JP7251212B2 - 巻線界磁型同期電動機 - Google Patents

Description

本発明は、極数切換機能を有する巻線界磁型同期電動機（Pole Changing Wound Field Synchronous Motor；以降、ＰＣ－ＷＦＳＭ）に関する。

動作領域に応じて最適な極数に切り換えることができる回転機が用いられてきた。一般に、低速域では高トルクを得るために、高い極数を選択し、高速域では、高出力を得るため及び鉄損を低減するために、低い極数を選択する。誘導機（Induction Motor；以降、ＩＭ）の場合、電機子巻線の回路を切り替えることで実現される（特許文献１、非特許文献１）。しかしながら、ＩＭは、永久磁石式同期電動機（Permanent Magnet Synchronous Motor；以降、ＰＭＳＭ）よりもトルク密度、出力密度、効率が劣るため、自動車駆動用など小型・高効率が要求される用途では採用が難しい。

近年はＰＭＳＭでも極数切換が検討されている（非特許文献２）。ＰＭＳＭでは、固定子側はＩＭと同様に電機子巻線を切り替えている。回転子には低保磁力磁石を用いており、一部の磁石の磁化方向を電機子巻線に重畳された磁化電流による磁界で反転させることにより実現している。更に、電機子巻線の切換なしでＰＭＳＭの極数切換を実現できる方式も提案されている（特許文献２）。

特開平１１－１８３８２号公報 特開２０１４－１６８３２０号公報

水野、坪井、廣塚、鈴木、松田、小林、「電気自動車用六相極数切換誘導電動機の基本原理と最大トルク特性」、電学論Ｄ、１９９６年、Vol.116、No.3、p.256-264 K.Sakai, N.Yuzawa, H. Hashimoto, "Permanent Magnet Motors Capable of Pole Changing and Three-Torque-Production Mode using Magnetization", IEEJ Journal of Industry Applications, 2013, Vol.2, No.6, p.269-275

非特許文献２や特許文献２に示された極数切換ＰＭＳＭには、以下の問題がある。
（１）電機子巻線に磁石着減磁用の磁化電流を通電するため、電線を太くしなければならず固定子が大型化する。
（２）低保磁力磁石としては、サマリウム・コバルト磁石かアルニコ磁石が用いられるが、いずれもネオジム磁石よりも供給不安定なため、コスト増加の要因となる。
（３）低保磁力磁石の磁化方向を切り替えるために、回転子位置の高精度な検出、磁化電流の最適化など、高度な設計・制御が必要とされる。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、固定子側の電線を太くしたり、特殊な磁石を使用したり、高度な設計・制御を必要としたりすることなく、極数切換を可能とする巻線界磁型同期電動機を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る巻線界磁型同期電動機は、
極対数をＰｉ、ｉを０～ｎの整数、ｎを１以上の整数、ＰｉをＰ０の約数、Ｐ０>Ｐ１>・・・>Ｐｎとし、複数の極対数Ｐｉに切換可能な巻線界磁型同期電動機であって、
２×Ｐ０個のスロット及びティースを有する回転子鉄心と、
前記スロットの各々に１つずつ配置された２×Ｐ０個の導体と、
前記導体の２つずつをペアとして接続して構成されたＰ０個の界磁巻線と、
前記界磁巻線の通電方向を変えることにより、極数切換を行う界磁巻線制御回路とを備え、
前記界磁巻線制御回路は、Ｐ０／Ｐｉ個の隣り合う前記導体を１つの導体グループとして、隣り合う前記導体グループ同士で通電方向が互いに異なるように前記導体を制御して、前記極対数を、設定した第１の極対数、又は第１の極対数よりも大きい第２の極対数、又は第２の極対数よりも大きい第３の極対数のいずれかとする
ことを特徴とする。
上記課題を解決する第２の発明に係る巻線界磁型同期電動機は、
極対数をＰｉ、ｉを０～ｎの整数、ｎを１以上の整数、ＰｉをＰ０の約数、Ｐ０>Ｐ１>・・・>Ｐｎとし、複数の極対数Ｐｉに切換可能な巻線界磁型同期電動機であって、
２×Ｐ０個のスロット及びティースを有する回転子鉄心と、
前記スロットの各々に１つずつ配置された２×Ｐ０個の導体と、
前記導体の２つずつをペアとして接続して構成されたＰ０個の界磁巻線と、
前記界磁巻線の通電方向を変えることにより、極数切換を行う界磁巻線制御回路とを備え、
前記界磁巻線制御回路は、Ｐ０／Ｐｉ個の隣り合う前記導体を１つの導体グループとして、隣り合う前記導体グループ同士で通電方向が互いに異なるように前記導体を制御して、前記極対数を、設定した第１の極対数、又は第１の極対数よりも大きい第２の極対数、又は第２の極対数よりも大きい第３の極対数、又は第３の極対数よりも大きい第４の極対数のいずれかとすることを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る巻線界磁型同期電動機は、
上記第１又は第２の発明に記載の巻線界磁型同期電動機において、
前記導体を複数の導体からなる導体群とし、前記複数の導体は前記スロットの各々において通電方向が全て同じである
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第４の発明に係る巻線界磁型同期電動機は、
上記第３の発明に記載の巻線界磁型同期電動機において、
遠心力を受けた前記導体群が移動する位置にある前記回転子鉄心の鉄心傘部の長さを、前記遠心力を受けた前記導体群が移動する位置にない前記鉄心傘部の長さより長くしたことを特徴とする。

本発明によれば、固定子側の電線を太くしたり、特殊な磁石を使用したり、高度な設計・制御を必要としたりすることなく、極数切換を可能とする巻線界磁型同期電動機を提供することができる。

本発明に係る巻線界磁型同期電動機の実施形態の一つとして、ｍ個の突極を有する回転子における極対数Ｐ０のときの通電方向及び磁化方向を説明する説明図である。 図１Ａに示したｍ個の突極を有する回転子における極対数Ｐｉのときの通電方向及び磁化方向を説明する説明図である。 図１Ａ及び図１Ｂに示した巻線界磁型同期電動機の実施例の一つとして、６個の突極を有する回転子におけるコイルパターンと各極対数での導体の通電方向を説明する説明図である。 図２に示したコイルパターン１の回転子における極対数Ｐ０＝３のときの通電方向及び磁化方向を説明する説明図である。 図２に示したコイルパターン１の回転子における極対数Ｐ１＝１のときの通電方向及び磁化方向を説明する説明図である。 図２に示したコイルパターン２の回転子における極対数Ｐ０＝３のときの通電方向及び磁化方向を説明する説明図である。 図２に示したコイルパターン２の回転子における極対数Ｐ１＝１のときの通電方向及び磁化方向を説明する説明図である。 図２に示したコイルパターン１、２の回転子に適用される界磁巻線制御回路の一例を示す回路図である。 図１Ａ及び図１Ｂに示した巻線界磁型同期電動機の実施例の一つとして、８個の突極を有する回転子におけるコイルパターンと各極対数での導体の通電方向を説明する説明図である。 図６に示したコイルパターン１の回転子における極対数Ｐ０＝４のときの通電方向及び磁化方向を説明する説明図である。 図６に示したコイルパターン１の回転子における極対数Ｐ１＝１のときの通電方向及び磁化方向を説明する説明図である。 図６に示したコイルパターン２の回転子における極対数Ｐ０＝４のときの通電方向及び磁化方向を説明する説明図である。 図６に示したコイルパターン２の回転子における極対数Ｐ１＝１のときの通電方向及び磁化方向を説明する説明図である。 図６に示したコイルパターン１、２の回転子に適用される界磁巻線制御回路の一例を示す回路図である。 図１Ａ及び図１Ｂに示した巻線界磁型同期電動機の実施例の一つとして、８個の突極を有する回転子におけるコイルパターンと各極対数での導体の通電方向を説明する説明図である。 図１０に示したコイルパターン１の回転子における極対数Ｐ０＝４のときの通電方向及び磁化方向を説明する説明図である。 図１０に示したコイルパターン１の回転子における極対数Ｐ１＝２のときの通電方向及び磁化方向を説明する説明図である。 図１０に示したコイルパターン２の回転子における極対数Ｐ０＝４のときの通電方向及び磁化方向を説明する説明図である。 図１０に示したコイルパターン２の回転子における極対数Ｐ１＝２のときの通電方向及び磁化方向を説明する説明図である。 図１Ａ及び図１Ｂに示した巻線界磁型同期電動機の実施例の一つとして、８個の突極を有する回転子におけるコイルパターンと各極対数での導体の通電方向を説明する説明図である。 図１３に示したコイルパターン１の回転子における極対数Ｐ０＝４のときの通電方向及び磁化方向を説明する説明図である。 図１３に示したコイルパターン１の回転子における極対数Ｐ１＝２のときの通電方向及び磁化方向を説明する説明図である。 図１３に示したコイルパターン２の回転子における極対数Ｐ０＝４のときの通電方向及び磁化方向を説明する説明図である。 図１３に示したコイルパターン２の回転子における極対数Ｐ１＝２のときの通電方向及び磁化方向を説明する説明図である。 図１Ａ及び図１Ｂに示した巻線界磁型同期電動機の実施例の一つとして、１２個の突極を有する回転子におけるコイルパターンと各極対数での導体の通電方向を説明する説明図である。 図１６に示したコイルパターン１の回転子における極対数Ｐ０＝６のときの通電方向及び磁化方向を説明する説明図である。 図１６に示したコイルパターン１の回転子における極対数Ｐ１＝３のときの通電方向及び磁化方向を説明する説明図である。 図１６に示したコイルパターン１の回転子における極対数Ｐ２＝２のときの通電方向及び磁化方向を説明する説明図である。 図１６に示したコイルパターン２の回転子における極対数Ｐ０＝６のときの通電方向及び磁化方向を説明する説明図である。 図１６に示したコイルパターン２の回転子における極対数Ｐ１＝３のときの通電方向及び磁化方向を説明する説明図である。 図１６に示したコイルパターン２の回転子における極対数Ｐ２＝２のときの通電方向及び磁化方向を説明する説明図である。 図１６に示したコイルパターン１、２の回転子に適用される界磁巻線制御回路の一例を示す回路図である。 図１Ａ及び図１Ｂに示した巻線界磁型同期電動機の実施例の一つとして、１２個の突極を有する回転子におけるコイルパターンと各極対数での導体の通電方向を説明する説明図である。 図２０に示したコイルパターンの回転子における極対数Ｐ０＝６のときの通電方向及び磁化方向を説明する説明図である。 図２０に示したコイルパターンの回転子における極対数Ｐ１＝３のときの通電方向及び磁化方向を説明する説明図である。 図２０に示したコイルパターンの回転子における極対数Ｐ２＝２のときの通電方向及び磁化方向を説明する説明図である。 図２０に示したコイルパターンの回転子における極対数Ｐ３＝１のときの通電方向及び磁化方向を説明する説明図である。 図２０に示したコイルパターンの回転子に適用される界磁巻線制御回路の一例を示す回路図である。 本発明に係る巻線界磁型同期電動機の実施形態の一例として、ｍ個の突極を有する回転子における極対数Ｐ０のときの通電方向及び磁化方向を説明する説明図である。 図２３Ａに示したｍ個の突極を有する回転子における極対数Ｐｉのときの通電方向及び磁化方向を説明する説明図である。 図２３Ａ及び図２３Ｂに示した巻線界磁型同期電動機の実施例の一つとして、１２個の突極を有する回転子におけるコイルパターンと各極対数での導体の通電方向を説明する説明図である。 図２４に示したコイルパターンの回転子における極対数Ｐ０＝６のときの通電方向及び磁化方向を説明する説明図である。 図２４に示したコイルパターンの回転子における極対数Ｐ１＝３のときの通電方向及び磁化方向を説明する説明図である。 図２４に示したコイルパターンの回転子における極対数Ｐ２＝２のときの通電方向及び磁化方向を説明する説明図である。 図２４に示したコイルパターンの回転子における極対数Ｐ３＝１のときの通電方向及び磁化方向を説明する説明図である。 図２４に示したコイルパターンの回転子に適用される界磁巻線制御回路の一例を示す回路図である。 本発明に係る巻線界磁型同期電動機の実施形態の一つとして、図８Ａ及び８Ｂに示した回転子の変形例を示す説明図である。

以下、本発明に係る巻線界磁型同期電動機（ＰＣ－ＷＦＳＭ）について、図１～図２７を参照して、その実施形態を説明する。

本発明に係るＰＣ－ＷＦＳＭは、極数切換機能を有するものであり、極数切換可能な電機子巻線を有する固定子（ステータ）と、電機子巻線を極数切換可能に制御する電機子巻線制御回路と、極数切換可能な界磁巻線を有する回転子（ロータ）と、一部の界磁巻線の通電方向を変えることで極数切換可能に制御する界磁巻線制御回路とを備える。

本発明の場合、固定子、電機子巻線及び電機子巻線制御回路は、従来の構成（例えば、上記の特許文献１、非特許文献１など）と同等の構成でよいので、ここでは、それらの説明は省略する。一方、回転子、界磁巻線及び界磁巻線制御回路は、以下に説明するように、第１～第３の実施形態（実施例１～実施例８）で説明する構成を有している。

＜第１の実施形態＞
後述する実施例１～実施例６を一般化した第１の実施形態の構成について、図１Ａ及び図１Ｂを参照して説明を行う。なお、ここでは、切換可能な極対数をＰｉ、ｉを０～ｎの整数、ｎを１以上の整数、ＰｉをＰ０の約数、Ｐ０＞Ｐ１＞・・・＞Ｐｎとする。また、ｍ＝２×Ｐ０である。

本実施形態のＰＣ－ＷＦＳＭは、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、回転子１０がｍ個の突極を有する突極型の回転子鉄心１１を有しており、回転子鉄心１１が突設したｍ個のティースＴ１～Ｔｍと凹設したｍ個のスロットＳ１～Ｓｍを有している。そして、各スロットＳ１～Ｓｍに導体Ｗ１～Ｗｍが１つずつ配置されている。なお、図１Ａ及び図１Ｂは、回転子１０を周方向に展開した展開図としている。

