ巻線１１４Ｕ１ａと、固定子ティース１１３２に巻回されているサブ巻線１１４Ｕ１ｂは互いに巻回方向が逆である。また、固定子ティース１１３２に巻回されているサブ巻線１１４Ｕ１ｂと、固定子ティース１１３３に巻回されているサブ巻線１１４Ｕ１ｃは互いに巻回方向が逆である。
【００３０】
＜効果＞
各固定子巻線（各サブ巻線）を上記のような巻き方とすることで、例えば、第１の三相インバータ１０１に接続されているサブ巻線のみが巻回された第１の固定子ティースに隣接する固定子ティース（１種類のサブ巻線のみが巻回された固定子ティースの両隣りの固定子ティース）のうち、少なくとも一方の第２の固定子ティースには２以上のサブ巻線が巻回されていることになる。換言すると、第２の固定子ティースには、第１の三相インバータ１０１に接続されているサブ巻線と、第２の三相インバータ１０２に接続されているサブ巻線の両方が必ず巻回されていることになる。このため、第１の三相インバータ１０１，第２の三相インバータ１０２における電流位相制御にバラツキが生じた場合であっても、第２の固定子ティースに第２の三相インバータ１０２と接続されているサブ巻線のみが巻回されている場合（特許文献１の場合）と比較して、バラツキの影響が各固定子ティースに作用するトルクのバラツキとして現れにくい。
【００３１】
この理由は以下のように説明することができる。まず、従来例（図１９）における固定子巻線９０４Ｖ１が巻回された固定子ティース９０３と、固定子巻線９０４Ｗ２が巻回された固定子ティース９０３に注目する。固定子巻線９０４Ｗ２が巻回された固定子ティース９０３には、この固定子巻線９０４Ｗ２のみが巻回されている。そのため、第２の三相インバータにおける電流位相制御が、理想的な位相からα［ｒａｄ］だけずれたとした場合、固定子巻線９０４Ｗ２が巻回された固定子ティース９０３に発生する磁界の位相に与える影響は、α［ｒａｄ］そのものとなる。
【００３２】
一方、本実施形態（図３）における固定子巻線１１４Ｕ１が巻回された固定子ティース１１３２と、固定子巻線１１４Ｕ２が巻回された固定子ティース１１３３に注目する。上述したように、固定子ティース１１３２における巻数が５０である場合、固定子ティース１１３３における巻数は２６である。したがって、第２の三相インバータ１０２における電流位相制御が、理想的な位相からα［ｒａｄ］ずれた場合、固定子ティース１１３３に発生する磁界の位相に与える影響はα×２６／５０［ｒａｄ］＝α×０．５２［ｒａｄ］となり、従来例と比較して半減する。つまり、第２の三相インバータにおける電流位相制御がずれたとしても、その影響が半減される。
【００３３】
図５（ａ）は、第１の実施形態の同期電動機１００に係るトルク変化をシミュレーションした結果を示す図であり、図５（ｂ）は、特許文献１の同期電動機９００に係るトルク変化をシミュレーションした結果を示す図である。各図において、横軸は回転角度（電気角）［°］、縦軸はトルク［ｐ．ｕ］である。実線は、第１および第２の三相インバータにおける電流位相制御において位相のずれがない場合の結果であり、破線は、第１および第２の三相インバータのいずれか一方における電流位相制御が電気角で２０［°］ずれた場合の結果を示している。
【００３４】
図５（ａ）と図５（ｂ）との比較により明らかなように、本実施形態の構成によれば、三相インバータに電流位相制御にずれがない場合（実線）、ずれがある場合（破線）ともに、トルク脈動が低減されていることが見て取れる。
以上説明したように、複数の三相インバータ間における電流位相制御にバラツキが生じた場合であっても、それによる電気角位相のずれ量を、従来と比較して減少させることができる結果、トルク脈動の増大を抑制することが可能である。
【００３５】
また、本実施の形態に係るサブ巻線の巻き方によれば、各固定子巻線を複数本の固定子ティースに亘って巻回しているため、同期電動機に対し三相交流を供給するのに必要な三相インバータの個数を削減することができる。本実施形態では、各固定子巻線を３本の固定子ティースに亘って巻回することで、図１で示したように、三相インバータ２台で駆動させることができる。三相インバータの個数を削減することで、同期電動機駆動システムの小型化および低コスト化を図ることができる。この構成は、本実施形態のように磁極および固定子ティースの個数が比較的多い、いわゆる多極の同期電動機を備える同期電動機駆動システムの場合に特に有効である。なお、本発明者は、三相インバータの個数を削減することによるトルクの減少はなく、三相インバータ２台で駆動させた場合と同等のトルク特性を得られることを確認している。
【００３６】
≪第２の実施形態≫
＜構成＞
図６は、第２の実施形態に係る同期電動機駆動システム２０００の全体構成を示す図である。
同期電動機駆動システム２０００は、第１の実施形態に係る同期電動機駆動システム１０００における同期電動機１００が同期電動機２００に変わったものである。
【００３７】
図７は、第２の実施形態に係る同期電動機２００の全体構成を示す図であり、図８は、同期電動機２００の詳細図である。
同期電動機２００は、回転子２０５、固定子２０６から構成される。
本実施形態では回転子２０５に含まれる永久磁石２０８は２８極である。したがって、機械角に対して電気角が１４倍の関係となっている。また、固定子２０６は、周方向に等間隔に配置された３０個の固定子ティース２１３を有する。各固定子ティース２１３には、固定子巻線２１４が集中巻に巻回されている。
【００３８】
回転子２０５の磁極２０９は周方向に等間隔で２８個並べられており、機械角で３６０／２８≒１２．９［°］の間隔となる。一方、固定子ティース２１３は、周方向に等間隔で３０個並べられており、機械角で３６０／３０＝１２［°］の間隔となる。このように、各固定子ティース２１３は、磁極２０９の配置間隔と異なる配置間隔で併設されており、磁極２０９と固定子ティース２１３とが半周当たり１４／１５だけずれて配置されている。また、各固定子ティース２１３の配置間隔は１４π／１５［ｒａｄ］であり、電気角で１６８［°］である。
【００３９】
同期電動機２００は固定子ティース２１３の数が３０、磁極２０９の数が２８であるので、本実施形態においても固定子ティース２１３の数を６Ｋとした場合、磁極２０９の数が６Ｋ±２であるという関係を満たしている。したがって、同期電動機２００においても、永久磁石２０８の磁束を有効に使うことができる配置となっている。本実施形態においては、Ｋ＝５の場合について説明している。
【００４０】
固定子巻線２１４は、その接続先で区別すると、図１の２１４Ｕ１，２１４Ｕ１’，２１４Ｖ１，２１４Ｖ１’，２１４Ｗ１，２１４Ｗ１’，２１４Ｕ２，２１４Ｕ２’，２１４Ｖ２，２１４Ｖ２’，２１４Ｗ２，２１４Ｗ２’で示すように１２種ある。各々の接続先は、第１の実施形態における１１４Ｕ１，１１４Ｕ１’，…１１４Ｗ２，１１４Ｗ２’と同様である。
【００４１】
図６に示す出力電流Ｕ１と出力電流Ｕ２との位相差は、第１の実施形態の場合と同様に、同期電動機駆動システム２０００に含まれる三相インバータの個数をＬ個とした場合に、上記のＫを用いてＬ／Ｋ×（π/３［ｒａｄ］）で表される。本実施形態の場合、Ｋ＝５、Ｌ＝２であるから、出力電流Ｕ１と出力電流Ｕ２との位相差は２π／１５［ｒａｄ］である。したがって、固定子巻線２１４Ｕ１，２１４Ｕ２には、互いに位相が２π／１５［ｒａｄ］ずれた電力が供給されることになる。このことは、出力電流Ｖ１と出力電流Ｖ２との間、出力電流Ｗ１と出力電流Ｗ２との間でも同様である。
【００４２】
また、図６に示す固定子巻線２１４Ｕ１と２１４Ｕ１’は巻回方向が同じである。固定子巻線２１４Ｖ１と２１４Ｖ１’、固定子巻線２１４Ｗ１と２１４Ｗ１’においても同様の関係となっている。この関係は、第２の三相インバータ１０２から電力供給を受ける固定子巻線についても同様である。なお、本実施形態のように磁極数を２で割った値（すなわち、極対数）が偶数の場合、換言するとＫが奇数の場合、機械角で１８０［°］対称の位置にある固定子ティースに巻回されている固定子巻線同士は、巻回方向が同じとなっている。
【００４３】
図８は、第２の実施形態に係る固定子巻線２１４Ｕ１が巻回されている固定子ティース２１３１，２１３２，２１３３，２１３４付近の拡大図である。固定子ティース２１３１は、固定子ティース２１３２に対して機械角で−１２［°］の位置（電気角では、（π−π／１５）［ｒａｄ］ずれた位置）に配置されている。また、固定子ティース２１３３は、固定子ティース２１３２に対して機械角で＋１２［°］の位置（電気角では、（π−π／１５）［ｒａｄ］ずれた位置）に配置されている。
【００４４】
次に、各固定子巻線２１４の巻き方について、各固定子巻線２１４の構造も含めて説明する。
まず、図８に示すように、固定子巻線２１４Ｕ１は、固定子ティース２１３１に巻回されたサブ巻線２１４Ｕ１ａと、固定子ティース２１３２に巻回されたサブ巻線２１４Ｕ１ｂと、固定子ティース２１３３に巻回されたサブ巻線２１４Ｕ１ｃと、固定子ティース２１３４に巻回されたサブ巻線２１４Ｕ１ｄとからなる。サブ巻線２１４Ｕ１ａ、２１４Ｕ１ｂ、２１４Ｕ１ｃ、２１４Ｕ１ｄが、固定子ティース２１３１、２１３２、２１３３、２１３４に亘って直列に接続されていることにより接続先が同一の固定子巻線２１４Ｕ１を構成している。図８で図示されていない他の固定子巻線においても同様の構成となっている。
【００４５】
また、図８に示すように、固定子ティース２１３３には、固定子巻線２１４Ｕ１のみが巻回されている。一方、固定子ティース２１３１，２１３２には、固定子巻線２１４Ｕ１と固定子巻線２１４Ｗ２’の２つの固定子巻線が巻回されており、固定子ティース２１３４には、固定子巻線２１４Ｕ１と固定子巻線２１４Ｕ２の２つの固定子巻線が巻回されている。このように、固定子巻線２１４Ｕ１は、複数の固定子ティース２１３に亘って巻回されている。
【００４６】
図９は、第２の実施形態に係る各固定子巻線２１４の固定子２０６における配置を示す図である。図９中の複数の長尺状の四角は、その１つ１つが各固定子巻線２１４を示している。本実施形態においては、固定子巻線２１４Ｕ１と同様に、各固定子巻線２１４に４つのサブ巻線が含まれている。また、図９に示すように、固定子巻線２１４Ｕ１以外の固定子巻線２１４についても、固定子巻線２１４Ｕ１と同様に複数の固定子ティース２１３に亘って巻回されている。
【００４７】
固定子２０６全体で見ると、固定子ティース２１３３，２１３５，２１３８，…，２１３２８，２１３３０のように１種類のサブ巻線のみが巻回されている固定子ティース２１３が複数個毎に配置されている。図９に示す例においては、１種類のサブ巻線のみが巻回されている固定子ティース２１３が２個毎に配置されている箇所と３個毎に配置されている箇所とがある。
【００４８】
本実施形態においても、１種類のサブ巻線のみが巻回されている一対の固定子ティースの間に存在する固定子ティースには、当該一対の固定子ティースの一方に巻回されているサブ巻線と接続先が同一のサブ巻線と、他方に巻回されているサブ巻線と接続先が同一のサブ巻線とが巻回されている。具体的に図８を用いて説明すると、サブ巻線２１４Ｕ１ｃのみが巻回されている固定子ティース２１３３とサブ巻線２１４Ｗ２’ｂのみが巻回されている固定子ティース２１３３０の間には、固定子ティース２１３１，２１３２が存在する。固定子ティース２１３１には，サブ巻線２１４Ｕ１ｃと接続先が同一のサブ巻線２１４Ｕ１ａと、サブ巻線２１４Ｗ２’ｂと接続先が同一のサブ巻線２１４Ｗ２’ｃとが巻回されている。また、固定子ティース２１３２には，サブ巻線２１４Ｕ１ｃと接続先が同一のサブ巻線２１４Ｕ１ｂと、サブ巻線２１４Ｗ２’ｂと接続先が同一のサブ巻線２１４Ｗ２’ｄとが巻回されている。
