電動機装置
【課題】パーミアンス変化の激しいコンシクエントポール型回転子を採用しても、固定子の振動による騒音を悪化させない電動機装置を提供することにある。
【解決手段】電動機装置は、回転子３の磁極間のパーミアンス変化が大きい部分が通過する固定子側の対向位置での空間磁束変化を滑らかにする電気回路を構成している。すなわち、空間磁束変化が小さくなるように、第１の３相インバータによる通電と、第２の３相インバータによる通電とを独立に制御している。そして、回転子３のパーミアンス変化極大位置（境界位置Ａ、Ｂ）のいずれか一方が対向する位置での空間磁束変化と、他方が対向する位置での空間磁束変化とにおいて、脈動の極大位置が同期しないように電流制御されている。これにより、固定子の振動が低減し、振動の増幅も抑えることができる。
【解決手段】電動機装置は、回転子３の磁極間のパーミアンス変化が大きい部分が通過する固定子側の対向位置での空間磁束変化を滑らかにする電気回路を構成している。すなわち、空間磁束変化が小さくなるように、第１の３相インバータによる通電と、第２の３相インバータによる通電とを独立に制御している。そして、回転子３のパーミアンス変化極大位置（境界位置Ａ、Ｂ）のいずれか一方が対向する位置での空間磁束変化と、他方が対向する位置での空間磁束変化とにおいて、脈動の極大位置が同期しないように電流制御されている。これにより、固定子の振動が低減し、振動の増幅も抑えることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド車両や電気自動車等に搭載される電動機装置に関する。また、産業用機器、家庭電化製品等への適用も可能である。
【背景技術】
【０００２】
近年、高性能な希土類磁石を利用したモータ（電動機）が盛んに各機器に採用されているが、資源リスクの観点から希土類磁石を極力使用しないモータの研究が行われている。
例えば、特許文献１には、配置する複数の永久磁石の着磁方向を全て等しくし、永久磁石間の鉄心部に反対極を形成する所謂コンシクエントポール型回転子を採用し、モータ性能を維持したまま希土類磁石を削減可能なモータが開示されている。
【０００３】
すなわち、コンシクエントポール型回転子では、配置する複数の永久磁石の着磁方向が全て等しくなっている。そして、永久磁石による磁極を磁石極とすると、永久磁石間の鉄心部には磁石極とは反対極の擬似的な磁極（擬似極）が形成される。これによれば、１磁極対の内、一方の磁極を永久磁石を使用することなく形成できるため、永久磁石の使用量を少なくできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４?３５７４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述したコンシクエントポール型回転子を採用したモータにおいては磁石極と疑似極との境界部にて固定子（電機子）を周回する磁路のパーミアンス変化が大きいため、固定子鉄心の振動が増大して騒音問題を発生することが発明者等の実験で分かった。
【０００６】
この振動の要因は、電機子反作用が生成する空間磁束の変動（回転磁界の脈動）に、回転子のパーミアンス変化が呼応して発生するものであり、電機子反作用による空間磁束変化、若しくは回転子のパーミアンス変化を和らげることが振動低減に求められる。
【０００７】
また、図７に示すように、従来の１磁極あたり３スロットの全節分布巻きモータの回転子１０１をコンシクエントポール型回転子とした場合に、電機子反作用による磁束変化ピッチ、すなわち、固定子１０２に巻かれる各相巻線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の巻線ピッチｊと、磁石極１０４と疑似極１０５の境界のピッチｋ（磁極間ピッチｋ）とが同期してしまうことが振動を増幅させる一因となっている。
【０００８】
仮に回転子を表面磁石型の構成に変えると、回転子表面の材質変化が存在しないので、磁極間のパーミアンス変化が理論上ゼロであるから、極端な振動は発生せず騒音レベルは極めて静粛である。
しかし、コンシクエントポール構造では、上述のように、磁石極の反対極を鉄心により形成しているため、パーミアンス変化が大きい。すなわち、このパーミアンス変化の問題は、コンシクエントポール構造を採るが故の現象であり、これに対する対策は回転子設計毎に最適形状を求める大変な労力が必要となる。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、パーミアンス変化の激しいコンシクエントポール型回転子を採用しても、固定子の振動による騒音を悪化させない電動機装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の電動機装置は、電動機とインバータとを備える。
電動機は、永久磁石による磁石極と、軟磁性材のみで形成されるとともに磁石極と反対極となる擬似極が周方向に交互に配される回転子を備える。また、電動機は、磁石極及び擬似極に対向するように周方向に配置された複数のスロットを有する固定子鉄心と、スロットに収容される固定子巻線とを有する固定子を備える。
そして、インバータにより固定子巻線へ電流が供給される。
【００１１】
そして、固定子巻線は２つのｍ相巻線（ｍは正の整数）からなり、スロットの数は１磁極ピッチ当たり２ｍ個である。
また、複数のスロットには第１のｍ相巻線と第２のｍ相巻線とが周方向に交互に配されており、第１のｍ相巻線と第２のｍ相巻線とは互いに電気的に絶縁されており、それぞれ独立して電流制御が可能である。
【００１２】
また、回転子の磁極間のパーミアンス変化が大きい部分が通過する固定子側の対向位置での空間磁束変化を滑らかにするように、固定子巻線に通電される電流が制御されている。
【００１３】
すなわち、本手段では、回転子の磁極間のパーミアンス変化が大きい部分が通過する固定子側の対向位置での空間磁束変化を滑らかにするように、２つのｍ相巻線を独立に電流制御される構成となっている。
【００１４】
これによれば、回転子の磁極間のパーミアンス変化が大きい部分が通過する固定子側の対向位置での空間磁束変化は小さいため、固定子鉄心の振動が低減され、振動による騒音も低減される。
【００１５】
〔請求項２の手段〕
請求項２の電動機装置によれば、インバータは、第１のｍ相巻線に給電する第１のｍ相インバータと、第２のｍ相巻線に給電する第２のｍ相インバータとを備える。
そして、第１のインバータにより第１のｍ相巻線に通電されるｍ相正弦波電流と、第２のインバータにより第２のｍ相巻線に通電されるｍ相正弦波電流との間の位相差は、第１のｍ相巻線と第２のｍ相巻線との間の空間位相差と等しくなっている。
【００１６】
これによれば、電機子反作用による空間磁束変化を少なくすることが可能となる。
ここで、第１のｍ相巻線で発生する空間磁束変化（以下、第１空間磁束変化）と、第２のｍ相巻線で発生する空間磁束変化（以下、第２空間磁束変化）とを合成した合成磁束変化が、電機子反作用による空間磁束変化となる。
【００１７】
そして、第１のｍ相巻線と第２のｍ相巻線との間の電流位相差を空間位相差に一致させることにより、第１空間磁束変化の脈動の極大位置と、第２空間磁束変化の脈動の極大位置との位相をずらすことが可能となるため、電機子反作用による空間磁束変化を小さくすることができる。
【００１８】
これにより、電機子反作用による空間磁束変化が小さくなるため、固定子鉄心の振動が低減され、振動による騒音も低減される。
また、第１のｍ相巻線と第２のｍ相巻線とを独立に電流制御可能であるため、十分なトルク性能を確保しつつ、騒音の低減を図ることができる。
【００１９】
〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の電動機装置によれば、ｍは３である。つまり、固定子巻線は、第１の３相巻線と、第２の３相巻線とを有する。