図１Ａ及び図１Ｂには、界磁巻線となるコイルは表記されていないが、これらのコイルは、導体Ｗ１～Ｗｍの２つずつをペアとして接続することにより構成されており、ここでは、Ｐ０個のコイルが構成されることになる。コイルＣｋ（ｋ＝１、２、・・・、Ｐ０）を構成する導体Ｗ１～Ｗｍの具体的な接続については、後述する実施例１～実施例６で説明を行う。

回転子１０において、導体Ｗ１～Ｗｍは、界磁巻線制御回路（図示省略）により、各々が＋導体（以降、電流が紙面手前側方向に流れる導体を＋導体とし、図中では二重丸で表す）又は－導体（以降、電流が紙面奥側方向に流れる導体を－導体とし、図中では丸の中に×で表す）となると共に、各コイルが通電方向の異なる＋導体及び－導体のペア（異方向導体のペア）となるように、それらの通電方向が制御されており、導体Ｗ１～Ｗｍに対する＋導体、－導体の割り当てを以下に説明するように行うことによって、極数切換を行っている。

具体的には、導体Ｗ１～Ｗｍは、界磁巻線制御回路により、ｊ（＝Ｐ０／Ｐｉ）個の隣り合う導体を１つの導体グループとして、隣り合う導体グループ同士で交互に＋導体、－導体となるように制御される。このように制御すると、所望の極対数Ｐｉに切換可能となる。

これを、図１Ａを参照して、極対数がＰ０（Ｐ０モード）のときの回転子１０について説明する。Ｐ０モードは、極対数を最大にするモードであり、ｍ個の突極を有する回転子１０においては、Ｐ０＝ｍ／２となる。この場合、導体Ｗ１～Ｗｍは、ｊ＝Ｐ０／Ｐ０＝１個ずつの導体を１つの導体グループとすることになるので、隣り合う導体同士で交互に＋導体、－導体となるように制御される。例えば、図中左から、導体Ｗ１～Ｗｎは、交互に＋導体、－導体となる。このように制御すると、ティースＴ１～Ｔｍにおける磁化方向（図中の白抜矢印）は、隣り合うティース同士で交互に外向き、内向きとなる。この結果、Ｐ０モードでは、回転子１０の極対数がＰ０＝ｍ／２となる。

また、図１Ｂを参照して、極対数がＰｉ（Ｐｉモード）のときの回転子１０について説明する。なお、ここでのＰｉはＰ０以外とする。Ｐｉモードは、極対数をＰｉにするモードである。この場合、導体Ｗ１～Ｗｍは、ｊ（＝Ｐ０／Ｐｉ）個の隣り合う導体を１つの導体グループとして、隣り合う導体グループ同士で交互に＋導体、－導体となるように制御される。例えば、図中左から、１つの導体グループとなる導体Ｗ１～Ｗｊは、＋導体となり、１つの導体グループとなる導体Ｗｊ＋１～Ｗ２ｊは、－導体となる。このように制御すると、ティースＴ１～Ｔｍにおける磁化方向（図中の白抜矢印）は、導体グループ間のティースにおいて、交互に外向き、内向きとなる。この結果、Ｐｉモードでは、回転子１０の極対数がＰｉとなる。

本実施形態のＰＣ－ＷＦＳＭでは、以上のようにして、極対数Ｐｉが切り換えられることになる。本実施形態の場合、切換可能な極対数ＰｉはＰ０の約数であり、Ｐ０＞Ｐ１＞・・・＞Ｐｎであるので、「Ｐ０：Ｐ１：・・・：Ｐｎ ＰＣ－ＷＦＳＭ」と呼ぶ。例えば、後述する実施例１（図２～図５）は、ｍ＝６であり、Ｐ０＝ｍ／２であるので、Ｐ０＝３、Ｐ１＝１となり、「３：１ ＰＣ－ＷＦＳＭ」と呼ぶことになる。

次に、本実施形態のＰＣ－ＷＦＳＭの具体的な実施例について、以下の実施例１～実施例６を例示して説明を行う。なお、以下の実施例１～実施例６では、ｍ＝６、８、１２個の突極を有する回転子を例示しているが、本実施形態は、４個以上の偶数の突極を有する回転子に適用可能である。

［実施例１］
本実施例のＰＣ－ＷＦＳＭについて、図２～図５を参照して説明を行う。本実施例のＰＣ－ＷＦＳＭは、図３Ａ～図４Ｂに示すように、回転子１０Ａ、１０Ｂが６個の突極を有する回転子鉄心１１Ａを有しており、回転子鉄心１１Ａが突設した６個のティースＴ１～Ｔ６と凹設した６個のスロットＳ１～Ｓ６を有している。このように、回転子１０Ａと回転子１０Ｂとでは、回転子鉄心１１Ａの形状は同じである。一方で、回転子１０Ａと回転子１０Ｂとでは、コイルパターンが異なっており、界磁巻線となるコイルＣ１～Ｃ３の配置位置が異なっている。

具体的には、図３Ａ及び図３Ｂは、図２に示すコイルパターン１を示しており、コイルＣ１がスロットＳ１に配置された導体Ｗ１とスロットＳ６に配置された導体Ｗ６を接続して構成され、コイルＣ２がスロットＳ２に配置された導体Ｗ２とスロットＳ５に配置された導体Ｗ５を接続して構成され、コイルＣ３がスロットＳ３に配置された導体Ｗ３とスロットＳ４に配置された導体Ｗ４を接続して構成されている。

また、図４Ａ及び図４Ｂは、図２に示すコイルパターン２を示しており、コイルＣ１がスロットＳ１に配置された導体Ｗ１とスロットＳ４に配置された導体Ｗ４を接続して構成され、コイルＣ２がスロットＳ２に配置された導体Ｗ２とスロットＳ５に配置された導体Ｗ５を接続して構成され、コイルＣ３がスロットＳ３に配置された導体Ｗ３とスロットＳ６に配置された導体Ｗ６を接続して構成されている。

そして、図３Ａ及び図３Ｂに示したコイルＣ１～Ｃ３と図４Ａ及び図４Ｂに示したコイルＣ１～Ｃ３は、共に、図５に示す界磁巻線制御回路３０Ａにより、それらの通電方向が制御される。この界磁巻線制御回路３０Ａは、コイルＣ１～Ｃ３の電源となる直流電源Ｐと、直流電源Ｐの両極に接続されたキャパシタＣと、コイルＣ１～Ｃ３の通電方向を制御するスイッチＳＷ１～ＳＷ８とを有している。

ここで、スイッチＳＷ１は、直流電源Ｐの正極側とコイルＣ１の一端との間をスイッチングし、スイッチＳＷ２は、直流電源Ｐの負極側とコイルＣ１の他端との間をスイッチングし、スイッチＳＷ３は、直流電源Ｐの正極側とコイルＣ２の一端との間をスイッチングし、スイッチＳＷ４は、直流電源Ｐの正極側とコイルＣ２の他端との間をスイッチングし、スイッチＳＷ５は、直流電源Ｐの負極側とコイルＣ２の一端との間をスイッチングし、スイッチＳＷ６は、直流電源Ｐの負極側とコイルＣ２の他端との間をスイッチングし、スイッチＳＷ７は、直流電源Ｐの正極側とコイルＣ３の一端との間をスイッチングし、スイッチＳＷ８は、直流電源Ｐの負極側とコイルＣ３の他端との間をスイッチングするように構成されている。

つまり、界磁巻線制御回路３０Ａは、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ７、ＳＷ８の制御により、コイルＣ１、Ｃ３の電流方向は変更せず、導体Ｗ１、Ｗ３、Ｗ４、Ｗ６の通電方向も変更しないが、スイッチＳＷ３～ＳＷ６の制御により、コイルＣ２の電流方向を変更し、これにより、導体Ｗ２、Ｗ５の通電方向を変更することになる。

このような界磁巻線制御回路３０Ａを用いて、コイルＣ１～Ｃ３の通電方向を、図２に示すように制御することで、回転子１０Ａ、１０Ｂを極対数Ｐ０＝３にしたり、極対数Ｐ１＝１にしたりすることができる。

具体的には、回転子１０Ａ、１０Ｂに対して、Ｐ０モード（Ｐ０＝３）においては、導体Ｗ１～Ｗ６が、隣り合う導体同士で交互に＋導体、－導体となるように、スイッチＳＷ１～ＳＷ８のオン又はオフを行って、コイルＣ１～Ｃ３に電流を流すようにする。

このようにすると、図３Ａ、図４Ａに示すように、導体Ｗ１は＋導体、導体Ｗ２は－導体、導体Ｗ３は＋導体、導体Ｗ４は－導体、導体Ｗ５は＋導体、導体Ｗ６は－導体となる。その結果、磁化方向（図中の白抜矢印）は、ティースＴ１で内向き、ティースＴ２で外向き、ティースＴ３で内向き、ティースＴ４で外向き、ティースＴ５で内向き、ティースＴ６で外向きと、交互に内向き、外向きとなり、極対数Ｐ０＝３の回転子１０Ａ、１０Ｂとして各々動作することになる。

そして、回転子１０Ａ、１０Ｂに対して、Ｐ１モード（Ｐ１＝１）においては、ｊ＝Ｐ０／Ｐ１＝３であるので、３個の隣り合う導体を１つの導体グループとして、隣り合う導体グループ同士で交互に＋導体、－導体となるように、スイッチＳＷ１～ＳＷ８のオン又はオフを行って、コイルＣ１～Ｃ３に電流を流すようにする。

このようにすると、図３Ｂ、図４Ｂに示すように、導体Ｗ１～Ｗ６は、３個の隣り合う導体Ｗ１～Ｗ３を＋導体とする１つの導体グループとなり、３個の隣り合う導体Ｗ４～Ｗ６を－導体とする１つの導体グループとなる。その結果、磁化方向（図中の白抜矢印）は、導体グループ間のティースＴ１で内向き、導体グループ間のティースＴ４で外向きとなる。つまり、導体グループ間のティースにおいて、交互に内向き、外向きとなり、極対数Ｐ１＝１の回転子１０Ａ、１０Ｂとして各々動作することになる。

このように、本実施例のＰＣ－ＷＦＳＭは、ｍ＝６であり、Ｐ０＝３、Ｐ１＝１となり、切り換えることができる極対数が３と１になるので、「３：１ ＰＣ－ＷＦＳＭ」と呼ぶ。

以上のことを整理したものが図２である。なお、スロットＳ１～Ｓ６には各々導体Ｗ１～Ｗ６が配置されているが、図２においては、導体Ｗ１～Ｗ６の記載を省略する。また、これらの導体の通電方向は、＋導体、－導体の符号である＋－で表している。

図２に示すように、極対数Ｐ０＝３のときの各スロットＳ１～Ｓ６の各導体Ｗ１～Ｗ６の通電方向は、スロットＳ１（導体Ｗ１）→スロットＳ６（導体Ｗ６）の順に、「＋－＋－＋－」となる。また、極対数Ｐ１＝１のときの各スロットＳ１～Ｓ６の各導体Ｗ１～Ｗ６の通電方向は、上記の順に、「＋＋＋－－－」となる。

そして、各スロットＳ１～Ｓ６の各導体Ｗ１～Ｗ６における極対数Ｐ０＝３からＰ１＝１への通電方向変化のパターンは、スロットＳ１、Ｓ３の導体Ｗ１、Ｗ３が「＋→＋」であり（パターン１ａ）、スロットＳ４、Ｓ６の導体Ｗ４、Ｗ６が「－→－」であり（パターン１ｂ）、スロットＳ２の導体Ｗ２が「－→＋」であり（パターン２ａ）、スロットＳ５の導体Ｗ５が「＋→－」である（パターン２ｂ）。ここで、極数切換による通電方向変化のパターンについては、変化しないものに同じ番号をつけ、また、同じパターンで変化するものに同じ番号をつけ、更に、同じ番号内のあるパターンにａをつけ、あるパターンと＋－が逆になるパターンにｂをつけて表している。

図２に示した通電方向変化のパターンから分かるように、＋－が互いに逆になるパターンの導体同士を組み合わせて、１つのコイルを動作させている。具体的には、コイルパターン１においては、コイルＣ１はパターン１ａとなる導体Ｗ１とパターン１ｂとなる導体Ｗ６を組み合わせ、コイルＣ２はパターン２ａとなる導体Ｗ２とパターン２ｂとなる導体Ｗ５を組み合わせ、コイルＣ３はパターン１ａとなる導体Ｗ３とパターン１ｂとなる導体Ｗ４を組み合わせて、動作させている。

また、コイルパターン２においては、コイルＣ１はパターン１ａとなる導体Ｗ１とパターン１ｂとなる導体Ｗ４を組み合わせ、コイルＣ２はパターン２ａとなる導体Ｗ２とパターン２ｂとなる導体Ｗ５を組み合わせ、コイルＣ３はパターン１ａとなる導体Ｗ３とパターン１ｂとなる導体Ｗ６を組み合わせて、動作させている。

以上説明したように、回転子１０Ａ、１０Ｂにおいて、所定のコイル（導体）の通電方向を切り換えることにより、極対数３、極対数１への極数切換を行うことができる。また、スイッチングなどにより、直流電圧を変更（昇圧、降圧）して、コイル（導体）に流れる電流を変更すれば、可変磁束モータとすることもできる。

また、極数切換可能なＰＭＳＭと比較して、以下の特長がある。
・磁石着減磁用の磁化電流が必要ないため、電機子巻線を太くする必要がなく、固定子が大型化しない。
・界磁巻線の通電方向切換のみで極数切換できるため、設計が容易であり、また、高度な制御を必要としない。
・特殊な磁石を使用しないため、安価に製作できる。

［実施例２］
本実施例のＰＣ－ＷＦＳＭについて、図６～図９を参照して説明を行う。本実施例のＰＣ－ＷＦＳＭは、図７Ａ～図８Ｂに示すように、回転子１０Ｃ、１０Ｄが８個の突極を有する回転子鉄心１１Ｂを有しており、回転子鉄心１１Ｂが突設した８個のティースＴ１～Ｔ８と凹設した８個のスロットＳ１～Ｓ８を有している。このように、回転子１０Ｃと回転子１０Ｄとでは、回転子鉄心１１Ｂの形状は同じである。一方で、回転子１０Ｃと回転子１０Ｄとでは、コイルパターンが異なっており、界磁巻線となるコイルＣ１～Ｃ４の配置位置が異なっている。

