JP2002199679A - 磁石装備電機子をもつ誘導子型電気機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電機子インダクタンスの低減により高回転域の
出力増大が可能な磁石装備電機子をもつ誘導子型電気機
械を提供すること。 【解決手段】誘導子鉄心５０の磁気突極部をなす凸部５
１〜５５と対面して、電機子鉄心に軟磁性の磁極部１１
〜１６を設け、磁極部１１〜１６に三相の電機子巻線の
各巻線部４１〜４６を個別に集中巻きし、磁極部１１〜
１６の周方向中央部にそれぞれ一個の磁石３１〜３６を
設け、各磁石３１〜３６を略周方向に着磁し、互いに周
方向に隣接する少なくとも一対の磁石３１〜３６は互い
に周方向逆向きに着磁される。これにより、独特の磁界
分布を形成して体格当たりのトルクを向上することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車載用モータおよ
びジェネレータをはじめとする使用速度範囲が比較的広
く、且つ、体格当たり大きなトルクと出力が要求される
回転電機、およびリニアアクチエータに好適な磁石装備
電機子をもつ誘導子型電気機械に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】リラク
タンスモータ（導子型回転電機）はロータ構造がシンプ
ルかつ頑強であり、高速回転に耐え、小型機では同様の
堅牢なロータ構造をもつかご形誘導機によりトルクが大
きい反面、高回転域での出力の低下が問題となってい
る。

【０００３】これは、リラクタンスモータが主磁束を電
機子電流だけで受け持つため、原理的に電機子インダク
タンスを小さく設計することが難しいためと考えられ
る。

【０００４】なお、リラクタンスモータとしては、同期
式リラクタンスモータの他に、非同期回転するスイッチ
ドリラクタンスータ（ＳＲモータ）もあるが、このＳＲ
モータも上記と同様の問題をもつ。

【０００５】特開平１１ー３０８８２９号公報は、ＳＲ
ジェネレータにおいて、固定子に磁石の他に励磁巻線を
設け、励磁巻線の電流を制御することにより発電調整を
可能とすることを提案している。

【０００６】しかしながら、この公報技術によれば、発
電量調整のために励磁巻線を固定子継鉄にトロイダル巻
きするため、巻装が容易でなく、かつ、励磁巻線が固定
子継鉄の外周へ突出するという不利があった。また、励
磁巻線に隣接する磁極歯の極性を反転できないため、磁
極歯の電磁的な利用効率が低く、体格当たりの出力が小
さいという欠点もあった。

【０００７】その他、特公平７ー８１２６号公報や特許
２５７６２８６号は、同じリラクタンス原理を使いなが
ら低速度回転に特化したステッピングモータにおいて、
磁石を固定子磁極歯の凹部に設けることによりトルクを
増大することを提案している。

【０００８】しかしながら、これらは何れも磁極歯凹部
の漏れ磁束を減らしたり、磁気的凹凸比（リラクタンス
比）を磁石で補強したりして、磁石の作用は専ら磁極歯
部のリラクタンス比の増大用途に限定されている。

【０００９】このため、主磁束は相変わらず電機子電流
だけで受け持つ結果、電機子インダクタンスを小さく設
計することができず、高回転域での出力増大が困難であ
った。

【００１０】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
であり、電機子インダクタンスの低減により高回転域の
出力増大が可能な磁石装備電機子をもつ誘導子型電気機
械を提供することを、その目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の磁石装備
電機子をもつ誘導子型電気機械は、磁気突極部をなす凸
部を周方向略一定ピッチで複数有する誘導子鉄心と、前
記誘導子鉄心の前記凸部と対面する周面を有する電機子
とを備え、前記電機子は、前記凸部に対面する磁極面を
有して周方向略一定ピッチで前記誘導子鉄心に向けて突
設された軟磁性の磁極部をもつ電機子鉄心と、各前記磁
極部に個別に集中巻きされる多数の巻線部を有する三相
の電機子巻線と、各前記凸部に収容されて略周方向に着
磁された永久磁石とを備える磁石装備電機子をもつ誘導
子型電気機械において、前記永久磁石は、前記磁極部の
前記磁極面の周方向中央部に凹設された一個の磁石収容
溝に収容され、互いに周方向に隣接する少なくとも一対
の前記永久磁石は互いに周方向逆向きに着磁されている
ことを特徴としている。

【００１２】本構成によれば、凸部の磁極面の周方向中
央部にそれぞれ収容されて互いに周方向に隣接する一対
の永久磁石が、互いに周方向逆向きに着磁されているの
で、磁極部が永久磁石により周方向に二分されて、磁束
を一方側に偏在させて独特の磁界分布を形成してトルク
を発生させることができる。

【００１３】請求項２記載の構成によれば請求項１記載
の磁石装備電機子をもつ誘導子型電気機械において更
に、前記電機子鉄心は、前記磁石収容溝に径方向に隣接
する前記電機子鉄心の継鉄部により構成される磁石磁路
短絡部を有することを特徴としている。

【００１４】更に説明すれば、電機子が、磁極部（以
下、電機子磁極ともいう）の中心部に設けられた溝の電
磁ギャップ対向面と反対側に電機子の継鉄部を兼ねる磁
石磁路短絡部を設けたので、電機子電流の大きさを抑え
ることにより、磁石による磁束を上記磁石磁路短絡部に
より高速回転時に短絡させ、速度（回転数）の高い領域
において効率的に誘起電圧を適値に抑えることができ、
出力（効率）を向上させることが出来る。

【００１５】一方、高トルクを必要とする中低速（回
転）域では、電機子電流を大きくすることにより、上記
磁石磁路短絡部を磁気飽和させ、磁石による磁束をトル
ク（出力）として有効に利用できる。このようにして広
い（回転）速度域においてトルク及び／または出力を効
率よく制御可能な電気機械を提供することが可能とな
る。

【００１６】請求項３記載の構成によれば請求項１又は
２記載の磁石装備電機子をもつ誘導子型電気機械におい
て更に、前記磁極部は、ｎ（６の整数倍）個形成され、
前記磁極部のピッチＰ１と前記凸部のピッチＰ２との比
（Ｐ１／Ｐ２）は、略５／６又は略７／６に設定され、
前記永久磁石は、前記磁極部ごとに周方向極***互に着
磁され、前記電機子巻線の前記巻線部は、前記磁極部に
相順次に巻装されていることを特徴としている。

【００１７】すなわち、本構成によれば、磁極部（電機
子磁極）の中心部に磁極部の電磁ギャップ対向面（磁極
面）側から電機子の継鉄部（コアバック）側へ向けて設
けた溝に溝幅方向に着磁された磁石を収容したので、磁
極部（電機子磁極）の突極性を損なわずに磁石による磁
束を利用でき、効果的にトルクを向上できる。

【００１８】また、電機子導体が永久磁石と干渉するこ
となく磁極部（電機子磁極）に集中して巻回できるの
で、線占積率が向上し、コイルエンドも短縮でき、小型
高出力化するのに有効である。

【００１９】また、磁極部のピッチＰ１と凸部のピッチ
Ｐ２との比（Ｐ１／Ｐ２）を略５／６又略は７／６とし
たので、磁束のループ数が増え、磁石磁束が主磁束を効
果的に分担でき、主磁束を発生するのに必要な電機子導
体数を低減することにより電機子インダクタンスを減ら
して出力を増大させることができるという効果がある。

【００２０】また、磁極部の溝部に挿入された永久磁石
は交互に逆極性に着磁されているので、磁束分布の対称
性が良く、磁石による磁束をトルクとして利用しやす
い。

【００２１】また、電機子磁極に３相巻線が第１（Ｕ）
相、第２（Ｖ）相、第３（Ｗ）相の順に循環配列され、
同相の巻線が直列かつ同じ向きに接続されているので電
気磁気的相互作用の面からも対称性が良く、ロータ偏心
やエアギャップバランス等による不平衡電流を無くすこ
とができ、出力（効率）向上に有効である。

【００２２】つまり、磁極部の数ｎと、凸部の数ｍとの
比を上記値にした場合、磁極部に設けた磁石が極めて効
果的に主磁束を分担することができるため、主磁束を発
生するのに必要な電機子導体数を低減することにより、
電機子インダクタンスを減らして出力を増大させること
が可能となる。

【００２３】また、従来のリラクタンスモータが吸引力
のみを利用していたため、固定子およびロータ磁路の半
分以下しか活用できなかったのに対し、磁極部の数ｎ
と、凸部の数ｍとの比を上記値にした結果、磁極部に設
けた磁石が主磁束を磁極内で偏向させる第２の作用が相
乗して働き、従来、所望するのと反対方向のトルク（以
下、反トルク）が発生するため使えなかった磁路（及び
導体）を利用してトルク／体格を更に向上させることが
できる。

【００２４】請求項４記載の構成によれば請求項３記載
の磁石装備電機子をもつ誘導子型電気機械において更
に、前記磁極部は、ｎ（１２の整数倍）個形成され、前
記凸部は、ｍ（１０又は１４の整数倍）個形成されてい
ることを特徴としている。

