特開 2023-79746 モータ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023079746

(43)【公開日】2023-06-08

(54)【発明の名称】モータ装置

(51)【国際特許分類】

   H02K 19/10 20060101AFI20230601BHJP

   H02K 1/16 20060101ALI20230601BHJP

   H02K 1/24 20060101ALI20230601BHJP

【ＦＩ】

H02K19/10 A

H02K1/16

H02K1/24

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021193357

(22)【出願日】2021-11-29

(71)【出願人】

【識別番号】504176911

【氏名又は名称】国立大学法人大阪大学

(71)【出願人】

【識別番号】521210667

【氏名又は名称】株式会社Ａ．Ｈ．ＭｏｔｏｒＬａｂ

(74)【代理人】

【識別番号】110001667

【氏名又は名称】弁理士法人プロウィン

(72)【発明者】

【氏名】新口 昇

(72)【発明者】

【氏名】平田 勝弘

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 寛典

(72)【発明者】

【氏名】竹村 望

【テーマコード（参考）】

5H601

5H619

【Ｆターム（参考）】

5H601AA26

5H601CC01

5H601CC17

5H601DD09

5H601DD11

5H601DD18

5H601EE06

5H601GA02

5H601GB13

5H601GB34

5H601GB48

5H601GB49

5H619BB01

5H619BB06

5H619BB24

5H619PP01

5H619PP02

5H619PP04

5H619PP14

(57)【要約】

【課題】回転子の径を小さくしても鉄損を抑制することが可能なモータ装置を提供する。
【解決手段】回転軸を中心に回転可能に配置された回転子（１１）と、内周に複数のティース部（１３）が形成された固定子（１２）を有し、回転子（１１）が強磁性体で構成されたスイッチトリラクタンスモータであるモータ装置であって、複数のティース部（１３）には、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相、Ｅ相およびＦ相の巻線が巻回されており、回転子（１１）の極数Ｐと、ティース部（１３）のスロット数Ｓの比は、Ｐ：Ｓ＝７：１２であることを特徴とするモータ装置。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸を中心に回転可能に配置された回転子と、内周に複数のティース部が形成された固定子を有し、前記回転子が強磁性体で構成されたスイッチトリラクタンスモータであるモータ装置であって、
前記複数のティース部には、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相、Ｅ相およびＦ相の巻線が巻回されており、
前記回転子の極数Ｐと、前記ティース部のスロット数Ｓの比は、Ｐ：Ｓ＝７：１２であることを特徴とするモータ装置。

【請求項2】

請求項１に記載のモータ装置であって、
前記Ａ相と前記Ｆ相、前記Ｆ相と前記Ｅ相、前記Ｅ相と前記Ｄ相、前記Ｄ相と前記Ｃ相、前記Ｃ相と前記Ｂ相、前記Ｂ相と前記Ａ相は、それぞれ電気角で６０度の位相差で配置されていることを特徴とするモータ装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載のモータ装置であって、
前記Ａ相、前記Ｅ相、前記Ｃ相、前記Ｄ相、前記Ｂ相および前記Ｆ相は、それぞれ第１部分巻線と第２部分巻線が直列接続されており、
前記第１部分巻線と前記第２部分巻線は、それぞれ電気角で２１０度の位相差で配置されていることを特徴とするモータ装置。

【請求項4】

請求項１から３の何れか一つに記載のモータ装置であって、
前記Ａ相、前記Ｅ相、前記Ｃ相、前記Ｄ相、前記Ｂ相および前記Ｆ相は、一端が中性点に接続されて、スター結線されていることを特徴とするモータ装置。

【請求項5】

請求項１から３の何れか一つに記載のモータ装置であって、
前記Ａ相、前記Ｂ相、前記Ｃ相、前記Ｄ相、前記Ｅ相および前記Ｆ相は、この順に環状に直列接続されて、ヘキサゴン結線されていることを特徴とするモータ装置。

【請求項6】

請求項１から５の何れか一つに記載のモータ装置であって、
前記巻線は、前記ティース部の複数にまとめて巻回された分布巻きとして構成されていることを特徴とするモータ装置。

【請求項7】

請求項１から５の何れか一つに記載のモータ装置であって、
前記巻線は、個々の前記ティース部に巻回された集中巻きとして構成されていることを特徴とするモータ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータ装置に関し、特に、回転子に強磁性体を用いるスイッチトリラクタンスモータのモータ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から様々な技術分野において、交流の周波数を変化させることで回転数を制御でき、安定した回転数を得られる三相モータが動力源として用いられている。また、回転子に強磁性体を用いるスイッチトリラクタンスモータも提案されている（例えば特許文献１を参照）。また、複数の相を備えた多相巻線を複数系統備えたモータ装置も提案されている。