そして、第１の３相巻線との３相巻線の空間位相差は電気角で３０度であり、第１のインバータと第２のインバータによる電流間の位相差も電気角で３０度である。
【００２０】
〔請求項４の手段〕
請求項４に記載の電動機装置によれば、磁石極に対向するスロット数は２ｍより多く、疑似極に対向するスロット数は２ｍより少ない。
これによれば、各相巻線の巻線ピッチと、磁石極と疑似極の磁極間ピッチとが同期しない。つまり、固定子側の電機子反作用の変化の大きい部分と、回転子側の磁極間のパーミアンス変化が大きい部分とを空間的に同期状態から外すことができる。
このため、固定子の振動が増幅されることがなく、振動及び騒音を低減することができる。
【００２１】
〔請求項５の手段〕
請求項５に記載の電動機装置によれば、磁石極は、回転子の周回面に永久磁石が配設されて成る。
〔請求項６の手段〕
請求項６に記載の電動機装置によれば、磁石極は、回転子の周回面の内側に永久磁石が配設されて成る。
【００２２】
〔請求項７の手段〕
請求項７に記載の電動機装置によれば、磁石極を構成する永久磁石の残留磁束密度をＢｒ、疑似極を構成する軟磁性材の飽和磁束密度をＢｓｔとすると、
磁石極の周方向長さ：疑似極の周方向長さ＝Ｂｓｔ：Ｂｒ
の関係が成立している。
【００２３】
これによれば、磁石極と擬似極とを等分設計する場合と比較して、磁束量を増大させることができる。また、永久磁石及び軟磁性材の材料選定段階において、磁極の周方向長さを一義的に設計することができる。
【００２４】
〔請求項８の手段〕
請求項８に記載の電動機装置によれば、固定子巻線は、１対の脚部と、脚部間をつなぐターン部とを有するＵ字状の導体セグメントを複数接合することにより形成されるセグメントコンダクタ型である。
これによれば、固定子巻線の製造及び固定子への組付けが容易となり、大量製造可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】固定子及び回転子の構成図である（実施例１）。
【図２】電動機装置を示す電気回路図である（実施例１）。
【図３】（ａ）は固定子鉄心の軸方向からみた固定子巻線の構成を示す説明図であり、（ｂ）は固定子鉄心の径方向からみた固定子巻線の構成を示す説明図である（実施例１）。
【図４】電機子反作用による空間磁束変化と磁極境界位置との関係を示す説明図である（実施例１）。
【図５】電機子反作用による空間磁束変化と磁極境界位置との関係を示す説明図である（従来例）。
【図６】固定子巻線と磁極境界位置との関係を示す説明図である（実施例１）。
【図７】固定子巻線と磁極境界位置との関係を示す説明図である（従来例）。
【図８】固定子及び回転子の構成図である（実施例２）。
【図９】（ａ）は固定子巻線を形成するセグメント導体の斜視図であり、（ｂ）はセグメントコンダクタ型の固定子巻線を示す斜視図である（実施例３）。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。
【実施例】
【００２７】
〔実施例１の構成〕
実施例１の電動機装置を、図１〜図４、図６を用いて説明する。
実施例１の電動機装置の電動機１は、３相交流モータであって、回転磁界を発生させる固定子２、固定子２の内周側に配されて回転磁界により回転する回転子３とを備える。
【００２８】
固定子２は、固定子鉄心６と固定子鉄心６に巻装された固定子巻線７とを有し、固定子巻線７に３相交流電流を流すことにより回転磁界を形成し、回転磁界内に配される回転子３を回転させる（図１参照。なお、図１では固定子巻線７の描画が省略されている）。
【００２９】
回転子３は、コンシクエントポール型と呼ばれるタイプのものであり、永久磁石による磁石極１０と軟磁性材のみで形成される擬似極１１とを周方向に交互に有している。
すなわち、回転子３は、複数（本実施例では５つ）の永久磁石１２と、鉄等の軟磁性材により円筒状に形成された鉄心１３とにより形成されている。
鉄心１３は、外周面に周方向に等間隔に形成された凸部１６と、凸部１６同士の間に永久磁石１２が固定される磁石固定部１７とを有している。
【００３０】
そして、磁石固定部１７には、複数の永久磁石１２の着磁方向が全て等しくなるように永久磁石１２が固定されている。すなわち、本実施例では、５つの永久磁石１２はＮ極が外周側を向くように固定されている。そして、磁石固定部１７に固定された永久磁石１２は磁石極１０をなす。つまり、磁石極１０は、回転子３の周回面に永久磁石が配設されてなっている。
なお、永久磁石１２は、ネオジムとディスプロシウムを用いた希土類磁石で形成されている。
【００３１】
そして、磁石極１０同士の間に形成された凸部１６には、永久磁石１２からの磁束が外周側から内周側へ流れ込むため、凸部１６を擬似的にＳ極とみなすことができる。従って、この凸部１６が擬似極１１となる。
なお、磁石極１０と擬似極１１との間には、周方向の隙間（磁気バリア１８）が設けられている。
【００３２】
本実施例の回転子３は、５つの磁石極１０と５つの擬似極１１を有している。すなわち、１０極（５磁極対）の回転子である。
なお、円筒状の鉄心１３の内周には、例えばステンレス等の非磁性体で形成された回転軸１９が固定されている。
【００３３】
固定子２は、積層電磁鋼板により円筒状に形成された固定子鉄心６に固定子巻線７を巻装してなる。
固定子巻線７は、２つの３相巻線（後に詳述する）からなっている。
【００３４】
固定子鉄心６は、先端が回転子３に対向するティース２１と、ティース２１同士を外周側で磁気的に接続するバックヨーク部２２とを有している。
そして、隣合うティース２１同士とバックヨーク部２２とで囲われる空間が、固定子巻線７が配置されるスロット２３となっている。
【００３５】
ティース２１は周方向に等間隔に６０個配置されており、スロット２３は同じく６０個存在する。つまり、スロット数は、１磁極ピッチ中に６個（２ｍ個（ｍ＝３））となっている。すなわち、１磁極対当たり１２個のスロット２３が存在するため、スロット間隔は電気角で３０度となる。
【００３６】
また、本実施例では、磁石極１０に対向するスロット数は７個（２ｍ＋１個（ｍ＝３））であり、擬似極１１に対向するスロット数は５個（２ｍ−１個（ｍ＝３））となっている。すなわち、磁石極１０に対向するスロット数は６個（２ｍ個）より多く、擬似極１１に対向するスロット数は６個（２ｍ個）より少ない。
【００３７】
なお、１つの磁石極１０に対向するスロット数と１つの擬似極１１に対向するスロット数の合計が必ずしも１２個（４ｍ個）とならなくてもよい。磁気バリア１８の大きさによっては、磁気バリア１８に対向するスロット２３が存在するようになるからである。
【００３８】
具体的には、磁石極１０のθ方向角度θｍが電気角で２０７度に、擬似極１１のθ方向角度を電気角度で１４５度に設計している。
これにより、磁石極１０の周方向長さ（θ方向角度θｍ）は、擬似極１１の周方向長さ（θ方向角度）よりも大きくなっており、磁石極１０に対向するスロット数が、擬似極１１に対向するスロット数よりも多くなっている。
【００３９】
この磁石極１０の周方向長さの設計には、以下の関係式を用いている。
磁石極の周方向長さ：疑似極の周方向長さ＝Ｂｓｔ：Ｂｒ
ここで、Ｂｒは、磁石極１０を構成する永久磁石１２の残留磁束密度であり、Ｂｓｔは、擬似極１１を構成する軟磁性材の飽和磁束密度である。
【００４０】
例えば、選択した永久磁石の残留磁束密度Ｂｒが１．４テスラであり、選択した軟磁性材の飽和磁束密度Ｂｓｔが１．９テスラである場合、上述の関係に基づいて、磁石極１０のθ方向角度θｍは電気角で約２０７度と設定すればよい。
【００４１】
すなわち、固定子巻線７への鎖交磁束を極大化するには互いの磁極を通過する磁束量を限界までに設計すればよく、磁石極１０の磁束量φｍはθｍ×Ｂｒに比例し、擬似極１１の磁束量φｓは（２π−θｍ）×Ｂｓｔに比例する。従って、選択したＢｒ、Ｂｓｔの材料でφｍ＝φｓとなるθｍを求めると略θｍ＝２０７度となる。なお、本実施例では、磁石極１０と擬似極１１との境に磁気バリア１８を少々設けるために擬似極１１の幅は略１４５度に設計されている。