具体的には、図７Ａ及び図７Ｂは、図６に示すコイルパターン１を示しており、コイルＣ１がスロットＳ１に配置された導体Ｗ１とスロットＳ６に配置された導体Ｗ６を接続して構成され、コイルＣ２がスロットＳ２に配置された導体Ｗ２とスロットＳ５に配置された導体Ｗ５を接続して構成され、コイルＣ３がスロットＳ３に配置された導体Ｗ３とスロットＳ８に配置された導体Ｗ８を接続して構成され、コイルＣ４がスロットＳ４に配置された導体Ｗ４とスロットＳ７に配置された導体Ｗ７を接続して構成されている。

また、図８Ａ及び図８Ｂは、図６に示すコイルパターン２を示しており、コイルＣ１がスロットＳ１に配置された導体Ｗ１とスロットＳ８に配置された導体Ｗ８を接続して構成され、コイルＣ２がスロットＳ２に配置された導体Ｗ２とスロットＳ７に配置された導体Ｗ７を接続して構成され、コイルＣ３がスロットＳ３に配置された導体Ｗ３とスロットＳ６に配置された導体Ｗ６を接続して構成され、コイルＣ４がスロットＳ４に配置された導体Ｗ４とスロットＳ５に配置された導体Ｗ５を接続して構成されている。

そして、図７Ａ及び図７Ｂに示したコイルＣ１～Ｃ４と図８Ａ及び図８Ｂに示したコイルＣ１～Ｃ４は、共に、図９に示す界磁巻線制御回路３０Ｂにより、それらの通電方向が制御される。この界磁巻線制御回路３０Ｂは、コイルＣ１～Ｃ４の電源となる直流電源Ｐと、直流電源Ｐの両極に接続されたキャパシタＣと、コイルＣ１～Ｃ４の通電方向を制御するスイッチＳＷ１～ＳＷ６とを有している。

ここで、スイッチＳＷ１は、直流電源Ｐの正極側と直列接続したコイルＣ１及びＣ３の一端との間をスイッチングし、スイッチＳＷ２は、直流電源Ｐの負極側と直列接続したコイルＣ１及びＣ３の他端との間をスイッチングし、スイッチＳＷ３は、直流電源Ｐの正極側と直列接続したコイルＣ２及びＣ４の一端との間をスイッチングし、スイッチＳＷ４は、直流電源Ｐの正極側と直列接続したコイルＣ２及びＣ４の他端との間をスイッチングし、スイッチＳＷ５は、直流電源Ｐの負極側と直列接続したコイルＣ２及びＣ４の一端との間をスイッチングし、スイッチＳＷ６は、直流電源Ｐの負極側と直列接続したコイルＣ２及びＣ４の他端との間をスイッチングするように構成されている。

つまり、界磁巻線制御回路３０Ｂは、スイッチＳＷ１、ＳＷ２の制御により、コイルＣ１、Ｃ３の電流方向は変更せず、導体Ｗ１、Ｗ３、Ｗ６、Ｗ８の通電方向も変更しないが、スイッチＳＷ３～ＳＷ６の制御により、コイルＣ２、Ｃ４の電流方向を変更し、これにより、導体Ｗ２、Ｗ４、Ｗ５、Ｗ７の通電方向を変更することになる。

このような界磁巻線制御回路３０Ｂを用いて、コイルＣ１～Ｃ４の通電方向を、図６に示すように制御することで、回転子１０Ｃ、１０Ｄを極対数Ｐ０＝４にしたり、極対数Ｐ１＝１にしたりすることができる。

具体的には、回転子１０Ｃ、１０Ｄに対して、Ｐ０モード（Ｐ０＝４）においては、導体Ｗ１～Ｗ８が、隣り合う導体同士で交互に＋導体、－導体となるように、スイッチＳＷ１～ＳＷ６のオン又はオフを行って、コイルＣ１～Ｃ４に電流を流すようにする。

このようにすると、図７Ａ、図８Ａに示すように、導体Ｗ１は＋導体、導体Ｗ２は－導体、導体Ｗ３は＋導体、導体Ｗ４は－導体、導体Ｗ５は＋導体、導体Ｗ６は－導体、導体Ｗ７は＋導体、導体Ｗ８は－導体となる。その結果、磁化方向（図中の白抜矢印）は、ティースＴ１で内向き、ティースＴ２で外向き、ティースＴ３で内向き、ティースＴ４で外向き、ティースＴ５で内向き、ティースＴ６で外向き、ティースＴ７で内向き、ティースＴ８で外向きと、交互に内向き、外向きとなり、極対数Ｐ０＝４の回転子１０Ｃ、１０Ｄとして各々動作することになる。

そして、回転子１０Ｃ、１０Ｄに対して、Ｐ１モード（Ｐ１＝１）においては、ｊ＝Ｐ０／Ｐ１＝４であるので、４個の隣り合う導体を１つの導体グループとして、隣り合う導体グループ同士で交互に＋導体、－導体となるように、スイッチＳＷ１～ＳＷ６のオン又はオフを行って、コイルＣ１～Ｃ４に電流を流すようにする。

このようにすると、図７Ｂ、図８Ｂに示すように、導体Ｗ１～Ｗ８は、４個の隣り合う導体Ｗ１～Ｗ４を＋導体とする１つの導体グループとなり、４個の隣り合う導体Ｗ５～Ｗ８を－導体とする１つの導体グループとなる。その結果、磁化方向（図中の白抜矢印）は、導体グループ間のティースＴ１で内向き、導体グループ間のティースＴ５で外向きとなる。つまり、導体グループ間のティースにおいて、交互に内向き、外向きとなり、極対数Ｐ１＝１の回転子１０Ｃ、１０Ｄとして各々動作することになる。

このように、本実施例のＰＣ－ＷＦＳＭは、ｍ＝８であり、Ｐ０＝４、Ｐ１＝１となり、切り換えることができる極対数が４と１になるので、「４：１ ＰＣ－ＷＦＳＭ」と呼ぶ。

以上のことを整理したものが図６である。なお、スロットＳ１～Ｓ８には各々導体Ｗ１～Ｗ８が配置されているが、図６においては、導体Ｗ１～Ｗ８の記載を省略する。また、これらの導体の通電方向は、＋導体、－導体の符号である＋－で表している。

図６に示すように、極対数Ｐ０＝４のときの各スロットＳ１～Ｓ８の各導体Ｗ１～Ｗ８の通電方向は、スロットＳ１（導体Ｗ１）→スロットＳ８（導体Ｗ８）の順に、「＋－＋－＋－＋－」となる。また、極対数Ｐ１＝１のときの各スロットＳ１～Ｓ８の各導体Ｗ１～Ｗ８の通電方向は、上記の順に、「＋＋＋＋－－－－」となる。

そして、各スロットＳ１～Ｓ８の各導体Ｗ１～Ｗ８における極対数Ｐ０＝４からＰ１＝１への通電方向変化のパターンは、スロットＳ１、Ｓ３の導体Ｗ１、Ｗ３が「＋→＋」であり（パターン１ａ）、スロットＳ６、Ｓ８の導体Ｗ６、Ｗ８が「－→－」であり（パターン１ｂ）、スロットＳ２、Ｓ４の導体Ｗ２、Ｗ４が「－→＋」であり（パターン２ａ）、スロットＳ５、Ｓ７の導体Ｗ５、Ｗ７が「＋→－」である（パターン２ｂ）。ここでも、極数切換による通電方向変化のパターンについては、変化しないものに同じ番号をつけ、また、同じパターンで変化するものに同じ番号をつけ、更に、同じ番号内のあるパターンにａをつけ、あるパターンと＋－が逆になるパターンにｂをつけて表している。

図６に示した通電方向変化のパターンから分かるように、＋－が互いに逆になるパターンの導体同士を組み合わせて、１つのコイルを動作させている。具体的には、コイルパターン１においては、コイルＣ１はパターン１ａとなる導体Ｗ１とパターン１ｂとなる導体Ｗ６を組み合わせ、コイルＣ２はパターン２ａとなる導体Ｗ２とパターン２ｂとなる導体Ｗ５を組み合わせ、コイルＣ３はパターン１ａとなる導体Ｗ３とパターン１ｂとなる導体Ｗ８を組み合わせ、コイルＣ４はパターン２ａとなる導体Ｗ４とパターン２ｂとなる導体Ｗ７を組み合わせて、動作させている。

また、コイルパターン２においては、コイルＣ１はパターン１ａとなる導体Ｗ１とパターン１ｂとなる導体Ｗ８を組み合わせ、コイルＣ２はパターン２ａとなる導体Ｗ２とパターン２ｂとなる導体Ｗ７を組み合わせ、コイルＣ３はパターン１ａとなる導体Ｗ３とパターン１ｂとなる導体Ｗ６を組み合わせ、コイルＣ４はパターン２ａとなる導体Ｗ４とパターン２ｂとなる導体Ｗ５を組み合わせて、動作させている。

以上説明したように、回転子１０Ｃ、１０Ｄにおいて、所定のコイル（導体）の通電方向を切り換えることにより、極対数４、極対数１への極数切換を行うことができる。また、実施例１で説明したように、可変磁束モータとすることもできる。また、ＰＭＳＭと比較して、実施例１で説明した特長を有することになる。

［実施例３］
本実施例のＰＣ－ＷＦＳＭについて、図１０～図１２Ｂを参照して説明を行う。本実施例のＰＣ－ＷＦＳＭは、図１１Ａ～図１２Ｂに示すように、回転子１０Ｅ、１０Ｆが、上述した回転子鉄心１１Ｂを有し、回転子１０Ｅと回転子１０Ｆとでは、コイルパターンが異なっており、界磁巻線となるコイルＣ１～Ｃ４の配置位置が異なっている。また、実施例２に示した回転子１０Ｃ、１０Ｄとも、界磁巻線となるコイルＣ１～Ｃ４の配置位置が異なっている。

具体的には、図１１Ａ及び図１１Ｂは、図１０に示すコイルパターン１を示しており、コイルＣ１がスロットＳ１に配置された導体Ｗ１とスロットＳ２に配置された導体Ｗ２を接続して構成され、コイルＣ２がスロットＳ３に配置された導体Ｗ３とスロットＳ４に配置された導体Ｗ４を接続して構成され、コイルＣ３がスロットＳ５に配置された導体Ｗ５とスロットＳ６に配置された導体Ｗ６を接続して構成され、コイルＣ４がスロットＳ７に配置された導体Ｗ７とスロットＳ８に配置された導体Ｗ８を接続して構成されている。

また、図１２Ａ及び図１２Ｂは、図１０に示すコイルパターン２を示しており、コイルＣ１がスロットＳ１に配置された導体Ｗ１とスロットＳ６に配置された導体Ｗ６を接続して構成され、コイルＣ２がスロットＳ３に配置された導体Ｗ３とスロットＳ８に配置された導体Ｗ８を接続して構成され、コイルＣ３がスロットＳ２に配置された導体Ｗ２とスロットＳ５に配置された導体Ｗ５を接続して構成され、コイルＣ４がスロットＳ４に配置された導体Ｗ４とスロットＳ７に配置された導体Ｗ７を接続して構成されている。

そして、図１１Ａ及び図１１Ｂに示したコイルＣ１～Ｃ４と図１２Ａ及び図１２Ｂに示したコイルＣ１～Ｃ４は、共に、図９に示した界磁巻線制御回路３０Ｂにより、それらの通電方向が制御される。なお、界磁巻線制御回路３０Ｂについては、実施例２で説明した通りであるので、ここでは、その説明は省略する。但し、本実施例では、コイルＣ１～Ｃ４を構成する導体Ｗ１～Ｗ８の接続が実施例２とは相違するので、スイッチＳＷ１～ＳＷ６の制御により、導体Ｗ１、Ｗ２、Ｗ５、Ｗ６の通電方向は変更しないが、導体Ｗ３、Ｗ４、Ｗ７、Ｗ８の通電方向は変更することになる。

そして、図９に示した界磁巻線制御回路３０Ｂを用いて、コイルＣ１～Ｃ４の通電方向を、図１０に示すように制御することで、回転子１０Ｅ、１０Ｆを極対数Ｐ０＝４にしたり、極対数Ｐ１＝２にしたりすることができる。

具体的には、回転子１０Ｅ、１０Ｆに対して、Ｐ０モード（Ｐ０＝４）においては、導体Ｗ１～Ｗ８が、隣り合う導体同士で交互に＋導体、－導体となるように、スイッチＳＷ１～ＳＷ６のオン又はオフを行って、コイルＣ１～Ｃ４に電流を流すようにする。

このようにすると、図１１Ａ、図１２Ａに示すように、導体Ｗ１は＋導体、導体Ｗ２は－導体、導体Ｗ３は＋導体、導体Ｗ４は－導体、導体Ｗ５は＋導体、導体Ｗ６は－導体、導体Ｗ７は＋導体、導体Ｗ８は－導体となる。その結果、磁化方向（図中の白抜矢印）は、ティースＴ１で内向き、ティースＴ２で外向き、ティースＴ３で内向き、ティースＴ４で外向き、ティースＴ５で内向き、ティースＴ６で外向き、ティースＴ７で内向き、ティースＴ８で外向きと、交互に内向き、外向きとなり、極対数Ｐ０＝４の回転子１０Ｅ、１０Ｆとして各々動作することになる。

そして、回転子１０Ｅ、１０Ｆに対して、Ｐ１モード（Ｐ１＝２）においては、ｊ＝Ｐ０／Ｐ１＝２であるので、２個の隣り合う導体を１つの導体グループとして、隣り合う導体グループ同士で交互に＋導体、－導体となるように、スイッチＳＷ１～ＳＷ６のオン又はオフを行って、コイルＣ１～Ｃ４に電流を流すようにする。

このようにすると、図１１Ｂ、図１２Ｂに示すように、導体Ｗ１～Ｗ８は、２個の隣り合う導体Ｗ８、Ｗ１を＋導体とする１つの導体グループとなり、２個の隣り合う導体Ｗ２、Ｗ３を－導体とする１つの導体グループとなり、２個の隣り合う導体Ｗ４、Ｗ５を＋導体とする１つの導体グループとなり、２個の隣り合う導体Ｗ６、Ｗ７を－導体とする１つの導体グループとなる。その結果、磁化方向（図中の白抜矢印）は、導体グループ間のティースＴ２で外向き、導体グループ間のティースＴ４で内向き、導体グループ間のティースＴ６で外向き、導体グループ間のティースＴ８で内向きとなる。つまり、導体グループ間のティースにおいて、交互に外向き、内向きとなり、極対数Ｐ１＝２の回転子１０Ｅ、１０Ｆとして各々動作することになる。

