JP4828666B2 - 同期電動機及び同期電動機駆動システム - Google Patents
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Description
上記構成では、各固定子ティース組において、所定個数の固定子ティースは回転子の磁極の配置間隔と異なる配置間隔で並んでいるので、無通電時のトルク脈動であるコギングトルクを低減することができる。
1.第1の実施形態
図1は、本発明の第1の実施形態に係る同期電動機駆動システムを構成する同期電動機の平面図、図2は、図1の同期電動機の詳細図である。同期電動機1は、回転子が固定子の外周側に配置された、いわゆるアウターロータ型の同期電動機であり、回転子2及び固定子3から構成される。
図2に示すように、固定子ティース組8aは、回転子との位相関係を示す基準の固定子ティース7aと、これに隣接する固定子ティース7ab,7acとから構成されている。反時計回転方向を+方向とすると、固定子ティース7abは、固定子ティース7aからみて電気角でπラジアンずれた位置からπ/9ラジアン遅れた位置に配置されており、固定子ティース7acは、固定子ティース7aからみて電気角でπラジアンずれた位置からπ/9ラジアン進んだ位置に配置されている。
同期電動機1は、三相交流電源を1個用いてU相、V相、W相の三相で駆動され、各固定子巻線には、3相の電流のいずれかが流されることになる。以下、第1の相(U相)の電流が流される固定子巻線をU相巻線、第2の相(V相)の電流が流される固定子巻線をV相巻線、第3の相(W相)の電流が流される固定子巻線をW相巻線ということがある。
1.1.固定子ティースに生じる磁界
図4は、本発明の第1の実施形態に係る磁界の大きさおよび位相を示すベクトル図である。図2、図3及び図4を用いて固定子ティースに生じる磁界について説明する。
上記の磁界を発生するための各巻線の巻数、巻回方向の一例について図3及び図4を用いて説明する。
=|2π/20−2π/18|×10
=π/9ラジアン
また、Un2とUn1の関係、及びVn3とVn1の関係は、以下の通りである。
=(Un1)×sin(2π/9)/sin(π/3)
Vn3=(Vn1)×sin(α)/sin(π/3)
=(Vn1)×sin(π/9)/sin(π/3)
図4に示す通り、以上の巻数でベクトル合成された固定子ティース7abに発生する磁界は、固定子ティース7aで示したU相に対して反転した(πラジアンずれた)−U相に対してπ/9ラジアン進んだ位相の電流のみを通電したことで固定子ティース7abに発生する磁界と等価となる。
+Un3 = (Un1)×sin(α)/sin(π/3)
={(Un1)/sin(π/3)}×sin(α)
= {sin(α)}×K
また、U相巻線91cの巻数は−Un3−Un2であり、下式が成り立つ。
−(Un1)×sin(π/3−α)/sin(π/3)
= −{(Un1)/sin(π/3)}{sin(α)+sin(π/3−α)}
= −{sin(α)+sin(π/3−α)}×K
また、U相巻線91abの巻数は、+Un2+Un1であり、下式が成り立つ。
=(Un1)×{1+sin(π/3−α)/sin(π/3)}
={(Un1)/sin(π/3)}×{1×sin(π/3)+sin(π/3−α)}
={sin(π/3)+sin(π/3−α)}×K
また、U相巻線91acの巻数は、−Un1−Un2であり、下式が成り立つ。
また、U相巻線91bの巻数は、+Un2+Un3であり、下式が成り立つ。
+Un2+Un3 = {sin(π/3−α)+sin(α)}×K
また、U相巻線91dの巻数は、−Un3であり、下式が成り立つ。
ここで、U相巻線91e、91c、91ab、91ac、91b、91dの巻数をそれぞれ+N1、−N2、+N3、−N3、+N2、−N1とし、α=π/9ラジアン、K=100とした場合、N1、N2、N3の具体的な値は下記のようになる。
N2={sin(π/3−α)+sin(α)}×100≒98(ターン)