【００４９】
このような巻き方を各固定子巻線２１４についてすることで、第１の実施形態と同様に、互いに接続先が異なるサブ巻線１つのみが巻回されている固定子ティース２１３同士が、隣り合うことはない。
１種類のサブ巻線のみが巻回されている固定子ティース２１３間に１本の固定子ティース２１３のみが配置されている場合、その固定子ティース２１３に巻回された１以上のサブ巻線の巻数比は、１種類のサブ巻線のみが巻回されている固定子ティース２１３、例えば固定子ティース２１３３に巻回されたサブ巻線２１４Ｕ１ｃの巻数をＮ１、２種類のサブ巻線が巻回されている固定子ティース２１３、例えば固定子ティース２１３４に巻回されたサブ巻線２１４Ｕ１ｄの巻数をＮ２とした場合、次の関係が満たされている。
【００５０】
Ｎ２＝Ｎ１／２（ｃｏｓ（π／３／Ｋ））
本実施形態においては、Ｋ＝５であるので、
Ｎ２＝Ｎ１／２（ｃｏｓ（π／１５））
の関係を満たしていることになる。例えば、Ｎ１＝５０とした場合、Ｎ２＝２４．４５≒２４である。
【００５１】
一方、１種類のサブ巻線のみが巻回されている固定子ティース２１３間に２本の固定子ティース２１３が配置されている場合、それらの固定子ティース２１３に巻回された１以上のサブ巻線の巻数比は、以下のようになる。
２種類のサブ巻線が巻回されている固定子ティース２１３、例えば固定子ティース２１３２に巻回されたサブ巻線２１４のうち、１種類のサブ巻線のみが巻回されている隣接する固定子ティース２１３である、固定子ティース２１３３に巻回されたサブ巻線２１４Ｕ１ｃと同じ種類のサブ巻線２１４Ｕ１ｂの巻数をＮ３とし、他方のサブ巻線２１４Ｗ２’ｄの巻数をＮ４とした場合、次の関係が満たされている。
【００５２】
Ｎ３＝Ｎ１×ｓｉｎ（２ｘ）／ｓｉｎ（３ｘ）
Ｎ４＝Ｎ１×ｓｉｎ（ｘ）／ｓｉｎ（３ｘ）
但し、ｘ＝（π／３／Ｋ）である。
図８において、固定子巻線２１４Ｕ１が巻回されている固定子ティース２１３１，２１３２，２１３３，２１３４からなる固定子ティース群において、隣接関係にある固定子ティースに巻回されているサブ巻線は、互いに巻回方向が逆である。具体的には、サブ巻線２１４Ｕ１ａとサブ巻線２１４Ｕ１ｂ、サブ巻線２１４Ｕ１ｂとサブ巻線２１４Ｕ１ｃ、サブ巻線２１４Ｕ１ｃとサブ巻線２１４Ｕ１ｄは互いに巻回方向が逆である。
【００５３】
＜効果＞
本実施形態においても、隣接関係にある一対の固定子ティース２１３は、いずれも、少なくとも一方の固定子ティース２１３に２以上のサブ巻線が巻回されており、これらのサブ巻線が互いに異なる三相インバータに接続されるようになっている。したがって、本実施形態においても、第１の実施形態と同等のトルク脈動低減効果を得ることができる。
【００５４】
また、本実施形態のように、各固定子巻線を４本の固定子ティースに亘って巻回することで、図６で示したように、三相インバータ２台で駆動させることができる。したがって、本実施形態においても、同期電動機駆動システムの小型化および低コスト化を図ることができる。
≪第３の実施形態≫
第１および第２の実施形態においては、１種類のサブ巻線のみが巻回されている固定子ティースが含まれるような巻き方としていたが、本発明はこれに限定されない。本実施形態においては、１種類のサブ巻線のみが巻回されている固定子ティースが含まれない例について説明する。
【００５５】
図１０は、第３の実施形態に係る同期電動機駆動システム３０００の全体構成を示す図である。
同期電動機駆動システム３０００は、同期電動機３００と、同期電動機３００に電力を供給する第１の三相インバータ３０１，第２の三相インバータ３０２，第３の三相インバータ３０３からなる。
【００５６】
同期電動機３００は、第１の実施形態に係る同期電動機１００（図２）と同じ回転子１０５と固定子１０６を備えている。同期電動機３００と同期電動機１００との異なる点は、固定子巻線の数および各固定子巻線の巻き方である。
同期電動機３００は、図１０に示すように、３１４Ｕ１，３１４Ｕ１’，３１４Ｖ１，３１４Ｖ１’，３１４Ｗ１，３１４Ｗ１’，３１４Ｕ２，３１４Ｕ２’，３１４Ｖ２，３１４Ｖ２’，３１４Ｗ２，３１４Ｗ２’，３１４Ｕ３，３１４Ｕ３’，３１４Ｖ３，３１４Ｖ３’，３１４Ｗ３，３１４Ｗ３’で示す１８種の固定子巻線を有する。
【００５７】
固定子巻線３１４Ｕ１，３１４Ｕ１’は第１の三相インバータ３０１のＵ相アーム３０４ｕに、固定子巻線３１４Ｖ１，３１４Ｖ１’は第１の三相インバータ３０１のＶ相アーム３０４ｖに、固定子巻線３１４Ｗ１，３１４Ｗ１’は第１の三相インバータ３０１のＷ相アーム３０４ｗに、それぞれ接続されている。特に説明しないが、固定子巻線３１４Ｕ２，３１４Ｕ２’，３１４Ｖ２，３１４Ｖ２’，３１４Ｗ２，３１４Ｗ２’，３１４Ｕ３，３１４Ｕ３’，３１４Ｖ３，３１４Ｖ３’，３１４Ｗ３，３１４Ｗ３’についても同様の接続関係となっている。
【００５８】
図１０に示す出力電流Ｕ１と出力電流Ｕ２との位相差、および出力電流Ｕ２と出力電流Ｕ３との位相差は、上記のＫを用いて（π/３［ｒａｄ］）／Ｋで表される。本実施形態の場合、Ｋ＝４であるから、出力電流Ｕ１と出力電流Ｕ２との位相差、および出力電流Ｕ２と出力電流Ｕ３との位相差は、π／１２［ｒａｄ］である。したがって、固定子巻線３１４Ｕ１，３１４Ｕ２には、互いに位相がπ／１２［ｒａｄ］ずれた電力が供給され、固定子巻線３１４Ｕ２，３１４Ｕ３には、互いに位相がπ／１２［ｒａｄ］ずれた電力が供給されることになる。このことは、出力電流Ｖ１と出力電流Ｖ２との間、出力電流Ｖ２と出力電流Ｖ３との間、出力電流Ｗ１と出力電流Ｗ２との間、および出力電流Ｗ２と出力電流Ｗ３でも同様である。
【００５９】
図１１は、第３の実施形態に係る各固定子巻線の固定子１０６における配置を示す図である。
本実施形態では、各固定子巻線を３本の固定子ティース１１３に亘って巻回するようにしている。さらに、いずれの固定子ティース１１３においても２以上のサブ巻線が巻回されるようにしており、固定子ティース１１３３，１１３７，１１３１１，１１３１５，１１３１９，１１３２３にあっては、３のサブ巻線が巻回されている。このような巻き方である結果、１種類のサブ巻線のみが巻回されている固定子ティース１１３は存在しない。
【００６０】
本実施形態のような巻き方であっても、隣接関係にある一対の固定子ティース１１３は、いずれも、少なくとも一方の固定子ティース１１３に２以上のサブ巻線が巻回されており、これらのサブ巻線が互いに異なる三相インバータに接続されるようになっている。したがって、従来と比較してトルク脈動を抑制することが可能である。
また、本実施形態では、各固定子巻線を３本の固定子ティース１１３に亘って巻回するようにしている。したがって、本実施形態によれば、図１０に示すように、必要な三相インバータの台数を３台にすることが可能である。よって、本実施形態においても、同期電動機駆動システムの小型化および低コスト化を図ることができる。
【００６１】
≪第４の実施形態≫
本実施形態においても、第３の実施形態と同様に１種類のサブ巻線のみが巻回されている固定子ティースが含まれない例について説明する。
図１２は、第４の実施形態に係る同期電動機駆動システム４０００の全体構成を示す図である。
【００６２】
同期電動機駆動システム４０００は、第３の実施形態に係る同期電動機駆動システム３０００における同期電動機３００が同期電動機４００に変わったものである。
同期電動機４００は、第２の実施形態に係る同期電動機２００（図７）と同じ回転子２０５と固定子２０６を備えている。同期電動機４００と同期電動機２００との異なる点は、固定子巻線の数および各固定子巻線の巻き方である。
【００６３】
同期電動機４００は、図１２に示すように、４１４Ｕ１〜４１４Ｕ３，４１４Ｕ１’〜４１４Ｕ３’，４１４Ｖ１〜４１４Ｖ３，４１４Ｖ１’〜４１４Ｖ３’，４１４Ｗ１〜４１４Ｗ３，４１４Ｗ１’〜４１４Ｗ３’の１８種の固定子巻線を有する。各固定子巻線の接続関係は、第３の実施形態におけるものと略同様である。但し、第３の実施形態と異なり、固定子巻線４１４Ｕ１と４１４Ｕ１’は巻回方向が同じである。
【００６４】
図１２に示す出力電流Ｕ１と出力電流Ｕ２との位相差、および出力電流Ｕ２と出力電流Ｕ３との位相差は、上記の実施形態の場合と同様に、上記のＫを用いて（π/３［ｒａｄ］）／Ｋで表される。本実施形態の場合、Ｋ＝５であるから、出力電流Ｕ１と出力電流Ｕ２との位相差、および出力電流Ｕ２と出力電流Ｕ３との位相差は、π／１５［ｒａｄ］である。したがって、固定子巻線４１４Ｕ１，４１４Ｕ２には、互いに位相がπ／１５［ｒａｄ］ずれた電力が供給され、固定子巻線４１４Ｕ２，４１４Ｕ３には、互いに位相がπ／１５［ｒａｄ］ずれた電力が供給されることになる。このことは、出力電流Ｖ１と出力電流Ｖ２との間、出力電流Ｖ２と出力電流Ｖ３との間、出力電流Ｗ１と出力電流Ｗ２との間、および出力電流Ｗ２と出力電流Ｗ３でも同様である。
【００６５】
図１３は、第４の実施形態に係る各固定子巻線の固定子２０６における配置を示す図である。
本実施形態では、各固定子巻線を４本の固定子ティース２１３に亘って巻回するようにしている。さらに、いずれの固定子ティース２１３においても２以上のサブ巻線が巻回されるようにしており、固定子ティース２１３２，２１３４，２１３７，２１３９，２１３１２，２１３１４，２１３１７，２１３１９，２１３２２，２１３２４，２１３２７，２１３２９にあっては、３種類のサブ巻線が巻回されている。このような巻き方である結果、第３の実施形態と同様に、１種類のサブ巻線のみが巻回されている固定子ティース２１３は存在しない。したがって、従来と比較してトルク脈動を抑制することが可能である。
【００６６】
本実施形態のように、各固定子巻線を４本の固定子ティース２１３に亘って巻回するようにした場合には、図１２に示すように、必要な三相インバータの台数を３台にすることが可能である。したがって、本実施形態においても、同期電動機駆動システムの小型化および低コスト化を図ることができる。
≪変形例・その他≫
以上、第１〜第４の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限られない。例えば、以下のような変形例等が考えられる。
【００６７】
（１）上記の実施形態においては、Ｋ＝４およびＫ＝５の場合について説明したが、本発明においては、Ｋの数値は特に限定されない。ここでは、Ｋ＝６およびＫ＝７の場合における各固定子巻線の巻き方について簡単に説明する。
図１４は、Ｋ＝６、Ｌ＝２の場合における、各固定子ティースとそれに巻回されている固定子巻線を示す表である。図１４に示す各表の上方には固定子ティースの番号を示している。本例ではＫ＝６であるので、固定子ティースは１〜３６番まである。図１４に示す各表の左側には固定子巻線の種類を示している。本例ではＬ＝２であるので、第１および第２の実施形態と同様に１２種ある。例えば、「Ｕ１」は、第１のインバータのＵ相アームに接続されていることを示しており、「Ｕ２」は、第２のインバータのＵ相アームに接続されていることを示している。また、「Ｕ１’」は「Ｕ１」と同様に第１のインバータのＵ相アームに接続されているが、「Ｕ１」とは巻回方向が逆である。また、各固定子巻線は、この表で丸が付されている固定子ティースに巻回されている。例えば、「Ｕ１」は、１番〜５番の固定子ティースに巻回されていることを示している。