【００４２】
また、選択した永久磁石の残留磁束密度Ｂｒが１．２テスラであり、選択した軟磁性材の飽和磁束密度Ｂｓｔが１．９テスラである場合には、上述の関係に基づいて、磁石極１０のθ方向角度θｍは電気角で約２２０度と設定すればよい。
【００４３】
図２に本発明の固定子巻線７を含む電気回路図を示す。
固定子巻線７は、第１の３相巻線２７、第２の３相巻線２８とからなっている。なお、３相巻線２７、２８は、それぞれ、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルを有しており、それぞれＹ結線されている。
第１の３相巻線２７には、第１の３相インバータ３１が接続されており、第２の３相巻線２８には、第２の３相インバータ３２が接続されている。
【００４４】
第１の３相巻線２７と第２の３相巻線２８とは電気的に絶縁されており、第１の３相インバータ３１と第２の３相インバータ３２との間も交流部分では絶縁されており、直流の正負端子３４、３５でのみ電気的に接続されている。なお、直流の正負端子３４、３５には供給用の直流電源３６が接続されている。
【００４５】
これにより、第１の３相巻線２７は、第１の３相インバータ３１により通電され、第２の３相巻線２８は、第２の３相インバータ３２により通電される。
なお、３相インバータ３１、３２は、周知の回路であり、図２では主要のスイッチング素子のみを表示し、その他の周辺素子や制御回路については省略する。
【００４６】
固定子巻線７は、全節分布巻き方式で固定子鉄心６に巻かれている。
スロット２３には、第１の３相巻線２７、第２の３相巻線２８が周方向に交互に配されている。すなわち、奇数番目のスロット２３には第１の３相巻線２７が収容され、偶数番目のスロット２３には第２の３相巻線２８が収容される。
【００４７】
具体的には、第１の３相巻線２７のＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルをＵ１、Ｖ１、Ｗ１とし、第２の３相巻線２８のＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルをＵ２、Ｖ２、Ｗ２とすると、例えば、図３（ａ）に示すように、周方向において、Ｕ１、Ｕ２、Ｗ１、Ｗ２、Ｖ１、Ｖ２の順にスロット２３に内に収容されている。
これによれば、スロット間隔は電気角で３０度であるため、第１の３相巻線２７、第２の３相巻線２８との空間位相差は電気角で３０度となる。
【００４８】
なお、各相コイルは、例えば平角断面導線などの連続導体で形成されており、固定子鉄心６の軸方向端面から突出するコイルエンド部３８と、スロット２３内に収容されるスロット収容部３９とを周方向に交互に有している。すなわち、図３（ｂ）に示すように、Ｕ２を例にとると、スロット収容部３９ａとスロット収容部３９ｂとの間がコイルエンド部３８によりつながっており、コイルエンド部３８が５つのスロット２３を跨ぐように巻装されている。なお、スロット収容部３９ａのスロット軸方向に流れる電流の向きと、スロット収容部３９ｂのスロット軸方向に流れる電流の向きとは逆となる（図３（ａ）、（ｂ）参照）。
そして、Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１、Ｖ２、Ｗ２も同様の態様でスロット２３内に収容されている。
【００４９】
そして、第１、第２の３相インバータ３１、３２は、第１の３相巻線２７と第２の３相巻線２８との間の空間位相差に応じた位相差で、それぞれ独立に、第１、第２の３相巻線２７、２８に３相正弦波電流を通電している。
【００５０】
すなわち、本実施例では、第１の３相巻線２７と第２の３相巻線２８との間の空間位相差が電気角で３０度であるため、第１の３相巻線２７に通電される３相正弦波電流と、第２の３相巻線２８に３相正弦波電流との時間位相差が電気角で３０度となるように、それぞれ、第１、第２の３相インバータ３１、３２を介して、通電されている。
【００５１】
つまり、例えば、Ｕ１に流れる電流と、Ｕ２に流れる電流との電流の時間的位相差が電気角で３０度となるように、第１、第２の３相巻線２７、２８が、各々、第１、第２の３相インバータ３１、３２を介して電流制御されている。
【００５２】
〔実施例１の作用・効果〕
実施例１の構成による空間磁束変化の様子と回転子３の磁極境界位置との関係を図４に示し、従来例での関係を図５に示す。なお、図４及び５の縦軸は、図４と図５とを比較するために表示した規格化された磁束量であり、実際の磁束量ではない。
【００５３】
本実施例によれば、固定子２と回転子３との間の空隙には、第１の３相巻線２７での電機子反作用によって発生する空間磁束変化（第１空間磁束変化）と、第２の３相巻線２８での電機子反作用によって発生する空間磁束変化（第２空間磁束変化）とを合成した合成磁束変化が生じる（図４参照）。
尚、第１空間磁束変化と第２空間磁束変化の周期は電気角で３０度位相がずれて生じている。
【００５４】
そして、本実施例では、この合成磁束変化が小さくなるように、第１の３相インバータ３１による通電と、第２の３相インバータ３２による通電とを独立に制御している。
すなわち、第１の３相巻線２７と第２の３相巻線２８との間の電流位相差を空間位相差に一致させることにより、第１空間磁束変化の脈動の極大位置と、第２空間磁束変化の脈動の極大位置との位相をずらすことが可能となるため、電機子反作用による空間磁束変化（合成磁束変化）を小さくすることができる。
【００５５】
具体的には、本実施例の空間磁束変化量△φ１は、従来の空間磁束変化量△φ２（図５参照）に比べ約７５％低減している。
なお、従来例の固定子１０２は１つの３相巻線が全節分布巻き方式巻装された構造となっている（図７参照）。この場合の空間磁束変化量Δφ２は、本実施例での空間磁束変化量Δφ１よりも大きくなる。
【００５６】
加えて、従来例では、回転子１０１のパーミアンス変化極大位置、つまり磁石極１０４と疑似極１０５の境界位置（図５のＣ、Ｄ）に、磁束変化極大位置が同期しているために電動機の振動が大きくなっていた。つまり、図５に示す従来例のようにパーミアンス変化極大位置Ｃ、Ｄの両方で空間磁束変化の脈動が共に谷（もしくは山）となってしまい、これが、振動増幅の一原因となっていた。
【００５７】
しかし、本実施例では、回転子３のパーミアンス変化極大位置（図４のＡ、Ｂ）のいずれか一方が対向する位置での空間磁束変化と、他方が対向する位置での空間磁束変化とにおいて、脈動の極大位置が同期しないように電流制御されている。
つまり、例えば、図４に示すように、Ａ位置に対向する位置での空間磁束変化（合成磁束変化）の脈動は谷であるのに対して、Ｂ位置に対向する位置での空間磁束変化の脈動は山である。これによれば、振動の増幅が抑制される。
【００５８】
また、図７に示すように、従来例では、磁石極１０と擬似極１１の周方向長さを等しく設計しているため、巻線ピッチｊと磁極間ピッチｋとが同期していた。すなわち、パーミアンス変化極大位置（図７のＣ、Ｄ）と相切替わりの位置が完全に同期しており、電気６次成分の振動が増大する関係になっていた。
【００５９】
これに対して、本実施例では、磁石極１０と擬似極１１の周方向長さに差を設けているため、固定子２の電流変化のピッチ（巻線ピッチｊ）と磁極間ピッチｋが同期しない。すなわち、パーミアンス変化極大位置（図６のＡ、Ｂ）と相切替わりのタイミングがずれる。
例えば、図６のＢ位置はＵ２の相導体からＷ１の相導体に切り替わる瞬間にも関わらず、図６のＡ位置は未だＵ２の相導体を跨いでおり、パーミアンス変化極大位置と相切替わりの位置がずれている。これにより、振動の増幅が抑制される。
【００６０】
なお、従来例では、磁石極１０４の周方向長さは疑似極１０５の周方向長さと等しく電気角で１８０度であったが、本実施例では、磁石極１０の周方向長さは２０７度であり、従来例と比べて磁石極の長さが１５％増加しているため、従来例と比べて約１５％の磁束量を増強可能ともなっている。