【００２５】本構成によれば、磁極部の数を１２の整数
倍とし、凸部の数を偶数である１０又は１４の整数倍と
したので磁束分布が（軸）対称形となり、移動子（又は
ロータ）を揺動（又は偏心）させるアンバランス力を効
果的に抑制できる。

【００２６】請求項５記載の構成によれば請求項３記載
の磁石装備電機子をもつ誘導子型電気機械において更
に、前記凸部は、周方向へ所定ピッチで５又は７の整数
倍個、軸方向へ互いに隣接して複数列設けられ、互いに
軸方向に隣接する２つの前記凸部の列は、互いに周方向
に１／２ピッチずれて配置されていることを特徴として
いる。

【００２７】本構成によれば、磁極部の数（ｎ）を６の
整数倍とし、凸部の数（ｍ）を周方向へ５又は７の整数
倍とし、かつ、軸方向へ少なくとも２列に配置するとと
もに、互いに軸方向隣接する２つの凸部の列の凸部配置
ピッチをたがいに１／２ピッチずらしたので、１／２ピ
ッチずらされた配置をもつ隣接２列にて磁束分布が周方
向に１／２ピッチずれる。その結果、磁極部の数（ｎ）
を抑えつつ誘導子鉄心（ロータ）を揺動（又は偏心）さ
せるアンバランス力を効果的に抑制でき、外形（又は外
径）寸法に制約のある電気機械の構造として特に好適と
なる。

【００２８】請求項６記載の構成によれば請求項１又は
２記載の磁石装備電機子をもつ誘導子型電気機械におい
て更に、前記磁極部は、ｎ（１２の整数倍）個形成さ
れ、前記磁極部のピッチＰ１と前記凸部のピッチＰ２と
の比（Ｐ１／Ｐ２）は、略５／６又は略７／６に設定さ
れており、第一相の前記巻線部Ｕ１〜Ｕ４、第二相の前
記巻線部Ｖ１〜Ｖ４、第三相の前記巻線部Ｗ１〜Ｗ４
が、Ｕ１、Ｕ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｗ１、Ｗ２、Ｕ３、Ｕ
４、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ３、Ｗ４の順に循環配列され、互い
に周方向に隣接するとともに同一相の任意の２つの前記
巻線部は、互いに周方向逆向きに着磁された前記磁石を
有して互いに隣接する２つの前記磁極部に逆の巻き向き
にて個別に巻装され、互いに周方向に隣接するとともに
異なる相の任意の２つの前記巻線部は、互いに周方向同
じ向きに着磁された前記磁石を有して互いに隣接する２
つの前記磁極部に同じ巻き向きにて個別に巻装されてい
ることを特徴としている。

【００２９】本構成によれば、磁極部（電機子磁極）の
周方向中心部に磁極部の磁極面から電機子鉄心の継鉄部
（コアバック）側に向かって凹設された溝に溝幅方向に
磁化された磁石を収容した構成としたので、磁極部（電
機子磁極）の突極性を損なわずに磁石による磁束を利用
でき、効果的にトルクを向上できる。

【００３０】また、磁極部（電機子磁極）のピッチＰ１
と誘導子鉄心の凸部のピッチＰ２との比（Ｐ１／Ｐ２）
を略５／６又は略７／６としたので、磁束のループ数が
約２倍に増え、磁石磁束が主磁束を効果的に分担でき、
主磁束を発生するのに必要な電機子導体数を低減するこ
とにより、電機子インダクタンスを減らして出力を増大
させることができるという作用効果がある。

【００３１】また、磁極部の数ｎを１２の整数倍数とし
たので、凸部の数ｍを偶数である１０又は１４の整数倍
にすることができ、磁束分布が軸対称形状となり、誘導
子鉄心を揺動又は偏心させる力を低減することができ、
振動を減らすことができる。

【００３２】また、電機子導体を磁石と干渉することな
く磁極部に集中して巻回できるので、線占積率が向上し
コイルエンドも短縮でき、小型高出力化するのに有効で
ある。

【００３３】また、電機子巻線は、隣接する磁極部に互
いに逆向きかつ個別に巻装されて互いに直列接続され、
かつ、同じ相電圧が印加される合計６対の巻線部対（Ｕ
１、Ｕ２）、（Ｖ３、Ｖ４）、（Ｗ１、Ｗ２）、（Ｕ
３、Ｕ４）、（Ｖ１、Ｖ２）、（Ｗ３、Ｗ４）をこの順
序で循環するように巻装し、他の２相の巻線部対を挟ん
で互いに隣接する同相の２つの巻線部は、同じ向きに巻
装される構成を採用したので、電気磁気的相互作用の面
から対称性が良く、ロータ偏心やエアギャップアンバラ
ンス等による不平衡電流を無くすことができ、出力（効
率）向上に有効である。

【００３４】また、同相の一対の巻線部（同相巻線部対
ともいう）が個別に巻装されて互いに隣接する一対の磁
極部に収容される一対の磁石は、互いに周方向逆向きに
着磁されているので、上記同相巻線部対の分布巻係数が
比較的大きな値となり、磁石磁束に対する同相巻線部対
の巻線利用率（＝短節巻係数×分布巻係数）の向上によ
り、体格当たりのトルクを向上させることができる。

【００３５】また、上記電機子巻線が適度の短節巻係数
および分布巻係数を有するので、巻線電流による起磁力
波形（または誘導起電力）の高周波成分を低減でき、ト
ルク脈動を抑え、作動時の振動・騒音を低減することが
できる。

【００３６】また、相が異なる巻線部が巻装されて互い
に隣接する一対の磁極部に挿入された一対の磁石は、周
方向同じ向きに着磁されているので、磁石数がｎ（１２
の整数倍）でも、磁石による極性数ｐを等価的ｎ／２の
整数倍（６または１８の整数倍）とすることができ、磁
石により形成されて等価磁極数（互いに隣接して同じ向
きに着磁される一対の磁石は一個の磁石と想定した場合
の全磁石の磁極数を意味するものとする）ｐをもつ静止
磁界と、ｍ個の凸部を有するロータとの磁気変調作用に
より形成される回転磁界の等価極数ｑが、１０又は１４
の整数倍になり、磁極部数ｎ（１２の整数倍）の巻線部
に好適な関係（ｑ＝ｎ±２）を満足することにより、磁
路（及び導体）の利用率が更に向上でき、トルク／体格
（重量）をより一層向上させることができる。

【００３７】本構成の好適な態様において、磁極部のピ
ッチＰ１と誘導子鉄心の凸部のピッチＰ２との比の上記
関係に加え、永久磁石により形成される等価磁極数ｐ
と、凸部の数ｍと、電機子巻線による回転磁界の極数
ｑ、及び、磁極部の数ｎの間の比率を、ｐ：ｍ：ｑ＝１
８：１４：１０、または、ｐ：ｍ：ｑ＝６：１０：１４
のにしたので、２ｍ＝ｐ＋ｑ、かつ、ｑ＝ｎ±２、か
つ、ｐはｎ／２の整数倍（ｎは１２の整数倍）を満足す
ることができる。これにより、磁石による等価磁極数ｐ
の静止磁界と、ｍ個の凸部を有するロータとの磁気変調
作用により生成される回転磁界の等価極数ｑが、１０又
は１４になることにより、磁束のループ数が更に上記８
から１０に増加するため、更にｑ＝ｎ±２の場合、磁路
（及び導体）の利用率が更に向上できるため、トルク／
体格（重量）を一層向上させることができる。

【００３８】請求項７記載の構成によれば請求項１乃至
６のいずれか記載の磁石装備電機子をもつ誘導子型電気
機械において、前記誘導子鉄心及び電機子鉄心の周方向
を直線方向に展開した形状をもちリニアアクチエータを
構成することを特徴としているので、スラスト力が大き
いリニアアクチエータを実現することができる。

【００３９】

【発明の実施の形態】（実施例１）第１実施例を図１を
参照して説明する。図１は回転電機主要部の径方向断面
図である。

【００４０】電機子１０の電機子鉄心に設けた６個の磁
極部（以下、磁極又は電機子磁極ともいう）１１〜１６
の中心部に各磁極のギャップ対向面（磁極面）側から電
機子鉄心の継鉄部（コアバック）１Ｆ側に向かって、各
一つの矩形溝（磁石収容溝）２１〜２６が設けられてお
り、矩形溝２１〜２６に溝幅方向に着磁された磁石３１
〜３６が個別に挿入されている。

【００４１】磁石３１〜３６は、対称的な磁束分布を得
るため、交互に逆極性（隣り合う磁石の対向面が同極
性）に着磁されている。電機子（固定子）１０は、矩形
溝２１〜２６のギャップ対向面（磁極面）と反対側に継
鉄部１Ｆに連なり、磁石３１〜３６の磁束を短絡させる
磁石磁路短絡部６１〜６６を有する。したがって、磁石
磁路短絡部６１〜６６は継鉄部１Ｆとともに全体とし
て、電機子鉄心の継鉄部をなす。電機子１０の電機子鉄
心は軟磁性薄板材を積層してなる。電機子１０の電機子
鉄心は、図示するように、磁極１１〜１６と、継鉄部
（コアバック）１Ｆと、磁石磁路短絡部６１〜６６とを
一体にした薄板材により構成してもよいし、例えば磁極
１１〜１６毎に適宜分割した分割コア形状に形成し、後
で接合してもよい。