このように、本実施例のＰＣ－ＷＦＳＭは、ｍ＝８であり、Ｐ０＝４、Ｐ１＝２となり、切り換えることができる極対数が４と２になるので、「４：２ ＰＣ－ＷＦＳＭ」と呼ぶ。

以上のことを整理したものが図１０である。なお、スロットＳ１～Ｓ８には各々導体Ｗ１～Ｗ８が配置されているが、図１０においては、導体Ｗ１～Ｗ８の記載を省略する。また、これらの導体の通電方向は、＋導体、－導体の符号である＋－で表している。

図１０に示すように、極対数Ｐ０＝４のときの各スロットＳ１～Ｓ８の各導体Ｗ１～Ｗ８の通電方向は、スロットＳ１（導体Ｗ１）→スロットＳ８（導体Ｗ８）の順に、「＋－＋－＋－＋－」となる。また、極対数Ｐ１＝２のときの各スロットＳ１～Ｓ８の各導体Ｗ１～Ｗ８の通電方向は、上記の順に、「＋－－＋＋－－＋」となる。

そして、各スロットＳ１～Ｓ８の各導体Ｗ１～Ｗ８における極対数Ｐ０＝４からＰ１＝２への通電方向変化のパターンは、スロットＳ１、Ｓ５の導体Ｗ１、Ｗ５が「＋→＋」であり（パターン１ａ）、スロットＳ２、Ｓ６の導体Ｗ２、Ｗ６が「－→－」であり（パターン１ｂ）、スロットＳ３、Ｓ７の導体Ｗ３、Ｗ７が「＋→－」であり（パターン２ａ）であり、スロットＳ４、Ｓ８の導体Ｗ４、Ｗ８が「－→＋」である（パターン２ｂ）。ここでも、極数切換による通電方向変化のパターンについては、変化しないものに同じ番号をつけ、また、同じパターンで変化するものに同じ番号をつけ、更に、同じ番号内のあるパターンにａをつけ、あるパターンと＋－が逆になるパターンにｂをつけて表している。

図１０に示した通電方向変化のパターンから分かるように、＋－が互いに逆になるパターンの導体同士を組み合わせて、１つのコイルを動作させている。具体的には、コイルパターン１においては、コイルＣ１はパターン１ａとなる導体Ｗ１とパターン１ｂとなる導体Ｗ２を組み合わせ、コイルＣ２はパターン２ａとなる導体Ｗ３とパターン２ｂとなる導体Ｗ４を組み合わせ、コイルＣ３はパターン１ａとなる導体Ｗ５とパターン１ｂとなる導体Ｗ６を組み合わせ、コイルＣ４はパターン２ａとなる導体Ｗ７とパターン２ｂとなる導体Ｗ８を組み合わせて、動作させている。

また、コイルパターン２においては、コイルＣ１はパターン１ａとなる導体Ｗ１とパターン１ｂとなる導体Ｗ６を組み合わせ、コイルＣ２はパターン２ａとなる導体Ｗ３とパターン２ｂとなる導体Ｗ８を組み合わせ、コイルＣ３はパターン１ａとなる導体Ｗ５とパターン１ｂとなる導体Ｗ２を組み合わせ、コイルＣ４はパターン２ａとなる導体Ｗ７とパターン２ｂとなる導体Ｗ４を組み合わせて、動作させている。

以上説明したように、回転子１０Ｅ、１０Ｆにおいて、所定のコイル（導体）の通電方向を切り換えることにより、極対数４、極対数２への極数切換を行うことができる。また、実施例１で説明したように、可変磁束モータとすることもできる。また、ＰＭＳＭと比較して、実施例１で説明した特長を有することになる。

［実施例４］
本実施例のＰＣ－ＷＦＳＭについて、図１３～図１５Ｂを参照して説明を行う。本実施例のＰＣ－ＷＦＳＭは、図１４Ａ～図１５Ｂに示すように、回転子１０Ｇ、１０Ｈが、上述した回転子鉄心１１Ｂを有し、回転子１０Ｇと回転子１０Ｈとでは、コイルパターンが異なっており、界磁巻線となるコイルＣ１～Ｃ４の配置位置が異なっている。また、実施例２に示した回転子１０Ｃ、１０Ｄや実施例３に示した回転子１０Ｅ、１０Ｆとも、界磁巻線となるコイルＣ１～Ｃ４の配置位置が異なっている。

具体的には、図１４Ａ及び図１４Ｂは、図１３に示すコイルパターン１を示しており、コイルＣ１がスロットＳ１に配置された導体Ｗ１とスロットＳ８に配置された導体Ｗ８を接続して構成され、コイルＣ２がスロットＳ２に配置された導体Ｗ２とスロットＳ７に配置された導体Ｗ７を接続して構成され、コイルＣ３がスロットＳ４に配置された導体Ｗ４とスロットＳ５に配置された導体Ｗ５を接続して構成され、コイルＣ４がスロットＳ３に配置された導体Ｗ３とスロットＳ６に配置された導体Ｗ６を接続して構成されている。

また、図１５Ａ及び図１５Ｂは、図１３に示すコイルパターン２を示しており、コイルＣ１がスロットＳ１に配置された導体Ｗ１とスロットＳ４に配置された導体Ｗ４を接続して構成され、コイルＣ２がスロットＳ２に配置された導体Ｗ２とスロットＳ３に配置された導体Ｗ３を接続して構成され、コイルＣ３がスロットＳ５に配置された導体Ｗ５とスロットＳ８に配置された導体Ｗ８を接続して構成され、コイルＣ４がスロットＳ６に配置された導体Ｗ６とスロットＳ７に配置された導体Ｗ７を接続して構成されている。

そして、図１４Ａ及び図１４Ｂに示したコイルＣ１～Ｃ４と図１５Ａ及び図１５Ｂに示したコイルＣ１～Ｃ４は、共に、図９に示した界磁巻線制御回路３０Ｂにより、それらの通電方向が制御される。なお、界磁巻線制御回路３０Ｂについては、実施例２で説明した通りであるので、ここでも、その説明は省略する。但し、本実施例では、コイルＣ１～Ｃ４を構成する導体Ｗ１～Ｗ８の接続が実施例２とは相違するので、スイッチＳＷ１～ＳＷ６の制御により、導体Ｗ１、Ｗ４、Ｗ５、Ｗ８の通電方向は変更しないが、導体Ｗ２、Ｗ３、Ｗ６、Ｗ７の通電方向は変更することになる。

そして、図９に示した界磁巻線制御回路３０Ｂを用いて、コイルＣ１～Ｃ４の通電方向を、図１３に示すように制御することで、回転子１０Ｇ、１０Ｈを極対数Ｐ０＝４にしたり、極対数Ｐ１＝２にしたりすることができる。

具体的には、回転子１０Ｇ、１０Ｈに対して、Ｐ０モード（Ｐ０＝４）においては、導体Ｗ１～Ｗ８が、隣り合う導体同士で交互に＋導体、－導体となるように、スイッチＳＷ１～ＳＷ６のオン又はオフを行って、コイルＣ１～Ｃ４に電流を流すようにする。

このようにすると、図１４Ａ、図１５Ａに示すように、導体Ｗ１は＋導体、導体Ｗ２は－導体、導体Ｗ３は＋導体、導体Ｗ４は－導体、導体Ｗ５は＋導体、導体Ｗ６は－導体、導体Ｗ７は＋導体、導体Ｗ８は－導体となる。その結果、磁化方向（図中の白抜矢印）は、ティースＴ１で内向き、ティースＴ２で外向き、ティースＴ３で内向き、ティースＴ４で外向き、ティースＴ５で内向き、ティースＴ６で外向き、ティースＴ７で内向き、ティースＴ８で外向きと、交互に内向き、外向きとなり、極対数Ｐ０＝４の回転子１０Ｇ、１０Ｈとして各々動作することになる。

そして、回転子１０Ｇ、１０Ｈに対して、Ｐ１モード（Ｐ１＝２）においては、ｊ＝Ｐ０／Ｐ１＝２であるので、２個の隣り合う導体を１つの導体グループとして、隣り合う導体グループ同士で交互に＋導体、－導体となるように、スイッチＳＷ１～ＳＷ６のオン又はオフを行って、コイルＣ１～Ｃ４に電流を流すようにする。

このようにすると、図１４Ｂ、図１５Ｂに示すように、導体Ｗ１～Ｗ８は、２個の隣り合う導体Ｗ１、Ｗ２を＋導体とする１つの導体グループとなり、２個の隣り合う導体Ｗ３、Ｗ４を－導体とする１つの導体グループとなり、２個の隣り合う導体Ｗ５、Ｗ６を＋導体とする１つの導体グループとなり、２個の隣り合う導体Ｗ７、Ｗ８を－導体とする１つの導体グループとなる。その結果、磁化方向（図中の白抜矢印）は、導体グループ間のティースＴ１で内向き、導体グループ間のティースＴ３で外向き、導体グループ間のティースＴ５で内向き、導体グループ間のティースＴ７で外向きとなる。つまり、導体グループ間のティースにおいて、交互に内向き、外向きとなり、極対数Ｐ１＝２の回転子１０Ｇ、１０Ｈとして各々動作することになる。

このように、本実施例のＰＣ－ＷＦＳＭは、ｍ＝８であり、Ｐ０＝４、Ｐ１＝２となり、切り換えることができる極対数が４と２になるので、「４：２ ＰＣ－ＷＦＳＭ」と呼ぶ。

以上のことを整理したものが図１３である。なお、スロットＳ１～Ｓ８には各々導体Ｗ１～Ｗ８が配置されているが、図１３においては、導体Ｗ１～Ｗ８の記載を省略する。また、これらの導体の通電方向は、＋導体、－導体の符号である＋－で表している。

図１３に示すように、極対数Ｐ０＝４のときの各スロットＳ１～Ｓ８の各導体Ｗ１～Ｗ８の通電方向は、スロットＳ１（導体Ｗ１）→スロットＳ８（導体Ｗ８）の順に、「＋－＋－＋－＋－」となる。また、極対数Ｐ１＝２のときの各スロットＳ１～Ｓ８の各導体Ｗ１～Ｗ８の通電方向は、上記の順に、「＋＋－－＋＋－－」となる。

そして、各スロットＳ１～Ｓ８の各導体Ｗ１～Ｗ８における極対数Ｐ０＝４からＰ１＝２への通電方向変化のパターンは、スロットＳ１、Ｓ５の導体Ｗ１、Ｗ５が「＋→＋」であり（パターン１ａ）、スロットＳ４、Ｓ８の導体Ｗ４、Ｗ８が「－→－」であり（パターン１ｂ）、スロットＳ２、Ｓ６の導体Ｗ２、Ｗ６が「－→＋」であり（パターン２ａ）であり、スロットＳ３、Ｓ７の導体Ｗ３、Ｗ７が「＋→－」である（パターン２ｂ）。ここでも、極数切換による通電方向変化のパターンについては、変化しないものに同じ番号をつけ、また、同じパターンで変化するものに同じ番号をつけ、更に、同じ番号内のあるパターンにａをつけ、あるパターンと＋－が逆になるパターンにｂをつけて表している。

図１３に示した通電方向変化のパターンから分かるように、＋－が互いに逆になるパターンの導体同士を組み合わせて、１つのコイルを動作させている。具体的には、コイルパターン１においては、コイルＣ１はパターン１ａとなる導体Ｗ１とパターン１ｂとなる導体Ｗ８を組み合わせ、コイルＣ２はパターン２ａとなる導体Ｗ２とパターン２ｂとなる導体Ｗ７を組み合わせ、コイルＣ３はパターン１ａとなる導体Ｗ５とパターン１ｂとなる導体Ｗ４を組み合わせ、コイルＣ４はパターン２ａとなる導体Ｗ６とパターン２ｂとなる導体Ｗ３を組み合わせて、動作させている。

また、コイルパターン２においては、コイルＣ１はパターン１ａとなる導体Ｗ１とパターン１ｂとなる導体Ｗ４を組み合わせ、コイルＣ２はパターン２ａとなる導体Ｗ２とパターン２ｂとなる導体Ｗ３を組み合わせ、コイルＣ３はパターン１ａとなる導体Ｗ５とパターン１ｂとなる導体Ｗ８を組み合わせ、コイルＣ４はパターン２ａとなる導体Ｗ６とパターン２ｂとなる導体Ｗ７を組み合わせて、動作させている。

以上説明したように、回転子１０Ｇ、１０Ｈにおいて、所定のコイル（導体）の通電方向を切り換えることにより、極対数４、極対数２への極数切換を行うことができる。また、実施例１で説明したように、可変磁束モータとすることもできる。また、ＰＭＳＭと比較して、実施例１で説明した特長を有することになる。

［実施例５］
本実施例のＰＣ－ＷＦＳＭについて、図１６～図１９を参照して説明を行う。本実施例のＰＣ－ＷＦＳＭは、図１７Ａ～図１８Ｃに示すように、回転子１０Ｉ、１０Ｊが１２個の突極を有する回転子鉄心１１Ｃを有しており、回転子鉄心１１Ｃが突設した１２個のティースＴ１～Ｔ１２と凹設した１２個のスロットＳ１～Ｓ１２を有している。このように、回転子１０Ｉと回転子１０Ｊとでは、回転子鉄心１１Ｃの形状は同じである。一方で、回転子１０Ｉと回転子１０Ｊとでは、コイルパターンが異なっており、界磁巻線となるコイルＣ１～Ｃ６の配置位置が異なっている。