【００６８】
図１４に示すように、各固定子巻線は、５本の固定子ティースに亘って巻回されている。つまり、各固定子巻線は５つのサブ巻線から構成されていることになる。１つのサブ巻線のみが巻回されている固定子ティースは、３番，６番，９番，…，３０番，３３番，３６番であり、固定子ティース３個毎に１個存在する。３番の固定子ティースと６番の固定子ティースの間に存在する４番，５番の固定子ティースに着目すると、当該各固定子ティースには、３番の固定子ティースに巻回されている固定子巻線（Ｕ１）と接続先が同一のサブ巻線と、６番の固定子ティースに巻回されている固定子巻線（Ｕ２）と接続先が同一のサブ巻線とが巻回されている。
【００６９】
図１５、１６は、Ｋ＝６、Ｌ＝３の場合における、各固定子ティースとそれに巻回されている固定子巻線を示す表である。本例ではＫ＝６なので、固定子ティースは１〜３６番まである。また、本例ではＬ＝３なので、固定子巻線は１８種である。図１５、１６に示すように、各固定子巻線は３本の固定子ティースに亘って巻回されているため、各固定子巻線は３つのサブ巻線から構成されていることになる。１つのサブ巻線のみが巻回されている固定子ティースは、２番，４番，６番，…，３２番，３４番，３６番であり、固定子ティース２個毎に１個存在する。２番の固定子ティースと４番の固定子ティースの間に存在する３番の固定子ティースに着目すると、２番の固定子ティースに巻回されている固定子巻線（Ｕ１）と接続先が同一のサブ巻線と、４番の固定子ティースに巻回されている固定子巻線（Ｕ２）と接続先が同一のサブ巻線とが巻回されている。
【００７０】
図１７は、Ｋ＝７、Ｌ＝２の場合における、各固定子ティースとそれに巻回されている固定子巻線を示す表である。本例ではＫ＝７なので、固定子ティースは１〜４２番まである。また、本例ではＬ＝２なので、固定子巻線は１２種である。図１７に示すように、各固定子巻線は６本の固定子ティースに亘って巻回されているため、各固定子巻線は６つのサブ巻線から構成されていることになる。１つのサブ巻線のみが巻回されている固定子ティースは、４番，７番，１１番，１４番，…，３２番，３５番，３９番，４２番であり、固定子ティース３個毎に１個存在する箇所と、４個毎に１個存在する箇所とがある。４番の固定子ティースと７番の固定子ティースの間に存在する５番，６番の固定子ティースに着目すると、当該各固定子ティースには、４番の固定子ティースに巻回されている固定子巻線（Ｕ１）と接続先が同一のサブ巻線と、７番の固定子ティースに巻回されている固定子巻線（Ｕ２）と接続先が同一のサブ巻線とが巻回されている。
【００７１】
このように、図１４〜１７に示した例では、隣接関係にある一対の固定子ティースは、いずれも、少なくとも一方の固定子ティースに２以上のサブ巻線が巻回されており、これらのサブ巻線が互いに異なる三相インバータに接続されるようにすることができる。したがって、従来と比較して、トルク脈動を抑制することが可能である。
（２）第１および第２の実施形態、図１４〜１７に示した例のように、三相インバータの個数を２／Ｋ以下のＬ個（但し、Ｌは２以上の整数）とすることで、１種類のサブ巻線のみが巻回されている固定子ティースを存在させることが可能である。したがって、三相インバータの個数を２／Ｋ以下のＬ個とすることで、各固定子ティースに巻回するサブ巻線の巻数を削減することができる。
【００７２】
（３）第１〜第４の実施形態においては、固定子ティースの数を６Ｋとした場合に、磁極の数が６Ｋ±２で表されることとしたが、これは単なる一例であり、必ずしもこの関係を満たしている必要はない。この関係を満たしていない同期電動機を含む同期電動機駆動システムであっても、当該同期電動機が複数の三相インバータから三相交流の供給を受けるものであれば、本発明を適用することが可能である。なお、６Ｋの固定子ティースと６Ｋ±２の磁極とを備える同期電動機は、全て２台の三相インバータで駆動することが可能である。
【００７３】
（４）上述したようにＫの数値は特に限定されないが、Ｋは４〜６とすることが望ましい。Ｋが４〜６であって、「固定子ティースの数を６Ｋとした場合に、磁極の数が６Ｋ±２で表される」という関係を満たしている場合、磁極数が２２、２６、２８、３２、３４、３８の多極電動機とすることができるため、高トルク化に有効である。
さらに、Ｋを４〜６とすることで次のような利点もある。例えば、電気自動車のタイヤを直接的に駆動するインホイールモータでは、最大回転数が１２００〜１５００［ｒ／ｍｉｎ］程度である。ここで、三相インバータのＵ相アーム、Ｖ相アーム、Ｗ相アームの各アームは、直列接続されたスイッチング素子で構成されている。スイッチング素子には、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＩＧＢＴ）に代表されるパワー半導体素子が用いられており、このパワー半導体素子はパルス幅変調方式（ＰＷＭ方式）に基づき駆動制御される。このパワー半導体素子を用いたＰＷＭ方式に基づき生成される、電動機の駆動電流波形の周波数は、現状では４００［Ｈｚ］程度が実用の上限となっている。この条件を満たす電動機の極数は、３２極〜４０極程度となる。したがって、Ｋを４〜６とすることで実用的かつ高性能な電動機を構成することができる。
【００７４】
（５）第１〜第４の実施形態および図１４〜１９に示した各固定子巻線の巻き方は本発明の単なる一例である。各固定子ティースに巻回された１以上の巻線は、隣接関係にある一対の固定子ティースは、いずれも、少なくとも一方の固定子ティースに２以上のサブ巻線が巻回されており、これらのサブ巻線が互いに異なる三相インバータに接続されるようになっていれば、上記の巻き方には限定されない。
【００７５】
（６）第１の実施形態で述べたように、当該第１の実施形態にように磁極数を２で割った値（すなわち、極対数）が奇数の場合、換言するとＫが偶数の場合、機械角で１８０［°］対称の位置にある固定子ティースに巻回されている固定子巻線同士は、巻回方向が逆となっている。これは、第１の実施形態だけでなく、Ｋが偶数である第３の実施形態および図１４〜１６の場合でも当てはまることである。
【００７６】
また、第２の実施形態で述べたように、当該第２の実施形態にように磁極数を２で割った値（すなわち、極対数）が偶数の場合、換言するとＫが奇数の場合、機械角で１８０［°］対称の位置にある固定子ティースに巻回されている固定子巻線同士は、巻回方向が同じとなっている。これは、第２の実施形態だけでなく、Ｋが奇数である第４の実施形態および図１７の場合でも当てはまることである。
【００７７】
（７）第３の実施形態において（Ｋ＝４、Ｌ＝３）、第１の三相インバータにおける電流位相を０［ｒａｄ］とした場合に、第２の三相インバータにおける電流位相をπ／１２［ｒａｄ］、第３の三相インバータにおける電流位相をπ／６［ｒａｄ］とする例について説明したが、本発明はこれに限定されない。０［ｒａｄ］，（π／３）／Ｋ×１［ｒａｄ］，（π／３）／Ｋ×２［ｒａｄ］，（π／３）／Ｋ×３［ｒａｄ］の４つの電流位相の中から、任意に３つの電流位相を選択することができる。なお、第３の実施形態においては、０［ｒａｄ］，（π／３）／Ｋ×１［ｒａｄ］，（π／３）／Ｋ×２［ｒａｄ］を選択した例を示した。
【００７８】
（８）第１〜第４の実施形態では固定子巻線は固定子ティースに巻回されているが、本発明はこれに限らず、固定子ティースのない、いわゆるコアレスモータにも適用可能である。
（９）第１〜第４の実施形態では特に挙げていないが、固定子ティースが回転子の軸方向に進むほど周方向に最大で固定子ティースの配置間隔だけずれていくスキュー配置を施すこととしてもよい。
【００７９】
（１０）第１〜第４の実施形態では、回転子が固定子の外側に配置されたアウターロータ型の同期電動機で説明しているが、回転子を固定子の内側に配置したインナーロータ型の同期電動機に対しても適用することが可能である。図１８は、インナーロータ型の同期電動機７００の全体構成を示す図である。同期電動機７００は、回転子７０５と固定子７０６を含む。回転子７０５には永久磁石７０８が周方向に等間隔に配置されている。固定子７０６には、永久磁石７０８に対向するように、固定子ティース７１３が周方向に等間隔に配置されている。固定子ティース７１３には、固定子巻線７１４が巻回されている。
【００８０】
本発明は、さらに、インナーロータ型の同期電動機だけでなく、回転子と固定子とが軸方向に空隙を持って配置された、いわゆる面対向のアキシャルギャップ式同期電動機や、これらを複数組み合わせた構造の同期電動機でも同じ効果が得られる。
（１１）第１〜第４の実施形態では、回転子の磁極を永久磁石により構成したが、磁気抵抗の差で構成したリラクタンストルクを利用した同期電動機、回転子に両者を組み合わせた同期電動機でも適用可能である。
【００８１】
（１２）本発明は、同期回転機に限らず、同期発電機、また、直動駆動されるリニア同期電動機、リニア同期発電機にも適用できる。
（１３）各図は、本発明が理解できる程度に配置関係を概略的に示してあるに過ぎず、従って、本発明は図示例に限定されるものではない。また、図を分かり易くするために、一部省略した部分がある。
【００８２】
（１４）上記の実施形態および変形例は単なる好適例に過ぎず、何らこれに限定されない。また、これらの実施形態および変形例に挙げた構成を適宜好適に組み合わせることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は、低振動性および低騒音性が要求される、コンプレッサ用、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車等の同期電動機駆動システムに好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１００、２００、３００，４００、７００、９００ 同期電動機
１０１、３０１ 第１の三相インバータ
１０２、３０２ 第２の三相インバータ
１０３ｕ、３０４ｕ Ｕ相アーム
１０３ｖ、３０４ｖ Ｖ相アーム
１０３ｗ、３０４ｗ Ｗ相アーム
１０４ｕ Ｕ相アーム
１０４ｖ Ｖ相アーム
１０４ｗ Ｗ相アーム
１０５、２０５、７０５、９０１ 回転子
１０６、２０６、７０６、８０６、９０２ 固定子
１０７ 回転子コア
１０８、２０８、７０８ 永久磁石
１０９、２０９、９０５ 磁極
１１０、１１１ 回転子磁極間
１１２ 固定子ヨーク
１１３、２１３、７１３、８１３、９０３ 固定子ティース
１１４、２１４、３１４、４１４、７１４、９０４Ｕ１、９０４Ｖ１、９０４Ｗ１、９０４Ｕ１’、９０４Ｖ１’、９０４Ｗ１’、９０４Ｕ２、９０４Ｖ２、９０４Ｗ２ 固定子巻線
３０３ 第３の三相インバータ
１０００、２０００、３０００、４０００ 同期電動機駆動システム
ＢＡ 電源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期電動機と同期電動機に互いに位相のずれた複数の三相交流を供給する複数の三相インバータとを備える同期電動機駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンプレッサ、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車等の種々の機器には、同期電動機駆動システムが組み込まれている。このような同期電動機駆動システムとして、同期電動機と、同期電動機に互いに位相のずれた複数の三相交流電力を供給する複数の三相インバータとを備えるものがある（例えば、特許文献１）。