【００４２】各磁極部１１〜１６には、それぞれ本発明
で言う巻線部をなす導体４１〜４６が個別に集中巻きさ
れている。導体４１、４４は互いに直列接続されて星形
接続の三相電機子巻線の第１相（Ｕ）相の相巻線を構成
し、導体４２、４５は互いに直列接続されて三相電機子
巻線の第２相（Ｖ）相の相巻線を構成し、導体４３、４
６は互いに直列接続されて三相電機子巻線の第３相
（Ｗ）相の相巻線を構成している。つまり、第１相
（Ｕ）相の導体４１（４４）が第１（４）の磁極１１
（１４）に集中して巻かれており、同様に、第２相
（Ｖ）相の導体４２（４５）が第２（５）の磁極１２
（１５）に、第３相（Ｗ）相の導体４３（４６）が第３
（６）の磁極１３（１６）に集中して巻かれており、同
一相の導体（例えば４１と４４）は電気的に直列接続さ
れ、通電時に同相の磁極の対向ギャップ面（磁極面）の
極性が同一となるよう磁極に巻回されている。この実施
例では、電機子１０およびその磁極１１〜１６の内側に
はエアギャップを介してロータ（誘導子鉄心）５０があ
り、該ロータ５０が相対回転可能に配設されており、ロ
ータ（誘導子鉄心）５０の外周面には、ｍ（＝５）個の
磁気的な凸部（５１〜５５）が形成されている。ロータ
（誘導子鉄心）５０は、軟磁性薄板の積層部材および、
これに圧入されたシャフト７０とにより構成される。互
いに隣接する磁極（例えば１１と１２）のピッチＰ１
と、ロータ５０の凸部（例えば５１と５２）のピッチＰ
２との比（Ｐ１／Ｐ２）は略５／６とされている。

【００４３】次に上記実施例のモータの作用・効果を、
従来のＳＲモータとの比較により説明する。従来のＳＲ
モータは、図１９に示す固定子の対向スロットに電機子
コイル辺を納める全節巻の電機子巻線と、図２０に示す
１つの磁極に電機子巻線を巻く短節（集中）巻の電機子
巻線との２つの電機子巻線形式のものが知られている。
しかし、全節巻方式が短節巻方式に比べて、トルクに有
効な電流（以下、トルク電流）を流せる導体数を多くで
きるため、トルク／体格を大きくできる。

【００４４】すなわち、ロータが反時計まわりに回転す
る電動機モ−ドで比較してみると、図１９に示す全節巻
ではトルク電流を受け持つ導体がスロット４１、４４
（全スロットの１／３）であるのに対し、図２０に示す
短節巻ではトルク電流を受け持つ導体がスロット４１
ａ、４４ａ（全スロットの１／６）と少ないことからも
分かる。

【００４５】しかしながら、全節巻のコイルエンドは短
節巻のそれよりも長くなるという欠点がある。また、ロ
ータの磁束の流れをみると、両巻線ともロータの半分の
磁路しか利用しておらず、鉄量（体格）が増える要因と
なっている。

【００４６】そこで、図２１のように磁極の中心部に図
示極性の磁石を配置した短節（集中）巻の場合を考察し
てみると、スロット４１ａ、４４ａのトルク電流に加
え、従来使えなかったスロット４２ａ、４２ｂ、４５
ａ、４５ｂに主磁束を作るための励磁電流を流すことに
より磁極中心磁石３２、３５が磁極１２、１５内の磁束
を偏向させ、ロータ回転方向の磁極（１２ｂ、１５ｂ）
磁束を密にして、トルクが増加することができる。

【００４７】更に、図２に示すように、ロータ外周の凸
部（５１〜５５）を５個にすると磁束のループ数が２倍
（４個）に増え、トルク電流を増やせる結果、トルクが
増加する。

【００４８】したがって、図２によれば、トルク電流を
受け持つ導体がスロット４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４６
ｂ（全トルクの１／３）と従来の全節巻並みに増える
が、この時、磁石３１、３２、３６は主磁束を発生（分
担）しており、主磁束を発生するのに必要な電機子導体
数を低減することにより、電機子インダクタンスを減ら
して出力も増大させることができる。

【００４９】また別の見地から言えば、従来のＳＲモー
タでは主磁束を発生させる必要上、電流位相からみてイ
ンダクタンスが大きく成らざるをえなかった導体の一部
が、この実施例では、トルク電流（主磁束と直交する位
相の電流）を受け持つインダクタンスの小さな導体に置
き換えられることになり、その結果、全体として電機子
インダクタンスを減らし、出力を増大させることができ
る。

【００５０】また、スロット導体４４ａ、４４ｂに加
え、従来使えなかったスロット導体４３ｂ、４５ａにも
励磁電流を流すことができ、磁石３３〜３５が磁極１３
〜１５内の磁束を偏向させ、ロータ回転方向の磁束（１
３ｂ〜１５ｂ）磁束を密にして、更にトルクを増加させ
ることができる。

【００５１】次に、電動機モ−ド（ロータ回転が反時計
方向）における電機子三相電流と磁束分布およびロータ
の回転位置との関係について、図２と図３を用いて説明
する。

【００５２】図２は、電流の位相が第１の状態を示すも
のであり、第１相（Ｕ相）の導体４１（４４）には図中
の電流方向記号の向きに第１相（Ｕ相）電流が流れ、第
１（４）の磁極１１（１４）のエアギャップ対向面（磁
極面）はＳ極に磁化される。また、第２相（Ｖ相）の導
体４２（４５）には図中の電流方向記号の向きに第２相
（Ｖ相）電流が流れ、第２（５）の磁極１２（１５）の
エアギャップ対向面（磁極面）はＮ極に磁化される。同
様に、第３相（Ｗ相）の導体４３（４６）には図中、電
流方向記号の向きに第３相（Ｗ相）電流が流れ、第３
（６）の磁極１３（１６）のエアギャップ対向面（磁極
面）はＮ極に磁化される。

【００５３】この時、三相巻線は星形結線されているの
で、三相電流値の大きさ（絶対値）は、Ｕ相電流：Ｖ相
電流：Ｗ相電流＝２：１：１となっている。また、図２
に示すように、ロータ５０は、凸部５４が磁極１４と対
向する回転位置にあり、図示した磁束分布と三相電流と
の相互作用によりロータ５０には反時計方向のトルクが
発生する。

【００５４】図３は、電流の位相が第１の状態に対し６
０°（電気角）進んだ第２の状態を示すものであり、第
１相（Ｕ相）の導体４１（４４）には図中、電流方向記
号の向きに第１相（Ｕ相）電流が流れ、第１（４）の磁
極１１（１４）のエアギャップ対向面（磁極面）はＳ極
に磁化される。また、第２相（Ｖ相）の導体４２（４
５）には図中、電流方向記号の向きに第２相（Ｖ相）電
流が流れ、第２（５）の磁極１２（１５）のエアギャッ
プ対向面（磁極面）はＳ極に磁化される。同様に、第３
相（Ｗ相）の導体４３（４６）には図中、電流方向記号
の向きに第３相（Ｗ相）電流が流れ、第３（６）の磁極
１３（１６）のエアギャップ対向面（磁極面）はＮ極に
磁化される。

【００５５】この時、三相の電流値の大きさ（絶対値）
は、Ｕ相電流：Ｖ相電流：Ｗ相電流＝１：１：２の比に
なっている。また、図３に示すように、ロータ５０は、
凸部５３が磁極１３と対向する回転位置まで１２°（機
械角）進んだ位置にあり、図示した磁束分布と三相電流
との相互作用によりロータ５０には同様に反時計方向の
トルクが発生する。

【００５６】このように電流位相の電気角６０°に対し
てロータ回転の機械角１２°であることから、見かけ
上、５（極対数）の同期電動機と同様な三相交流回転制
御が可能である。

【００５７】ここで、ロータ５０の凸部の数をｍとする
と、この実施例の電気機械はｍ極対数（２ｍ極）の同期
電動（発電）機と同様な駆動方法が採用できる。なお、
ｍは５または７の整数倍である。

【００５８】ただし、ロータ５０は電機子電流による回
転磁界に対して真に同期回転している訳ではなく、電気
磁気現象として捉え直せば、本発明からなる電気機械は
磁極（ｎ個）に設けられた磁石による極数ｎの静止磁界
に磁気的凸部（ｍ個）を有するｍ極対数のロータ５０が
磁気変調作用を及ぼし、２ｍーｎ極の回転磁界が生成さ
れ、この回転磁界に所定の位相差を設けた電機子電流を
流すことにより、電動機または発電機として機能するも
のと考えることができる。

【００５９】以上説明したように、第１実施例によれ
ば、電機子の磁極部の周方向中心部に磁極面（ギャップ
対向面）側から電機子の継鉄部側へ向けて設けた矩形溝
に溝幅方向に着磁された磁石を挿入する構成としたの
で、電機子磁極の突極性を損なわずに磁石による磁束を
利用でき、効果的にトルクを向上できる。

【００６０】また、電機子導体を永久磁石と干渉するこ
となく電機子磁極に集中して巻回できるので、占積率が
向上し、コイルエンドも短縮でき、小型高出力化するの
に有効である。