N3={sin(π/3)+sin(π/3−α)}×100≒151(ターン)
なお、上記の式では、右辺と左辺とがほぼ等しいことを示す記号(≒)を用いているが、これは実際には完全に一致させることが困難な場合が多いためである。上記の記号は、右辺が小数になる場合にはその小数に近い整数を採用する程度の一致を含み、さらには、設計上誤差として無視できる程度の一致を含むこととする。U相の場合と同様に、U相に対して各々2π/3ラジアンずれた位置に配置したV相、W相についても巻数を決定できる。固定子ヨーク部分に巻回された巻線の巻数は上記3相の内2種類の巻線で構成され(N1+N3)ターン、(N2+N2)ターン、(N3+N1)ターンが繰り返されることになる。
また、1極を構成する永久磁石を複数個で構成することにより永久磁石に発生する渦電流損を低減でき、より高効率な同期電動機とすることができる。
2.第2の実施形態
本実施形態が第1の実施形態と異なるのは、回転子が固定子の外周側だけでなく内周側にも配置され、それに伴い、固定子が、固定子ティースを固定子外径側だけでなく固定子内径側に備えている点である。
図6は、本実施形態に係る同期電動機の巻線構成模式図である。
同期電動機33は、回転子2A、2Bおよび固定子23から構成される。
以上の構成によれば、固定子ティースが固定子外径側だけでなく、固定子内径側にもあり、固定子ヨークの巻線に通電して発生する磁束が、固定子の外径側の回転子と内径の回転子に流れる。固定子の外周と内周に回転子を用いたので、巻線の利用率も高く、高トルクな同期電動機を容易に実現できる。
本実施形態は、第1の実施形態と巻線の巻数および結線が異なる。
巻線については、隣接する2つの固定子ヨーク部分それぞれに2種類ずつ固定子巻線を巻回し、この連続する2つの固定子ヨーク部分の両隣の固定子ヨーク部分それぞれには1種類の固定子巻線を巻回した構成としている。以下、第1の実施形態との相違点を中心に説明する。
図7は、本実施形態に係る同期電動機の平面図、図8は、同期電動機の巻線構成図、図9は、磁界の大きさおよび位相を示すベクトル図である。
回転子2については第1の実施形態と同じであり、固定子13についても固定子巻線の構成以外は第1の実施形態と同じである。
U相巻線187は、固定子ティース7abの右隣の固定子ヨーク部分に−方向に巻回され、U相巻線185は、固定子ティース7acの右隣の固定子ヨーク部分に−方向に巻回されている。さらに、U相巻線189が固定子ティース7baの右隣の固定子ヨーク部分に+方向に巻回されており、U相巻線183が固定子ティース7caの右隣の固定子ヨーク部分に+方向に巻回されている。
V相巻線188、190、191、192、194についても、V相巻線188、191、194が各固定子ヨーク部分に+方向に巻回され、V相巻線190、192が各固定子ヨーク部分に−方向に巻回されている。V相巻線についても、巻線191は、固定子ヨーク部分に1種だけ巻回されており、他の巻線については、巻回されている固定子ヨーク部分に他種の巻線と共に巻回されている。
以下、上述のように巻回された巻線構成によって各固定子ティースに生じさせる磁界について説明する。なお、固定子ティースと回転子磁極との位置関係が理解しやすいように、固定子ヨーク部分の左隣に位置する固定子ティースの中央と、回転子磁極間の関係に着目している。また、回転子は、反時計方向に回転するものとする。
次に、本実施形態の同期電動機から得られるトルクと、従来の同期電動機から得られるトルクとを比較する。図10は、従来の同期電動機の詳細図である。従来の同期電動機は、本実施形態の同期電動機と巻線の構成が異なる。図10に示すように、固定子ティース87a,87ab,87acには、それぞれ巻線891a,891b,891cが巻回され、これらは直列に結線されており、巻線の一方の端部27aはU相の入力端子に接続され、他方の端部27nは中性点に接続される。各固定子ティースにはU相の巻線しか巻回されていないため、各固定子ティースに生じる磁界は同位相となる。