図１９は、特許文献１に係る同期電動機９００の基本構成を示す図である。同期電動機９００は、回転子９０１と固定子９０２を含む。回転子９０１は周方向に等間隔に配置された８個の磁極（永久磁石）９０５を有し、固定子９０２は、周方向に等間隔に配置された９個の固定子ティース９０３を有する。固定子ティース９０３の各々には、固定子巻線９０４Ｕ１，９０４Ｖ１，９０４Ｗ１，９０４Ｕ１’，９０４Ｖ１’，９０４Ｗ１’，９０４Ｕ２，９０４Ｖ２，９０４Ｗ２が集中巻に巻回されている。
【０００３】
上記９種の固定子巻線のうち、固定子巻線９０４Ｕ１，９０４Ｖ１，９０４Ｗ１，９０４Ｕ１’，９０４Ｖ１’，９０４Ｗ１’の６つの巻線は、第１の三相インバータから電力供給を受けている。一方、固定子巻線９０４Ｕ２，９０４Ｖ２，９０４Ｗ２の３つの巻線は、第１の三相インバータとは別の第２の三相インバータから電力供給を受けている（特許文献１の図１３参照）。第１の三相インバータと第２の三相インバータとは、互いに位相のずれた複数の三相交流を出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１１５０６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような同期電動機システムには、低振動、低騒音の要請から、低トルク脈動であることが求められる。しかしながら、特許文献１のように、隣接関係にある固定子ティースに巻回されている巻線が互いに異なる三相インバータに接続されている場合には、トルク脈動が増大するという課題がある。
複数の三相インバータは、これらの間で所定の位相差を保つように電流位相制御される必要があるところ、製造誤差や外部からのノイズの影響等の理由により、三相インバータにおける電流位相制御にバラツキが生じる場合がある。そうすると、この電流位相のバラツキの影響が各固定子ティースに作用するトルクのバラツキとなって現れる。このトルクのバラツキにより、トルク脈動が増大してしまう。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、複数の三相インバータ間の電流位相制御にバラツキが生じることによる、トルク脈動の増大を抑制することが可能な同期電動機駆動システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る同期電動機駆動システムは、周方向に等間隔に配置された複数の磁極を有する回転子と、周方向に等間隔に配置された複数の固定子ティースを有する固定子と、を含む同期電動機と、前記同期電動機に互いに位相のずれた複数の三相交流を供給する、複数の三相インバータと、を備える同期電動機駆動システムであって、各固定子ティースには、１または２種類以上の巻線が集中巻に巻回されており、各固定子ティースに巻回された各巻線は、それぞれ前記複数の三相インバータのいずれかの相に接続されており、隣接関係にある一対の固定子ティースは、いずれも、少なくとも一方の固定子ティースに２種類以上の巻線が巻回されており、これらの巻線が互いに異なる三相インバータに接続されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の同期電動機駆動システムによれば、各固定子ティースには、１または２種類以上の巻線が、隣接関係にある固定子ティース間の電気角位相差が各固定子ティース間で等しくなるように集中巻に巻回されている。このときに、本発明では、隣接関係にある一対の固定子ティースで見ると、いずれも、少なくとも一方の固定子ティースに２種類以上の巻線が巻回されており、これらの巻線が互いに異なる三相インバータに接続されるようにしている。このような構成とすることで、複数の三相インバータのうちの１台における電流位相が理想的な位相からαだけずれた場合であっても、２種類以上の巻線が巻回された固定子ティースに発生する磁界の位相に与える影響はαそのものではなく、２種類以上の巻線の巻数比に応じて、αから幾らか減じたものとなる。したがって、電流位相制御のバラツキの影響が現れる箇所がないため、従来と比較してトルク脈動の低減を図ることができる。
【０００９】
以上説明したように、本発明によれば、複数の三相インバータ間の電流位相制御にバラツキが生じることによる、トルク脈動の増加を抑制することが可能な同期電動機駆動システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係る同期電動機駆動システム１０００の全体構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る同期電動機１００の全体構成を示す図である。
【図３】第１の実施形態に係る同期電動機１００の詳細図である。
【図４】第１の実施形態に係る各固定子巻線１１４の固定子１０６における配置を示す図である。
【図５】（ａ）第１の実施形態の同期電動機１００に係るトルク変化をシミュレーションした結果を示す図と、（ｂ）特許文献１の同期電動機９００に係るトルク変化をシミュレーションした結果を示す図である。
【図６】第２の実施形態に係る同期電動機駆動システム２０００の全体構成を示す図である。
【図７】第２の実施形態に係る同期電動機２００の全体構成を示す図である。
【図８】第２の実施形態に係る同期電動機２００の詳細図である。
【図９】第２の実施形態に係る各固定子巻線２１４の固定子２０６における配置を示す図である。
【図１０】第３の実施形態に係る同期電動機駆動システム３０００の全体構成を示す図である。
【図１１】第３の実施形態に係る各固定子巻線の固定子１０６における配置を示す図である。
【図１２】第４の実施形態に係る同期電動機駆動システム４０００の全体構成を示す図である。
【図１３】第４の実施形態に係る各固定子巻線の固定子２０６における配置を示す図である。
【図１４】Ｋ＝６、Ｌ＝２の場合における、各固定子ティースとそれに巻回されている固定子巻線を示す表である。
【図１５】Ｋ＝６、Ｌ＝３の場合における、各固定子ティースとそれに巻回されている固定子巻線を示す表である。
【図１６】Ｋ＝６、Ｌ＝３の場合における、各固定子ティースとそれに巻回されている固定子巻線を示す表である。
【図１７】Ｋ＝７、Ｌ＝２の場合における、各固定子ティースとそれに巻回されている固定子巻線を示す表である。
【図１８】インナーロータ型の同期電動機７００の全体構成を示す図である。
【図１９】特許文献１に係る同期電動機９００の基本構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
≪第１の実施形態≫
＜構成＞
図１は、第１の実施形態に係る同期電動機駆動システム１０００の全体構成を示す図である。
同期電動機駆動システム１０００は、同期電動機１００と、同期電動機１００に電力を供給する第１の三相インバータ１０１，第２の三相インバータ１０２からなる。
【００１２】
直流電源ＢＡは、電源系統を整流して得られる直流電源、または、バッテリタイプ（代表的には、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池）の直流電源である。
第１の三相インバータ１０１，第２の三相インバータ１０２は、直流電源ＢＡから供給される直流電力を、位相が各々１２０［°］（電気角で２π／３［ｒａｄ］）ずれたＵ相，Ｖ相，Ｗ相の三相交流に変換し、その三相交流を同期電動機１００に供給する。Ｕ相の出力電流Ｕ１，Ｕ２はそれぞれＵ相アーム１０３ｕ，１０４ｕから出力され、Ｖ相の出力電流Ｖ１，Ｖ２はそれぞれＶ相アーム１０３ｖ，１０４ｖから出力され、Ｗ相の出力電流Ｗ１，Ｗ２はそれぞれＷ相アーム１０３ｗ，１０４ｗから出力される。
【００１３】
図２は、第１の実施形態に係る同期電動機１００の全体構成を示す図であり、図３は、同期電動機１００の詳細図である。
同期電動機１００は、回転子１０５、固定子１０６から構成される。
回転子１０５は、回転子コア１０７および複数の永久磁石１０８を含み、永久磁石１０８は回転子コア１０７に回転子の周方向に等間隔に配置されている。永久磁石１０８によって構成される磁極１０９は、固定子１０６に対してＮ極、Ｓ極が交互に配置された磁極対を構成している。磁極対Ｎ極、Ｓ極は電気角で２π［ｒａｄ］となり、隣り合う磁極の配置間隔は電気角でπ［ｒａｄ］となる。本実施形態では、回転子１０５の磁極が２２極なので、機械角に対して電気角が１１倍の関係となっている。
【００１４】
回転子１０５の磁極間１１０、１１１は、回転子１０５に配置された永久磁石で構成された磁極Ｎと磁極Ｓとの間の磁気中立点の位置を意味する。ここでは、機械的にも磁石と磁石との間の位置となっている。磁極間１１０は、反時計方向にみてＮ極からＳ極に変わる磁極間であり、磁極間１１１は、反時計方向にみてＳ極からＮ極に変わる磁極間である。なお、磁極間１１１’は、磁極間１１に対して電気角では同じ位置であるが機械角では異なる位置にある。
【００１５】
固定子１０６は、環状の固定子ヨーク１１２および固定子ヨーク１１２に周方向に等間隔に配置された複数の固定子ティース１１３を有する。各固定子ティース１１３には、固定子巻線１１４が集中巻に巻回されている。
回転子１０５の磁極１０９は周方向に等間隔で２２個並べられており、機械角で３６０／２２＝１６．４［°］の間隔となる。一方、固定子ティース１１３は、周方向に等間隔で２４個並べられており、機械角で３６０／２４＝１５［°］の間隔となる。このように、各固定子ティース１１３は、磁極１０９の配置間隔と異なる配置間隔で併設されており、磁極１０９と固定子ティース１１３とが半周当たり１１／１２だけずれて配置されている。また、各固定子ティース１１３の配置間隔は１１π／１２［ｒａｄ］であり、電気角で１６５［°］である。
【００１６】
本実施の形態においては、固定子ティース１１３の数を６Ｋとした場合、磁極１０９の数は６Ｋ±２で表される。同期電動機１００は、固定子ティース１１３の数が２４、磁極１０９の数が２２あるので、Ｋ＝４の場合について説明していることになる。固定子ティース１１３の数に対し、磁極１０９の数を上記のような関係とすることで、永久磁石１０８の磁束を有効に使うことができる。
【００１７】
固定子巻線１１４は、その接続先で区別すると、図１の１１４Ｕ１，１１４Ｕ１’，１１４Ｖ１，１１４Ｖ１’，１１４Ｗ１，１１４Ｗ１’，１１４Ｕ２，１１４Ｕ２’，１１４Ｖ２，１１４Ｖ２’，１１４Ｗ２，１１４Ｗ２’で示すように１２種ある。以下、各固定子巻線を区別しない場合には、単に固定子巻線１１４と記載することとする。
固定子巻線１１４Ｕ１，１１４Ｕ１’は第１の三相インバータ１０１のＵ相アーム１０３ｕに、固定子巻線１１４Ｖ１，１１４Ｖ１’は第１の三相インバータ１０１のＶ相アーム１０３ｖに、固定子巻線１１４Ｗ１，１１４Ｗ１’は第１の三相インバータ１０１のＷ相アーム１０３ｗに、それぞれ接続されている。同様に、固定子巻線１１４Ｕ２，１１４Ｕ２’は第２の三相インバータ１０２のＵ相アーム１０４ｕに、固定子巻線１１４Ｖ２，１１４Ｖ２’は第２の三相インバータ１０２のＶ相アーム１０４ｖに、固定子巻線１１４Ｗ２，１１４Ｗ２’は第２の三相インバータ１０２のＷ相アーム１０４ｗに、それぞれ接続されている。このように、各固定子巻線は、それぞれ第１および第２の三相インバータ１０１，１０２のいずれかの相に接続されている。
【００１８】