【００６１】また、磁極部のピッチＰ１と凸部のピッチ
Ｐ２との比（Ｐ１／Ｐ２）を所定の値（略５／６）とし
たので、磁束のループ数が増え、磁石が主磁束を効果的
に分担でき、その結果、主磁束を発生するのに必要な電
機子導体数を低減することにより電機子インダクタンス
を減らして出力を増大させることができる。

【００６２】また、従来のリラクタンスモータが吸引力
のみを利用していたため、固定子およびロータ磁路の半
分以下しか活用できなかったのに対し、上記のように比
（Ｐ１／Ｐ２）を所定の値（略５／６）にしたので、上
記第１の作用に加えて、固定子磁極に設けた磁石が主磁
束を磁極内で偏向させる第２の作用が相乗して働き、従
来、反トルクが発生するため使えなかった磁路（及び導
体）が利用でき、トルク／体格を更に向上させることが
できる。

【００６３】また、磁極部の矩形溝に挿入された磁石は
交互に逆極性に着磁されているので、磁束分布の対称性
が良く、磁石による磁束をトルクとして利用しやすくな
る。

【００６４】また、三相巻線の巻線部が第１（Ｕ）相、
第２（Ｖ）相、第３（Ｗ）相の順に各磁極部に個別に巻
装され、更に、互いに直列接続されて同相の相巻線を構
成する各巻線部が、同じ向き（軸心からみて）に巻装さ
れるので、電気磁気的相互作用の面からも対称性が良
く、ロータ偏心やエアギャップバランス等による不平衡
電流を無くすことができ、出力（効果）向上に有効であ
る。

【００６５】また、電機子が電機子磁極の中心部に設け
られた矩形溝のギャップ対向面と反対側に電機子鉄心の
継鉄部１Ｆに連なる磁石磁路短絡部６１〜６６を有する
構成としたので、電機子電流の大きさを抑える（または
電流位相を適度に進角又は遅角させる）ことにより、磁
石磁束を磁石磁路短絡部６１〜６６により適度に短絡さ
せ、速度（回転数）の高い領域において効率的に誘起電
圧を適値に抑えることができ、出力（効率）を向上させ
ることが出来る。

【００６６】一方、高トルクを必要とする中低速（回
転）域では、電機子電流を大きくすることにより、磁石
磁路短絡部６１〜６６を磁気飽和させ、磁石による磁束
をトルク（出力）として有効に利用できる。このように
して広い（回転）速度域においてトルク及び／または出
力を効率よく制御可能な電気機械を提供することができ
る。

【００６７】また、磁石磁路短絡部６１〜６６を継鉄部
１Ｆに連なる構成としたので、図２に示すように磁石磁
路短絡部（図中の６２、６３）は、継鉄部１Ｆを経由し
磁石（図中の３２、３３）の磁束をトルクに有効な磁極
部位（図中１２ａ、１３ｂ）に導くための磁路として作
用し、磁石による磁束が、より効果的にトルク（出力）
として利用できる。

【００６８】なお、本実施例において、ロータ凸部の数
が５で、磁極部のピッチＰ１と凸部のピッチＰ２との比
（Ｐ１／Ｐ２）が略５／６の場合について詳述したが、
ロータ凸部の数が７で、磁極部のピッチＰ１と凸部のピ
ッチＰ２との比（Ｐ１／Ｐ２）が略７／６の場合につい
ても同様の作用効果が得られる。 （実施例２）磁極部の数（ｎ）を１２、凸部の数（ｍ）
を１０とした第２実施例の磁石装備電機子をもつ誘導子
型回転電機を、第１実施例との違いを中心に説明する。

【００６９】この実施例は、図４の回転電機主要部の径
方向断面図に示すよう、電機子である固定子１０が、１
２個の磁極（磁極部）１１〜１３〜１Ｃを有し、これら
磁極の周方向中心部には極***互に着磁された磁石３１
〜３３〜３Ｃが挿入されている。

【００７０】第１相（Ｕ相）の導体（本発明で言う巻線
部）４Ｕ１が磁極１１、第２相（Ｖ相）の導体（本発明
で言う巻線部）４Ｖ１が磁極１２、第３相（Ｗ相）の導
体（本発明で言う巻線部）４Ｗ１が磁極１３に集中して
巻かれており、以下、図示省略するが、第１相（Ｕ
相）、第２相（Ｖ相）、第３相（Ｗ相）の順に導体が各
磁極に個別に集中して巻かれている。同一相の導体（例
えば４Ｕ１、４Ｕ２、４Ｕ３、４Ｕ４）は電気的に直列
接続され、かつ、通電時に同相の導体が巻装された各磁
極（同相磁極ともいう）の対向ギャップ面（磁極面）が
同一極性になるように各磁極に巻回されている。

【００７１】電機子１０およびその電機子鉄心の磁極１
１〜１３〜１Ｃの径方向内側にはエアギャップを介して
ロータ５０が相対回転自在に配設され、ｍ（＝１０）個
の磁気的な凸部（５１〜５Ａ）がロータ５０の外周面に
形成されている。

【００７２】互いに隣接する磁極（例えば１１と１２）
のピッチＰ１と凸部（例えば５１と５２）のピッチＰ２
との比（Ｐ１／Ｐ２）は略５／６とされている。

【００７３】次に電動機モ−ド（ロータ回転が反時計方
向）における電機子三相電流と磁束分布および、ロータ
の位置の関係について、図５及び図６を用いて説明す
る。

【００７４】図５は第１の電流位相状態を示すものであ
り、第１相（Ｕ相）導体４Ｕ１〜４Ｕ４、第２相（Ｖ
相）導体４Ｖ１〜４Ｖ４、第３相（Ｗ相）の導体４Ｗ１
〜４Ｗ４に、図中、電流方向記号の向きの三相電流が流
れ、磁極のエアギャップ対向面（磁極面）が磁化され、
図示するように軸対称に分布した磁束が形成される。

【００７５】この時、星形結線された三相電機子巻線の
各相電流の大きさ（絶対値）は、Ｕ相電流：Ｖ相電流：
Ｗ相電流＝２：１：１の比になっている。

【００７６】ロータ５０は、図５に示すように、凸部５
４が磁極１４と対向する回転位置にあり、図示した磁束
分布と三相電流との相互作用により、反時計方向のトル
クがロータ５０に発生する。

【００７７】図６は電流の位相が第１の状態に対し６０
°（電気角）進んだ第２の状態を示す。第１相（Ｕ相）
導体４Ｕ１〜４Ｕ４、第２相（Ｖ相）導体４Ｖ１〜４Ｖ
４、第３相（Ｗ相）の導体４Ｗ１〜４Ｗ４に、図中、電
流方向記号の向きの三相電流が流れ、磁極のエアギャッ
プ対向面（磁極面）が磁化され、図示するように、軸対
称に分布した磁束が形成される。

【００７８】この時、三相電流の大きさ（絶対値）は、
Ｕ相電流：Ｖ相電流：Ｗ相電流＝１：１：２の比になっ
ている。

【００７９】ロータ５０は、図６に示すように、凸部５
３が磁極１３と対向する回転位置まで図５に対し６°
（機械角）進んだ位置にあり、図示するように磁束分布
と三相電流との相互作用により、反時計方向のトルクが
ロータ５０に発生している。

【００８０】このように、電流位相の電気角６０°に対
してロータ回転の機械角６°であることから、見かけ
上、極対数１０の同期電動機と同様な三相交流回転制御
が可能となっている。

【００８１】以上のように、本実施例よれば、ロータの
凸部の数（ｍ）を１０としたので、磁束分布が軸対称形
となり、ロータを偏心させるアンバランス力を効果的に
抑制できる。 （第３実施例）第３実施例として、磁極部の数（ｎ）を
１２、ロータの凸部の数（ｍ）を１４とした場合につい
て、第１実施例との違いを中心に説明する。

【００８２】この実施例は、図７の回転電気主要部の径
方向断面図に示すよう、電機子である固定子１０が、１
２個の磁極１１〜１３〜１Ｃを有し、これら磁極の中心
部には極***互に着磁された磁石３１〜３３〜３Ｃが挿
入されている。

【００８３】第１相（Ｕ相）の導体（巻線部）４Ｕ１が
磁極１１に、第２相（Ｖ相）の導体（巻線部）４Ｖ１が
磁極１２に、第３相（Ｗ相）の導体（巻線部）４Ｗ１が
磁極１３に、それぞれ集中して巻かれており、以下、図
示省略するが、第１相（Ｕ相）、第２相（Ｖ相）、第３
相（Ｗ相）の順に導体（巻線部）が各磁極に個別に集中
して巻かれている。

【００８４】同一相の導体（例えば４Ｕ１、４Ｕ２、４
Ｕ３、４Ｕ４）は電気的に直列接続され、かつ、通電時
に同相の導体が巻装された各磁極（同相磁極ともいう）
の対向ギャップ面（磁極面）が同一極性になるように各
磁極に巻回されている。

【００８５】電機子１０およびその電機子鉄心の磁極１
１〜１３〜１Ｃの内側にはエアギャップを介してロータ
５０が相対回転自在に配設され、ｍ（＝１４）個の磁気
的な凸部（５１〜５Ｅ）がロータ５０の外周面に形成さ
れている。