すなわち固定子ティース87aの軸と回転子の磁極間10とが一致したときに固定子ティース87aに最大の磁界を生じさせることとすれば、固定子ティース87abと回転子の磁極間11とがずれたときに固定子ティース87abに最大の磁界が生じ、同様に固定子ティース87acと回転子の磁極間11’とがずれたときに固定子ティース87acに最大の磁界が生じる。そのため固定子ティース87aが生み出すマグネットトルクについては最大とすることができるが、固定子ティース87ab,87acがそれぞれ生み出すマグネットトルクについては最大とすることができない。したがって、本実施形態に比べて、全体のトルクは低く、トルク脈動も大きい。
本実施形態の同期電動機から得られるトルク波形をT1で示し、従来の同期電動機から得られるトルク波形をT0で示す。トルクの大きさについては、本実施形態は従来に比べて105%高めることができた。また、平均トルクに対するトルク脈動の比であるトルク脈動率については、本実施形態は従来に比べて5.3%から0.5%まで大幅に低減させることができた。このように本実施形態によれば、従来トレードオフの関係と考えられていた高トルク化とトルク脈動の低減とを両立させることができた。
本実施形態は、10q極12qティース(qは正の整数)の同期電動機である点が第1の実施形態と異なる。
図12は、本実施形態に係る同期電動機の平面図であり、図13は、本実施形態に係る同期電動機の巻線構成模式図である。
回転子42は、回転子コア44および10個の永久磁石45を含み、永久磁石45は回転子コア44に回転子の周方向に等間隔に配置されている。永久磁石45によって構成される磁極46は、固定子43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ラジアンとなり、隣り合う磁極の配置間隔は電気角でπラジアンとなる。本実施形態では、回転子の磁極は10極であり、機械角に対して電気角が5倍の関係となっている。このように、磁極の個数が10であり、固定子ティースの個数が12であるため、固定子ティース47は円周に沿って半円あたり5/6でずれて配置されている。なお、固定子ティース47は、固定子ティース47ab、47ac、47ca、47ba、47cb、47bcなど「固定子ティース47+添え字」で表したものを含めた固定子ティースの総称である。回転子磁極間410,411は、回転子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。反時計回転方向にみてN極からS極に変わる磁極間を411、反時計回転方向にみてS極からN極に変わる磁極間を410と示している。
次に、固定子ティース組の構成について説明する。12個の固定子ティース47は、周方向に並ぶ2個単位で固定子ティース組を構成している。ひとつの固定子ティース組のなかで回転子との位相関係を示す基準の固定子ティースは、メイン巻線の巻数が最も多い固定子ティースとする。例えば、固定子ティース47ab,47acから構成される固定子ティース組に着目すると、基準の固定子ティースは固定子ティース47ab,47acである。図12に示すように、固定子ティース47acおよび固定子ティース47abのそれぞれが、磁極間隔であるπラジアンに対してπ/12ラジアンずれて配置される。
固定子巻線の構成について説明する。
図13は、固定子ティースに巻回されている固定子巻線の構成を示す概念図である。
図13中のW相巻線については、W相巻線223が、U相巻線201の巻回された固定子ヨーク部分に+方向に巻回され、W相巻線224が、U相巻線202の巻回された固定子ヨーク部分に−方向に巻回されている。
次に、これらの固定子ティースに生じる磁界について説明する。なお、回転子は、反時計方向に回転するものとする。
固定子ティースと回転子磁極との位置関係が理解しやすいように、巻線が巻回された固定子ヨーク部分の右隣の固定子ティース中央と、回転子磁極間の関係に着目する。また、当該固定子ヨーク部分に巻かれた巻線が、当該右隣の固定子ティースに磁界を生じるものとする。