図１に示す出力電流Ｕ１と出力電流Ｕ２との位相差は、同期電動機駆動システム１０００に含まれる三相インバータの個数をＬ個とした場合に、上記のＫを用いてＬ／Ｋ×（π/３［ｒａｄ］）で表される。本実施形態の場合、Ｋ＝４、Ｌ＝２であるから、出力電流Ｕ１と出力電流Ｕ２との位相差はπ／６［ｒａｄ］である。したがって、固定子巻線１１４Ｕ１，１１４Ｕ２には、互いに位相がπ／６［ｒａｄ］ずれた電力が供給されることになる。このことは、出力電流Ｖ１と出力電流Ｖ２との間、出力電流Ｗ１と出力電流Ｗ２との間でも同様である。
【００１９】
また、図１に示すように、固定子巻線１１４Ｕ１と１１４Ｕ１’は巻回方向が互いに逆である。固定子巻線１１４Ｕ２，１１４Ｕ２’には共に出力電流Ｕ１が供給されるが、これらの巻線は互いに巻回方向が逆であるため、固定子巻線１１４Ｕ２および固定子巻線１１４Ｕ２’により生じる磁界の位相差はπ［ｒａｄ］となる。固定子巻線１１４Ｖ１と１１４Ｖ１’、固定子巻線１１４Ｗ１と１１４Ｗ１’においても同様の関係となっている。この関係は、第２の三相インバータ１０２から電力供給を受ける固定子巻線についても同様である。ここで、固定子巻線１１４Ｕ１と１１４Ｕ１’等の巻回方向が互いに逆である場合について示したが、これに代えて、固定子巻線１１４Ｕ１と１１４Ｕ１’等の巻回方向が同じであって、入力端子と中性点端子の接続を互いに逆にしてもよい。
【００２０】
なお、本実施形態のように磁極数を２で割った値（すなわち、極対数）が奇数の場合、換言するとＫが偶数の場合、機械角で１８０［°］対称の位置にある固定子ティースに巻回されている固定子巻線同士は、巻回方向が逆となっている。
図３は、固定子巻線１１４Ｕ１が巻回されている固定子ティース１１３１，１１３２，１１３３付近の拡大図である。なお、固定子巻線１１４と同様に、各固定子ティースを区別しない場合には、単に固定子ティース１１３と記載することとする。
【００２１】
固定子ティース１１３１は、固定子ティース１１３２に対して機械角で−１５［°］の位置（電気角では、π［ｒａｄ］からさらに−π／１２［ｒａｄ］ずれた位置）に配置されている。また、固定子ティース１１３３は、固定子ティース１１３２に対して機械角で＋１５［°］の位置（電気角では、π［ｒａｄ］からさらに＋π／１２［［ｒａｄ］］ずれた位置）に配置されている。
【００２２】
本実施形態は、各固定子巻線１１４の巻き方に特徴を有する。以下、各固定子巻線１１４の巻き方について、各固定子巻線１１４の構造も含めて説明する。
まず、図３に示すように、固定子巻線１１４Ｕ１は、固定子ティース１１３１に巻回されたサブ巻線１１４Ｕ１ａと、固定子ティース１１３２に巻回されたサブ巻線１１４Ｕ１ｂと、固定子ティース１１３３に巻回されたサブ巻線１１４Ｕ１ｃとからなる。すなわち、サブ巻線１１４Ｕ１ａ、１１４Ｕ１ｂ、１１４Ｕ１ｃが、固定子ティース１１３１、１１３２、１１３３に亘って直列に接続されていることにより接続先が同一の固定子巻線１１４Ｕ１を構成している。図３で図示されていない他の固定子巻線においても同様の構成となっている。各固定子巻線を構成している各サブ巻線は、本発明の巻線に相当する。
【００２３】
また、図３に示すように、固定子ティース１１３２には、固定子巻線１１４Ｕ１のみが巻回されている。一方、固定子ティース１１３１には、固定子巻線１１４Ｕ１と固定子巻線１１４Ｗ２’の２つの固定子巻線が巻回されており、固定子ティース１１３３には、固定子巻線１１４Ｕ１と固定子巻線１１４Ｕ２の２つの固定子巻線が巻回されている。このように、固定子巻線１１４Ｕ１は、複数の固定子ティース１１３に亘って巻回されている。
【００２４】
図４は、第１の実施形態に係る各固定子巻線１１４の固定子１０６における配置を示す図である。図４中の複数の長尺状の四角は、その１つ１つが各固定子巻線１１４を示している。本実施形態においては、固定子巻線１１４Ｕ１と同様に、各固定子巻線１１４に３つのサブ巻線が含まれている。また、図４に示すように、固定子巻線１１４Ｕ１以外の固定子巻線１１４についても、固定子巻線１１４Ｕ１と同様に複数の固定子ティース１１３に亘って巻回されている。
【００２５】
固定子１０６全体で見ると、固定子ティース１１３２，１１３４，１１３６，…，１１３２２，１１３２４のように１種類のサブ巻線のみが巻回されている固定子ティース１１３が複数個毎に配置されている。図４に示す例においては、１種類のサブ巻線のみが巻回されている固定子ティース１１３が２個毎にある。このように、１種類のサブ巻線のみが巻回されている固定子ティース１１３が含まれるような巻き方とすることで、１種類のサブ巻線のみが巻回されている固定子ティースが含まれない場合と比較して、各固定子ティースに巻回するサブ巻線の巻数を削減することができる。
【００２６】
そして、１種類のサブ巻線のみが巻回されている一対の固定子ティースの間に存在する固定子ティースには、当該一対の固定子ティースの一方に巻回されているサブ巻線と接続先が同一のサブ巻線と、他方に巻回されているサブ巻線と接続先が同一のサブ巻線とが巻回されている。具体的に、固定子ティース１１３２，１１３４を例に挙げて図３を用いて説明する。サブ巻線１１４Ｕ１ｂのみが巻回されている固定子ティース１１３２とサブ巻線１１４Ｕ２ｂのみが巻回されている固定子ティース１１３４の間に存在する固定子ティース１１３３には，サブ巻線１１４Ｕ１ｂと接続先（ここでの接続先は第１の三相インバータ１０１のＵ相アーム１０３ｕである。）が同一のサブ巻線１１４Ｕ１ｃと、サブ巻線１１４Ｕ２ｂと接続先（ここでの接続先は第２の三相インバータ１０２のＵ相アーム１０４ｕである。）が同一のサブ巻線１１４Ｕ２ａとが巻回されている。
【００２７】
このような巻き方を各固定子巻線１１４についてすることで、隣接関係にある一対の固定子ティース１１３で見ると、いずれも、少なくとも一方の固定子ティース１１３に２以上のサブ巻線が巻回されており、これらのサブ巻線が互いに異なる三相インバータに接続されるようになっている。つまり、互いに接続先が異なるサブ巻線１つのみが巻回されている固定子ティース１１３同士が、隣り合うことはない。
【００２８】
各固定子ティース１１３に巻回された１以上のサブ巻線の巻数比は、隣接関係にある固定子ティース１１３間の電気角位相差が各固定子ティース間で等しくなるように調整されている。具体的に図３で説明すると、サブ巻線１１４Ｕ１ｂの巻数をＮ１、サブ巻線１１４Ｕ１ａおよび１１４Ｕ１ｃの巻数をＮ２とした場合、次の関係が満たされている。
Ｎ２＝Ｎ１／２（ｃｏｓ（π／３／Ｋ））
本実施形態においては、Ｋ＝４であるので、
Ｎ２＝Ｎ１／２（ｃｏｓ（π／１２））
の関係を満たしていることになる。例えば、Ｎ１＝５０とした場合、Ｎ２＝２５．８≒２６である。
【００２９】
図３において、固定子巻線１１４Ｕ１が巻回されている固定子ティース１１３１，１１３２，１１３３からなる固定子ティース群において、隣接関係にある固定子ティースに巻回されているサブ巻線は、互いに巻回方向が逆である。具体的には、固定子ティース１１３１に巻回されているサブ巻線１１４Ｕ１ａと、固定子ティース１１３２に巻回されているサブ巻線１１４Ｕ１ｂは互いに巻回方向が逆である。また、固定子ティース１１３２に巻回されているサブ巻線１１４Ｕ１ｂと、固定子ティース１１３３に巻回されているサブ巻線１１４Ｕ１ｃは互いに巻回方向が逆である。
【００３０】
＜効果＞
各固定子巻線（各サブ巻線）を上記のような巻き方とすることで、例えば、第１の三相インバータ１０１に接続されているサブ巻線のみが巻回された第１の固定子ティースに隣接する固定子ティース（１種類のサブ巻線のみが巻回された固定子ティースの両隣りの固定子ティース）のうち、少なくとも一方の第２の固定子ティースには２以上のサブ巻線が巻回されていることになる。換言すると、第２の固定子ティースには、第１の三相インバータ１０１に接続されているサブ巻線と、第２の三相インバータ１０２に接続されているサブ巻線の両方が必ず巻回されていることになる。このため、第１の三相インバータ１０１，第２の三相インバータ１０２における電流位相制御にバラツキが生じた場合であっても、第２の固定子ティースに第２の三相インバータ１０２と接続されているサブ巻線のみが巻回されている場合（特許文献１の場合）と比較して、バラツキの影響が各固定子ティースに作用するトルクのバラツキとして現れにくい。
【００３１】
この理由は以下のように説明することができる。まず、従来例（図１９）における固定子巻線９０４Ｖ１が巻回された固定子ティース９０３と、固定子巻線９０４Ｗ２が巻回された固定子ティース９０３に注目する。固定子巻線９０４Ｗ２が巻回された固定子ティース９０３には、この固定子巻線９０４Ｗ２のみが巻回されている。そのため、第２の三相インバータにおける電流位相制御が、理想的な位相からα［ｒａｄ］だけずれたとした場合、固定子巻線９０４Ｗ２が巻回された固定子ティース９０３に発生する磁界の位相に与える影響は、α［ｒａｄ］そのものとなる。
【００３２】
一方、本実施形態（図３）における固定子巻線１１４Ｕ１が巻回された固定子ティース１１３２と、固定子巻線１１４Ｕ２が巻回された固定子ティース１１３３に注目する。上述したように、固定子ティース１１３２における巻数が５０である場合、固定子ティース１１３３における巻数は２６である。したがって、第２の三相インバータ１０２における電流位相制御が、理想的な位相からα［ｒａｄ］ずれた場合、固定子ティース１１３３に発生する磁界の位相に与える影響はα×２６／５０［ｒａｄ］＝α×０．５２［ｒａｄ］となり、従来例と比較して半減する。つまり、第２の三相インバータにおける電流位相制御がずれたとしても、その影響が半減される。
【００３３】
図５（ａ）は、第１の実施形態の同期電動機１００に係るトルク変化をシミュレーションした結果を示す図であり、図５（ｂ）は、特許文献１の同期電動機９００に係るトルク変化をシミュレーションした結果を示す図である。各図において、横軸は回転角度（電気角）［°］、縦軸はトルク［ｐ．ｕ］である。実線は、第１および第２の三相インバータにおける電流位相制御において位相のずれがない場合の結果であり、破線は、第１および第２の三相インバータのいずれか一方における電流位相制御が電気角で２０［°］ずれた場合の結果を示している。
【００３４】
図５（ａ）と図５（ｂ）との比較により明らかなように、本実施形態の構成によれば、三相インバータに電流位相制御にずれがない場合（実線）、ずれがある場合（破線）ともに、トルク脈動が低減されていることが見て取れる。
以上説明したように、複数の三相インバータ間における電流位相制御にバラツキが生じた場合であっても、それによる電気角位相のずれ量を、従来と比較して減少させることができる結果、トルク脈動の増大を抑制することが可能である。
【００３５】
また、本実施の形態に係るサブ巻線の巻き方によれば、各固定子巻線を複数本の固定子ティースに亘って巻回しているため、同期電動機に対し三相交流を供給するのに必要な三相インバータの個数を削減することができる。本実施形態では、各固定子巻線を３本の固定子ティースに亘って巻回することで、図１で示したように、三相インバータ２台で駆動させることができる。三相インバータの個数を削減することで、同期電動機駆動システムの小型化および低コスト化を図ることができる。この構成は、本実施形態のように磁極および固定子ティースの個数が比較的多い、いわゆる多極の同期電動機を備える同期電動機駆動システムの場合に特に有効である。なお、本発明者は、三相インバータの個数を削減することによるトルクの減少はなく、三相インバータ２台で駆動させた場合と同等のトルク特性を得られることを確認している。
