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。