【００８６】互いに隣接する磁極（例えば１１と１２）
のピッチＰ１と凸部（例えば５１と５２）のピッチＰ２
との比（Ｐ１／Ｐ２）は略７／６とされている。

【００８７】次に、電動機モ−ド（ロータ回転が反時計
方向）における電機子の三相電流と磁束分布およびロー
タの回転位置との関係について、図８及び図９を用いて
説明する。

【００８８】図８は第１の電流位相状態を示すものであ
り、第１相（Ｕ相）導体（巻線部）４Ｕ１〜４Ｕ４、第
２相（Ｖ相）導体（巻線部）４Ｖ１〜４Ｖ４、第３相
（Ｗ相）の導体（巻線部）４Ｗ１〜４Ｗ４に、図中、電
流方向記号の向きの三相電流が流れ、磁極のエアギャッ
プ対向面（磁極面）が磁化され、図示するように軸対称
の分布した磁束が形成される。

【００８９】この時、三相電流の大きさ（絶対値）は、
Ｕ相電流：Ｖ相電流：Ｗ相電流＝２：１：１の比になっ
ている。

【００９０】図８に示すように、ロータ５０の凸部５５
は、磁極１４と対向する回転位置にあり、図示した磁束
分布と三相電流との相互作用により、反時計方向のトル
クがロータ５０に発生する。

【００９１】図９は電流の位相が第１の状態に対し６０
°（電気角）進んだ第２の状態を示すものであり、第１
相（Ｕ相）導体４Ｕ１〜４Ｕ４、第２相（Ｖ相）導体４
Ｖ１〜４Ｖ４、第３相（Ｗ相）の導体４Ｗ１〜４Ｗ４
に、図中、電流方向記号の向きの三相電流が流れ、磁極
のエアギャップ対向面（磁極面）が磁化され、図示する
ように軸対称に分布した磁束が形成される。

【００９２】この時、三相電流の大きさ（絶対値）は、
Ｕ相電流：Ｖ相電流：Ｗ相電流＝１：２：１の比になっ
ている。

【００９３】図９に示すように、ロータ５０の凸部５６
は磁極１５と対向する回転位置、すなわち図６ー１の位
置に対して４．２９°（機械角）進んだ位置にあり、図
示した磁束分布と三３相電流との相互作用により、反時
計方向のトルクがロータ５０に発生している。

【００９４】このように、電流位相の電気角６０°に対
してロータ回転の機械角４．２９°であることから、見
かけ上、極対数１４の同期電動機と同様な三相交流回転
制御が可能となっている。

【００９５】以上説明したように、第２、３の実施例に
よれば、磁極の数（ｎ）を１２の整数倍とし、ロータの
凸部の数（ｍ）を偶数である１０又は１４の整数倍とし
たので、磁束分布が軸対称形となり、ロータを偏心させ
るアンバランス力を効果的に抑制することができる。 （第４実施例）次に第４の実施例として、磁極の数
（ｎ）が６で、凸部の数（ｍ）が５のロータを軸方向に
２列に分け、列間で凸部の周方向角度位置を１／２ピッ
チずらした場合について、第１実施例との違いを中心に
説明する。

【００９６】この実施例の骨子は、上記他の実施例と電
機子の構造や巻線構造をできるだけ変更することなく、
磁石数を軸方向で２分割し、一列分の磁極の数（ｎ）が
６のままでも、合成磁束の分布が軸対称になるようにし
て、ロータを偏心させるアンバランス力を抑制すること
により外径寸法に制約のある用途に適した小型の回転電
機を提供する点にある。

【００９７】この実施例では、図１０及び図１２に示す
ように、ロータ５０ａ、５０ｂが軸方向に２列に配置さ
れ、ロータ５０ａ、５０ｂは、外周に形成された５つの
凸部及び凹部が逆位相に配置された状態でシャフト７０
に固定されている。ロータ５０ａ、５０ｂは、軸受８０
により電機子１０に対して相対回転自在に支承されてい
る。ロータ５０ａとロータ５０ｂとの間には、磁気干渉
を避けるため、適宜の隙間（または非磁性体からなるス
ペーサ）９０を設けられている。

【００９８】電機子の基本構成や巻線は、第１実施例に
て説明した構造と同一であるが、図１０に示すように磁
極の周方向中心部に形成された矩形溝に挿入する磁石を
軸方向で２分割し、それぞれ軸方向に隣接する各対の磁
石は、互いに逆向きに着磁されている。すなわち、磁極
１１の矩形溝に軸方向に隣接して挿入する磁石３１ａ、
３１ｂを例にとると、左列のロータ５０ａに対応する磁
石３１ａは紙面手前側がＳ極であるのに対し、右列のロ
ータ５０ｂに対応する磁石３１ｂは紙面手前側がＮ極に
なるよう配置されている。

【００９９】なお、磁石は必ずしも図１０に示したよう
に軸方向で２分割する必要はなく、一つの磁石の該当す
る二つの部分を、磁極を矩形溝に挿入する前または後の
段階で互いに逆向きに着磁してもよい。

【０１００】次に、電動機モ−ド（ロータ回転が反時計
方向）における三相電機子電流と磁束分布との関係につ
いて、図１１及び図１２を用いて説明する。図１１は上
記図１０のＡーＡ断面を、図１１は上記図１０のＢーＢ
断面を示す。

【０１０１】第１相（Ｕ相）の導体４１（４４）には、
図中、電流方向記号の向きに第１相（Ｕ相）電流が流
れ、第１（４）の磁極１１（１４）のエアギャップ対向
面（磁極面）はＳ極に磁化される。

【０１０２】第２相（Ｖ相）の導体４２（４５）には、
図中、電流方向記号の向きに第２相（Ｖ相）電流が流
れ、第２（５）の磁極１２（１５）のエアギャップ対向
面（磁極面）はＮ極に磁化される。第３相（Ｗ相）の導
体４３（４６）には、図中、電流方向記号の向きに第３
相（Ｗ相）電流が流れ、第３（６）の磁極１３（１６）
のエアギャップ対向面（磁極面）はＮ極に磁化される。

【０１０３】この時、三相星形結線された電機子巻線の
三相電流（絶対値）は、Ｕ相電流：Ｖ相電流：Ｗ相電流
＝２：１：１の比になっている。

【０１０４】図１１及び図１２に示す磁束分布の比較か
らわかるように、２つのロータで凸部を逆位相配置（周
方向１／２ピッチずれた配置）とし、磁石極性も軸方向
に逆極性、かつ、周方向極***互に着磁したので、２つ
の磁束分布は互いに軸対称となり、個々のロータを偏心
させるアンバランス力を殆ど相殺することができる。

【０１０５】また、図１１及び図１２に示す磁束分布と
三相電流との相互作用により、それぞれ反時計方向のト
ルクがロータ５０ａ、５０ｂに発生する。

【０１０６】以上のように、この実施例によれば、磁極
の数（ｎ）を６の整数倍とし、更に、凸部の数（ｍ）が
５の整数倍であるロータを軸方向に少なくとも２列に配
置し、列が異なる２つのロータを逆位相配置（凸部およ
び凹部を逆）とし、軸方向に隣接する２つの磁石を互い
に逆向きに磁化したので、磁束分布が軸対称になり、磁
極の数（ｎ）を抑えつつ、ロータを偏心させるアンバラ
ンス力を効果的に抑制でき、外形寸法に制約がある小型
の電気機械の構造として好適となる。

【０１０７】なお、上記説明では、凸部の数が５（磁極
のピッチＰ１と凸部のピッチＰ２との比が略５／６）の
場合について詳述したが、凸部の数が７（磁極のピッチ
Ｐ１と凸部のピッチＰ２との比が略７／６）の場合につ
いても、同様の作用効果が得られる。また、上記アンバ
ランス力を更に低減するために、ロータ及び磁石を更に
多数軸方向に配列することもできる。

【０１０８】以上説明した各実施例によれば、ロータが
電機子の内側を回転するインナロータ構造の場合につい
て説明したが、アウタロータ構造の場合にも適用できる
のは言うまでもない。また、電気機械が回転運動する構
造の場合について説明したが、リニアモータ、リニアア
クチエータ等にも適用できるのは言うまでもない。ま
た、電機子が固定の場合について説明したが、逆に電機
子が移動（又は回転）するものであってもよい。

【０１０９】また、ロータ（移動子）の凸部が磁気的に
透磁率の高い部材の場合について説明したが、これに限
られるものではなく、電気磁気現象を用いたものであれ
ば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、既知のい
かなる方法を用いてもよい。

【０１１０】例えば、凸部の高透磁率部材と併用する形
で、凹部には電機子からの磁束の侵入を遮断するための
同心状短絡コイル等を設けてもよいし、極低温で使用す
るものであれば、凹部に磁気遮断効果の高い超伝導体か
らなる反磁性材料を配設してもよい。 （第５実施例）次に第５の実施例を以下に説明する。