【００３６】
≪第２の実施形態≫
＜構成＞
図６は、第２の実施形態に係る同期電動機駆動システム２０００の全体構成を示す図である。
同期電動機駆動システム２０００は、第１の実施形態に係る同期電動機駆動システム１０００における同期電動機１００が同期電動機２００に変わったものである。
【００３７】
図７は、第２の実施形態に係る同期電動機２００の全体構成を示す図であり、図８は、同期電動機２００の詳細図である。
同期電動機２００は、回転子２０５、固定子２０６から構成される。
本実施形態では回転子２０５に含まれる永久磁石２０８は２８極である。したがって、機械角に対して電気角が１４倍の関係となっている。また、固定子２０６は、周方向に等間隔に配置された３０個の固定子ティース２１３を有する。各固定子ティース２１３には、固定子巻線２１４が集中巻に巻回されている。
【００３８】
回転子２０５の磁極２０９は周方向に等間隔で２８個並べられており、機械角で３６０／２８≒１２．９［°］の間隔となる。一方、固定子ティース２１３は、周方向に等間隔で３０個並べられており、機械角で３６０／３０＝１２［°］の間隔となる。このように、各固定子ティース２１３は、磁極２０９の配置間隔と異なる配置間隔で併設されており、磁極２０９と固定子ティース２１３とが半周当たり１４／１５だけずれて配置されている。また、各固定子ティース２１３の配置間隔は１４π／１５［ｒａｄ］であり、電気角で１６８［°］である。
【００３９】
同期電動機２００は固定子ティース２１３の数が３０、磁極２０９の数が２８であるので、本実施形態においても固定子ティース２１３の数を６Ｋとした場合、磁極２０９の数が６Ｋ±２であるという関係を満たしている。したがって、同期電動機２００においても、永久磁石２０８の磁束を有効に使うことができる配置となっている。本実施形態においては、Ｋ＝５の場合について説明している。
【００４０】
固定子巻線２１４は、その接続先で区別すると、図１の２１４Ｕ１，２１４Ｕ１’，２１４Ｖ１，２１４Ｖ１’，２１４Ｗ１，２１４Ｗ１’，２１４Ｕ２，２１４Ｕ２’，２１４Ｖ２，２１４Ｖ２’，２１４Ｗ２，２１４Ｗ２’で示すように１２種ある。各々の接続先は、第１の実施形態における１１４Ｕ１，１１４Ｕ１’，…１１４Ｗ２，１１４Ｗ２’と同様である。
【００４１】
図６に示す出力電流Ｕ１と出力電流Ｕ２との位相差は、第１の実施形態の場合と同様に、同期電動機駆動システム２０００に含まれる三相インバータの個数をＬ個とした場合に、上記のＫを用いてＬ／Ｋ×（π/３［ｒａｄ］）で表される。本実施形態の場合、Ｋ＝５、Ｌ＝２であるから、出力電流Ｕ１と出力電流Ｕ２との位相差は２π／１５［ｒａｄ］である。したがって、固定子巻線２１４Ｕ１，２１４Ｕ２には、互いに位相が２π／１５［ｒａｄ］ずれた電力が供給されることになる。このことは、出力電流Ｖ１と出力電流Ｖ２との間、出力電流Ｗ１と出力電流Ｗ２との間でも同様である。
【００４２】
また、図６に示す固定子巻線２１４Ｕ１と２１４Ｕ１’は巻回方向が同じである。固定子巻線２１４Ｖ１と２１４Ｖ１’、固定子巻線２１４Ｗ１と２１４Ｗ１’においても同様の関係となっている。この関係は、第２の三相インバータ１０２から電力供給を受ける固定子巻線についても同様である。なお、本実施形態のように磁極数を２で割った値（すなわち、極対数）が偶数の場合、換言するとＫが奇数の場合、機械角で１８０［°］対称の位置にある固定子ティースに巻回されている固定子巻線同士は、巻回方向が同じとなっている。
【００４３】
図８は、第２の実施形態に係る固定子巻線２１４Ｕ１が巻回されている固定子ティース２１３１，２１３２，２１３３，２１３４付近の拡大図である。固定子ティース２１３１は、固定子ティース２１３２に対して機械角で−１２［°］の位置（電気角では、（π−π／１５）［ｒａｄ］ずれた位置）に配置されている。また、固定子ティース２１３３は、固定子ティース２１３２に対して機械角で＋１２［°］の位置（電気角では、（π−π／１５）［ｒａｄ］ずれた位置）に配置されている。
【００４４】
次に、各固定子巻線２１４の巻き方について、各固定子巻線２１４の構造も含めて説明する。
まず、図８に示すように、固定子巻線２１４Ｕ１は、固定子ティース２１３１に巻回されたサブ巻線２１４Ｕ１ａと、固定子ティース２１３２に巻回されたサブ巻線２１４Ｕ１ｂと、固定子ティース２１３３に巻回されたサブ巻線２１４Ｕ１ｃと、固定子ティース２１３４に巻回されたサブ巻線２１４Ｕ１ｄとからなる。サブ巻線２１４Ｕ１ａ、２１４Ｕ１ｂ、２１４Ｕ１ｃ、２１４Ｕ１ｄが、固定子ティース２１３１、２１３２、２１３３、２１３４に亘って直列に接続されていることにより接続先が同一の固定子巻線２１４Ｕ１を構成している。図８で図示されていない他の固定子巻線においても同様の構成となっている。
【００４５】
また、図８に示すように、固定子ティース２１３３には、固定子巻線２１４Ｕ１のみが巻回されている。一方、固定子ティース２１３１，２１３２には、固定子巻線２１４Ｕ１と固定子巻線２１４Ｗ２’の２つの固定子巻線が巻回されており、固定子ティース２１３４には、固定子巻線２１４Ｕ１と固定子巻線２１４Ｕ２の２つの固定子巻線が巻回されている。このように、固定子巻線２１４Ｕ１は、複数の固定子ティース２１３に亘って巻回されている。
【００４６】
図９は、第２の実施形態に係る各固定子巻線２１４の固定子２０６における配置を示す図である。図９中の複数の長尺状の四角は、その１つ１つが各固定子巻線２１４を示している。本実施形態においては、固定子巻線２１４Ｕ１と同様に、各固定子巻線２１４に４つのサブ巻線が含まれている。また、図９に示すように、固定子巻線２１４Ｕ１以外の固定子巻線２１４についても、固定子巻線２１４Ｕ１と同様に複数の固定子ティース２１３に亘って巻回されている。
【００４７】
固定子２０６全体で見ると、固定子ティース２１３３，２１３５，２１３８，…，２１３２８，２１３３０のように１種類のサブ巻線のみが巻回されている固定子ティース２１３が複数個毎に配置されている。図９に示す例においては、１種類のサブ巻線のみが巻回されている固定子ティース２１３が２個毎に配置されている箇所と３個毎に配置されている箇所とがある。
【００４８】
本実施形態においても、１種類のサブ巻線のみが巻回されている一対の固定子ティースの間に存在する固定子ティースには、当該一対の固定子ティースの一方に巻回されているサブ巻線と接続先が同一のサブ巻線と、他方に巻回されているサブ巻線と接続先が同一のサブ巻線とが巻回されている。具体的に図８を用いて説明すると、サブ巻線２１４Ｕ１ｃのみが巻回されている固定子ティース２１３３とサブ巻線２１４Ｗ２’ｂのみが巻回されている固定子ティース２１３３０の間には、固定子ティース２１３１，２１３２が存在する。固定子ティース２１３１には，サブ巻線２１４Ｕ１ｃと接続先が同一のサブ巻線２１４Ｕ１ａと、サブ巻線２１４Ｗ２’ｂと接続先が同一のサブ巻線２１４Ｗ２’ｃとが巻回されている。また、固定子ティース２１３２には，サブ巻線２１４Ｕ１ｃと接続先が同一のサブ巻線２１４Ｕ１ｂと、サブ巻線２１４Ｗ２’ｂと接続先が同一のサブ巻線２１４Ｗ２’ｄとが巻回されている。
【００４９】
このような巻き方を各固定子巻線２１４についてすることで、第１の実施形態と同様に、互いに接続先が異なるサブ巻線１つのみが巻回されている固定子ティース２１３同士が、隣り合うことはない。
１種類のサブ巻線のみが巻回されている固定子ティース２１３間に１本の固定子ティース２１３のみが配置されている場合、その固定子ティース２１３に巻回された１以上のサブ巻線の巻数比は、１種類のサブ巻線のみが巻回されている固定子ティース２１３、例えば固定子ティース２１３３に巻回されたサブ巻線２１４Ｕ１ｃの巻数をＮ１、２種類のサブ巻線が巻回されている固定子ティース２１３、例えば固定子ティース２１３４に巻回されたサブ巻線２１４Ｕ１ｄの巻数をＮ２とした場合、次の関係が満たされている。
【００５０】
Ｎ２＝Ｎ１／２（ｃｏｓ（π／３／Ｋ））
本実施形態においては、Ｋ＝５であるので、
Ｎ２＝Ｎ１／２（ｃｏｓ（π／１５））
の関係を満たしていることになる。例えば、Ｎ１＝５０とした場合、Ｎ２＝２４．４５≒２４である。
【００５１】
一方、１種類のサブ巻線のみが巻回されている固定子ティース２１３間に２本の固定子ティース２１３が配置されている場合、それらの固定子ティース２１３に巻回された１以上のサブ巻線の巻数比は、以下のようになる。
２種類のサブ巻線が巻回されている固定子ティース２１３、例えば固定子ティース２１３２に巻回されたサブ巻線２１４のうち、１種類のサブ巻線のみが巻回されている隣接する固定子ティース２１３である、固定子ティース２１３３に巻回されたサブ巻線２１４Ｕ１ｃと同じ種類のサブ巻線２１４Ｕ１ｂの巻数をＮ３とし、他方のサブ巻線２１４Ｗ２’ｄの巻数をＮ４とした場合、次の関係が満たされている。
【００５２】
Ｎ３＝Ｎ１×ｓｉｎ（２ｘ）／ｓｉｎ（３ｘ）
Ｎ４＝Ｎ１×ｓｉｎ（ｘ）／ｓｉｎ（３ｘ）
但し、ｘ＝（π／３／Ｋ）である。
図８において、固定子巻線２１４Ｕ１が巻回されている固定子ティース２１３１，２１３２，２１３３，２１３４からなる固定子ティース群において、隣接関係にある固定子ティースに巻回されているサブ巻線は、互いに巻回方向が逆である。具体的には、サブ巻線２１４Ｕ１ａとサブ巻線２１４Ｕ１ｂ、サブ巻線２１４Ｕ１ｂとサブ巻線２１４Ｕ１ｃ、サブ巻線２１４Ｕ１ｃとサブ巻線２１４Ｕ１ｄは互いに巻回方向が逆である。
【００５３】
＜効果＞
本実施形態においても、隣接関係にある一対の固定子ティース２１３は、いずれも、少なくとも一方の固定子ティース２１３に２以上のサブ巻線が巻回されており、これらのサブ巻線が互いに異なる三相インバータに接続されるようになっている。したがって、本実施形態においても、第１の実施形態と同等のトルク脈動低減効果を得ることができる。
【００５４】
また、本実施形態のように、各固定子巻線を４本の固定子ティースに亘って巻回することで、図６で示したように、三相インバータ２台で駆動させることができる。したがって、本実施形態においても、同期電動機駆動システムの小型化および低コスト化を図ることができる。
≪第３の実施形態≫
第１および第２の実施形態においては、１種類のサブ巻線のみが巻回されている固定子ティースが含まれるような巻き方としていたが、本発明はこれに限定されない。本実施形態においては、１種類のサブ巻線のみが巻回されている固定子ティースが含まれない例について説明する。
【００５５】
図１０は、第３の実施形態に係る同期電動機駆動システム３０００の全体構成を示す図である。
同期電動機駆動システム３０００は、同期電動機３００と、同期電動機３００に電力を供給する第１の三相インバータ３０１，第２の三相インバータ３０２，第３の三相インバータ３０３からなる。
【００５６】
同期電動機３００は、第１の実施形態に係る同期電動機１００（図２）と同じ回転子１０５と固定子１０６を備えている。同期電動機３００と同期電動機１００との異なる点は、固定子巻線の数および各固定子巻線の巻き方である。
同期電動機３００は、図１０に示すように、３１４Ｕ１，３１４Ｕ１’，３１４Ｖ１，３１４Ｖ１’，３１４Ｗ１，３１４Ｗ１’，３１４Ｕ２，３１４Ｕ２’，３１４Ｖ２，３１４Ｖ２’，３１４Ｗ２，３１４Ｗ２’，３１４Ｕ３，３１４Ｕ３’，３１４Ｖ３，３１４Ｖ３’，３１４Ｗ３，３１４Ｗ３’で示す１８種の固定子巻線を有する。
【００５７】