ここで、このベクトル図で表された磁界を発生する巻線の巻数について、具体例を挙げて説明する。磁極の数が10、ティースの数が12であり、電気角で2π/3ラジアン毎に配置された3種類の巻線のいずれか2種類の巻線を隣接したティース間の環状ヨーク部に一芯状に集中巻に巻回し、磁極対数が5、1相当りのティース数4であり、4=3m+1のとき、巻数比係数αは以下の式で計算できる。
=|2π/10−2π/12|×5/2
=π/12 ラジアン
また、固定子ティース47abに対応するU相の巻線202の巻数をN112、固定子ティース47abに対応するV相の巻線224の巻数をN212とし、それらの巻線の巻数の和をN1とすると下式が成り立つ。
N112≒(N1)×sin(π/12)/sin(π/3)
N212≒(N1)×sin(π/3−π/12)/sin(π/3)
≒(N1)×sin(π/4)/sin(π/3)
各巻線の巻数をこのように調整すれば、固定子ティース47abに生じる磁界H2は、U相に対して電気角でπ/12ラジアン進んだ位相をもつこととなる。
N113≒(N1)×sin(π/12)/sin(π/3)
N313≒(N1)×sin(π/3−π/12)/sin(π/3)
≒(N1)×sin(π/4)/sin(π/3)
各巻線の巻数をこのように調整すれば、固定子ティース47acに生じる磁界H1は、−U相に対して電気角でπ/12ラジアン遅れた位相をもつこととなる。
第1の実施形態と異なるのは、巻線及び供給する電流であり、この点を中心に説明する。第1の実施形態では、三相交流電源を1個用いU相、V相、W相の三相で駆動していたのに対し、本実施形態では、三相交流電源を3個用い、U1相、U2相、U3相、V1相、V2相、V3相、W1相、W2相、W3相の9相で駆動する。
図15は、同期電動機の詳細図である。
固定子ティース組8aは、3個の隣接した固定子ティース61a、62a、63aから構成されている。固定子ティース61aの左隣の固定子ヨーク部分には、固定子巻線81abが−方向に巻回され、右隣の固定子ヨーク部分には、固定子巻線81acが+方向に巻回されている。固定子巻線81abと固定子巻線81acとは、直列に結線されて、U1相の電流が流されるU1相巻線81aを構成する。また、固定子ティース62aの左隣の固定子ヨーク部分には、固定子巻線82abが−方向に巻回され、右隣の固定子ヨーク部分には、固定子巻線82acが+方向巻回されている。固定子巻線82abと固定子巻線82acとは、直列に結線されて、U2相の電流が流されるU2相巻線82aを構成する。また、固定子ティース63aの左隣の固定子ヨーク部分には、固定子巻線83abが−方向に巻回され、右隣の固定子ヨーク部分には、固定子巻線83acが+方向に巻回されている。固定子巻線83abと固定子巻線83acとは、直列に結線されて、U3相の電流が流されるU3相巻線83aを構成する。
図示した巻線端子番号末尾のa、b、cは、それぞれ固定子ティース組8a、8b、8cを構成する巻線に対応している。
U2相巻線82aに対してU3相巻線83aは、電気角でπラジアンからさらに−π/9ラジアンずれて配置されている。このような配置関係であれば、U2相巻線82aに流す電流に対してU3相巻線83aに流す電流は、π/9ラジアン進めることとする。一方、U2相巻線82aに対してU1相巻線81aは、電気角でπラジアンからさらに+π/9ラジアンずれて配置されている。このような配置関係であれば、U2相巻線82aに流す電流に対してU1相巻線81aに流す電流は、π/9ラジアン遅らせることとする。
同期電動機駆動システムは、駆動装置としての直流電源100およびインバータ101、102、103と、同期電動機1とから構成されている。インバータ101、102、103は、それぞれ三相交流を生成して同期電動機1に供給する。インバータ101の出力電流101a、101b、101cはそれぞれ2π/3ラジアンずつ位相がずれている。インバータ102の出力電流102a、102b、102cについても同様であり、インバータ103の出力電流103a、103b、103cについても同様である。また出力電流101a、102a、103aはそれぞれπ/9ラジアンずつ位相がずれている。出力電流101b、102b、103bについても同様であり、出力電流101c、102c、103cについても同様である。