具体的には、図１７Ａ～図１７Ｃは、図１６に示すコイルパターン１を示しており、コイルＣ１がスロットＳ１に配置された導体Ｗ１とスロットＳ１２に配置された導体Ｗ１２を接続して構成され、コイルＣ２がスロットＳ４に配置された導体Ｗ４とスロットＳ９に配置された導体Ｗ９を接続して構成され、コイルＣ３がスロットＳ２に配置された導体Ｗ２とスロットＳ１１に配置された導体Ｗ１１を接続して構成され、コイルＣ４がスロットＳ３に配置された導体Ｗ３とスロットＳ１０に配置された導体Ｗ１０を接続して構成され、コイルＣ５がスロットＳ５に配置された導体Ｗ５とスロットＳ８に配置された導体Ｗ８を接続して構成され、コイルＣ６がスロットＳ６に配置された導体Ｗ６とスロットＳ７に配置された導体Ｗ７を接続して構成されている。

また、図１８Ａ～図１８Ｃは、図１６に示すコイルパターン２を示しており、コイルＣ１がスロットＳ１に配置された導体Ｗ１とスロットＳ４に配置された導体Ｗ４を接続して構成され、コイルＣ２がスロットＳ９に配置された導体Ｗ９とスロットＳ１２に配置された導体Ｗ１２を接続して構成され、コイルＣ３がスロットＳ２に配置された導体Ｗ２とスロットＳ１１に配置された導体Ｗ１１を接続して構成され、コイルＣ４がスロットＳ３に配置された導体Ｗ３とスロットＳ６に配置された導体Ｗ６を接続して構成され、コイルＣ５がスロットＳ７に配置された導体Ｗ７とスロットＳ１０に配置された導体Ｗ１０を接続して構成され、コイルＣ６がスロットＳ５に配置された導体Ｗ５とスロットＳ８に配置された導体Ｗ８を接続して構成されている。

そして、図１７Ａ～図１７Ｃに示したコイルＣ１～Ｃ６と図１８Ａ～図１８Ｃに示したコイルＣ１～Ｃ６は、共に、図１９に示す界磁巻線制御回路３０Ｃにより、それらの通電方向が制御される。この界磁巻線制御回路３０Ｃは、コイルＣ１～Ｃ６の電源となる直流電源Ｐと、直流電源Ｐの両極に接続されたキャパシタＣと、コイルＣ１～Ｃ６の通電方向を制御するスイッチＳＷ１～ＳＷ２０とを有している。

ここで、スイッチＳＷ１は、直流電源Ｐの正極側とコイルＣ１の一端との間をスイッチングし、スイッチＳＷ２は、直流電源Ｐの負極側とコイルＣ１の他端との間をスイッチングし、スイッチＳＷ３は、直流電源Ｐの正極側とコイルＣ２の一端との間をスイッチングし、スイッチＳＷ４は、直流電源Ｐの負極側とコイルＣ２の他端との間をスイッチングするように構成されている。また、スイッチＳＷ５は、直流電源Ｐの正極側とコイルＣ３の一端との間をスイッチングし、スイッチＳＷ６は、直流電源Ｐの正極側とコイルＣ３の他端との間をスイッチングし、スイッチＳＷ７は、直流電源Ｐの負極側とコイルＣ３の一端との間をスイッチングし、スイッチＳＷ８は、直流電源Ｐの負極側とコイルＣ３の他端との間をスイッチングするように構成されている。

なお、図１９では、コイルＣ４、Ｃ５及びスイッチＳＷ９～ＳＷ１６の図示を省略しているが、コイルＣ４に対するスイッチＳＷ９～ＳＷ１２、コイルＣ５に対するスイッチＳＷ１３～ＳＷ１６は、各々、コイルＣ３に対するスイッチＳＷ５～ＳＷ８と同様に構成されている。また、コイルＣ６に対するスイッチＳＷ１７～ＳＷ２０も、図１９に示すように、コイルＣ３に対するスイッチＳＷ５～ＳＷ８と同様に構成されている。

つまり、界磁巻線制御回路３０Ｃは、スイッチＳＷ１～ＳＷ４の制御により、コイルＣ１、Ｃ２の電流方向は変更せず、導体Ｗ１、Ｗ４、Ｗ９、Ｗ１２の通電方向も変更しないが、スイッチＳＷ５～ＳＷ２０の制御により、コイルＣ３～Ｃ６の電流方向を変更し、これにより、導体Ｗ２、Ｗ３、Ｗ５、Ｗ６、Ｗ７、Ｗ８、Ｗ１０、Ｗ１１の通電方向を変更することになる。

このような界磁巻線制御回路３０Ｃを用いて、コイルＣ１～Ｃ６の通電方向を、図１６に示すように制御することで、回転子１０Ｉ、１０Ｊを極対数Ｐ０＝６にしたり、極対数Ｐ１＝３にしたり、極対数Ｐ２＝２にしたりすることができる。

具体的には、回転子１０Ｉ、１０Ｊに対して、Ｐ０モード（Ｐ０＝６）においては、導体Ｗ１～Ｗ１２が、隣り合う導体同士で交互に＋導体、－導体となるように、スイッチＳＷ１～ＳＷ２０のオン又はオフを行って、コイルＣ１～Ｃ６に電流を流すようにする。

このようにすると、図１７Ａ、図１８Ａに示すように、導体Ｗ１は＋導体、導体Ｗ２は－導体、導体Ｗ３は＋導体、導体Ｗ４は－導体、導体Ｗ５は＋導体、導体Ｗ６は－導体、導体Ｗ７は＋導体、導体Ｗ８は－導体、導体Ｗ９は＋導体、導体Ｗ１０は－導体、導体Ｗ１１は＋導体、導体Ｗ１２は－導体となる。その結果、磁化方向（図中の白抜矢印）は、ティースＴ１で内向き、ティースＴ２で外向き、ティースＴ３で内向き、ティースＴ４で外向き、ティースＴ５で内向き、ティースＴ６で外向き、ティースＴ７で内向き、ティースＴ８で外向き、ティースＴ９で内向き、ティースＴ１０で外向き、ティースＴ１１で内向き、ティースＴ１２で外向きと、交互に内向き、外向きとなり、極対数Ｐ０＝６の回転子１０Ｉ、１０Ｊとして各々動作することになる。

そして、回転子１０Ｉ、１０Ｊに対して、Ｐ１モード（Ｐ１＝３）においては、ｊ＝Ｐ０／Ｐ１＝２であるので、２個の隣り合う導体を１つの導体グループとして、隣り合う導体グループ同士で交互に＋導体、－導体となるように、スイッチＳＷ１～ＳＷ２０のオン又はオフを行って、コイルＣ１～Ｃ６に電流を流すようにする。

このようにすると、図１７Ｂ、図１８Ｂに示すように、導体Ｗ１～Ｗ１２は、２個の隣り合う導体Ｗ１、Ｗ２を＋導体とする１つの導体グループとなり、２個の隣り合う導体Ｗ３、Ｗ４を－導体とする１つの導体グループとなり、２個の隣り合う導体Ｗ５、Ｗ６を＋導体とする１つの導体グループとなり、２個の隣り合う導体Ｗ７、Ｗ８を－導体とする１つの導体グループとなり、２個の隣り合う導体Ｗ９、Ｗ１０を＋導体とする１つの導体グループとなり、２個の隣り合う導体Ｗ１１、Ｗ１２を－導体とする１つの導体グループとなる。その結果、磁化方向（図中の白抜矢印）は、導体グループ間のティースＴ１で内向き、導体グループ間のティースＴ３で外向き、導体グループ間のティースＴ５で内向き、導体グループ間のティースＴ７で外向き、導体グループ間のティースＴ９で内向き、導体グループ間のティースＴ１１で外向きとなる。つまり、導体グループ間のティースにおいて、交互に内向き、外向きとなり、極対数Ｐ１＝３の回転子１０Ｉ、１０Ｊとして各々動作することになる。

そして、回転子１０Ｉ、１０Ｊに対して、Ｐ２モード（Ｐ２＝２）においては、ｊ＝Ｐ０／Ｐ２＝３であるので、３個の隣り合う導体を１つの導体グループとして、隣り合う導体グループ同士で交互に＋導体、－導体となるように、スイッチＳＷ１～ＳＷ２０のオン又はオフを行って、コイルＣ１～Ｃ６に電流を流すようにする。

このようにすると、図１７Ｃ、図１８Ｃに示すように、導体Ｗ１～Ｗ１２は、３個の隣り合う導体Ｗ１～Ｗ３を＋導体とする１つの導体グループとなり、３個の隣り合う導体Ｗ４～Ｗ６を－導体とする１つの導体グループとなり、３個の隣り合う導体Ｗ７～Ｗ９を＋導体とする１つの導体グループとなり、３個の隣り合う導体Ｗ１０～Ｗ１２を－導体とする１つの導体グループとなる。その結果、磁化方向（図中の白抜矢印）は、導体グループ間のティースＴ１で内向き、導体グループ間のティースＴ４で外向き、導体グループ間のティースＴ７で内向き、導体グループ間のティースＴ１０で外向きとなる。つまり、導体グループ間のティースにおいて、交互に内向き、外向きとなり、極対数Ｐ２＝２の回転子１０Ｉ、１０Ｊとして各々動作することになる。

このように、本実施例のＰＣ－ＷＦＳＭは、ｍ＝１２であり、Ｐ０＝６、Ｐ１＝３、Ｐ２＝２となり、切り換えることができる極対数が６と３と２になるので、「６：３：２ ＰＣ－ＷＦＳＭ」と呼ぶ。

以上のことを整理したものが図１６である。なお、スロットＳ１～Ｓ１２には各々導体Ｗ１～Ｗ１２が配置されているが、図１６においては、導体Ｗ１～Ｗ１２の記載を省略する。また、これらの導体の通電方向は、＋導体、－導体の符号である＋－で表している。

図１６に示すように、極対数Ｐ０＝６のときの各スロットＳ１～Ｓ１２の各導体Ｗ１～Ｗ１２の通電方向は、スロットＳ１（導体Ｗ１）→スロットＳ１２（導体Ｗ１２）の順に、「＋－＋－＋－＋－＋－＋－」となる。また、極対数Ｐ１＝３のときの各スロットＳ１～Ｓ１２の各導体Ｗ１～Ｗ１２の通電方向は、上記の順に、「＋＋－－＋＋－－＋＋－－」となる。また、極対数Ｐ２＝２のときの各スロットＳ１～Ｓ１２の各導体Ｗ１～Ｗ１２の通電方向は、上記の順に、「＋＋＋－－－＋＋＋－－－」となる。

そして、各スロットＳ１～Ｓ１２の各導体Ｗ１～Ｗ１２における極対数Ｐ０＝６→Ｐ１＝３→Ｐ２＝２への通電方向変化のパターンは、スロットＳ１、Ｓ９の導体Ｗ１、Ｗ９が「＋→＋→＋」であり（パターン１ａ）、スロットＳ４、Ｓ１２の導体Ｗ４、Ｗ１２が「－→－→－」であり（パターン１ｂ）、スロットＳ２の導体Ｗ２が「－→＋→＋」であり（パターン２ａ）であり、スロットＳ１１の導体Ｗ１１が「＋→－→－」であり（パターン２ｂ）、スロットＳ３、Ｓ７の導体Ｗ３、Ｗ７が「＋→－→＋」であり（パターン３ａ）であり、スロットＳ６、Ｓ１０の導体Ｗ６、Ｗ１０が「－→＋→－」であり（パターン３ｂ）、スロットＳ５の導体Ｗ５が「＋→＋→－」であり（パターン４ａ）であり、スロットＳ８の導体Ｗ８が「－→－→＋」である（パターン４ｂ）。ここでも、極数切換による通電方向変化のパターンについては、変化しないものに同じ番号をつけ、また、同じパターンで変化するものに同じ番号をつけ、更に、同じ番号内のあるパターンにａをつけ、あるパターンと＋－が逆になるパターンにｂをつけて表している。

図１６に示した通電方向変化のパターンから分かるように、＋－が互いに逆になるパターンの導体同士を組み合わせて、１つのコイルを動作させている。具体的には、コイルパターン１においては、コイルＣ１はパターン１ａとなる導体Ｗ１とパターン１ｂとなる導体Ｗ１２を組み合わせ、コイルＣ２はパターン１ａとなる導体Ｗ９とパターン１ｂとなる導体Ｗ４を組み合わせ、コイルＣ３はパターン２ａとなる導体Ｗ２とパターン２ｂとなる導体Ｗ１１を組み合わせ、コイルＣ４はパターン３ａとなる導体Ｗ３とパターン３ｂとなる導体Ｗ１０を組み合わせ、コイルＣ５はパターン４ａとなる導体Ｗ５とパターン４ｂとなる導体Ｗ８を組み合わせ、コイルＣ６はパターン３ａとなる導体Ｗ７とパターン３ｂとなる導体Ｗ６を組み合わせて、動作させている。

また、コイルパターン２においては、コイルＣ１はパターン１ａとなる導体Ｗ１とパターン１ｂとなる導体Ｗ４を組み合わせ、コイルＣ２はパターン１ａとなる導体Ｗ９とパターン１ｂとなる導体Ｗ１２を組み合わせ、コイルＣ３はパターン２ａとなる導体Ｗ２とパターン２ｂとなる導体Ｗ１１を組み合わせ、コイルＣ４はパターン３ａとなる導体Ｗ３とパターン３ｂとなる導体Ｗ６を組み合わせ、コイルＣ５はパターン３ａとなる導体Ｗ７とパターン３ｂとなる導体Ｗ１０を組み合わせ、コイルＣ６はパターン４ａとなる導体Ｗ５とパターン４ｂとなる導体Ｗ８を組み合わせて、動作させている。

以上説明したように、回転子１０Ｉ、１０Ｊにおいて、所定のコイル（導体）の通電方向を切り換えることにより、極対数６、極対数３、極対数２への極数切換を行うことができる。また、実施例１で説明したように、可変磁束モータとすることもできる。また、ＰＭＳＭと比較して、実施例１で説明した特長を有することになる。

［実施例６］
本実施例のＰＣ－ＷＦＳＭについて、図２０～図２２を参照して説明を行う。本実施例のＰＣ－ＷＦＳＭは、図２１Ａ～図２１Ｄに示すように、回転子１０Ｋが、上述した回転子鉄心１１Ｃを有し、実施例５に示した回転子１０Ｉ、１０Ｊとは、界磁巻線となるコイルＣ１～Ｃ６の配置位置が異なっている。