固定子巻線３１４Ｕ１，３１４Ｕ１’は第１の三相インバータ３０１のＵ相アーム３０４ｕに、固定子巻線３１４Ｖ１，３１４Ｖ１’は第１の三相インバータ３０１のＶ相アーム３０４ｖに、固定子巻線３１４Ｗ１，３１４Ｗ１’は第１の三相インバータ３０１のＷ相アーム３０４ｗに、それぞれ接続されている。特に説明しないが、固定子巻線３１４Ｕ２，３１４Ｕ２’，３１４Ｖ２，３１４Ｖ２’，３１４Ｗ２，３１４Ｗ２’，３１４Ｕ３，３１４Ｕ３’，３１４Ｖ３，３１４Ｖ３’，３１４Ｗ３，３１４Ｗ３’についても同様の接続関係となっている。
【００５８】
図１０に示す出力電流Ｕ１と出力電流Ｕ２との位相差、および出力電流Ｕ２と出力電流Ｕ３との位相差は、上記のＫを用いて（π/３［ｒａｄ］）／Ｋで表される。本実施形態の場合、Ｋ＝４であるから、出力電流Ｕ１と出力電流Ｕ２との位相差、および出力電流Ｕ２と出力電流Ｕ３との位相差は、π／１２［ｒａｄ］である。したがって、固定子巻線３１４Ｕ１，３１４Ｕ２には、互いに位相がπ／１２［ｒａｄ］ずれた電力が供給され、固定子巻線３１４Ｕ２，３１４Ｕ３には、互いに位相がπ／１２［ｒａｄ］ずれた電力が供給されることになる。このことは、出力電流Ｖ１と出力電流Ｖ２との間、出力電流Ｖ２と出力電流Ｖ３との間、出力電流Ｗ１と出力電流Ｗ２との間、および出力電流Ｗ２と出力電流Ｗ３でも同様である。
【００５９】
図１１は、第３の実施形態に係る各固定子巻線の固定子１０６における配置を示す図である。
本実施形態では、各固定子巻線を３本の固定子ティース１１３に亘って巻回するようにしている。さらに、いずれの固定子ティース１１３においても２以上のサブ巻線が巻回されるようにしており、固定子ティース１１３３，１１３７，１１３１１，１１３１５，１１３１９，１１３２３にあっては、３のサブ巻線が巻回されている。このような巻き方である結果、１種類のサブ巻線のみが巻回されている固定子ティース１１３は存在しない。
【００６０】
本実施形態のような巻き方であっても、隣接関係にある一対の固定子ティース１１３は、いずれも、少なくとも一方の固定子ティース１１３に２以上のサブ巻線が巻回されており、これらのサブ巻線が互いに異なる三相インバータに接続されるようになっている。したがって、従来と比較してトルク脈動を抑制することが可能である。
また、本実施形態では、各固定子巻線を３本の固定子ティース１１３に亘って巻回するようにしている。したがって、本実施形態によれば、図１０に示すように、必要な三相インバータの台数を３台にすることが可能である。よって、本実施形態においても、同期電動機駆動システムの小型化および低コスト化を図ることができる。
【００６１】
≪第４の実施形態≫
本実施形態においても、第３の実施形態と同様に１種類のサブ巻線のみが巻回されている固定子ティースが含まれない例について説明する。
図１２は、第４の実施形態に係る同期電動機駆動システム４０００の全体構成を示す図である。
【００６２】
同期電動機駆動システム４０００は、第３の実施形態に係る同期電動機駆動システム３０００における同期電動機３００が同期電動機４００に変わったものである。
同期電動機４００は、第２の実施形態に係る同期電動機２００（図７）と同じ回転子２０５と固定子２０６を備えている。同期電動機４００と同期電動機２００との異なる点は、固定子巻線の数および各固定子巻線の巻き方である。
【００６３】
同期電動機４００は、図１２に示すように、４１４Ｕ１〜４１４Ｕ３，４１４Ｕ１’〜４１４Ｕ３’，４１４Ｖ１〜４１４Ｖ３，４１４Ｖ１’〜４１４Ｖ３’，４１４Ｗ１〜４１４Ｗ３，４１４Ｗ１’〜４１４Ｗ３’の１８種の固定子巻線を有する。各固定子巻線の接続関係は、第３の実施形態におけるものと略同様である。但し、第３の実施形態と異なり、固定子巻線４１４Ｕ１と４１４Ｕ１’は巻回方向が同じである。
【００６４】
図１２に示す出力電流Ｕ１と出力電流Ｕ２との位相差、および出力電流Ｕ２と出力電流Ｕ３との位相差は、上記の実施形態の場合と同様に、上記のＫを用いて（π/３［ｒａｄ］）／Ｋで表される。本実施形態の場合、Ｋ＝５であるから、出力電流Ｕ１と出力電流Ｕ２との位相差、および出力電流Ｕ２と出力電流Ｕ３との位相差は、π／１５［ｒａｄ］である。したがって、固定子巻線４１４Ｕ１，４１４Ｕ２には、互いに位相がπ／１５［ｒａｄ］ずれた電力が供給され、固定子巻線４１４Ｕ２，４１４Ｕ３には、互いに位相がπ／１５［ｒａｄ］ずれた電力が供給されることになる。このことは、出力電流Ｖ１と出力電流Ｖ２との間、出力電流Ｖ２と出力電流Ｖ３との間、出力電流Ｗ１と出力電流Ｗ２との間、および出力電流Ｗ２と出力電流Ｗ３でも同様である。
【００６５】
図１３は、第４の実施形態に係る各固定子巻線の固定子２０６における配置を示す図である。
本実施形態では、各固定子巻線を４本の固定子ティース２１３に亘って巻回するようにしている。さらに、いずれの固定子ティース２１３においても２以上のサブ巻線が巻回されるようにしており、固定子ティース２１３２，２１３４，２１３７，２１３９，２１３１２，２１３１４，２１３１７，２１３１９，２１３２２，２１３２４，２１３２７，２１３２９にあっては、３種類のサブ巻線が巻回されている。このような巻き方である結果、第３の実施形態と同様に、１種類のサブ巻線のみが巻回されている固定子ティース２１３は存在しない。したがって、従来と比較してトルク脈動を抑制することが可能である。
【００６６】
本実施形態のように、各固定子巻線を４本の固定子ティース２１３に亘って巻回するようにした場合には、図１２に示すように、必要な三相インバータの台数を３台にすることが可能である。したがって、本実施形態においても、同期電動機駆動システムの小型化および低コスト化を図ることができる。
≪変形例・その他≫
以上、第１〜第４の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限られない。例えば、以下のような変形例等が考えられる。
【００６７】
（１）上記の実施形態においては、Ｋ＝４およびＫ＝５の場合について説明したが、本発明においては、Ｋの数値は特に限定されない。ここでは、Ｋ＝６およびＫ＝７の場合における各固定子巻線の巻き方について簡単に説明する。
図１４は、Ｋ＝６、Ｌ＝２の場合における、各固定子ティースとそれに巻回されている固定子巻線を示す表である。図１４に示す各表の上方には固定子ティースの番号を示している。本例ではＫ＝６であるので、固定子ティースは１〜３６番まである。図１４に示す各表の左側には固定子巻線の種類を示している。本例ではＬ＝２であるので、第１および第２の実施形態と同様に１２種ある。例えば、「Ｕ１」は、第１のインバータのＵ相アームに接続されていることを示しており、「Ｕ２」は、第２のインバータのＵ相アームに接続されていることを示している。また、「Ｕ１’」は「Ｕ１」と同様に第１のインバータのＵ相アームに接続されているが、「Ｕ１」とは巻回方向が逆である。また、各固定子巻線は、この表で丸が付されている固定子ティースに巻回されている。例えば、「Ｕ１」は、１番〜５番の固定子ティースに巻回されていることを示している。
【００６８】
図１４に示すように、各固定子巻線は、５本の固定子ティースに亘って巻回されている。つまり、各固定子巻線は５つのサブ巻線から構成されていることになる。１つのサブ巻線のみが巻回されている固定子ティースは、３番，６番，９番，…，３０番，３３番，３６番であり、固定子ティース３個毎に１個存在する。３番の固定子ティースと６番の固定子ティースの間に存在する４番，５番の固定子ティースに着目すると、当該各固定子ティースには、３番の固定子ティースに巻回されている固定子巻線（Ｕ１）と接続先が同一のサブ巻線と、６番の固定子ティースに巻回されている固定子巻線（Ｕ２）と接続先が同一のサブ巻線とが巻回されている。
【００６９】
図１５、１６は、Ｋ＝６、Ｌ＝３の場合における、各固定子ティースとそれに巻回されている固定子巻線を示す表である。本例ではＫ＝６なので、固定子ティースは１〜３６番まである。また、本例ではＬ＝３なので、固定子巻線は１８種である。図１５、１６に示すように、各固定子巻線は３本の固定子ティースに亘って巻回されているため、各固定子巻線は３つのサブ巻線から構成されていることになる。１つのサブ巻線のみが巻回されている固定子ティースは、２番，４番，６番，…，３２番，３４番，３６番であり、固定子ティース２個毎に１個存在する。２番の固定子ティースと４番の固定子ティースの間に存在する３番の固定子ティースに着目すると、２番の固定子ティースに巻回されている固定子巻線（Ｕ１）と接続先が同一のサブ巻線と、４番の固定子ティースに巻回されている固定子巻線（Ｕ２）と接続先が同一のサブ巻線とが巻回されている。
【００７０】
図１７は、Ｋ＝７、Ｌ＝２の場合における、各固定子ティースとそれに巻回されている固定子巻線を示す表である。本例ではＫ＝７なので、固定子ティースは１〜４２番まである。また、本例ではＬ＝２なので、固定子巻線は１２種である。図１７に示すように、各固定子巻線は６本の固定子ティースに亘って巻回されているため、各固定子巻線は６つのサブ巻線から構成されていることになる。１つのサブ巻線のみが巻回されている固定子ティースは、４番，７番，１１番，１４番，…，３２番，３５番，３９番，４２番であり、固定子ティース３個毎に１個存在する箇所と、４個毎に１個存在する箇所とがある。４番の固定子ティースと７番の固定子ティースの間に存在する５番，６番の固定子ティースに着目すると、当該各固定子ティースには、４番の固定子ティースに巻回されている固定子巻線（Ｕ１）と接続先が同一のサブ巻線と、７番の固定子ティースに巻回されている固定子巻線（Ｕ２）と接続先が同一のサブ巻線とが巻回されている。
【００７１】
このように、図１４〜１７に示した例では、隣接関係にある一対の固定子ティースは、いずれも、少なくとも一方の固定子ティースに２以上のサブ巻線が巻回されており、これらのサブ巻線が互いに異なる三相インバータに接続されるようにすることができる。したがって、従来と比較して、トルク脈動を抑制することが可能である。
（２）第１および第２の実施形態、図１４〜１７に示した例のように、三相インバータの個数を２／Ｋ以下のＬ個（但し、Ｌは２以上の整数）とすることで、１種類のサブ巻線のみが巻回されている固定子ティースを存在させることが可能である。したがって、三相インバータの個数を２／Ｋ以下のＬ個とすることで、各固定子ティースに巻回するサブ巻線の巻数を削減することができる。
【００７２】
（３）第１〜第４の実施形態においては、固定子ティースの数を６Ｋとした場合に、磁極の数が６Ｋ±２で表されることとしたが、これは単なる一例であり、必ずしもこの関係を満たしている必要はない。この関係を満たしていない同期電動機を含む同期電動機駆動システムであっても、当該同期電動機が複数の三相インバータから三相交流の供給を受けるものであれば、本発明を適用することが可能である。なお、６Ｋの固定子ティースと６Ｋ±２の磁極とを備える同期電動機は、全て２台の三相インバータで駆動することが可能である。
【００７３】
（４）上述したようにＫの数値は特に限定されないが、Ｋは４〜６とすることが望ましい。Ｋが４〜６であって、「固定子ティースの数を６Ｋとした場合に、磁極の数が６Ｋ±２で表される」という関係を満たしている場合、磁極数が２２、２６、２８、３２、３４、３８の多極電動機とすることができるため、高トルク化に有効である。