(1)上記実施形態では、10q極9qティースの構成を挙げているが、本発明はこれに限らない磁極とティース数の組み合わせが可能である。例えば、8q極9qティース、10q極12qティース(qは正の整数)、16q極15qティースの構成でも構わない。
なお、各固定子ヨーク部分に巻回されている第1巻線および第2巻線の比率は、基準の固定子ティースからみたときの位相差を打ち消すように設定されている。そうすることで固定子ティースの軸と回転子の磁極間とが一致したときに、その固定子ティースに生じる磁界が最大となるので、各固定子ティースが生み出すマグネットトルクを最大とすることができ、全体のトルクを向上させることができる。また、各固定子ティースから生み出されるトルクがほぼ一定となるので、トルク脈動を低減させることができる。
(2)なお、各固定子ヨーク部分に巻回されている第1の巻線および第2の巻線の比率は、隣接する固定子ティースの位相差を打ち消すように設定されている。そうすることで固定子ティースの軸と回転子の磁極間とが一致したときに、その固定子ティースに生じる磁界が最大となるので、各固定子ティースが生み出すマグネットトルクを最大とすることができ、全体のトルクを向上させることができる。また、各固定子ティースから生み出されるトルクがほぼ一定となるので、トルク脈動を低減させることができる。
(3)実施形態では3相駆動の同期電動機を例示しているが、本発明は、例えば5相や7相など多相駆動と等価の同期電動機にも適用可能である。
(4)実施形態では固定子巻線は固定子ヨーク部分に巻回されているが、固定子ティースに巻回した巻線と組み合わせることも可能である。
(5)実施形態では特に説明していないが、固定子巻線が回転子の軸方向に進むほど周方向に最大で固定子巻線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。
(6)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や、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、そ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あることは言うまでもない。
(7)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。
(8)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。
(9)本発明は、小型、高出力、低振動、低騒音、高効率な同期電動機を提供することができ、低振動、低騒音性が要求される自動車用途に特に有用である。また、この同期電動機は、径が大きく薄型であるためインホイールモータとして特に有用である。
(10)上記実施の形態及び上記変形例をそれぞれ組み合わせるとしてもよい。例えば、第3の実施形態として説明した図7に示す巻線を、第2の実施形態として説明した図5に示す固定子23の巻線として用いてもよい。
2 回転子
3 固定子
4 回転子コア
5 永久磁石
7 固定子ティース
8a、8b、8c、8a’、8b’、8c’ 固定子ティース組
10、11、11’ 磁極間
Claims (23)
- 周方向に等間隔に並設された複数の磁極を含む回転子と、
周方向に並設された前記磁極の数とは異なる複数の固定子ティースが環状の固定子ヨークから径方向に突出した固定子とを備え、
前記複数の固定子ティースは、それぞれ周方向に並ぶ所定個数の固定子ティース単位で、複数の固定子ティース組を構成し、当該複数の固定子ティース組の周方向の間隔は等しく、
前記所定個数の固定子ティースは、前記回転子の磁極の配置間隔と異なる配置間隔で並設され、