【0003】

従来の三相巻線を２系統備えたモータ装置では、第１系統の三相巻線としてＡ相コイル、Ｅ相コイル、Ｃ相コイルを有し、第２系統の三相巻線としてＤ相コイル、Ｂ相コイル、Ｆ相コイルを有している。このような従来のモータ装置では、各相に対応したスイッチを用いて、各相の巻線に電流が流れるタイミングを交互に切替えることで、各相のコイルに適切に電流が流れて、スイッチトリラクタンスモータを回転させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１６－１０３９５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、このような従来のモータ装置では、固定子のティース部で構成されるスロット数Ｓと、回転子の突極数Ｐとを大きくした場合には、突極やスロットの間隔が小さくなり、隣接するスロットと突極との間で磁束の短絡が発生しやすく鉄損が大きくなるという問題があった。特に、モータ装置の小型化を図るために、回転子の外径や固定子の内径を小さくする場合には、磁束の短絡と鉄損の悪影響が大きくなる。

【0006】

そこで本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、回転子の径を小さくしても鉄損を抑制することが可能なモータ装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明のモータ装置は、回転軸を中心に回転可能に配置された回転子と、内周に複数のティース部が形成された固定子を有し、前記回転子が強磁性体で構成されたスイッチトリラクタンスモータであるモータ装置であって、前記複数のティース部には、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相、Ｅ相およびＦ相の巻線が巻回されており、前記回転子の極数Ｐと、前記ティース部のスロット数Ｓの比は、Ｐ：Ｓ＝７：１２であることを特徴とする。

【0008】

このような本発明のモータ装置では、スロット数Ｓが１２に対して突極数Ｐが７の割合であり、突極同士の間隔が広いため隣接するスロットとの間における磁束の短絡が抑制され、回転子の径を小さくしても鉄損を抑制することができる。

【0009】

また、本発明の一態様では、前記Ａ相と前記Ｆ相、前記Ｆ相と前記Ｅ相、前記Ｅ相と前記Ｄ相、前記Ｄ相と前記Ｃ相、前記Ｃ相と前記Ｂ相、前記Ｂ相と前記Ａ相は、それぞれ電気角で６０度の位相差で配置されている。

【0010】

また、本発明の一態様では、前記Ａ相、前記Ｅ相、前記Ｃ相、前記Ｄ相、前記Ｂ相および前記Ｆ相は、それぞれ第１部分巻線と第２部分巻線が直列接続されており、前記第１部分巻線と前記第２部分巻線は、それぞれ電気角で２１０度の位相差で配置されている。

【0011】

また、本発明の一態様では、前記Ａ相、前記Ｅ相、前記Ｃ相、前記Ｄ相、前記Ｂ相および前記Ｆ相は、一端が中性点に接続されて、スター結線されている。

【0012】

また、本発明の一態様では、前記Ａ相、前記Ｂ相、前記Ｃ相、前記Ｄ相、前記Ｅ相および前記Ｆ相は、この順に環状に直列接続されて、ヘキサゴン結線されている。

【0013】

また、本発明の一態様では、前記巻線は、前記ティース部の複数にまとめて巻回された分布巻きとして構成されている。

【0014】

また、本発明の一態様では、前記巻線は、個々の前記ティース部に巻回された集中巻きとして構成されている。

【発明の効果】

【0015】

本発明では、回転子の径を小さくしても鉄損を抑制することが可能なモータ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】第１実施形態に係るモータ装置におけるモータ部１０の構造例を示す模式図である。

【図2】第１実施形態に係るモータ装置のモータ部１０とスイッチインバータ部２０の接続を示す等価回路図である。

【図3】第１実施形態の変形例に係るモータ装置のモータ部１０とスイッチインバータ部２０の接続を示す等価回路図である。

【図4】第１実施形態に係るモータ装置におけるスイッチインバータ部２０の制御を示すタイミングチャートであり、スイッチインバータ部２０の各相スイッチに印加される信号を示している。

【図5】第１実施形態に係るモータ装置の駆動状態を示すシミュレーション結果であり、図５（ａ）は出力されるトルクを示し、図５（ｂ）は各相に供給されるライン電流を示し、図５（ｃ）は各相の巻線を流れるコイル電流を示している。