【００６１】
また、本実施例では、磁石極１０を構成する永久磁石の残留磁束密度をＢｒ、疑似極１１を構成する軟磁性材の飽和磁束密度をＢｓｔとすると、
磁石極１０の周方向長さ：疑似極１１の周方向長さ＝Ｂｓｔ：Ｂｒ
の関係が成立するように、磁石極１０の周方向長さが設計されている。
これによれば、永久磁石１２及び軟磁性材の材料選定段階において、磁極の周方向長さを一義的に設計することができる。
【００６２】
〔実施例２〕
実施例２の電動機装置を、実施例１とは異なる点を中心に図８を用いて説明する。
実施例２は、回転子３における永久磁石１２の配置態様が実施例１とは異なっている。
実施例２では、永久磁石１２が鉄心１３の内側に埋め込まれている。すなわち、磁石極１０は、回転子３の周回面の内側に永久磁石１２が配設されてなっている。
【００６３】
具体的には、磁石固定部１７が凸部１６と同様に外周側に突出する突状に設けられており、磁石固定部１７の内部に永久磁石１２が埋め込まれている。
また、１つの磁石極１０に２つの永久磁石１２が使用されており、２つの永久磁石１２は、内周側に凸となるＶ字状に配置されている。
【００６４】
すなわち、磁石極１０は、回転子３の周回面の内側に永久磁石１２が配設されてなっている。なお、実施例１と同様に、磁石極１０の周方向長さ（θ方向角度θｍ）は、擬似極１１の周方向長さよりも大きくなっている。
本実施例の永久磁石１２の配置態様でも、実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００６５】
〔実施例３〕
実施例３の電動機装置を、実施例１とは異なる点を中心に図９を用いて説明する。
実施例３は、固定子巻線７の態様が実施例１とは異なっており、セグメントコンダクタ型となっている。
【００６６】
本実施例の固定子巻線７は、導体セグメント４５を複数個接合することにより形成される。導体セグメント４５は、１対の脚部４６と、脚部４６間を接続するターン部４７とを有する。以下に、導体セグメント４５による固定子巻線７の形成方法について説明する。
【００６７】
図９（ａ）に示すように、導体セグメント４５をＵ字状の状態（図９（ａ）の二点鎖線参照）から、脚部４６をターン部４７を中心に拡開させた状態（図９（ａ）の破線参照）にする。そして、この状態で脚部４６をスロット２３の軸方向一端側（図９（ｂ）の図示下方）から挿入し、軸方向他端側（図９（ｂ）の図示上方）に貫通させた後、周方向に所定角度だけ曲げて開く（図９（ｂ）実線参照）。
【００６８】
同様に複数の導体セグメント４５をスロット２３に挿入する。
そして、スロット２３から軸方向他端側に貫通した脚部４６の先端部４６ａを、別の導体セグメント４５の先端部４６ａと溶接によって接合する。これによって、複数の導体セグメント４５によって固定子巻線７が形成される。
【００６９】
なお、脚部４６の一部がスロット２３に収容されるスロット収容部３９となり、ターン部４７及び、脚部４６の先端側の一部がコイルエンド部３８となる。
このようなセグメントコンダクタ型を採用することによって、固定子巻線７の製造及び固定子２への組付けが容易となり、大量製造可能となる。
また、コイルエンドが整列されてコンパクトに収めることもできる。つまり電動機１０の小型化を図ることができる。さらに、一般的には分布巻きは集中巻きに対してコイルエンドが増大して電動機全体の小型化を阻害するが、本実施例のようにセグメントコンダクタ型にすることでコイルエンドの増大を抑制することが可能となる。
【００７０】
〔変形例〕
本発明の実施態様は、実施例に限定されず種々の変形例を考えることができる。
例えば、実施例の電動機１は内側に回転子３を有するインナーロータタイプであったが、アウターロータタイプのものに本発明の固定子２を適用してもよい。
また、実施例では、固定子巻線が２つの３相巻線からなっていたが、固定子巻線は、ｍ相巻線（ｍは正の整数）であればよい。つまり、実施例ではｍ＝３としたが、これに限られない。
【００７１】
また、実施例では、磁石極１０に対向するスロット数は２ｍ＋１であり、疑似極１１に対向するスロット数は２ｍ−１であったが、２ｍからの差分は１に限られない。磁石極１０に対向するスロット数が２ｍより多く、疑似極１１に対向するスロット数は２ｍより少なくなっていればよい。
【符号の説明】
【００７２】
１ 電動機
２ 固定子
３ 回転子
６ 固定子鉄心
７ 固定子巻線
１０ 磁石極
１１ 擬似極
１２ 永久磁石
１３ 鉄心
２３ スロット
２７ 第１の３相巻線（第１のｍ相巻線）
２８ 第２の３相巻線（第２のｍ相巻線）
３１ 第１の３相インバータ（第１のインバータ）
３２ 第２の３相インバータ（第２のインバータ）
４５ 導体セグメント
４６ 脚部
４７ ターン部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド車両や電気自動車等に搭載される電動機装置に関する。また、産業用機器、家庭電化製品等への適用も可能である。
【背景技術】
【０００２】
近年、高性能な希土類磁石を利用したモータ（電動機）が盛んに各機器に採用されているが、資源リスクの観点から希土類磁石を極力使用しないモータの研究が行われている。
例えば、特許文献１には、配置する複数の永久磁石の着磁方向を全て等しくし、永久磁石間の鉄心部に反対極を形成する所謂コンシクエントポール型回転子を採用し、モータ性能を維持したまま希土類磁石を削減可能なモータが開示されている。
【０００３】
すなわち、コンシクエントポール型回転子では、配置する複数の永久磁石の着磁方向が全て等しくなっている。そして、永久磁石による磁極を磁石極とすると、永久磁石間の鉄心部には磁石極とは反対極の擬似的な磁極（擬似極）が形成される。これによれば、１磁極対の内、一方の磁極を永久磁石を使用することなく形成できるため、永久磁石の使用量を少なくできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４?３５７４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述したコンシクエントポール型回転子を採用したモータにおいては磁石極と疑似極との境界部にて固定子（電機子）を周回する磁路のパーミアンス変化が大きいため、固定子鉄心の振動が増大して騒音問題を発生することが発明者等の実験で分かった。
【０００６】
この振動の要因は、電機子反作用が生成する空間磁束の変動（回転磁界の脈動）に、回転子のパーミアンス変化が呼応して発生するものであり、電機子反作用による空間磁束変化、若しくは回転子のパーミアンス変化を和らげることが振動低減に求められる。
【０００７】
また、図７に示すように、従来の１磁極あたり３スロットの全節分布巻きモータの回転子１０１をコンシクエントポール型回転子とした場合に、電機子反作用による磁束変化ピッチ、すなわち、固定子１０２に巻かれる各相巻線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の巻線ピッチｊと、磁石極１０４と疑似極１０５の境界のピッチｋ（磁極間ピッチｋ）とが同期してしまうことが振動を増幅させる一因となっている。
【０００８】
仮に回転子を表面磁石型の構成に変えると、回転子表面の材質変化が存在しないので、磁極間のパーミアンス変化が理論上ゼロであるから、極端な振動は発生せず騒音レベルは極めて静粛である。
しかし、コンシクエントポール構造では、上述のように、磁石極の反対極を鉄心により形成しているため、パーミアンス変化が大きい。すなわち、このパーミアンス変化の問題は、コンシクエントポール構造を採るが故の現象であり、これに対する対策は回転子設計毎に最適形状を求める大変な労力が必要となる。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、パーミアンス変化の激しいコンシクエントポール型回転子を採用しても、固定子の振動による騒音を悪化させない電動機装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の電動機装置は、電動機とインバータとを備える。