前記所定個数の固定子ティースのそれぞれにおいて、固定子ティースと当該固定子ティースに隣接する少なくとも一方の固定子ティースとに挟まれた固定子ヨーク部分に、ひとつの相の巻線を構成するメイン巻線がそれぞれ巻回されており、
前記所定個数の固定子ティースのうちの少なくともひとつにおいて、前記固定子ヨーク部分に、前記メイン巻線に加えて、前記相とは異なる相の巻線を構成するサブ巻線がさらに巻回されており、
前記サブ巻線は、当該サブ巻線を含む前記固定子ティース組とは電気角で異なる位置にある他の固定子ティース組に含まれる他のメイン巻線に直列に結線されており、
各巻線に加えられた交流電流によって各固定子ティースに生じる磁界が最大となるタイミングと、前記回転子の回転において磁極間が当該固定子ティースを通過するタイミングとのタイミングずれを補償する巻数及び向きで巻回されている
ことを特徴とする同期電動機。 - 前記固定子ティース組とは電気角で異なる位置にある他の固定子ティース組は、当該固定子ティース組に隣接する固定子ティース組であること
を特徴とする請求項1記載の同期電動機。 - 各固定子ティース組において、前記所定個数の固定子ティースのうちの少なくとも二つには、これらに対応づけてサブ巻線が巻回されており、
前記ひとつの相の巻線は、固定子ティース組に含まれる固定子ティースに対応するメイン巻線全てと、当該固定子ティース組からみて電気角で進んだ位置にある固定子ティース組に含まれる固定子ティースに対応するサブ巻線と、前記固定子ティース組からみて電気角で遅れた位置にある固定子ティース組に含まれる固定子ティースに対応するサブ巻線とを直列に結線して構成されていること
を特徴とする請求項1記載の同期電動機。 - 各固定子ティース組において、所定個数の固定子ティースのうちの第1の固定子ティースに対応づけてメイン巻線のみが巻回され、これに隣接する第2の固定子ティースに対応づけてメイン巻線およびサブ巻線が巻回されており、
前記第1の固定子ティースと前記回転子の磁極とが所定の位置関係になったときに当該第1の固定子ティースから生じる磁界が最大となり、前記回転子が回転して前記第2の固定子ティースと前記回転子の磁極とが前記所定の位置関係と同一の位置関係になったときに当該第2の固定子ティースから生じる磁界が最大となるように、前記第2の固定子ティースに対応づけて巻回されているメイン巻線およびサブ巻線の巻線比率が定められていること
を特徴とする請求項1に記載の同期電動機。 - 各固定子ティース組において、前記第1の固定子ティースに生じる磁界の最大値と前記第2の固定子ティースに生じる磁界の最大値とが同じになるように、前記第1の固定子ティースに対応づけられているメイン巻線および前記第2の固定子ティースに対応づけられているメイン巻線及びサブ巻線のそれぞれの巻数が定められていること
を特徴とする請求項4に記載の同期電動機。 - 磁極の数をA(但し、Aは2以上の偶数)、固定子ティースの数をB(但し、BはAと等しくない3の倍数)とし、A/2とした磁極対数をP、正の整数mを用いて、B/3とした1相当りの固定子ティースの数をkとした場合に、
k=3mのとき、
α=|2π/A−2π/B|×Pとなり、
k=3m+1、またはk=3m+2のとき、
α=|2π/A−2π/B|×P/2となる巻線比係数αを定義し、
同相の巻線が、隣接する6個の固定子ヨーク部分それぞれに1個づつ巻回され、前記6個の巻線が直列に接続されており、その巻線の巻数の比率を順に+N1、−N2、+N3、−N3、+N2、−N1としたとき(但し、+Nn(nは1、2、3のいずれか)と、−Nnとは、巻数が同じで巻回する向きが逆である)、
N1は、sin(α)にほぼ等しく、
N2は、sin(α)+sin(π/3−α)にほぼ等しく、
N3は、sin(π/3)+sin(π/3−α)にほぼ等しいこと
を特徴とする請求項1記載の同期電動機。 - 前記回転子は、前記固定子を中心にその外周を回転し、
前記複数の固定子ティースは、前記固定子ヨークの外周面から径方向外側に放射状に突出しており、
前記固定子ヨークからは、さらに、各固定子ティースが突出する径方向の内側に向けて、前記外側に突出する固定子ティースと同数の固定子ティースが前記固定子ヨーク内周面から突出しており、