【図6】１４突極２０スロットと２０突極２４スロットのモータ装置を比較したシミュレーション結果であり、図６（ａ）はトルク波形の比較であり、図６（ｂ）は電流実効値の比較であり、図６（ｃ）は鉄損の比較である。

【図7】第２実施形態に係るモータ装置のモータ部１０とスイッチインバータ部３０の接続を示す等価回路図である。

【図8】第２実施形態の変形例に係るモータ装置のモータ部１０とスイッチインバータ部３０の接続を示す等価回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付すものとし、適宜重複した説明は省略する。図１は、本実施形態に係るモータ装置におけるモータ部１０の構造例を示す模式図である。

【0018】

図１に示すように本実施形態のモータ部１０は、回転子（ロータ）１１と、回転子１１の周囲に配置された固定子（ステータ）１２を備えている。また、回転子１１には、外周に沿って強磁性体からなるロータティース（突極）が配置されている。また固定子１２は、コアバック部とその内周に突出して形成された複数のティース部１３を備えている。また、各ティース部１３に巻線（コイル）１４が、Ａ１相巻線～Ｆ１相巻線、Ａ２相巻線～Ｆ２相巻線として巻回されている。図１に示した例では、モータ装置は１４突極２４スロットのスイッチトリラクタンスモータを構成している。モータ部１０の突極数Ｐとスロット数Ｓは、１０極１２スロットには限定されないが、Ｐ：Ｓ＝７：１２の比率となっている。また、ティース部１３への各相の巻回方法も集中巻きに限定されず分布巻きであってもよい。

【0019】

コアバック部は、回転子１１の外側に回転子１１の外周を円周状に取り囲むように配置された部分であり、内周に複数のティース部１３が等間隔に突出して形成されている。コアバック部には公知のものを用いることができ、構成する材料や構造は限定されない。また、コアバック部よりも外周には別途モータハウジング等の部材が設けられている。

【0020】

ティース部１３は、コアバック部の内周面から回転子１１に向かって突出して形成された突起状部分であり、各ティース部１３は同じ長さと形状で形成されると共に等間隔に配置されており、各ティース部１３の間には間隔が設けられてスロットを構成している。各ティース部１３およびスロットには、巻線１４が巻回されており、巻線１４に電流が流れることでティース部１３に磁界が発生する。

【0021】

図１に示したように、各巻線１４は固定子１２の円周に沿って順にＡ１相、Ｄ２相、Ｆ１相、Ｃ２相、Ｅ１相、Ｂ２相、Ｄ１相、Ａ２相、Ｃ１相、Ｆ２相、Ｂ１相、Ｅ２相として１２スロットが配置されており、２周期の１２スロットが同じ順番で配列されて合計２４スロットが構成されている。ここで、Ａ１相巻線～Ｆ１相巻線とＡ２相巻線～Ｆ２相巻線は、対応する相を合わせてＡ相巻線～Ｆ相巻線を構成している。換言すると、Ａ相巻線～Ｆ相巻線のうち第１部分巻線がＡ１相巻線～Ｆ１相巻線であり、第２部分巻線がＡ２相巻線～Ｆ２相巻線である。

【0022】

上述したようにＡ１相巻線～Ｆ１相巻線およびＡ２相巻線～Ｆ２相巻線が１周期１２スロットを構成しており、電気角においては１周期が３６０度であるため、各相の間は電気角で３０度の位相差とされている。また、Ａ相とＦ相、Ｆ相とＥ相、Ｅ相とＤ相、Ｄ相とＣ相、Ｃ相とＢ相、Ｂ相とＡ相は、それぞれ電気角で６０度の位相差で配置されており、各相の第１部分巻線と第２部分巻線は、それぞれ電気角で２１０度の位相差で配置されている。したがって第１部分巻線の６相のうち、Ａ１相とＥ１相とＣ１相の３相の組み合わせ、およびＤ１相とＢ１相とＦ１相の３相の組み合わせは、それぞれ電気角の位相差が１２０度の３相交流を構成している。同様に、第２部分巻線の６相のうち、Ａ２相とＥ２相とＣ２相の３相の組み合わせ、およびＤ２相とＢ２相とＦ２相の３相の組み合わせは、それぞれ電気角の位相差が１２０度の３相交流を構成している。