電動機は、永久磁石による磁石極と、軟磁性材のみで形成されるとともに磁石極と反対極となる擬似極が周方向に交互に配される回転子を備える。また、電動機は、磁石極及び擬似極に対向するように周方向に配置された複数のスロットを有する固定子鉄心と、スロットに収容される固定子巻線とを有する固定子を備える。
そして、インバータにより固定子巻線へ電流が供給される。
【００１１】
そして、固定子巻線は２つのｍ相巻線（ｍは正の整数）からなり、スロットの数は１磁極ピッチ当たり２ｍ個である。
また、複数のスロットには第１のｍ相巻線と第２のｍ相巻線とが周方向に交互に配されており、第１のｍ相巻線と第２のｍ相巻線とは互いに電気的に絶縁されており、それぞれ独立して電流制御が可能である。
【００１２】
また、回転子の磁極間のパーミアンス変化が大きい部分が通過する固定子側の対向位置での空間磁束変化を滑らかにするように、固定子巻線に通電される電流が制御されている。
【００１３】
すなわち、本手段では、回転子の磁極間のパーミアンス変化が大きい部分が通過する固定子側の対向位置での空間磁束変化を滑らかにするように、２つのｍ相巻線を独立に電流制御される構成となっている。
【００１４】
これによれば、回転子の磁極間のパーミアンス変化が大きい部分が通過する固定子側の対向位置での空間磁束変化は小さいため、固定子鉄心の振動が低減され、振動による騒音も低減される。
【００１５】
〔請求項２の手段〕
請求項２の電動機装置によれば、インバータは、第１のｍ相巻線に給電する第１のｍ相インバータと、第２のｍ相巻線に給電する第２のｍ相インバータとを備える。
そして、第１のインバータにより第１のｍ相巻線に通電されるｍ相正弦波電流と、第２のインバータにより第２のｍ相巻線に通電されるｍ相正弦波電流との間の位相差は、第１のｍ相巻線と第２のｍ相巻線との間の空間位相差と等しくなっている。
【００１６】
これによれば、電機子反作用による空間磁束変化を少なくすることが可能となる。
ここで、第１のｍ相巻線で発生する空間磁束変化（以下、第１空間磁束変化）と、第２のｍ相巻線で発生する空間磁束変化（以下、第２空間磁束変化）とを合成した合成磁束変化が、電機子反作用による空間磁束変化となる。
【００１７】
そして、第１のｍ相巻線と第２のｍ相巻線との間の電流位相差を空間位相差に一致させることにより、第１空間磁束変化の脈動の極大位置と、第２空間磁束変化の脈動の極大位置との位相をずらすことが可能となるため、電機子反作用による空間磁束変化を小さくすることができる。
【００１８】
これにより、電機子反作用による空間磁束変化が小さくなるため、固定子鉄心の振動が低減され、振動による騒音も低減される。
また、第１のｍ相巻線と第２のｍ相巻線とを独立に電流制御可能であるため、十分なトルク性能を確保しつつ、騒音の低減を図ることができる。
【００１９】
〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の電動機装置によれば、ｍは３である。つまり、固定子巻線は、第１の３相巻線と、第２の３相巻線とを有する。
そして、第１の３相巻線との３相巻線の空間位相差は電気角で３０度であり、第１のインバータと第２のインバータによる電流間の位相差も電気角で３０度である。
【００２０】
〔請求項４の手段〕
請求項４に記載の電動機装置によれば、磁石極に対向するスロット数は２ｍより多く、疑似極に対向するスロット数は２ｍより少ない。
これによれば、各相巻線の巻線ピッチと、磁石極と疑似極の磁極間ピッチとが同期しない。つまり、固定子側の電機子反作用の変化の大きい部分と、回転子側の磁極間のパーミアンス変化が大きい部分とを空間的に同期状態から外すことができる。
このため、固定子の振動が増幅されることがなく、振動及び騒音を低減することができる。
【００２１】
〔請求項５の手段〕
請求項５に記載の電動機装置によれば、磁石極は、回転子の周回面に永久磁石が配設されて成る。
〔請求項６の手段〕
請求項６に記載の電動機装置によれば、磁石極は、回転子の周回面の内側に永久磁石が配設されて成る。
【００２２】
〔請求項７の手段〕
請求項７に記載の電動機装置によれば、磁石極を構成する永久磁石の残留磁束密度をＢｒ、疑似極を構成する軟磁性材の飽和磁束密度をＢｓｔとすると、
磁石極の周方向長さ：疑似極の周方向長さ＝Ｂｓｔ：Ｂｒ
の関係が成立している。
【００２３】
これによれば、磁石極と擬似極とを等分設計する場合と比較して、磁束量を増大させることができる。また、永久磁石及び軟磁性材の材料選定段階において、磁極の周方向長さを一義的に設計することができる。
【００２４】
〔請求項８の手段〕
請求項８に記載の電動機装置によれば、固定子巻線は、１対の脚部と、脚部間をつなぐターン部とを有するＵ字状の導体セグメントを複数接合することにより形成されるセグメントコンダクタ型である。
これによれば、固定子巻線の製造及び固定子への組付けが容易となり、大量製造可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】固定子及び回転子の構成図である（実施例１）。
【図２】電動機装置を示す電気回路図である（実施例１）。
【図３】（ａ）は固定子鉄心の軸方向からみた固定子巻線の構成を示す説明図であり、（ｂ）は固定子鉄心の径方向からみた固定子巻線の構成を示す説明図である（実施例１）。
【図４】電機子反作用による空間磁束変化と磁極境界位置との関係を示す説明図である（実施例１）。
【図５】電機子反作用による空間磁束変化と磁極境界位置との関係を示す説明図である（従来例）。
【図６】固定子巻線と磁極境界位置との関係を示す説明図である（実施例１）。
【図７】固定子巻線と磁極境界位置との関係を示す説明図である（従来例）。
【図８】固定子及び回転子の構成図である（実施例２）。
【図９】（ａ）は固定子巻線を形成するセグメント導体の斜視図であり、（ｂ）はセグメントコンダクタ型の固定子巻線を示す斜視図である（実施例３）。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。
【実施例】
【００２７】
〔実施例１の構成〕
実施例１の電動機装置を、図１〜図４、図６を用いて説明する。
実施例１の電動機装置の電動機１は、３相交流モータであって、回転磁界を発生させる固定子２、固定子２の内周側に配されて回転磁界により回転する回転子３とを備える。
【００２８】
固定子２は、固定子鉄心６と固定子鉄心６に巻装された固定子巻線７とを有し、固定子巻線７に３相交流電流を流すことにより回転磁界を形成し、回転磁界内に配される回転子３を回転させる（図１参照。なお、図１では固定子巻線７の描画が省略されている）。
【００２９】
回転子３は、コンシクエントポール型と呼ばれるタイプのものであり、永久磁石による磁石極１０と軟磁性材のみで形成される擬似極１１とを周方向に交互に有している。
すなわち、回転子３は、複数（本実施例では５つ）の永久磁石１２と、鉄等の軟磁性材により円筒状に形成された鉄心１３とにより形成されている。
鉄心１３は、外周面に周方向に等間隔に形成された凸部１６と、凸部１６同士の間に永久磁石１２が固定される磁石固定部１７とを有している。
【００３０】
そして、磁石固定部１７には、複数の永久磁石１２の着磁方向が全て等しくなるように永久磁石１２が固定されている。すなわち、本実施例では、５つの永久磁石１２はＮ極が外周側を向くように固定されている。そして、磁石固定部１７に固定された永久磁石１２は磁石極１０をなす。つまり、磁石極１０は、回転子３の周回面に永久磁石が配設されてなっている。
なお、永久磁石１２は、ネオジムとディスプロシウムを用いた希土類磁石で形成されている。
【００３１】
そして、磁石極１０同士の間に形成された凸部１６には、永久磁石１２からの磁束が外周側から内周側へ流れ込むため、凸部１６を擬似的にＳ極とみなすことができる。従って、この凸部１６が擬似極１１となる。