前記同期電動機は、さらに、前記固定子の内周を回転する回転子を備える
ことを特徴とする請求項1記載の同期電動機。 - 前記複数の固定子ティースのうち少なくとも1つは、前記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が施されていること
を特徴とする請求項1記載の同期電動機。 - 前記同期電動機は永久磁石埋め込み型であること
を特徴とする請求項1記載の同期電動機。 - 前記複数の固定子ヨーク部分は、3相のうちの1相の巻線を一芯状に集中巻された第1の固定子ヨーク部分と、3相のうちの2相の巻線を一芯状に集中巻された第2の固定子ヨーク部分とを含み、
第1の固定子ヨーク部分に隣接した第2の固定子ヨーク部分に巻回された複数の巻線のうちいずれか1つの巻線の相は、隣接する第1の固定子ヨーク部分の巻線と同じ相の巻線であること
を特徴とする請求項1に記載の同期電動機。 - 磁極の数をA、固定子ティースの数をBとし、A/2とした磁極対数をP、正の整数mを用いて、B/3とした1相当りの固定子ティース数をkとした場合に、
k=3mのとき、
α=|2π/A−2π/B|×P
k=3m+1、またはk=3m+2のとき、
α=|2π/A−2π/B|×P/2となる巻線比係数αを用いて、
3相のうちいずれか1相の巻線又は3相のうちの2相の巻線を固定子ヨーク部分に一芯状に集中巻し、第1の固定子ヨーク部分の巻線の巻数をN1としたとき、第1の固定子ヨーク部分と隣接した第2の固定子ヨーク部分の巻線は、第1の相の巻線の巻数が、
(N1)×sin(α)/sin(π/3)にほぼ等しく、
他の相の巻線の巻数が、
(N1)×sin(π/3−α)/sin(π/3)にほぼ等しいこと
を特徴とした請求項10に記載の同期電動機。 - 第1の固定子ヨーク部分の巻線の巻数と、第2の固定子ヨーク部分における2種類の巻線の巻数の和とが等しいこと
を特徴とする請求項10記載の同期電動機。 - 磁極の数をA、固定子ティースの数をBとし、A/2とした磁極対数をP、正の整数mを用いて、B/3とした1相当りの固定子ティースの数をkとした場合に、
k=3mのとき
α=|2π/A−2π/B|×P
k=3m+1、またはk=3m+2のとき、
α=|2π/A−2π/B|×P/2となる巻線比係数αを用いて、
3相のうちいずれか2相の巻線を固定子ヨーク部分に一芯状に集中巻し、第1の相の巻線と第2の相の巻線の巻数比率が、
sin(α)/sin(π/3)とsin(π/3−α)/sin(π/3)との比にほぼ等しくなること
を特徴とした請求項1記載の同期電動機。 - 前記サブ巻線は、前記メイン巻線よりも巻数が多い、請求項1記載の同期電動機。
- 同期電動機とその駆動装置により構成される同期電動機駆動システムであって、
前記同期電動機は、
周方向に等間隔に並設された複数の磁極を含む回転子と、
周方向に並設された前記磁極の数とは異なる複数の固定子ティースが環状の固定子ヨークから径方向に突出した固定子とを備え、
前記複数の固定子ティースのそれぞれにおいて、固定子ティースと当該固定子ティースに隣接する一方の固定子ティースとに挟まれた固定子ヨーク部分に巻回された巻線と、当該固定子ティースと当該固定子ティースに隣接する他方の固定子ティースとに挟まれた固定子ヨーク部分に前記巻線の逆方向に巻回された巻線とが直列に結線された固定子巻線をさらに備え、
複数の固定子巻線は、周方向に並ぶm個単位で(mは2以上の整数)固定子巻線組を構成し、このように構成された複数の固定子巻線組は周方向に等間隔に並んでおり、
各固定子巻線組において、固定子巻線組に含まれる複数の固定子巻線のうち少なくとも一対の隣り合う固定子巻線は、前記回転子の磁極間隔と異なる配置間隔で並び、
前記少なくとも一対の隣り合う固定子巻線のうち1つの固定子巻線を構成する巻線が巻回された前記固定子ヨーク部分の少なくとも一方に、前記1つの固定子巻線に隣り合う固定子巻線を構成する巻線がさらに巻回されており、
前記駆動装置は、