具体的には、図２１Ａ～図２１Ｄは、図２０に示すコイルパターンを示しており、コイルＣ１がスロットＳ１に配置された導体Ｗ１とスロットＳ１２に配置された導体Ｗ１２を接続して構成され、コイルＣ２がスロットＳ２に配置された導体Ｗ２とスロットＳ１１に配置された導体Ｗ１１を接続して構成され、コイルＣ３がスロットＳ３に配置された導体Ｗ３とスロットＳ１０に配置された導体Ｗ１０を接続して構成され、コイルＣ４がスロットＳ４に配置された導体Ｗ４とスロットＳ９に配置された導体Ｗ９を接続して構成され、コイルＣ５がスロットＳ５に配置された導体Ｗ５とスロットＳ８に配置された導体Ｗ８を接続して構成され、コイルＣ６がスロットＳ６に配置された導体Ｗ６とスロットＳ７に配置された導体Ｗ７を接続して構成されている。

そして、図２１Ａ～図２１Ｄに示したコイルＣ１～Ｃ６は、図２２に示す界磁巻線制御回路３０Ｄにより、それらの通電方向が制御される。この界磁巻線制御回路３０Ｄは、コイルＣ１～Ｃ６の電源となる直流電源Ｐと、直流電源Ｐの両極に接続されたキャパシタＣと、コイルＣ１～Ｃ６の通電方向を制御するスイッチＳＷ１～ＳＷ２２とを有している。

ここで、スイッチＳＷ１は、直流電源Ｐの正極側とコイルＣ１の一端との間をスイッチングし、スイッチＳＷ２は、直流電源Ｐの負極側とコイルＣ１の他端との間をスイッチングするように構成されている。また、スイッチＳＷ３は、直流電源Ｐの正極側とコイルＣ２の一端との間をスイッチングし、スイッチＳＷ４は、直流電源Ｐの正極側とコイルＣ２の他端との間をスイッチングし、スイッチＳＷ５は、直流電源Ｐの負極側とコイルＣ２の一端との間をスイッチングし、スイッチＳＷ６は、直流電源Ｐの負極側とコイルＣ２の他端との間をスイッチングするように構成されている。

なお、図２２では、コイルＣ３～Ｃ５及びスイッチＳＷ７～ＳＷ１８の図示を省略しているが、コイルＣ３に対するスイッチＳＷ７～ＳＷ１０、コイルＣ４に対するスイッチＳＷ１１～ＳＷ１４、コイルＣ５に対するスイッチＳＷ１５～ＳＷ１８は、各々、コイルＣ２に対するスイッチＳＷ３～ＳＷ６と同様に構成されている。また、コイルＣ６に対するスイッチＳＷ１９～ＳＷ２２も、図２２に示すように、コイルＣ２に対するスイッチＳＷ３～ＳＷ６と同様に構成されている。

つまり、界磁巻線制御回路３０Ｄは、スイッチＳＷ１、ＳＷ２の制御により、コイルＣ１の電流方向は変更せず、導体Ｗ１、Ｗ１２の通電方向も変更しないが、スイッチＳＷ３～ＳＷ２２の制御により、コイルＣ２～Ｃ６の電流方向を変更し、これにより、導体Ｗ２～Ｗ１１の通電方向を変更することになる。

このような界磁巻線制御回路３０Ｄを用いて、コイルＣ１～Ｃ６の通電方向を、図２０に示すように制御することで、回転子１０Ｋを極対数Ｐ０＝６にしたり、極対数Ｐ１＝３にしたり、極対数Ｐ２＝２にしたり、極対数Ｐ３＝１にしたりすることができる。

具体的には、回転子１０Ｋに対して、Ｐ０モード（Ｐ０＝６）においては、導体Ｗ１～Ｗ１２が、隣り合う導体同士で交互に＋導体、－導体となるように、スイッチＳＷ１～ＳＷ２２のオン又はオフを行って、コイルＣ１～Ｃ６に電流を流すようにする。

このようにすると、図２１Ａに示すように、導体Ｗ１は＋導体、導体Ｗ２は－導体、導体Ｗ３は＋導体、導体Ｗ４は－導体、導体Ｗ５は＋導体、導体Ｗ６は－導体、導体Ｗ７は＋導体、導体Ｗ８は－導体、導体Ｗ９は＋導体、導体Ｗ１０は－導体、導体Ｗ１１は＋導体、導体Ｗ１２は－導体となる。その結果、磁化方向（図中の白抜矢印）は、ティースＴ１で内向き、ティースＴ２で外向き、ティースＴ３で内向き、ティースＴ４で外向き、ティースＴ５で内向き、ティースＴ６で外向き、ティースＴ７で内向き、ティースＴ８で外向き、ティースＴ９で内向き、ティースＴ１０で外向き、ティースＴ１１で内向き、ティースＴ１２で外向きと、交互に内向き、外向きとなり、極対数Ｐ０＝６の回転子１０Ｋとして動作することになる。

そして、回転子１０Ｋに対して、Ｐ１モード（Ｐ１＝３）においては、ｊ＝Ｐ０／Ｐ１＝２であるので、２個の隣り合う導体を１つの導体グループとして、隣り合う導体グループ同士で交互に＋導体、－導体となるように、スイッチＳＷ１～ＳＷ２２のオン又はオフを行って、コイルＣ１～Ｃ６に電流を流すようにする。

このようにすると、図２１Ｂに示すように、導体Ｗ１～Ｗ１２は、２個の隣り合う導体Ｗ１、Ｗ２を＋導体とする１つの導体グループとなり、２個の隣り合う導体Ｗ３、Ｗ４を－導体とする１つの導体グループとなり、２個の隣り合う導体Ｗ５、Ｗ６を＋導体とする１つの導体グループとなり、２個の隣り合う導体Ｗ７、Ｗ８を－導体とする１つの導体グループとなり、２個の隣り合う導体Ｗ９、Ｗ１０を＋導体とする１つの導体グループとなり、２個の隣り合う導体Ｗ１１、Ｗ１２を－導体とする１つの導体グループとなる。その結果、磁化方向（図中の白抜矢印）は、導体グループ間のティースＴ１で内向き、導体グループ間のティースＴ３で外向き、導体グループ間のティースＴ５で内向き、導体グループ間のティースＴ７で外向き、導体グループ間のティースＴ９で内向き、導体グループ間のティースＴ１１で外向きとなる。つまり、導体グループ間のティースにおいて、交互に内向き、外向きとなり、極対数Ｐ１＝３の回転子１０Ｋとして動作することになる。

そして、回転子１０Ｋに対して、Ｐ２モード（Ｐ２＝２）においては、ｊ＝Ｐ０／Ｐ２＝３であるので、３個の隣り合う導体を１つの導体グループとして、隣り合う導体グループ同士で交互に＋導体、－導体となるように、スイッチＳＷ１～ＳＷ２２のオン又はオフを行って、コイルＣ１～Ｃ６に電流を流すようにする。

このようにすると、図２１Ｃに示すように、導体Ｗ１～Ｗ１２は、３個の隣り合う導体Ｗ１～Ｗ３を＋導体とする１つの導体グループとなり、３個の隣り合う導体Ｗ４～Ｗ６を－導体とする１つの導体グループとなり、３個の隣り合う導体Ｗ７～Ｗ９を＋導体とする１つの導体グループとなり、３個の隣り合う導体Ｗ１０～Ｗ１２を－導体とする１つの導体グループとなる。その結果、磁化方向（図中の白抜矢印）は、導体グループ間のティースＴ１で内向き、導体グループ間のティースＴ４で外向き、導体グループ間のティースＴ７で内向き、導体グループ間のティースＴ１０で外向きとなる。つまり、導体グループ間のティースにおいて、交互に内向き、外向きとなり、極対数Ｐ２＝２の回転子１０Ｋとして動作することになる。

そして、回転子１０Ｋに対して、Ｐ３モード（Ｐ３＝１）においては、ｊ＝Ｐ０／Ｐ３＝６であるので、６個の隣り合う導体を１つの導体グループとして、隣り合う導体グループ同士で交互に＋導体、－導体となるように、スイッチＳＷ１～ＳＷ２２のオン又はオフを行って、コイルＣ１～Ｃ６に電流を流すようにする。

このようにすると、図２１Ｄに示すように、導体Ｗ１～Ｗ１２は、６個の隣り合う導体Ｗ１～Ｗ６を＋導体とする１つの導体グループとなり、６個の隣り合う導体Ｗ７～Ｗ１２を－導体とする１つの導体グループとなる。その結果、磁化方向（図中の白抜矢印）は、導体グループ間のティースＴ１で内向き、導体グループ間のティースＴ７で外向きとなる。つまり、導体グループ間のティースにおいて、交互に内向き、外向きとなり、極対数Ｐ３＝１の回転子１０Ｋとして動作することになる。

このように、本実施例のＰＣ－ＷＦＳＭは、ｍ＝１２であり、Ｐ０＝６、Ｐ１＝３、Ｐ２＝２、Ｐ３＝１となり、切り換えることができる極対数が６と３と２と１になるので、「６：３：２：１ ＰＣ－ＷＦＳＭ」と呼ぶ。

以上のことを整理したものが図２０である。なお、スロットＳ１～Ｓ１２には各々導体Ｗ１～Ｗ１２が配置されているが、図２０においては、導体Ｗ１～Ｗ１２の記載を省略する。また、これらの導体の通電方向は、＋導体、－導体の符号である＋－で表している。

図２０に示すように、極対数Ｐ０＝６のときの各スロットＳ１～Ｓ１２の各導体Ｗ１～Ｗ１２の通電方向は、スロットＳ１（導体Ｗ１）→スロットＳ１２（導体Ｗ１２）の順に、「＋－＋－＋－＋－＋－＋－」となる。また、極対数Ｐ１＝３のときの各スロットＳ１～Ｓ１２の各導体Ｗ１～Ｗ１２の通電方向は、上記の順に、「＋＋－－＋＋－－＋＋－－」となる。また、極対数Ｐ２＝２のときの各スロットＳ１～Ｓ１２の各導体Ｗ１～Ｗ１２の通電方向は、上記の順に、「＋＋＋－－－＋＋＋－－－」となる。また、極対数Ｐ３＝１のときの各スロットＳ１～Ｓ１２の各導体Ｗ１～Ｗ１２の通電方向は、上記の順に、「＋＋＋＋＋＋－－－－－－」となる。

そして、各スロットＳ１～Ｓ１２の各導体Ｗ１～Ｗ１２における極対数Ｐ０＝６→Ｐ１＝３→Ｐ２＝２→Ｐ３＝１への通電方向変化のパターンは、スロットＳ１の導体Ｗ１が「＋→＋→＋→＋」であり（パターン１ａ）、スロットＳ１２の導体Ｗ１２が「－→－→－→－」であり（パターン１ｂ）、スロットＳ２の導体Ｗ２が「－→＋→＋→＋」であり（パターン２ａ）であり、スロットＳ１１の導体Ｗ１１が「＋→－→－→－」であり（パターン２ｂ）、スロットＳ３の導体Ｗ３が「＋→－→＋→＋」であり（パターン３ａ）であり、スロットＳ１０の導体Ｗ１０が「－→＋→－→－」であり（パターン３ｂ）、スロットＳ４の導体Ｗ４が「－→－→－→＋」であり（パターン４ａ）であり、スロットＳ９の導体Ｗ９が「＋→＋→＋→－」であり（パターン４ｂ）、スロットＳ５の導体Ｗ５が「＋→＋→－→＋」であり（パターン５ａ）であり、スロットＳ８の導体Ｗ８が「－→－→＋→－」であり（パターン５ｂ）、スロットＳ６の導体Ｗ６が「－→＋→－→＋」であり（パターン６ａ）であり、スロットＳ７の導体Ｗ７が「＋→－→＋→－」である（パターン６ｂ）。ここでも、極数切換による通電方向変化のパターンについては、変化しないものに同じ番号をつけ、また、同じパターンで変化するものに同じ番号をつけ、更に、同じ番号内のあるパターンにａをつけ、あるパターンと＋－が逆になるパターンにｂをつけて表している。

図２０に示した通電方向変化のパターンから分かるように、＋－が互いに逆になるパターンの導体同士を組み合わせて、１つのコイルを動作させている。具体的には、コイルＣ１はパターン１ａとなる導体Ｗ１とパターン１ｂとなる導体Ｗ１２を組み合わせ、コイルＣ２はパターン２ａとなる導体Ｗ２とパターン２ｂとなる導体Ｗ１１を組み合わせ、コイルＣ３はパターン３ａとなる導体Ｗ３とパターン３ｂとなる導体Ｗ１０を組み合わせ、コイルＣ４はパターン４ａとなる導体Ｗ４とパターン４ｂとなる導体Ｗ９を組み合わせ、コイルＣ５はパターン５ａとなる導体Ｗ５とパターン５ｂとなる導体Ｗ８を組み合わせ、コイルＣ６はパターン６ａとなる導体Ｗ６とパターン６ｂとなる導体Ｗ７を組み合わせて、動作させている。

以上説明したように、回転子１０Ｋにおいて、所定のコイル（導体）の通電方向を切り換えることにより、極対数６、極対数３、極対数２、極対数１への極数切換を行うことができる。また、実施例１で説明したように、可変磁束モータとすることもできる。また、ＰＭＳＭと比較して、実施例１で説明した特長を有することになる。

＜第２の実施形態＞
後述する実施例７を一般化した第２の実施形態の構成について、図２３Ａ及び図２３Ｂを参照して説明を行う。なお、ここでも、切換可能な極対数をＰｉ、ｉを０～ｎの整数、ｎを１以上の整数、ＰｉをＰ０の約数、Ｐ０＞Ｐ１＞・・・＞Ｐｎとする。また、ｍ＝２×Ｐ０である。

本実施形態のＰＣ－ＷＦＳＭは、図２３Ａ及び図２３Ｂに示すように、回転子２０が図１Ａ及び図１Ｂで説明した回転子鉄心１１を有している。本実施形態の場合は、図１Ａ及び図１Ｂで説明した回転子１０とは界磁巻線の構成（導体の接続）に相違があり、各ティースＴ１～Ｔｍに界磁巻線となるコイルＣ１～Ｃｍが１つずつ巻かれている。言い換えると、各スロットＳ１～ＳｍにコイルＣ１～Ｃｍを構成する導体Ｗ１～Ｗ２ｍが２つずつ配置されている。なお、図２３Ａ及び図２３Ｂでも、回転子２０を周方向に展開した展開図としている。