【０１１１】図１３は回転電機主要部の径方向断面図で
あり、電機子１０の電機子鉄心が、１２個の磁極１Ｕ１
〜１Ｕ４、１Ｖ１〜１Ｖ４、１Ｗ１〜１Ｗ４を有し、矩
形溝２１〜２Ｃが、これら磁極の周方向中心部にギャッ
プ対向面（磁極面）側から電機子鉄心の継鉄部（コアバ
ック）１Ｆ側に向けて個別に凹設され、磁石３１〜３Ｃ
が、溝幅方向に磁化されて、矩形溝２１〜２Ｃに挿入さ
れている。

【０１１２】電機子１０の電機子鉄心は、矩形溝２１〜
２Ｃのギャップ対向面（磁極面）と反対側に位置して継
鉄部１Ｆに連なり、磁石３１〜３Ｃの磁束を短絡させる
磁石磁路短絡部６１〜６Ｃを有する。

【０１１３】第１相（Ｕ相）の巻線部４Ｕ１、４Ｕ２が
互いに隣接する磁極１Ｕ１、１Ｕ２に個別に集中して巻
かれている。第２相（Ｖ相）の巻線部４Ｖ３、４Ｖ４が
互いに隣接する磁極１Ｖ３、１Ｖ４に個別に集中して巻
かれている。第３相（Ｗ相）の巻線部４Ｗ１、４Ｗ２が
互いに隣接する磁極１Ｗ１、１Ｗ２に個別に集中して巻
かれている。

【０１１４】以下同様に、第１相（Ｕ相）の巻線部４Ｕ
３、４Ｕ４が磁極１Ｕ３、１Ｕ４に、第２相（Ｖ相）の
巻線部４Ｖ１、４Ｖ２が磁極１Ｖ１、１Ｖ２に、第３相
（Ｗ相）の巻線部４Ｗ３、４Ｗ４が磁極１Ｗ３、１Ｗ４
に巻装されている。

【０１１５】したがって、互いに隣接する磁極に巻かれ
同相電圧が印加される一対の巻線部からなる同相巻線部
対が二組形成されることになる。Ｕ相の巻線部（４Ｕ
１、４Ｕ２、４Ｕ３、４Ｕ４）において、４Ｕ１と４Ｕ
２とが第一の同相巻線部対を構成し、４Ｕ３と４Ｕ４と
が第二の同相巻線部対を構成している。これら二つの同
相巻線部対は逆極性にかつ直列接続されている。なお、
ここでいう「逆極性」とは、巻線部４Ｕ１と４Ｕ４とが
軸心からみて同じ向き、巻線部４Ｕ２と４Ｕ３とが軸心
からみて同じ向きに巻装されていることを意味するもの
とする。他相の巻線部も上記説明したＵ相の巻線部と同
様の接続、配置をもつ。第１〜３相（Ｕ〜Ｖ相）の巻線
部は、一般的な星形接続されている。

【０１１６】ロータ５０は、電機子１０およびその磁極
１Ｕ１〜１Ｗ４の径方向内側に相対回転自在に配設さ
れ、ｍ（＝１４）個の磁気的な凸部（５１〜５Ｅ）がロ
ータ５０の外周面に形成されている。

【０１１７】磁極（例えば１Ｗ４と１Ｕ１）のピッチＰ
１と凸部（例えば５１と５２）のピッチＰ２との比（Ｐ
１／Ｐ２）は略７／６に設定されている。同相巻線部対
を有した互いに隣接する一対の磁極に個別に挿入された
２つの磁石（例えば３１と３２、３３と３４）は、互い
に逆向きに着磁されており、相の異なる巻線部を有して
互いに隣接する一対の磁極に個別に挿入された２つの磁
石（例えば、３２と３３、３４と３５）は、互いに同じ
向きに着磁されている。

【０１１８】次に、この実施例の回転電機の作用及び効
果を従来のＳＲモータを参照して説明する。

【０１１９】次に上記実施例のモータの作用・効果を、
従来のＳＲモータとの比較により説明する。

【０１２０】従来のＳＲモータは、図１９に示す固定子
の対向スロットに電機子コイル辺を納める全節巻の電機
子巻線と、図２０に示す１つの磁極に電機子巻線を巻く
短節（集中）巻の電機子巻線との２つの電機子巻線形式
のものが知られている。しかし、全節巻方式が短節巻方
式に比べて、トルクに有効な電流（以下、トルク電流）
を流せる導体数を多くできるため、トルク／体格を大き
くすることができる。

【０１２１】すなわち、ロータが反時計まわりに回転す
る電動機モ−ドで比較してみると、図１９に示す全節巻
ではトルク電流を受け持つ導体がスロット４１、４４
（全スロットの１／３）であるのに対し、図６に示す短
節巻ではトルク電流を受け持つ導体がスロット４１ａ、
４４ａ（全スロットの１／６）と少ないことからも分か
る。

【０１２２】しかしながら、全節巻のコイルエンドは短
節巻のそれよりも長くなるという欠点がある。また、ロ
ータの磁束の流れをみると、両巻線ともロータの半分の
磁路しか利用しておらず、鉄量（体格）が増える要因と
なっている。

【０１２３】そこで、図２１のように磁極の中心部に図
示極性の磁石を配置した短節（集中）巻の場合を考察し
てみると、スロット４１ａ、４４ａのトルク電流に加
え、従来使えなかったスロット４２ａ、４２ｂ、４５
ａ、４５ｂに主磁束を作るための励磁電流を流すことに
より磁極中心磁石３２、３５が磁極１２、１５内の磁束
を偏向させ、ロータ回転方向の磁極（１２ｂ、１５ｂ）
磁束を密にして、トルクが増加することができる。

【０１２４】電流・磁束分布を図１４に示す。磁束ルー
プ数は１０個となっている。これは、同相巻線部対を有
する２つの磁極に互いに逆向きの磁石（例えば３１と３
２）を挿入し、相が異なる巻線部を有して互いに隣接す
る磁極に互いに同じ向きの磁石（例えば３２と３３）を
挿入しているので、磁石数がｎ（１２の倍数）でも、磁
石による極性数ｐを等価的にｎ／２の倍数（ここでは１
８の倍数）にでき、磁石による等価磁極数ｐの静止磁界
とｍ個の凸部を有するロータとの磁気変調作用により形
成される回転磁界の等価極数ｑが、１０の倍数になるた
めである。また、回転磁界の等価磁極数ｑ（１０）は、
電機子磁極数ｎ（１２の整数倍）の巻線部に対し好適な
関係（ｑ＝ｎ±２）を有するため、巻線利用率が向上し
ており、トルク／体格を向上させることができる。

【０１２５】ここで、巻線利用率ｋ（＝短節巻係数×分
布巻係数）を上記回転磁界の等価極数ｑと電機子磁極数
ｎとの関係で定義すると、この実施例の回転電機では、
ｑ＝１０、ｎ＝１２であるので、 ｋ１＝ｓｉｎ（９０°×ｑ／ｎ）×ｓｉｎ（９０°×ｑ／ｎ） ＝０．９６６×０．９６６ ＝０．９３３ となる。

【０１２６】これに対して、実施例２の回転電機では、
磁極数ｎが１２（磁石による等価磁極数１２）、凸部数
ｍが１４であるため、回転磁界の等価極数ｑが１６で、
分布巻係数＝１と考えると巻線利用率は同様にして、 である。

【０１２７】つまり、この実施例によれば、実施例２よ
りも巻線利用率ｋを１．０８倍向上することができ、そ
の分だけトルク／体格を向上させることができる。

【０１２８】また、電機子巻線が適度の短節巻係数０．
９６６及び分布巻係数０．９６６（位相差３０°）を有
するので、巻線電流による起磁力波形（または誘導起電
力）の高周波成分を低減でき、トルク脈動を抑え、作動
時の振動、騒音を低減することができる。

【０１２９】次に、電動機モ−ド（ロータ回転が反時計
方向）における三相電機子電流と磁束分布およびロータ
の回転位置との関係について、図１４及び図１５を用い
て説明する。

【０１３０】図１４は電流の位相が第１の状態を示す。
第１〜３相（Ｕ〜Ｗ相）の巻線部には、図中、電流方向
記号の向きに第１〜３相（Ｕ〜Ｗ相）の電流が流れ、磁
極のエアキャップ対向面（磁極面）がＮまたはＳ極に磁
化される。この時、星形接続の三相巻線は、各相の電流
値の大きさ（絶対値）は、Ｕ：Ｖ：Ｗ（相）＝１：２：
１の比になっている。この時、図示した磁束分布と三相
電流との相互作用により、反時計方向のトルクがロータ
５０に発生する。

【０１３１】また、トルク電流を受け持つ導体は、図示
のように、４Ｕ１ｂ、４Ｕ２ａ、４Ｕ３ｂ、４Ｕ４ａ、
４Ｗ１ｂ、４Ｗ２ａ、４Ｗ３ｂ、４Ｗ４ａ（全スロット
の１／３）と従来の全節巻並みに増え、磁石３１、３
５、３６、３７、３Ｂ、３Ｃは主磁束を発生（分担）す
るので、主磁束を発生するのに必要な電機子導体数を低
減することができ、電機子インダクタンスの低減により
出力を増大させることができる。