【0023】

図２は、本実施形態に係るモータ装置のモータ部１０とスイッチインバータ部２０の接続を示す等価回路図である。図２に示すように、本実施形態のスイッチインバータ部２０は、電源電圧（＋Ｖ）と接地電圧（０Ｖ）の間に３つのスイッチ群（ＡＤ群、ＥＢ群、ＣＦ群）が並列に接続されている。各スイッチ群には、２つのスイッチとその間に逆接続された還流ダイオード２１ａ～２１ｃが直列接続されており、合計６個のスイッチ（スイッチＡ相～スイッチＦ相）と３個の還流ダイオード２１ａ～２１ｃによる改良型９スイッチインバータで、スイッチインバータ部２０が構成されている。ここでは還流ダイオード２１ａ～２１ｃを用いた例を示したが、逆接続したダイオードに代えて、電源電圧側に電流を流すように構成したトランジスタを用いるとしてもよい。

【0024】

各スイッチは、それぞれドレインが電源電圧側（上流側）に接続され、ソースが接地電圧側（下流側）に接続されている。また、各スイッチとしてＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いる場合には、ソースとドレインの間に寄生ダイオードが並列に逆接続された等価回路となる。また、各スイッチはスイッチ制御部（図示省略）によって動作が制御される。

【0025】

巻線１４におけるＡ相、Ｅ相、Ｃ相、Ｄ相、Ｂ相およびＦ相は、それぞれ第１部分巻線と第２部分巻線が直列接続されており、一端が共通の中性点に接続されたスター結線を構成している。また、Ａ相、Ｅ相、Ｃ相、Ｄ相、Ｂ相およびＦ相の他端は、それぞれスイッチインバータ部２０に接続されている。より詳細には、Ａ１相とＡ２相、Ｂ１相とＢ２相、Ｃ１相とＣ２相、Ｄ１相とＤ２相、Ｅ１相とＥ２相、Ｆ１相とＦ２相がそれぞれ直列に接続されている。また、Ａ２相、Ｂ２相、Ｃ２相、Ｄ２相、Ｅ２相、Ｆ２相の一端が中性点に接続されている。

【0026】

図２に示したように、Ａ１相の他端は、スイッチＡ相と還流ダイオード２１ａの間に接続されている。また、Ｂ１相の他端は、スイッチＢ相と還流ダイオード２１ｂの間に接続されている。Ｃ１相の他端は、スイッチＣ相と還流ダイオード２１ｃの間に接続されている。Ｄ１相の他端は、スイッチＤ相と還流ダイオード２１ａの間に接続されている。Ｅ１相の他端は、スイッチＥ相と還流ダイオード２１ｂの間に接続されている。Ｆ１相の他端は、スイッチＦ相と還流ダイオード２１ｃの間に接続されている。つまり、第１系統および第２系統の各系統において互いに対応する巻線Ａ１～巻線Ｆ１と巻線Ａ２～巻線Ｆ２の各相は、それぞれスイッチインバータ部２０における同じ相に電気的に接続される。

【0027】

したがって巻線Ａ１の他端には、スイッチＡ相のソース側電位Ｖａが印加される。同様に、巻線Ｂ１の他端には、スイッチＢ相のドレイン側電位Ｖｂが印加される。同様に、巻線Ｃ１の他端には、スイッチＣ相のソース側電位Ｖｃが印加される。同様に、巻線Ｄ１の他端には、スイッチＤ相のドレイン側電位Ｖｄが印加される。同様に、巻線Ｅ１の他端には、スイッチＥ相のソース側電位Ｖｅが印加される。同様に、巻線Ｆ１の他端には、スイッチＦ相のドレイン側電位Ｖｆが印加される。

【0028】

（第１実施形態の変形例）
図３は、本実施形態の変形例に係るモータ装置のモータ部１０とスイッチインバータ部２０の接続を示す等価回路図である。巻線１４におけるＡ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相、Ｅ相およびＦ相は、順に環状に直列接続されており、それぞれ第１部分巻線と第２部分巻線が直列接続されてヘキサゴン結線を構成している。より詳細には、Ａ１相とＡ２相、Ｆ１相とＦ２相、Ｅ１相とＥ２相、Ｄ１相とＤ２相、Ｃ１相とＣ２相、Ｂ１相とＢ２相がそれぞれ順に列に接続されている。また、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相、Ｅ相およびＦ相の間は、それぞれスイッチインバータ部２０に接続されている。