回転子２０において、コイルＣ１～Ｃｍの導体Ｗ１～Ｗ２ｍは、界磁巻線制御回路（図示省略）により、各々が＋導体又は－導体となるように、それらの通電方向が制御されており、コイルＣ１～Ｃｍの導体Ｗ１～Ｗ２ｍに対する＋導体、－導体の割り当てを以下に説明するように行うことによって、極数切換を行うことができる。

具体的には、コイルＣ１～Ｃｍは、界磁巻線制御回路により、ｊ（＝Ｐ０／Ｐｉ）個の隣り合うコイルを１つのコイルグループ（界磁巻線グループ）として、ティースに発生する界磁磁束の磁化方向が隣り合うコイルグループ同士で交互に内向き、外向きとなるように制御される。このとき、導体Ｗ１～Ｗ２ｍは、同じコイルグループ内では、隣り合う導体同士で交互に＋導体、－導体となるように制御されると共に、隣り合うコイルグループにおける導体とは、＋導体、－導体の順序が逆になるように制御される。このように制御すると、所望の極対数Ｐｉに切換可能となる。

これを、図２３Ａを参照して、極対数がＰ０（Ｐ０モード）のときの回転子２０について説明する。Ｐ０モードは、極対数を最大にするモードであり、ｍ個の突極を有する回転子２０においては、Ｐ０＝ｍ／２となる。この場合、コイルＣ１～Ｃｍは、ｊ＝Ｐ０／Ｐ０＝１個ずつのコイルを１つのコイルグループとし、同じコイルグループ内では、隣り合う導体同士で交互に＋導体、－導体となるように制御されると共に、隣り合うコイルグループ内における導体とは、＋導体、－導体の順序が逆になるように制御される。例えば、図中左から、１つのコイルグループとなるコイルＣ１の導体Ｗ１、Ｗ２は、交互に＋導体、－導体の順となり、隣り合う１つのコイルグループとなるコイルＣ２の導体Ｗ３、Ｗ４は、交互に－導体、＋導体の順となる。このように制御すると、ティースＴ１～Ｔｍにおける磁化方向（図中の白抜矢印）は、隣り合うティース同士で交互に外向き、内向きとなる。この結果、Ｐ０モードでは、回転子２０の極対数がＰ０＝ｍ／２となる。

また、図２３Ｂを参照して、極対数がＰｉ（Ｐｉモード）のときの回転子２０について説明する。なお、ここでのＰｉはＰ０以外とする。Ｐｉモードは、極対数をＰｉにするモードである。この場合、コイルＣ１～Ｃｍは、ｊ（＝Ｐ０／Ｐｉ）個の隣り合うコイルを１つのコイルグループとし、同じコイルグループ内では、隣り合う導体同士で交互に＋導体、－導体となるように制御されると共に、隣り合うコイルグループ内における導体とは、＋導体、－導体の順序が逆になるように制御される。例えば、図中左から、１つのコイルグループとなるコイルＣ１～Ｃｊの導体Ｗ１～Ｗ２ｊは、交互に＋導体、－導体の順となり、隣り合う１つのコイルグループとなるコイルＣ２ｊ＋１～Ｃ２ｊの導体Ｗ２ｊ＋１～Ｗ４ｊは、交互に－導体、＋導体の順となる。このように制御すると、ティースＴ１～Ｔｍにおける磁化方向（図中の白抜矢印）は、コイルグループ毎に、交互に外向き、内向きとなる。この結果、Ｐｉモードでは、回転子２０の極対数がＰｉとなる。

本実施形態のＰＣ－ＷＦＳＭでは、以上のようにして、極対数Ｐｉが切り換えられることになる。本実施形態の場合でも、切換可能な極対数ＰｉはＰ０の約数であり、Ｐ０＞Ｐ１＞・・・＞Ｐｎであるので、「Ｐ０：Ｐ１：・・・：Ｐｎ ＰＣ－ＷＦＳＭ」と呼ぶ。例えば、後述する実施例７（図２４～図２６）は、ｍ＝１２であり、Ｐ０＝ｍ／２であるので、Ｐ０＝６、Ｐ１＝３、Ｐ２＝２、Ｐ３＝１となり、「６：３：２：１ ＰＣ－ＷＦＳＭ」と呼ぶことになる。

次に、本実施形態のＰＣ－ＷＦＳＭの具体的な実施例について、以下の実施例７を例示して説明を行う。なお、以下の実施例７では、ｍ＝１２個の突極を有する回転子を例示しているが、本実施形態は、４個以上の偶数の突極を有する回転子に適用可能である。

［実施例７］
本実施例のＰＣ－ＷＦＳＭについて、図２４～図２６を参照して説明を行う。本実施例のＰＣ－ＷＦＳＭは、図２５Ａ～図２５Ｄに示すように、回転子２０Ａが、上述した回転子鉄心１１Ｃを有し、実施例１～６に示した回転子１０Ａ～１０Ｋとは、界磁巻線となるコイルＣ１～Ｃ１２の数や配置位置が異なっている。

具体的には、図２５Ａ～図２５Ｄは、図２４に示すコイルパターンを示しており、コイルＣ１がスロットＳ１２に配置された導体Ｗ１とスロットＳ１に配置された導体Ｗ２とを接続して構成され、コイルＣ２がスロットＳ１に配置された導体Ｗ３とスロットＳ２に配置された導体Ｗ４を接続して構成され、コイルＣ３がスロットＳ２に配置された導体Ｗ５とスロットＳ３に配置された導体Ｗ６を接続して構成され、コイルＣ４がスロットＳ３に配置された導体Ｗ７とスロットＳ４に配置された導体Ｗ８を接続して構成され、コイルＣ５がスロットＳ４に配置された導体Ｗ９とスロットＳ５に配置された導体Ｗ１０を接続して構成され、コイルＣ６がスロットＳ５に配置された導体Ｗ１１とスロットＳ６に配置された導体Ｗ１２を接続して構成されている。

また、コイルＣ７がスロットＳ６に配置された導体Ｗ１３とスロットＳ７に配置された導体Ｗ１４を接続して構成され、コイルＣ８がスロットＳ７に配置された導体Ｗ１５とスロットＳ８に配置された導体Ｗ１６を接続して構成され、コイルＣ９がスロットＳ８に配置された導体Ｗ１７とスロットＳ９に配置された導体Ｗ１８を接続して構成され、コイルＣ１０がスロットＳ９に配置された導体Ｗ１９とスロットＳ１０に配置された導体Ｗ２０を接続して構成され、コイルＣ１１がスロットＳ１０に配置された導体Ｗ２１とスロットＳ１１に配置された導体Ｗ２２を接続して構成され、コイルＣ１２がスロットＳ１１に配置された導体Ｗ２３とスロットＳ１２に配置された導体Ｗ２４を接続して構成されている。

そして、図２５Ａ～図２５Ｄに示したコイルＣ１～Ｃ１２は、図２６に示す界磁巻線制御回路３０Ｅにより、それらの通電方向が制御される。この界磁巻線制御回路３０Ｅは、コイルＣ１～Ｃ１２の電源となる直流電源Ｐと、直流電源Ｐの両極に接続されたキャパシタＣと、コイルＣ１～Ｃ１２の通電方向を制御するスイッチＳＷ１～ＳＷ４４とを有している。

ここで、スイッチＳＷ１は、直流電源Ｐの正極側とコイルＣ１の一端との間をスイッチングし、スイッチＳＷ２は、直流電源Ｐの負極側とコイルＣ１の他端との間をスイッチングするように構成されている。また、スイッチＳＷ３は、直流電源Ｐの正極側とコイルＣ２の一端との間をスイッチングし、スイッチＳＷ４は、直流電源Ｐの正極側とコイルＣ２の他端との間をスイッチングし、スイッチＳＷ５は、直流電源Ｐの負極側とコイルＣ２の一端との間をスイッチングし、スイッチＳＷ６は、直流電源Ｐの負極側とコイルＣ２の他端との間をスイッチングするように構成されている。

なお、図２６では、コイルＣ３～Ｃ１０及びスイッチＳＷ７～ＳＷ３８の図示を省略しているが、コイルＣ３に対するスイッチＳＷ７～ＳＷ１０、コイルＣ４に対するスイッチＳＷ１１～ＳＷ１４、コイルＣ５に対するスイッチＳＷ１５～ＳＷ１８、コイルＣ６に対するスイッチＳＷ１９～ＳＷ２２、コイルＣ７に対するスイッチＳＷ２３～ＳＷ２６、コイルＣ８に対するスイッチＳＷ２７～ＳＷ３０、コイルＣ９に対するスイッチＳＷ３１～ＳＷ３４、コイルＣ１０に対するスイッチＳＷ３５～ＳＷ３８は、各々、コイルＣ２に対するスイッチＳＷ３～ＳＷ６と同様に構成されている。

また、コイルＣ１１に対するスイッチＳＷ３９～ＳＷ４２も、図２６に示すように、コイルＣ２に対するスイッチＳＷ３～ＳＷ６と同様に構成されており、また、コイルＣ１２に対するスイッチＳＷ４３～ＳＷ４３は、コイルＣ１に対するスイッチＳＷ１、ＳＷ２と同様に構成されている。

つまり、界磁巻線制御回路３０Ｅは、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ４３、ＳＷ４４の制御により、コイルＣ１、Ｃ１２の電流方向は変更せず、導体Ｗ１、Ｗ２、Ｗ２３、Ｗ２４の通電方向も変更しないが、スイッチＳＷ３～ＳＷ４２の制御により、コイルＣ２～Ｃ１１の電流方向を変更し、これにより、導体Ｗ３～Ｗ２２の通電方向を変更することになる。

このような界磁巻線制御回路３０Ｅを用いて、コイルＣ１～Ｃ１２の通電方向を、図２４に示すように制御することで、回転子２０Ａを極対数Ｐ０＝６にしたり、極対数Ｐ１＝３にしたり、極対数Ｐ２＝２にしたり、極対数Ｐ３＝１にしたりすることができる。

具体的には、回転子２０Ａに対して、Ｐ０モード（Ｐ０＝６）においては、ｊ＝Ｐ０／Ｐ０＝１であるので、コイルＣ１～Ｃ１２は、１個ずつのコイルを１つのコイルグループとし、同じコイルグループ内では、隣り合う導体同士で交互に＋導体、－導体となると共に、隣り合うコイルグループ内における導体とは、＋導体、－導体の順序が逆になるように、スイッチＳＷ１～ＳＷ４４のオン又はオフを行って、コイルＣ１～Ｃ１２に電流を流すようにする。

このようにすると、図２５Ａに示すように、コイルＣ１～Ｃ１２は、１個ずつのコイルが１つのコイルグループとなり、コイルＣ１における導体Ｗ１、Ｗ２は、＋導体、－導体の順となり、コイルＣ２における導体Ｗ３、Ｗ４は、－導体、＋導体の順となり、コイルＣ３における導体Ｗ５、Ｗ６は、＋導体、－導体の順となり、コイルＣ４における導体Ｗ７、Ｗ８は、－導体、＋導体の順となり、コイルＣ５における導体Ｗ９、Ｗ１０は、＋導体、－導体の順となり、コイルＣ６における導体Ｗ１１、Ｗ１２は、－導体、＋導体の順となり、コイルＣ７における導体Ｗ１３、Ｗ１４は、＋導体、－導体の順となり、コイルＣ８における導体Ｗ１５、Ｗ１６は、－導体、＋導体の順となり、コイルＣ９における導体Ｗ１７、Ｗ１８は、＋導体、－導体の順となり、コイルＣ１０における導体Ｗ１９、Ｗ２０は、－導体、＋導体の順となり、コイルＣ１１における導体Ｗ２１、Ｗ２２は、＋導体、－導体の順となり、コイルＣ１２における導体Ｗ２３、Ｗ２４は、－導体、＋導体の順となる。

その結果、磁化方向（図中の白抜矢印）は、ティースＴ１で外向き、ティースＴ２で内向き、ティースＴ３で外向き、ティースＴ４で内向き、ティースＴ５で外向き、ティースＴ６で内向き、ティースＴ７で外向き、ティースＴ８で内向き、ティースＴ９で外向き、ティースＴ１０で内向き、ティースＴ１１で外向き、ティースＴ１２で内向きとなり、極対数Ｐ０＝６の回転子２０Ａとして動作することになる。

そして、回転子２０Ａに対して、Ｐ１モード（Ｐ１＝３）においては、ｊ＝Ｐ０／Ｐ１＝２であるので、コイルＣ１～Ｃ１２は、２個の隣り合うコイルを１つのコイルグループとし、同じコイルグループ内では、隣り合う導体同士で交互に＋導体、－導体となると共に、隣り合うコイルグループ内における導体とは、＋導体、－導体の順序が逆になるように、スイッチＳＷ１～ＳＷ４４のオン又はオフを行って、コイルＣ１～Ｃ１２に電流を流すようにする。

このようにすると、図２５Ｂに示すように、コイルＣ１～Ｃ１２は、２個の隣り合うコイルが１つのコイルグループとなり、コイルＣ１、Ｃ２における導体Ｗ１～Ｗ４は、＋導体、－導体の順となり、コイルＣ３、Ｃ４における導体Ｗ５～Ｗ８は、－導体、＋導体の順となり、コイルＣ５、Ｃ６における導体Ｗ９～Ｗ１２は、＋導体、－導体の順となり、コイルＣ７、Ｃ８における導体Ｗ１３～Ｗ１６は、－導体、＋導体の順となり、コイルＣ９、Ｃ１０における導体Ｗ１７～Ｗ２０は、＋導体、－導体の順となり、コイルＣ１１、Ｃ１２における導体Ｗ２１～Ｗ２４は、－導体、＋導体の順となる

その結果、磁化方向（図中の白抜矢印）は、ティースＴ１、Ｔ２で外向き、ティースＴ３、Ｔ４で内向き、ティースＴ５、Ｔ６で外向き、ティースＴ７、Ｔ８で内向き、ティースＴ９、Ｔ１０で外向き、ティースＴ１１、Ｔ１２で内向きとなり、極対数Ｐ１＝３の回転子２０Ａとして動作することになる。