さらに、Ｋを４〜６とすることで次のような利点もある。例えば、電気自動車のタイヤを直接的に駆動するインホイールモータでは、最大回転数が１２００〜１５００［ｒ／ｍｉｎ］程度である。ここで、三相インバータのＵ相アーム、Ｖ相アーム、Ｗ相アームの各アームは、直列接続されたスイッチング素子で構成されている。スイッチング素子には、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＩＧＢＴ）に代表されるパワー半導体素子が用いられており、このパワー半導体素子はパルス幅変調方式（ＰＷＭ方式）に基づき駆動制御される。このパワー半導体素子を用いたＰＷＭ方式に基づき生成される、電動機の駆動電流波形の周波数は、現状では４００［Ｈｚ］程度が実用の上限となっている。この条件を満たす電動機の極数は、３２極〜４０極程度となる。したがって、Ｋを４〜６とすることで実用的かつ高性能な電動機を構成することができる。
【００７４】
（５）第１〜第４の実施形態および図１４〜１９に示した各固定子巻線の巻き方は本発明の単なる一例である。各固定子ティースに巻回された１以上の巻線は、隣接関係にある一対の固定子ティースは、いずれも、少なくとも一方の固定子ティースに２以上のサブ巻線が巻回されており、これらのサブ巻線が互いに異なる三相インバータに接続されるようになっていれば、上記の巻き方には限定されない。
【００７５】
（６）第１の実施形態で述べたように、当該第１の実施形態にように磁極数を２で割った値（すなわち、極対数）が奇数の場合、換言するとＫが偶数の場合、機械角で１８０［°］対称の位置にある固定子ティースに巻回されている固定子巻線同士は、巻回方向が逆となっている。これは、第１の実施形態だけでなく、Ｋが偶数である第３の実施形態および図１４〜１６の場合でも当てはまることである。
【００７６】
また、第２の実施形態で述べたように、当該第２の実施形態にように磁極数を２で割った値（すなわち、極対数）が偶数の場合、換言するとＫが奇数の場合、機械角で１８０［°］対称の位置にある固定子ティースに巻回されている固定子巻線同士は、巻回方向が同じとなっている。これは、第２の実施形態だけでなく、Ｋが奇数である第４の実施形態および図１７の場合でも当てはまることである。
【００７７】
（７）第３の実施形態において（Ｋ＝４、Ｌ＝３）、第１の三相インバータにおける電流位相を０［ｒａｄ］とした場合に、第２の三相インバータにおける電流位相をπ／１２［ｒａｄ］、第３の三相インバータにおける電流位相をπ／６［ｒａｄ］とする例について説明したが、本発明はこれに限定されない。０［ｒａｄ］，（π／３）／Ｋ×１［ｒａｄ］，（π／３）／Ｋ×２［ｒａｄ］，（π／３）／Ｋ×３［ｒａｄ］の４つの電流位相の中から、任意に３つの電流位相を選択することができる。なお、第３の実施形態においては、０［ｒａｄ］，（π／３）／Ｋ×１［ｒａｄ］，（π／３）／Ｋ×２［ｒａｄ］を選択した例を示した。
【００７８】
（８）第１〜第４の実施形態では固定子巻線は固定子ティースに巻回されているが、本発明はこれに限らず、固定子ティースのない、いわゆるコアレスモータにも適用可能である。
（９）第１〜第４の実施形態では特に挙げていないが、固定子ティースが回転子の軸方向に進むほど周方向に最大で固定子ティースの配置間隔だけずれていくスキュー配置を施すこととしてもよい。
【００７９】
（１０）第１〜第４の実施形態では、回転子が固定子の外側に配置されたアウターロータ型の同期電動機で説明しているが、回転子を固定子の内側に配置したインナーロータ型の同期電動機に対しても適用することが可能である。図１８は、インナーロータ型の同期電動機７００の全体構成を示す図である。同期電動機７００は、回転子７０５と固定子７０６を含む。回転子７０５には永久磁石７０８が周方向に等間隔に配置されている。固定子７０６には、永久磁石７０８に対向するように、固定子ティース７１３が周方向に等間隔に配置されている。固定子ティース７１３には、固定子巻線７１４が巻回されている。
【００８０】
本発明は、さらに、インナーロータ型の同期電動機だけでなく、回転子と固定子とが軸方向に空隙を持って配置された、いわゆる面対向のアキシャルギャップ式同期電動機や、これらを複数組み合わせた構造の同期電動機でも同じ効果が得られる。
（１１）第１〜第４の実施形態では、回転子の磁極を永久磁石により構成したが、磁気抵抗の差で構成したリラクタンストルクを利用した同期電動機、回転子に両者を組み合わせた同期電動機でも適用可能である。
【００８１】
（１２）本発明は、同期回転機に限らず、同期発電機、また、直動駆動されるリニア同期電動機、リニア同期発電機にも適用できる。
（１３）各図は、本発明が理解できる程度に配置関係を概略的に示してあるに過ぎず、従って、本発明は図示例に限定されるものではない。また、図を分かり易くするために、一部省略した部分がある。
【００８２】
（１４）上記の実施形態および変形例は単なる好適例に過ぎず、何らこれに限定されない。また、これらの実施形態および変形例に挙げた構成を適宜好適に組み合わせることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は、低振動性および低騒音性が要求される、コンプレッサ用、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車等の同期電動機駆動システムに好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１００、２００、３００，４００、７００、９００ 同期電動機
１０１、３０１ 第１の三相インバータ
１０２、３０２ 第２の三相インバータ
１０３ｕ、３０４ｕ Ｕ相アーム
１０３ｖ、３０４ｖ Ｖ相アーム
１０３ｗ、３０４ｗ Ｗ相アーム
１０４ｕ Ｕ相アーム
１０４ｖ Ｖ相アーム
１０４ｗ Ｗ相アーム
１０５、２０５、７０５、９０１ 回転子
１０６、２０６、７０６、８０６、９０２ 固定子
１０７ 回転子コア
１０８、２０８、７０８ 永久磁石
１０９、２０９、９０５ 磁極
１１０、１１１ 回転子磁極間
１１２ 固定子ヨーク
１１３、２１３、７１３、８１３、９０３ 固定子ティース
１１４、２１４、３１４、４１４、７１４、９０４Ｕ１、９０４Ｖ１、９０４Ｗ１、９０４Ｕ１’、９０４Ｖ１’、９０４Ｗ１’、９０４Ｕ２、９０４Ｖ２、９０４Ｗ２ 固定子巻線
３０３ 第３の三相インバータ
１０００、２０００、３０００、４０００ 同期電動機駆動システム
ＢＡ 電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に等間隔に配置された複数の磁極を有する回転子と、周方向に等間隔に配置された複数の固定子ティースを有する固定子と、を含む同期電動機と、
前記同期電動機に互いに位相のずれた複数の三相交流を供給する、複数の三相インバータと、を備える同期電動機駆動システムであって、
各固定子ティースには、１または２種類以上の巻線が集中巻に巻回されており、
各固定子ティースに巻回された各巻線は、それぞれ前記複数の三相インバータのいずれかの相に接続されており、
隣接関係にある一対の固定子ティースは、いずれも、
少なくとも一方の固定子ティースに２種類以上の巻線が巻回されており、これらの巻線が互いに異なる三相インバータに接続されている、
同期電動機駆動システム。
【請求項２】
１種類の巻線のみが巻回されている固定子ティースが複数個毎に配置されており、
１種類の巻線のみが巻回されている一対の固定子ティースの間に存在する固定子ティースには、当該一対の固定子ティースの一方に巻回されている巻線と接続先が同一の巻線と、他方に巻回されている巻線と接続先が同一の巻線とが巻回されている、
請求項１に記載の同期電動機駆動システム。
【請求項３】
前記複数の磁極の個数は、６Ｋ±２であり、
前記複数の固定子ティースの個数は６Ｋである、
請求項２に記載の同期電動機駆動システム。
【請求項４】
前記複数の三相インバータの個数は、Ｋ／２以下のＬ個（但し、Ｌは２以上の整数）である、
請求項３に記載の同期電動機駆動システム。
【請求項５】
隣接する複数の固定子ティースに巻回された巻線が互いに直列に接続されていることで、接続先が同一となっており、当該接続先が同一である複数の巻線が巻回されている固定子ティースからなる固定子ティース群において、
隣接関係にある固定子ティースに巻回されている巻線は、互いに巻回方向が逆である、
請求項２に記載の同期電動機駆動システム。
【請求項６】
各固定子ティースに巻回された各巻線の巻数比は、隣接関係にある固定子ティース間の電気角位相差が各固定子ティース間で等しくなるように調整されている、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の同期電動機駆動システム。
【請求項１】
周方向に等間隔に配置された複数の磁極を有する回転子と、周方向に等間隔に配置された複数の固定子ティースを有する固定子と、を含む同期電動機と、
前記同期電動機に互いに位相のずれた複数の三相交流を供給する、複数の三相インバータと、を備える同期電動機駆動システムであって、
各固定子ティースには、１または２種類以上の巻線が集中巻に巻回されており、
各固定子ティースに巻回された各巻線は、それぞれ前記複数の三相インバータのいずれかの相に接続されており、
隣接関係にある一対の固定子ティースは、いずれも、
少なくとも一方の固定子ティースに２種類以上の巻線が巻回されており、これらの巻線が互いに異なる三相インバータに接続されている、
同期電動機駆動システム。
【請求項２】
１種類の巻線のみが巻回されている固定子ティースが複数個毎に配置されており、
１種類の巻線のみが巻回されている一対の固定子ティースの間に存在する固定子ティースには、当該一対の固定子ティースの一方に巻回されている巻線と接続先が同一の巻線と、他方に巻回されている巻線と接続先が同一の巻線とが巻回されている、
請求項１に記載の同期電動機駆動システム。
【請求項３】
前記複数の磁極の個数は、６Ｋ±２であり、
前記複数の固定子ティースの個数は６Ｋである、
請求項２に記載の同期電動機駆動システム。
【請求項４】
前記複数の三相インバータの個数は、Ｋ／２以下のＬ個（但し、Ｌは２以上の整数）である、
請求項３に記載の同期電動機駆動システム。
【請求項５】
隣接する複数の固定子ティースに巻回された巻線が互いに直列に接続されていることで、接続先が同一となっており、当該接続先が同一である複数の巻線が巻回されている固定子ティースからなる固定子ティース群において、
隣接関係にある固定子ティースに巻回されている巻線は、互いに巻回方向が逆である、
請求項２に記載の同期電動機駆動システム。
【請求項６】
各固定子ティースに巻回された各巻線の巻数比は、隣接関係にある固定子ティース間の電気角位相差が各固定子ティース間で等しくなるように調整されている、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の同期電動機駆動システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１３−８５３８１（Ｐ２０１３−８５３８１Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２３８６７（Ｐ２０１１−２２３８６７）
【出願日】平成２３年１０月１１日（２０１１．１０．１１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１１日（２０１１．１０．１１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]