なお、磁石極１０と擬似極１１との間には、周方向の隙間（磁気バリア１８）が設けられている。
【００３２】
本実施例の回転子３は、５つの磁石極１０と５つの擬似極１１を有している。すなわち、１０極（５磁極対）の回転子である。
なお、円筒状の鉄心１３の内周には、例えばステンレス等の非磁性体で形成された回転軸１９が固定されている。
【００３３】
固定子２は、積層電磁鋼板により円筒状に形成された固定子鉄心６に固定子巻線７を巻装してなる。
固定子巻線７は、２つの３相巻線（後に詳述する）からなっている。
【００３４】
固定子鉄心６は、先端が回転子３に対向するティース２１と、ティース２１同士を外周側で磁気的に接続するバックヨーク部２２とを有している。
そして、隣合うティース２１同士とバックヨーク部２２とで囲われる空間が、固定子巻線７が配置されるスロット２３となっている。
【００３５】
ティース２１は周方向に等間隔に６０個配置されており、スロット２３は同じく６０個存在する。つまり、スロット数は、１磁極ピッチ中に６個（２ｍ個（ｍ＝３））となっている。すなわち、１磁極対当たり１２個のスロット２３が存在するため、スロット間隔は電気角で３０度となる。
【００３６】
また、本実施例では、磁石極１０に対向するスロット数は７個（２ｍ＋１個（ｍ＝３））であり、擬似極１１に対向するスロット数は５個（２ｍ−１個（ｍ＝３））となっている。すなわち、磁石極１０に対向するスロット数は６個（２ｍ個）より多く、擬似極１１に対向するスロット数は６個（２ｍ個）より少ない。
【００３７】
なお、１つの磁石極１０に対向するスロット数と１つの擬似極１１に対向するスロット数の合計が必ずしも１２個（４ｍ個）とならなくてもよい。磁気バリア１８の大きさによっては、磁気バリア１８に対向するスロット２３が存在するようになるからである。
【００３８】
具体的には、磁石極１０のθ方向角度θｍが電気角で２０７度に、擬似極１１のθ方向角度を電気角度で１４５度に設計している。
これにより、磁石極１０の周方向長さ（θ方向角度θｍ）は、擬似極１１の周方向長さ（θ方向角度）よりも大きくなっており、磁石極１０に対向するスロット数が、擬似極１１に対向するスロット数よりも多くなっている。
【００３９】
この磁石極１０の周方向長さの設計には、以下の関係式を用いている。
磁石極の周方向長さ：疑似極の周方向長さ＝Ｂｓｔ：Ｂｒ
ここで、Ｂｒは、磁石極１０を構成する永久磁石１２の残留磁束密度であり、Ｂｓｔは、擬似極１１を構成する軟磁性材の飽和磁束密度である。
【００４０】
例えば、選択した永久磁石の残留磁束密度Ｂｒが１．４テスラであり、選択した軟磁性材の飽和磁束密度Ｂｓｔが１．９テスラである場合、上述の関係に基づいて、磁石極１０のθ方向角度θｍは電気角で約２０７度と設定すればよい。
【００４１】
すなわち、固定子巻線７への鎖交磁束を極大化するには互いの磁極を通過する磁束量を限界までに設計すればよく、磁石極１０の磁束量φｍはθｍ×Ｂｒに比例し、擬似極１１の磁束量φｓは（２π−θｍ）×Ｂｓｔに比例する。従って、選択したＢｒ、Ｂｓｔの材料でφｍ＝φｓとなるθｍを求めると略θｍ＝２０７度となる。なお、本実施例では、磁石極１０と擬似極１１との境に磁気バリア１８を少々設けるために擬似極１１の幅は略１４５度に設計されている。
【００４２】
また、選択した永久磁石の残留磁束密度Ｂｒが１．２テスラであり、選択した軟磁性材の飽和磁束密度Ｂｓｔが１．９テスラである場合には、上述の関係に基づいて、磁石極１０のθ方向角度θｍは電気角で約２２０度と設定すればよい。
【００４３】
図２に本発明の固定子巻線７を含む電気回路図を示す。
固定子巻線７は、第１の３相巻線２７、第２の３相巻線２８とからなっている。なお、３相巻線２７、２８は、それぞれ、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルを有しており、それぞれＹ結線されている。
第１の３相巻線２７には、第１の３相インバータ３１が接続されており、第２の３相巻線２８には、第２の３相インバータ３２が接続されている。
【００４４】
第１の３相巻線２７と第２の３相巻線２８とは電気的に絶縁されており、第１の３相インバータ３１と第２の３相インバータ３２との間も交流部分では絶縁されており、直流の正負端子３４、３５でのみ電気的に接続されている。なお、直流の正負端子３４、３５には供給用の直流電源３６が接続されている。
【００４５】
これにより、第１の３相巻線２７は、第１の３相インバータ３１により通電され、第２の３相巻線２８は、第２の３相インバータ３２により通電される。
なお、３相インバータ３１、３２は、周知の回路であり、図２では主要のスイッチング素子のみを表示し、その他の周辺素子や制御回路については省略する。
【００４６】
固定子巻線７は、全節分布巻き方式で固定子鉄心６に巻かれている。
スロット２３には、第１の３相巻線２７、第２の３相巻線２８が周方向に交互に配されている。すなわち、奇数番目のスロット２３には第１の３相巻線２７が収容され、偶数番目のスロット２３には第２の３相巻線２８が収容される。
【００４７】
具体的には、第１の３相巻線２７のＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルをＵ１、Ｖ１、Ｗ１とし、第２の３相巻線２８のＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルをＵ２、Ｖ２、Ｗ２とすると、例えば、図３（ａ）に示すように、周方向において、Ｕ１、Ｕ２、Ｗ１、Ｗ２、Ｖ１、Ｖ２の順にスロット２３に内に収容されている。
これによれば、スロット間隔は電気角で３０度であるため、第１の３相巻線２７、第２の３相巻線２８との空間位相差は電気角で３０度となる。
【００４８】
なお、各相コイルは、例えば平角断面導線などの連続導体で形成されており、固定子鉄心６の軸方向端面から突出するコイルエンド部３８と、スロット２３内に収容されるスロット収容部３９とを周方向に交互に有している。すなわち、図３（ｂ）に示すように、Ｕ２を例にとると、スロット収容部３９ａとスロット収容部３９ｂとの間がコイルエンド部３８によりつながっており、コイルエンド部３８が５つのスロット２３を跨ぐように巻装されている。なお、スロット収容部３９ａのスロット軸方向に流れる電流の向きと、スロット収容部３９ｂのスロット軸方向に流れる電流の向きとは逆となる（図３（ａ）、（ｂ）参照）。
そして、Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１、Ｖ２、Ｗ２も同様の態様でスロット２３内に収容されている。
【００４９】
そして、第１、第２の３相インバータ３１、３２は、第１の３相巻線２７と第２の３相巻線２８との間の空間位相差に応じた位相差で、それぞれ独立に、第１、第２の３相巻線２７、２８に３相正弦波電流を通電している。
【００５０】
すなわち、本実施例では、第１の３相巻線２７と第２の３相巻線２８との間の空間位相差が電気角で３０度であるため、第１の３相巻線２７に通電される３相正弦波電流と、第２の３相巻線２８に３相正弦波電流との時間位相差が電気角で３０度となるように、それぞれ、第１、第２の３相インバータ３１、３２を介して、通電されている。
【００５１】
つまり、例えば、Ｕ１に流れる電流と、Ｕ２に流れる電流との電流の時間的位相差が電気角で３０度となるように、第１、第２の３相巻線２７、２８が、各々、第１、第２の３相インバータ３１、３２を介して電流制御されている。
【００５２】
〔実施例１の作用・効果〕
実施例１の構成による空間磁束変化の様子と回転子３の磁極境界位置との関係を図４に示し、従来例での関係を図５に示す。なお、図４及び５の縦軸は、図４と図５とを比較するために表示した規格化された磁束量であり、実際の磁束量ではない。
【００５３】