そして、回転子２０Ａに対して、Ｐ２モード（Ｐ２＝２）においては、ｊ＝Ｐ０／Ｐ２＝３であるので、コイルＣ１～Ｃ１２は、３個の隣り合うコイルを１つのコイルグループとし、同じコイルグループ内では、隣り合う導体同士で交互に＋導体、－導体となると共に、隣り合うコイルグループ内における導体とは、＋導体、－導体の順序が逆になるように、スイッチＳＷ１～ＳＷ４４のオン又はオフを行って、コイルＣ１～Ｃ１２に電流を流すようにする。

このようにすると、図２５Ｃに示すように、コイルＣ１～Ｃ１２は、３個の隣り合うコイルが１つのコイルグループとなり、コイルＣ１～Ｃ３における導体Ｗ１～Ｗ６は、＋導体、－導体の順となり、コイルＣ４～Ｃ６における導体Ｗ７～Ｗ１２は、－導体、＋導体の順となり、コイルＣ７～Ｃ９における導体Ｗ１３～Ｗ１８は、＋導体、－導体の順となり、コイルＣ１０～Ｃ１２における導体Ｗ１９～Ｗ２４は、－導体、＋導体の順となる。

その結果、磁化方向（図中の白抜矢印）は、ティースＴ１～Ｔ３で外向き、ティースＴ４～Ｔ６で内向き、ティースＴ７～Ｔ９で外向き、ティースＴ１０～Ｔ１２で内向きとなり、極対数Ｐ２＝２の回転子２０Ａとして動作することになる。

そして、回転子２０Ａに対して、Ｐ３モード（Ｐ３＝１）においては、ｊ＝Ｐ０／Ｐ３＝６であるので、コイルＣ１～Ｃ１２は、６個の隣り合うコイルを１つのコイルグループとし、同じコイルグループ内では、隣り合う導体同士で交互に＋導体、－導体となると共に、隣り合うコイルグループ内における導体とは、＋導体、－導体の順序が逆になるように、スイッチＳＷ１～ＳＷ４４のオン又はオフを行って、コイルＣ１～Ｃ１２に電流を流すようにする。

このようにすると、図２５Ｄに示すように、コイルＣ１～Ｃ１２は、６個の隣り合うコイルが１つのコイルグループとなり、コイルＣ１～Ｃ６における導体Ｗ１～Ｗ１２は、＋導体、－導体の順となり、コイルＣ７～Ｃ１２における導体Ｗ１３～Ｗ２４は、－導体、＋導体の順となる。

その結果、磁化方向（図中の白抜矢印）は、ティースＴ１～Ｔ６で外向き、ティースＴ７～Ｔ１２で内向きとなり、極対数Ｐ３＝１の回転子２０Ａとして動作することになる。

このように、本実施例のＰＣ－ＷＦＳＭは、ｍ＝１２であり、Ｐ０＝６、Ｐ１＝３、Ｐ２＝２、Ｐ３＝１となり、切り換えることができる極対数が６と３と２と１になるので、「６：３：２：１ ＰＣ－ＷＦＳＭ」と呼ぶ。

以上のことを整理したものが図２４である。なお、スロットＳ１～Ｓ１２には導体Ｗ１～Ｗ２４が２個ずつ配置されているが、図２４においては、導体Ｗ１～Ｗ２４の記載を省略する。また、これらの導体の通電方向は、＋導体、－導体の符号である＋－で表している。

図２４に示すように、極対数Ｐ０＝６のときの各スロットＳ１～Ｓ１２の各導体Ｗ１～Ｗ２４の通電方向は、左端のスロットＳ１２（導体Ｗ１）→右端のスロットＳ１２（導体Ｗ２４）の順に、「＋－－＋＋－－＋＋－－＋＋－－＋＋－－＋＋－－＋」となる。また、極対数Ｐ１＝３のときの各スロットＳ１～Ｓ１２の各導体Ｗ１～Ｗ２４の通電方向は、上記の順に、「＋－＋－－＋－＋＋－＋－－＋－＋＋－＋－－＋－＋」となる。また、極対数Ｐ２＝２のときの各スロットＳ１～Ｓ１２の各導体Ｗ１～Ｗ２４の通電方向は、上記の順に、「＋－＋－＋－－＋－＋－＋＋－＋－＋－－＋－＋－＋」となる。また、極対数Ｐ３＝１のときの各スロットＳ１～Ｓ１２の各導体Ｗ１～Ｗ２４の通電方向は、上記の順に、「＋－＋－＋－＋－＋－＋－－＋－＋－＋－＋－＋－＋」となる。

以上説明したように、回転子２０Ａにおいて、所定のコイル（導体）の通電方向を切り換えることにより、極対数６、極対数３、極対数２、極対数１への極数切換を行うことができる。また、実施例１で説明したように、可変磁束モータとすることもできる。また、ＰＭＳＭと比較して、実施例１で説明した特長を有することになる。

また、第１の実施形態で説明した回転子１０の特長に加えて、以下の特長がある。
・１極の中心のティースに界磁磁束が集中して磁気飽和するのを防止できる。
・各コイルが同ピッチとなるため、インピーダンスが同等となる。そのため、通電される電流のアンバランスを防止できる。

＜第３の実施形態＞
第３の実施形態の構成について、図２７に示す実施例８を参照して説明を行う。なお、実施例８は、上述した実施例２の図８Ａ及び図８Ｂで示した回転子１０Ｄをベースにしたものであるが、本実施形態は第１の実施形態の何れの実施例へも適用可能である。

［実施例８］
本実施例のＰＣ－ＷＦＳＭは、図２７に示すように、回転子１０Ｌが８個の突極を有する回転子鉄心１１Ｄを有しており、回転子鉄心１１Ｄが突設した８個のティースＴ１～Ｔ８と凹設した８個のスロットＳ１～Ｓ８を有している。つまり、回転子鉄心１１Ｄの基本的構成は、第１の実施形態の実施例２～実施例４で示した回転子鉄心１１Ｂと同じである。

また、界磁巻線となるコイルＣ１～Ｃ４は、実施例２の図８Ａ及び図８Ｂで示した回転子１０ＤのコイルＣ１～Ｃ４と同じ配置となっているが、コイルＣ１～Ｃ４は、複数の導体からなる導体群Ｗ１～Ｗ８から構成され、導体群Ｗ１～Ｗ８を構成する複数の導体はスロットＳ１～Ｓ８の各々において通電方向が全て同じとなっている。つまり、コイルＣ１～Ｃ４の巻線ターン数を増やした構成である。そして、コイルＣ１～Ｃ４での巻線ターン数を増やすため、本実施例では、巻線（導体）を抑える鉄心傘部の形状が、上述した回転子鉄心１１Ｂの鉄心傘部とは異なっている。

上述した回転子鉄心１１Ｂでは、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、ティースＴ１～Ｔ８の鉄心傘部の形状は全て同じであり、各ティースの外縁の円周方向の両側に鉄心傘部が対称的に延設されている。一方、本実施例における回転子鉄心１１Ｄでは、図２７に示すように、ティースＴ１～Ｔ８の鉄心傘部の形状は全て同じではなく、コイルＣ１～Ｃ４の導体群Ｗ１～Ｗ８が受ける遠心力を考慮して、導体群Ｗ１～Ｗ８を抑える形状としている。

具体的には、ティースＴ１においては、コイルＣ１の導体群Ｗ１、Ｗ８が遠心力を受けて移動した場合に、導体群Ｗ１、Ｗ８を抑える位置にある鉄心傘部１２ａ、１２ｂの長さを長くしており、隣り合うティースＴ２及びＴ８のティースＴ１側の鉄心傘部を無くす代わりに、ティースＴ２、Ｔ８の近傍まで、鉄心傘部１２ａ、１２ｂの長さを長くしている。ティースＴ５においても、ティースＴ１と同様であり、コイルＣ４の導体群Ｗ４、Ｗ５が遠心力を受けて移動した場合に、導体群Ｗ４、Ｗ５を抑える位置にある鉄心傘部１２ａ、１２ｂの長さを長くしており、隣り合うティースＴ４及びＴ６のティースＴ５側の鉄心傘部を無くす代わりに、ティースＴ４、Ｔ６の近傍まで、鉄心傘部１２ａ、１２ｂの長さを長くしている。

また、ティースＴ２においては、コイルＣ２の導体群Ｗ２が遠心力を受けて移動した場合に、導体群Ｗ２を抑える位置にある鉄心傘部１２ａの長さを長くしており、隣り合うティースＴ３のティースＴ２側の鉄心傘部を無くす代わりに、ティースＴ３の近傍まで、鉄心傘部１２ａの長さを長くしている。ティースＴ６においても、ティースＴ２と同様に、コイルＣ３の導体群Ｗ６が遠心力を受けて移動した場合に、導体群Ｗ６を抑える位置にある鉄心傘部１２ａの長さを長くしており、隣り合うティースＴ７のティースＴ６側の鉄心傘部を無くす代わりに、ティースＴ７の近傍まで、鉄心傘部１２ａの長さを長くしている。

また、ティースＴ４においては、コイルＣ３の導体群Ｗ３が遠心力を受けて移動した場合に、導体群Ｗ３を抑える位置にある鉄心傘部１２ｂの長さを長くしており、隣り合うティースＴ３のティースＴ４側の鉄心傘部を無くす代わりに、ティースＴ３の近傍まで、鉄心傘部１２ｂの長さを長くしている。ティースＴ８においても、ティースＴ４と同様に、コイルＣ２の導体群Ｗ７が遠心力を受けて移動した場合に、導体群Ｗ７を抑える位置にある鉄心傘部１２ｂの長さを長くしており、隣り合うティースＴ７のティースＴ８側の鉄心傘部を無くす代わりに、ティースＴ７の近傍まで、鉄心傘部１２ｂの長さを長くしている。

このように、ティースＴ１、Ｔ５では、鉄心傘部１２ａ、１２ｂの両方の長さが長くなり、ティースＴ２、Ｔ６では、鉄心傘部１２ａの長さが長くなると共に、鉄心傘部１２ｂは無くなり、ティースＴ４、Ｔ８では、鉄心傘部１２ｂの長さが長くなると共に、鉄心傘部１２ａは無くなり、ティースＴ３、Ｔ７では、鉄心傘部１２ａ、１２ｂの両方が無くなっている。

このように、遠心力を受けた導体群Ｗ１～Ｗ８が移動する位置にある回転子鉄心１１Ｄの鉄心傘部１２ａ、１２ｂの長さを、遠心力を受けた導体群Ｗ１～Ｗ８が移動する位置にない回転子鉄心１１Ｄの鉄心傘部の長さより長くしている。

回転子鉄心１１Ｄを上述した鉄心形状とすることにより、コイルＣ１～Ｃ４の巻線ターン数を増やすことができ、図８Ａ及び図８Ｂで示した回転子１０Ｄと比較して、回転子１０Ｌの最大トルクを増加させることができる。

本発明は、極数切換機能を有する電動機として好適なものである。

１０、１０Ａ～１０Ｌ 回転子
１１、１１Ａ～１１Ｄ 回転子鉄心
１２ａ、１２ｂ 鉄心傘部
２０、２０Ａ 回転子
３０Ａ～３０Ｅ 界磁巻線制御回路
Ｃ１～Ｃｍ コイル
Ｓ１～Ｓｍ スロット
Ｔ１～Ｔｍ ティース
Ｗ１～Ｗ２ｍ 導体

Claims (4)

1. 極対数をＰｉ、ｉを０～ｎの整数、ｎを１以上の整数、ＰｉをＰ０の約数、Ｐ０>Ｐ１>・・・>Ｐｎとし、複数の極対数Ｐｉに切換可能な巻線界磁型同期電動機であって、
   ２×Ｐ０個のスロット及びティースを有する回転子鉄心と、
   前記スロットの各々に１つずつ配置された２×Ｐ０個の導体と、
   前記導体の２つずつをペアとして接続して構成されたＰ０個の界磁巻線と、
   前記界磁巻線の通電方向を変えることにより、極数切換を行う界磁巻線制御回路とを備え、
   前記界磁巻線制御回路は、Ｐ０／Ｐｉ個の隣り合う前記導体を１つの導体グループとして、隣り合う前記導体グループ同士で通電方向が互いに異なるように前記導体を制御して、前記極対数を、設定した第１の極対数、又は第１の極対数よりも大きい第２の極対数、又は第２の極対数よりも大きい第３の極対数のいずれかとする
   ことを特徴とする巻線界磁型同期電動機。
2. 極対数をＰｉ、ｉを０～ｎの整数、ｎを１以上の整数、ＰｉをＰ０の約数、Ｐ０>Ｐ１>・・・>Ｐｎとし、複数の極対数Ｐｉに切換可能な巻線界磁型同期電動機であって、
   ２×Ｐ０個のスロット及びティースを有する回転子鉄心と、
   前記スロットの各々に１つずつ配置された２×Ｐ０個の導体と、
   前記導体の２つずつをペアとして接続して構成されたＰ０個の界磁巻線と、
   前記界磁巻線の通電方向を変えることにより、極数切換を行う界磁巻線制御回路とを備え、
   前記界磁巻線制御回路は、Ｐ０／Ｐｉ個の隣り合う前記導体を１つの導体グループとして、隣り合う前記導体グループ同士で通電方向が互いに異なるように前記導体を制御して、前記極対数を、設定した第１の極対数、又は第１の極対数よりも大きい第２の極対数、又は第２の極対数よりも大きい第３の極対数、又は第３の極対数よりも大きい第４の極対数のいずれかとする
   ことを特徴とする巻線界磁型同期電動機。
3. 請求項１又は２に記載の巻線界磁型同期電動機において、
   前記導体を複数の導体からなる導体群とし、前記複数の導体は前記スロットの各々において通電方向が全て同じである
   ことを特徴とする巻線界磁型同期電動機。
4. 請求項３に記載の巻線界磁型同期電動機において、
   遠心力を受けた前記導体群が移動する位置にある前記回転子鉄心の鉄心傘部の長さを、前記遠心力を受けた前記導体群が移動する位置にない前記鉄心傘部の長さより長くしたことを特徴とする巻線界磁型同期電動機。
   

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