【０１３２】また、従来のＳＲモータでは有効なトルク
として使えなかったスロット導体４Ｖ１ａ（ｂ）、４Ｖ
２ａ（ｂ）、４Ｖ３ａ（ｂ）、４Ｖ４ａ（ｂ）にも励磁
電流を流すことができ、磁石３３、３４、３９、３Ａが
磁極１Ｖ１、１Ｖ２、１Ｖ３、１Ｖ４内の磁束を偏向さ
せ、ロータ回転方向の磁極磁束を密にして、更にトルク
を増加させることができる。

【０１３３】図１５は電流の位相が第１の状態に対し６
０°（電気角）進んだ第２の状態を示す。第１〜３相
（Ｕ〜Ｗ相）の巻線部には、図中、電流記号の向きに第
１〜３相（Ｕ〜Ｗ相）の電流が流れ、磁極のエアギャッ
プ対向面（磁極面）がＮまたはＳ極に磁化される。

【０１３４】この時、三相の電流値の大きさ（絶対値）
は、Ｕ：Ｖ：Ｗ（相）＝２：１：１の比になっており、
Ｗ相電流は第１の状態から反転している。また、ロータ
５０は、図１５に示すように、凸部５１が図１４の位置
より４．２９°（機械角）だけ進んだ位置にあり、図示
した磁束分布と三相電流との相互作用により、反時計方
向のトルクがロータ５０に発生している。

【０１３５】このように、電流位相の電気角６０°に対
してロータ回転の機械角４．２９°であることから、見
かけ上、１４（極対数）の電動機と同様に三相交流回転
制御が可能となる。すなわち、この実施例によれば、凸
部数をｍとした場合に、ｍ極対数（２ｍ極）の同期機と
同様な駆動方法が採用できる。

【０１３６】ただし、ロータは電機子電流による回転磁
界に対して真に同期回転している訳ではなく、電気磁気
現象として捉え直せば、ｎ個の磁極に設けられた磁石に
よる極数ｐの静止磁界に磁気的なｍ個の凸部を有するロ
ータが磁気変調作用を及ぼし、ｑ＝２ｍ−ｐ（極）の回
転磁界が生成され、この回転磁界に所定の位相差を設け
た電機子電流を流すことにより、電動動作又は発電動作
を行うものである。 （第６実施例）この実施例は、図１６の回転電機主要部
の径方向断面図に示すように、第５実施例と同様に構成
された１２個の電機子磁極１Ｕ１〜１Ｗ４を有する電機
子１０の内側に凸部数ｍが１０であるロータを有する態
様であり、上記した第５実施例との違いを中心に以下に
説明する。

【０１３７】第５実施例に対するこの実施例の構成上の
違いは、図１６に示すように、磁極（例えば１Ｕ１と１
Ｗ４）のピッチＰ１と、凸部（例えば５１と５２）のピ
ッチＰ２との比（Ｐ１／Ｐ２）を略５／６に設定した点
にある。

【０１３８】電流・磁束分布を図１７に示す。分布形状
は第５実施例と異なるが、磁束ループ数は第５実施例と
同様に１０個である。

【０１３９】これは、第５実施例と同様に、同相巻線部
対を有する２つの磁極は互いに逆極性の磁石を挿入し、
相が異なる巻線部を有して隣接する電機子磁極に同じ向
きに磁化された３つの磁石を個別に挿入しているので、
磁石数がｎ（１２の整数倍）でも、磁石による極性数ｐ
を等価的にｎ／２の整数倍（ここでは６の整数倍）とす
ることができ、磁石による等価磁極数ｐの静止磁界とｍ
個の凸部を有するロータとの磁気変調作用により形成さ
れる回転磁界の等価極数ｑが１４の整数倍になるためあ
る。

【０１４０】また、回転磁界の等価極数ｑ（１４）は、
磁極数ｎ（１２の整数倍）の巻線に対して好適な関係
（ｑ＝ｎ±２）を有することにより、巻線利用率も同様
に向上しており、トルク／体格を向上させることができ
る。

【０１４１】ここで、巻線利用率ｋ（＝短節巻係数×分
布巻係数）を上記回転磁界の等価極数ｑと電機子磁極数
ｎととの関係で捉えると、この実施例では、ｑ＝１４、
ｎ＝１２であることより、 ｋ１＝ｓｉｎ（９０°×ｑ／ｎ）×ｓｉｎ（９０°×ｑ／ｎ） ＝０．９６６×０．９６６ ＝０．９３３ となる。これに対して、磁極数ｎが１２（磁石による等
価磁極数１２）、凸部数が１０である場合の前述した実
施例では、回転磁界の等価極数ｑが８、分布巻係数を１
とすると、巻線利用率は、 となる。

【０１４２】したがって、この実施例によれば、前述の
実施例よりも巻線利用率ｋを１．０８（倍）だけ向上す
ることができ、トルク／体格を向上させることができ
る。

【０１４３】また、同相巻線部対が、適度の短節巻係数
０．９６６及び分布巻係数０．９６６（位相差３０°）
を有するので、巻線電流による起磁力波形（または誘導
起電力）の高周波成分を低減でき、トルク脈動を抑え、
作動時の振動・騒音を低減することができる。

【０１４４】電動機モ−ド（ロータ回転が反時計方向）
における三相電機子電流と磁束分布およびロータの回転
位置との関係について、図１７及び図１８を用いて説明
する。

【０１４５】図１７は電流の位相が第１の状態を示す。
第１〜３相（Ｕ〜Ｗ相）の巻線部には、図中、電流方向
記号の向きに第１〜３相（Ｕ〜Ｗ相）の電流が流れ、磁
極のエアギャップ対向面（磁極面）がＮまたはＳ極に磁
化される。

【０１４６】この時、星形接続された三相電機子巻線に
流れる電流値の大きさ（絶対値）は、Ｕ：Ｖ：Ｗ（相）
＝２：１：１の比になっている。

【０１４７】この時、ロータ５０は、図１７に示すよう
に凸部５４が磁極１Ｖ４と対向する回転位置にあり、図
示した磁束分布と三相電流との相互作用により、反時計
方向のトルクがロータ５０に発生する。

【０１４８】図１８は電流の位相が第１の状態に対し６
０°（電気角）進んだ第２の状態を示す。第１〜３相
（Ｕ〜Ｗ相）の巻線部には、図中、電流方向記号の向き
に第１〜３相（Ｕ〜Ｗ相）の電流が流れ、磁極のエアギ
ャップ対向面（磁極面）がＮまたはＳ極に磁化される。

【０１４９】この時、三相電機子巻線に流れる電流値の
大きさ（絶対値）は、Ｕ：Ｖ：Ｗ（相）＝１：２：１の
比になっており、Ｗ相電流は第１の状態から反転してい
る。

【０１５０】また、図４ー２に示すようにロータ５０
は、凸部５３が磁極１Ｖ３と対向する回転位置まで図４
ー１より６°（機械角）進んだ位置にあり、図示した磁
束分布と三相電流との相互作用により、反時計方向のト
ルクがロータ５０に発生している。

【０１５１】このように、電流位相の電気角６０°に対
してロータ回転の機械角が６°であることから、見かけ
上、極対数１０の同期電動機と同様な三相交流回転制御
が可能となる。

【０１５２】以上説明したように、第５、第６実施例に
よれば、磁極の周方向中心部に位置して、磁極のギャッ
プ対向面（磁極面）側から継鉄部側に向かって矩形溝を
設け、溝幅方向に磁化された磁石をこの矩形溝に挿入す
る構成としたので、磁極の突極性を損なうことなく磁石
磁束を有効利用することが可能となり、トルクを向上す
ることができる。

【０１５３】また、磁極のピッチＰ１と凸部のピッチＰ
２との比（Ｐ１／Ｐ２）を所定の値（略５／６又は略７
／６）としたので、磁束のループ数が約２倍に増え、磁
石が主磁束を効果的に分担でき、主磁束を発生するのに
必要な電機子導体数を低減することができ、電機子イン
ダクタンスを減らして出力を増大させることができる。

【０１５４】また、従来のリラクタンスモータが吸引力
のみを利用していたため、固定子およびロータ磁極の半
分以下しか活用できなかったのに対し、上記したように
比（Ｐ１／Ｐ２）を所定の値（略５／６）にしたので、
磁極に設けた磁石が主磁束を磁極内で偏向させ、その結
果、従来、反トルクが発生するため有効利用できなかっ
た磁路（及び導体）をトルク発生に有効利用することが
でき、トルク／体格を更に向上させることができる。

【０１５５】また、磁極ピッチＰ１と凸部ピッチＰ２と
の比の関係に加えて、磁石による等価磁極数ｐと、凸部
の数ｍと、上記電機子巻線による移動（回転）磁界の極
数ｑと、磁極数ｎとの関係を、２ｍ＝ｐ＋ｑ、かつ、ｑ
＝ｎ±２、かつ、ｐはｎ／２の倍数（ｎは１２の倍数）
を満足する関係とし、ｐ：ｍ：ｑ＝１８：１４：１０、
または、ｐ：ｍ：ｑ＝６：１０：１４に設定したので、
磁石による等価磁極数ｐの静止磁界と、ｍ個の磁気的な
凸部を有するロータとの磁気変調作用により形成される
回転磁界の等価極数ｑとが、ｑ＝２ｍ−ｐ＝１０（又は
１４）になるので、磁束のループ数を８から１０に増加
し、更に磁極数ｎと巻線部数ｎとの好適な関係（ｑ＝ｎ
±２）を満足するので、磁路（特に電機子鉄心の継鉄
部）及び巻線部の利用率を向上し、トルク／体格（重
量）をより一層向上することができる。