本実施例によれば、固定子２と回転子３との間の空隙には、第１の３相巻線２７での電機子反作用によって発生する空間磁束変化（第１空間磁束変化）と、第２の３相巻線２８での電機子反作用によって発生する空間磁束変化（第２空間磁束変化）とを合成した合成磁束変化が生じる（図４参照）。
尚、第１空間磁束変化と第２空間磁束変化の周期は電気角で３０度位相がずれて生じている。
【００５４】
そして、本実施例では、この合成磁束変化が小さくなるように、第１の３相インバータ３１による通電と、第２の３相インバータ３２による通電とを独立に制御している。
すなわち、第１の３相巻線２７と第２の３相巻線２８との間の電流位相差を空間位相差に一致させることにより、第１空間磁束変化の脈動の極大位置と、第２空間磁束変化の脈動の極大位置との位相をずらすことが可能となるため、電機子反作用による空間磁束変化（合成磁束変化）を小さくすることができる。
【００５５】
具体的には、本実施例の空間磁束変化量△φ１は、従来の空間磁束変化量△φ２（図５参照）に比べ約７５％低減している。
なお、従来例の固定子１０２は１つの３相巻線が全節分布巻き方式巻装された構造となっている（図７参照）。この場合の空間磁束変化量Δφ２は、本実施例での空間磁束変化量Δφ１よりも大きくなる。
【００５６】
加えて、従来例では、回転子１０１のパーミアンス変化極大位置、つまり磁石極１０４と疑似極１０５の境界位置（図５のＣ、Ｄ）に、磁束変化極大位置が同期しているために電動機の振動が大きくなっていた。つまり、図５に示す従来例のようにパーミアンス変化極大位置Ｃ、Ｄの両方で空間磁束変化の脈動が共に谷（もしくは山）となってしまい、これが、振動増幅の一原因となっていた。
【００５７】
しかし、本実施例では、回転子３のパーミアンス変化極大位置（図４のＡ、Ｂ）のいずれか一方が対向する位置での空間磁束変化と、他方が対向する位置での空間磁束変化とにおいて、脈動の極大位置が同期しないように電流制御されている。
つまり、例えば、図４に示すように、Ａ位置に対向する位置での空間磁束変化（合成磁束変化）の脈動は谷であるのに対して、Ｂ位置に対向する位置での空間磁束変化の脈動は山である。これによれば、振動の増幅が抑制される。
【００５８】
また、図７に示すように、従来例では、磁石極１０と擬似極１１の周方向長さを等しく設計しているため、巻線ピッチｊと磁極間ピッチｋとが同期していた。すなわち、パーミアンス変化極大位置（図７のＣ、Ｄ）と相切替わりの位置が完全に同期しており、電気６次成分の振動が増大する関係になっていた。
【００５９】
これに対して、本実施例では、磁石極１０と擬似極１１の周方向長さに差を設けているため、固定子２の電流変化のピッチ（巻線ピッチｊ）と磁極間ピッチｋが同期しない。すなわち、パーミアンス変化極大位置（図６のＡ、Ｂ）と相切替わりのタイミングがずれる。
例えば、図６のＢ位置はＵ２の相導体からＷ１の相導体に切り替わる瞬間にも関わらず、図６のＡ位置は未だＵ２の相導体を跨いでおり、パーミアンス変化極大位置と相切替わりの位置がずれている。これにより、振動の増幅が抑制される。
【００６０】
なお、従来例では、磁石極１０４の周方向長さは疑似極１０５の周方向長さと等しく電気角で１８０度であったが、本実施例では、磁石極１０の周方向長さは２０７度であり、従来例と比べて磁石極の長さが１５％増加しているため、従来例と比べて約１５％の磁束量を増強可能ともなっている。
【００６１】
また、本実施例では、磁石極１０を構成する永久磁石の残留磁束密度をＢｒ、疑似極１１を構成する軟磁性材の飽和磁束密度をＢｓｔとすると、
磁石極１０の周方向長さ：疑似極１１の周方向長さ＝Ｂｓｔ：Ｂｒ
の関係が成立するように、磁石極１０の周方向長さが設計されている。
これによれば、永久磁石１２及び軟磁性材の材料選定段階において、磁極の周方向長さを一義的に設計することができる。
【００６２】
〔実施例２〕
実施例２の電動機装置を、実施例１とは異なる点を中心に図８を用いて説明する。
実施例２は、回転子３における永久磁石１２の配置態様が実施例１とは異なっている。
実施例２では、永久磁石１２が鉄心１３の内側に埋め込まれている。すなわち、磁石極１０は、回転子３の周回面の内側に永久磁石１２が配設されてなっている。
【００６３】
具体的には、磁石固定部１７が凸部１６と同様に外周側に突出する突状に設けられており、磁石固定部１７の内部に永久磁石１２が埋め込まれている。
また、１つの磁石極１０に２つの永久磁石１２が使用されており、２つの永久磁石１２は、内周側に凸となるＶ字状に配置されている。
【００６４】
すなわち、磁石極１０は、回転子３の周回面の内側に永久磁石１２が配設されてなっている。なお、実施例１と同様に、磁石極１０の周方向長さ（θ方向角度θｍ）は、擬似極１１の周方向長さよりも大きくなっている。
本実施例の永久磁石１２の配置態様でも、実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００６５】
〔実施例３〕
実施例３の電動機装置を、実施例１とは異なる点を中心に図９を用いて説明する。
実施例３は、固定子巻線７の態様が実施例１とは異なっており、セグメントコンダクタ型となっている。
【００６６】
本実施例の固定子巻線７は、導体セグメント４５を複数個接合することにより形成される。導体セグメント４５は、１対の脚部４６と、脚部４６間を接続するターン部４７とを有する。以下に、導体セグメント４５による固定子巻線７の形成方法について説明する。
【００６７】
図９（ａ）に示すように、導体セグメント４５をＵ字状の状態（図９（ａ）の二点鎖線参照）から、脚部４６をターン部４７を中心に拡開させた状態（図９（ａ）の破線参照）にする。そして、この状態で脚部４６をスロット２３の軸方向一端側（図９（ｂ）の図示下方）から挿入し、軸方向他端側（図９（ｂ）の図示上方）に貫通させた後、周方向に所定角度だけ曲げて開く（図９（ｂ）実線参照）。
【００６８】
同様に複数の導体セグメント４５をスロット２３に挿入する。
そして、スロット２３から軸方向他端側に貫通した脚部４６の先端部４６ａを、別の導体セグメント４５の先端部４６ａと溶接によって接合する。これによって、複数の導体セグメント４５によって固定子巻線７が形成される。
【００６９】
なお、脚部４６の一部がスロット２３に収容されるスロット収容部３９となり、ターン部４７及び、脚部４６の先端側の一部がコイルエンド部３８となる。
このようなセグメントコンダクタ型を採用することによって、固定子巻線７の製造及び固定子２への組付けが容易となり、大量製造可能となる。
また、コイルエンドが整列されてコンパクトに収めることもできる。つまり電動機１０の小型化を図ることができる。さらに、一般的には分布巻きは集中巻きに対してコイルエンドが増大して電動機全体の小型化を阻害するが、本実施例のようにセグメントコンダクタ型にすることでコイルエンドの増大を抑制することが可能となる。
【００７０】
〔変形例〕
本発明の実施態様は、実施例に限定されず種々の変形例を考えることができる。
例えば、実施例の電動機１は内側に回転子３を有するインナーロータタイプであったが、アウターロータタイプのものに本発明の固定子２を適用してもよい。
また、実施例では、固定子巻線が２つの３相巻線からなっていたが、固定子巻線は、ｍ相巻線（ｍは正の整数）であればよい。つまり、実施例ではｍ＝３としたが、これに限られない。
【００７１】
また、実施例では、磁石極１０に対向するスロット数は２ｍ＋１であり、疑似極１１に対向するスロット数は２ｍ−１であったが、２ｍからの差分は１に限られない。磁石極１０に対向するスロット数が２ｍより多く、疑似極１１に対向するスロット数は２ｍより少なくなっていればよい。
【符号の説明】
【００７２】
１ 電動機
２ 固定子
３ 回転子
６ 固定子鉄心
７ 固定子巻線
１０ 磁石極
１１ 擬似極
１２ 永久磁石
１３ 鉄心
２３ スロット
２７ 第１の３相巻線（第１のｍ相巻線）
２８ 第２の３相巻線（第２のｍ相巻線）
３１ 第１の３相インバータ（第１のインバータ）
３２ 第２の３相インバータ（第２のインバータ）