前記少なくとも一対の隣り合う固定子巻線のそれぞれに、各固定子ティースに生じる磁界が最大となるタイミングと、前記回転子の回転において磁極間が当該固定子ティースを通過するタイミングとのタイミングずれを補償する互いに異なる位相の電流を供給すること
を特徴とする同期電動機駆動システム。 - 前記少なくとも一対の隣り合う固定子巻線のそれぞれは、その一端はそれぞれ独立した外部端子に個別に接続され、他端は当該固定子巻線を含む固定子巻線組とは異なる固定子巻き線組に含まれる他の固定子巻線に接続されている、
請求項15に記載の同期電動機駆動システム。 - 前記複数の固定子巻線組は、隣り合う固定子巻線組の間隔が電気角で2π/3ラジアンに相当する間隔となるように並んでおり、
前記他端は当該固定子巻線と電気角が2π/3ラジアンだけ異なる位置の他の固定子巻線に接続されており、
前記駆動装置は、
任意の固定子巻線組に含まれる任意の固定子巻線と、前記任意の固定子巻線組に隣り合う固定子巻線組に含まれる前記任意の固定子巻線に対応する固定子巻線とに、互いに2π/3ラジアンだけ異なる位相の電流を供給すること
を特徴とする請求項16記載の同期電動機駆動システム。 - 各固定子巻線組における前記一対の隣り合う固定子巻線は、個別に接続された外部端子に同位相の電流が供給されたときには互いに逆極性の磁場を発生させる特性を有し、
前記駆動装置は、
各固定子巻線組における前記一対の隣り合う固定子巻線に、±2π/3mラジアンの範囲内で互いに位相が異なる電流を供給すること
を特徴とする請求項15記載の同期電動機駆動システム。 - 各固定子巻線組における前記一対の隣り合う固定子巻線は、個別に接続された外部端子に同位相の電流が供給されたときには同極性の磁場を発生させる特性を有し、
前記駆動装置は、
各固定子巻線組における前記一対の隣り合う固定子巻線に、π±2π/3mラジアンの範囲内で互いに位相が異なる電流を供給すること
を特徴とする請求項15記載の同期電動機駆動システム。 - 各固定子巻線組は、第1、第2および第3の固定子巻線から構成され、
前記第1の固定子巻線は、前記第2の固定子巻線からみて回転方向に電気角でπラジアンよりも進んだ位置に配され、
前記第3の固定子巻線は、前記第2の固定子巻線からみて回転方向に電気角でπラジアンよりも遅れた位置に配されており、
前記第1、第2および第3の固定子巻線は、それぞれ独立した個別の外部端子に接続され、かつ、個別に接続された外部端子に同位相の電流が供給されたときには隣り合う固定子巻線が互いに逆極性の磁場を発生させる特性を有し、
前記駆動装置は、
各固定子巻線組における前記第1の固定子巻線に前記第2の固定子巻線に供給する電流よりも位相が遅れた電流を供給し、前記第3の固定子巻線に前記第2の固定子巻線に供給する電流よりも位相が進んだ電流を供給すること
を特徴とする請求項15記載の同期電動機駆動システム。 - 前記第1の固定子巻線が配された位置は、前記第2の固定子巻線が配された位置からみて回転方向に電気角でπラジアンよりも最大でπ/3mラジアンだけ進んでおり、
前記第3の固定子巻線が配された位置は、前記第2の固定子巻線が配された位置からみて回転方向に電気角でπラジアンよりも最大でπ/3mラジアンだけ遅れており、
前記第1の固定子巻線に供給される電流の位相は、前記第2の固定子巻線に供給される電流の位相よりも最大でπ/3mラジアンだけ遅れており、
前記第3の固定子巻線に供給される電流の位相は、前記第2の固定子巻線に供給される電流の位相よりも最大でπ/3mラジアンだけ進んでいること
を特徴とする請求項20記載の同期電動機駆動システム。 - 各固定子巻線組において、m個の固定子巻線は、前記回転子の磁極間隔と異なる配置間隔で等間隔に並んでいること
を特徴とする請求項15記載の同期電動機駆動システム。 - 各固定子巻線組において、m個の固定子巻線はそれぞれ独立した外部端子に個別に接続されていること
を特徴とする請求項15記載の同期電動機駆動システム。
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