【０１５６】また、磁極の数ｎを１２の整数倍数とした
ので、凸部の数ｍを偶数である１０又は１４の整数倍と
することができる。その結果、磁束分布が（軸）対称形
となり、ロータ（誘導子鉄心）を揺動又は偏心させるア
ンバランス力を効果的に抑制できる。

【０１５７】また、巻線部を磁石と干渉することなく磁
極に集中巻きすることができるので、線占積率が向上し
コイルエンドも短縮でき、小型高出力化するのに有効で
ある。

【０１５８】また、磁極に三つの相相巻線が循環配列さ
れ、軸対称位置にある同相巻線部対が直列接続されてい
るので電気磁気的相互作用の面からも対称性が良く、ロ
ータ偏心やエアギャップバランス等による不平衡電流を
無くすことができ、出力（効率）向上に有効である。

【０１５９】また、電機子鉄心が磁極の中心部に設けら
れた矩形溝のギャップ対向面（磁極面）と反対側に、継
鉄部１Ｆに連なる磁石磁路短絡部６１〜６Ｃを有する構
成としたので、電機子電流の大きさを抑える（または電
流位相を適度に進角又は遅角させる）ことにより、磁石
による磁束を磁石磁路短絡部６１〜６Ｃにより適度に短
絡させ、速度（回転数）の高い領域において効率的に誘
起電圧を適値に抑えることができ、出力（効率）を向上
させることができる。

【０１６０】一方、高トルクを必要とする中低速（回
転）域では、電機子電流を大きくすることにより、磁石
磁路短絡部６１〜６６を磁気飽和させ、磁石による磁束
をトルク（出力）として有効に利用できる。このように
して広い（回転）速度域においてトルク及び／または出
力を効率よく制御可能な電気機械を提供することができ
る。

【０１６１】また、磁石磁路短絡部６１〜６６を継鉄部
１Ｆに連なる構成としたので、図１４に示すように磁石
磁路短絡部（図中の６６、６Ｃ）は、継鉄部１Ｆを経由
して磁石磁束をトルクに有効な磁極部位（図中１Ｗ２
ａ、１Ｗ４ａ）に導くための磁路として作用することが
でき、磁石磁束をトルク（出力）として有効利用するこ
とができる。

【０１６２】また、磁極数ｎを１２の倍数とし、凸部数
ｍを偶数である１４又は１０の整数倍とすることがで
き、磁束分布が軸対称形となり、ロータを偏心させるア
ンバランス力を効果的に抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の回転電機主要部の径方向断面図で
ある。

【図２】第１実施例の電流・磁束分布図（第１状態）で
ある。

【図３】第１実施例の電流・磁束分布図（第２状態）で
ある。

【図４】第２実施例の回転電機主要部の径方向断面図で
ある。

【図５】第２実施例の電流・磁束分布図（第１状態）で
ある。

【図６】第２実施例の電流・磁束分布図（第２状態）で
ある。

【図７】第３実施例の回転電機主要部の径方向断面図で
ある。

【図８】第３実施例の電流・磁束分布図（第１状態）で
ある。

【図９】第３実施例の電流・磁束分布図（第２状態）で
ある。

【図１０】第４実施例の回転電機主要部の軸方向断面図
である。

【図１１】第４実施例の電流・磁束分布図（第１状態）
である。

【図１２】第４実施例の電流・磁束分布図（第２状態）
である。

【図１３】第５実施例の回転電機主要部の径方向断面図
である。

【図１４】第５実施例の電流・磁束分布図（第１状態）
である。

【図１５】第５実施例の電流・磁束分布図（第２状態）
である。

【図１６】第６実施例の回転電機主要部の径方向断面図
である。

【図１７】第６実施例の電流・磁束分布図（第１状態）
である。

【図１８】第６実施例の電流・磁束分布図（第２状態）
である。

【図１９】ＳＲモータ（全節巻）の従来例を示す径方向
断面図である。

【図２０】ＳＲモータ（短節巻）の従来例例を示す径方
向断面図である。

【図２１】ＳＲモータトルク向上の考察例を示す径方向
断面図である。

【符号の説明】

１０ 電機子 １１〜１６ 磁極部 ３１〜３６ 永久磁石 ５０ ロータ（誘導子鉄心） ５１〜５５ 凸部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H002 AA09 AB05 AB06 AC06 AE07 AE08 5H619 AA01 BB01 BB06 BB15 BB18 BB22 BB24 PP01 PP06 PP08 5H621 AA03 BB10 GA01 GA04 GA16 GA17 HH01 JK05 5H622 AA03 CB05 PP17 QB01

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁気突極部をなす凸部を周方向略一定ピッ
   チで複数有する誘導子鉄心と、前記誘導子鉄心の前記凸
   部と対面する周面を有する電機子とを備え、 前記電機子は、 前記凸部に対面する磁極面を有して周方向略一定ピッチ
   で前記誘導子鉄心に向けて突設された軟磁性の磁極部を
   もつ電機子鉄心と、 各前記磁極部に個別に集中巻きされる多数の巻線部を有
   する三相の電機子巻線と、 各前記凸部に収容されて略周方向に着磁された永久磁石
   と、 を備える磁石装備電機子をもつ誘導子型電気機械におい
   て、 前記永久磁石は、前記磁極部の前記磁極面の周方向中央
   部に凹設された一個の磁石収容溝に収容され、 互いに周方向に隣接する少なくとも一対の前記永久磁石
   は互いに周方向逆向きに着磁されていることを特徴とす
   る磁石装備電機子をもつ誘導子型電気機械。
2. 【請求項２】請求項１記載の磁石装備電機子をもつ誘導
   子型電気機械において、 前記電機子鉄心は、前記磁石収容溝に径方向に隣接する
   前記電機子鉄心の継鉄部により構成される磁石磁路短絡
   部を有することを特徴とする磁石装備電機子をもつ誘導
   子型電気機械。
3. 【請求項３】請求項１又は２記載の磁石装備電機子をも
   つ誘導子型電気機械において、 前記磁極部は、ｎ（６の整数倍）個形成され、 前記磁極部のピッチＰ１と前記凸部のピッチＰ２との比
   （Ｐ１／Ｐ２）は、略５／６又は略７／６に設定され、 前記永久磁石は、前記磁極部ごとに周方向極***互に着
   磁され、 前記電機子巻線の前記巻線部は、前記磁極部に相順次に
   巻装されていることを特徴とする磁石装備電機子をもつ
   誘導子型電気機械。
4. 【請求項４】請求項３記載の磁石装備電機子をもつ誘導
   子型電気機械において、 前記磁極部は、ｎ（１２の整数倍）個形成され、 前記凸部は、ｍ（１０又は１４の整数倍）個形成されて
   いることを特徴とする磁石装備電機子をもつ誘導子型電
   気機械。
5. 【請求項５】請求項３記載の磁石装備電機子をもつ誘導
   子型電気機械において、 前記凸部は、周方向へ所定ピッチで５又は７の整数倍
   個、軸方向へ互いに隣接して複数列設けられ、 互いに軸方向に隣接する２つの前記凸部の列は、互いに
   周方向に１／２ピッチずれて配置されていることを特徴
   とする磁石装備電機子をもつ誘導子型電気機械。
6. 【請求項６】請求項１又は２記載の磁石装備電機子をも
   つ誘導子型電気機械において、 前記磁極部は、ｎ（１２の整数倍）個形成され、 前記磁極部のピッチＰ１と前記凸部のピッチＰ２との比
   （Ｐ１／Ｐ２）は、略５／６又は略７／６に設定されて
   おり、 第一相の前記巻線部Ｕ１〜Ｕ４、第二相の前記巻線部Ｖ
   １〜Ｖ４、第三相の前記巻線部Ｗ１〜Ｗ４が、Ｕ１、Ｕ
   ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｗ１、Ｗ２、Ｕ３、Ｕ４、Ｖ１、Ｖ
   ２、Ｗ３、Ｗ４の順に循環配列され、 互いに周方向に隣接するとともに同一相の任意の２つの
   前記巻線部は、互いに周方向逆向きに着磁された前記磁
   石を有して互いに隣接する２つの前記磁極部に逆の巻き
   向きにて個別に巻装され、 互いに周方向に隣接するとともに異なる相の任意の２つ
   の前記巻線部は、互いに周方向同じ向きに着磁された前
   記磁石を有して互いに隣接する２つの前記磁極部に同じ
   巻き向きにて個別に巻装されていることを特徴とする磁
   石装備電機子をもつ誘導子型電気機械。
7. 【請求項７】請求項１乃至６のいずれか記載の磁石装備
   電機子をもつ誘導子型電気機械において、 前記誘導子鉄心及び電機子鉄心の周方向を直線方向に展
   開した形状をもちリニアアクチエータを構成する磁石装
   備電機子をもつ誘導子型電気機械。