４５ 導体セグメント
４６ 脚部
４７ ターン部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石による磁石極と、磁石極間に配される軟磁性材のみで形成されて前記磁石極と反対極を有する疑似極とを周方向に有する回転子、
および、前記磁石極及び前記擬似極に対向するように周方向に配置された複数のスロットを有する固定子鉄心と、前記スロットに収容される固定子巻線とを有する固定子を備える電動機と、
前記固定子巻線へ電流を供給するインバータとを備える電動機装置であって、
前記固定子巻線は２つのｍ相巻線（ｍは正の整数）からなり、
前記スロットの数は１磁極ピッチ当たり２ｍ個であり、
前記複数のスロットには第１のｍ相巻線と第２のｍ相巻線とが周方向に交互に配されており、
前記第１のｍ相巻線と第２のｍ相巻線とは互いに電気的に絶縁されており、それぞれ独立して電流制御が可能であり、
前記回転子の磁極間のパーミアンス変化が大きい部分が通過する前記固定子側の対向位置での空間磁束変化を滑らかにするように、前記インバータを介して前記固定子巻線に通電する電流が制御されていることを特徴とする電動機装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電動機装置において、
前記インバータは、前記第１のｍ相巻線に給電する第１のｍ相インバータと、前記第２のｍ相巻線に給電する第２のｍ相インバータとを備え、
前記第１のインバータにより前記第１のｍ相巻線に通電されるｍ相正弦波電流と、前記第２のインバータにより前記第２のｍ相巻線に通電されるｍ相正弦波電流との間の位相差は、前記第１のｍ相巻線と前記第２のｍ相巻線との間の空間位相差と等しいことを特徴とする電動機装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電動機装置において、
前記ｍは３であり、
前記第１の３相巻線と前記第２の３相巻線の空間位相差は電気角で３０度であり、
前記第１のインバータと前記第２のインバータによる電流間の位相差も電気角で３０度であることを特徴とする電動機装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の電動機装置において、
前記磁石極に対向するスロット数は２ｍより多く、前記疑似極に対向するスロット数は２ｍより少ないことを特徴とする電動機装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の電動機装置において、
前記磁石極は、前記回転子の周回面に前記永久磁石が配設されて成ることを特徴とする電動機装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の電動機装置において、
前記磁石極は、前記回転子の周回面の内側に前記永久磁石が配設されて成ることを特徴とする電動機装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の電動機装置において、
前記磁石極を構成する前記永久磁石の残留磁束密度をＢｒ、前記疑似極を構成する軟磁性材の飽和磁束密度をＢｓｔとすると、
前記磁石極の周方向長さ：前記疑似極の周方向長さ＝Ｂｓｔ：Ｂｒ
の関係が成立していることを特徴とする電動機装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の電動機装置において、
前記固定子巻線は、１対の脚部と、前記脚部間をつなぐターン部とを有するＵ字状の導体セグメントを複数接合することにより形成されるセグメントコンダクタ型であることを特徴とする電動機装置。
【請求項１】
永久磁石による磁石極と、磁石極間に配される軟磁性材のみで形成されて前記磁石極と反対極を有する疑似極とを周方向に有する回転子、
および、前記磁石極及び前記擬似極に対向するように周方向に配置された複数のスロットを有する固定子鉄心と、前記スロットに収容される固定子巻線とを有する固定子を備える電動機と、
前記固定子巻線へ電流を供給するインバータとを備える電動機装置であって、
前記固定子巻線は２つのｍ相巻線（ｍは正の整数）からなり、
前記スロットの数は１磁極ピッチ当たり２ｍ個であり、
前記複数のスロットには第１のｍ相巻線と第２のｍ相巻線とが周方向に交互に配されており、
前記第１のｍ相巻線と第２のｍ相巻線とは互いに電気的に絶縁されており、それぞれ独立して電流制御が可能であり、
前記回転子の磁極間のパーミアンス変化が大きい部分が通過する前記固定子側の対向位置での空間磁束変化を滑らかにするように、前記インバータを介して前記固定子巻線に通電する電流が制御されていることを特徴とする電動機装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電動機装置において、
前記インバータは、前記第１のｍ相巻線に給電する第１のｍ相インバータと、前記第２のｍ相巻線に給電する第２のｍ相インバータとを備え、
前記第１のインバータにより前記第１のｍ相巻線に通電されるｍ相正弦波電流と、前記第２のインバータにより前記第２のｍ相巻線に通電されるｍ相正弦波電流との間の位相差は、前記第１のｍ相巻線と前記第２のｍ相巻線との間の空間位相差と等しいことを特徴とする電動機装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電動機装置において、
前記ｍは３であり、
前記第１の３相巻線と前記第２の３相巻線の空間位相差は電気角で３０度であり、
前記第１のインバータと前記第２のインバータによる電流間の位相差も電気角で３０度であることを特徴とする電動機装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の電動機装置において、
前記磁石極に対向するスロット数は２ｍより多く、前記疑似極に対向するスロット数は２ｍより少ないことを特徴とする電動機装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の電動機装置において、
前記磁石極は、前記回転子の周回面に前記永久磁石が配設されて成ることを特徴とする電動機装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の電動機装置において、
前記磁石極は、前記回転子の周回面の内側に前記永久磁石が配設されて成ることを特徴とする電動機装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の電動機装置において、
前記磁石極を構成する前記永久磁石の残留磁束密度をＢｒ、前記疑似極を構成する軟磁性材の飽和磁束密度をＢｓｔとすると、
前記磁石極の周方向長さ：前記疑似極の周方向長さ＝Ｂｓｔ：Ｂｒ
の関係が成立していることを特徴とする電動機装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の電動機装置において、
前記固定子巻線は、１対の脚部と、前記脚部間をつなぐターン部とを有するＵ字状の導体セグメントを複数接合することにより形成されるセグメントコンダクタ型であることを特徴とする電動機装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１２５００６（Ｐ２０１２−１２５００６Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７２２０６（Ｐ２０１０−２７２２０６）
【出願日】平成２２年１２月７日（２０１０．１２．７）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月７日（２０１０．１２．７）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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