【0029】

図３に示したように、Ａ２相とＦ１相の間は、スイッチＡ相と還流ダイオード２１ａの間に接続されている。また、Ｂ２相とＡ１相の間は、スイッチＢ相と還流ダイオード２１ｂの間に接続されている。Ｃ２相とＢ１相の間は、スイッチＣ相と還流ダイオード２１ｃの間に接続されている。Ｄ２相とＣ１相の間は、スイッチＤ相と還流ダイオード２１ａの間に接続されている。Ｅ２相とＤ１相の間は、スイッチＥ相と還流ダイオード２１ｂの間に接続されている。Ｆ２相とＥ１相の間は、スイッチＦ相と還流ダイオード２１ｃの間に接続されている。つまり、第１系統および第２系統の各系統において互いに対応する巻線Ａ１～巻線Ｆ１と巻線Ａ２～巻線Ｆ２の各相は、それぞれスイッチインバータ部２０における同じ相に電気的に接続される。

【0030】

したがって、巻線Ａ１，Ａ２の両端には、スイッチＡ相のソース側電位Ｖａと、スイッチＢ相のドレイン側電位Ｖｂが印加される。同様に、巻線Ｂ１，Ｂ２の両端には、スイッチＢ相のドレイン側電位Ｖｂと、スイッチＣ相のソース側電位Ｖｃとが印加される。同様に、巻線Ｃ１，Ｃ２の両端には、スイッチＣ相のソース側電位Ｖｃと、スイッチＤ相のドレイン側電位Ｖｄが印加される。同様に、巻線Ｄ１，Ｄ２の両端には、スイッチＤ相のドレイン側電位Ｖｄと、スイッチＥ相のソース側電位Ｖｅが印加される。同様に、巻線Ｅ１，Ｅ２の両端には、スイッチＥ相のソース側電位Ｖｅと、スイッチＦ相のドレイン側電位Ｖｆが印加される。同様に、巻線Ｆ１，Ｆ２の両端には、スイッチＦ相のドレイン側電位Ｖｆと、スイッチＡ相のソース側電位Ｖａが印加される。

【0031】

図４は、本実施形態に係るモータ装置におけるスイッチインバータ部２０の制御を示すタイミングチャートであり、スイッチインバータ部２０の各相スイッチに印加される信号を示している。図４の横軸は電気角（度）を示し、縦軸は各スイッチに印加されるオン信号とオフ信号を示している。図４に示したように、Ａ相～Ｆ相の各スイッチには、オン信号とオフ信号が１８０度（π）ずつ交互に印加される。また、Ａ相～Ｆ相のオン信号とオフ信号は、それぞれ６０度（π／３）ずつ位相がずれている。また、Ａ相とＤ相、Ｂ相とＥ相、Ｃ相とＦ相は位相が１８０度(π)異なって互いに反転した信号が印加されている。換言すると、Ａ相～Ｆ相の各スイッチには、Ａ相、Ｃ相、Ｅ相と、Ｂ相、Ｄ相、Ｆ相の２つの三相交流信号が印加されている。したがって、巻線Ａ１～巻線Ｆ１と巻線Ａ２～巻線Ｆ２は、スイッチＡ相～Ｆ相で制御されることで、それぞれ２つの三相モータを備えた合計６相を有するモータとして機能する。

【0032】

次に、有限要素法を用いたシミュレーションで、電気回路との連成解析を実施した。シミュレーション条件は、スイッチインバータ部２０およびモータ部１０の構成を図２に示した改良型９スイッチインバータとスター結線の組み合わせとした。また、回転子１１の直径を２００ｍｍとし、回転子１１の長さを６０ｍｍとし、巻線Ａ１～巻線Ｆ１と巻線Ａ２～巻線Ｆ２の巻き数は３４とした。

【0033】

図５は、本実施形態に係るモータ装置の駆動状態を示すシミュレーション結果であり、図５（ａ）は出力されるトルクを示し、図５（ｂ）は各相に供給されるライン電流を示し、図５（ｃ）は各相の巻線を流れるコイル電流を示している。図５において、横軸は経過時間（秒）を示し、図５（ａ）の縦軸はトルク（Ｎｍ）を示し、図５（ｂ）の縦軸はスイッチインバータ部２０から巻線１４までの間の配線を流れる電流値（Ａ）を示し、図５（ｃ）の縦軸は巻線１４を流れる電流値（Ａ）を示している。図４に示したような信号をスイッチインバータ部２０に印加することで、図５（ａ）～（ｃ）に示したように、僅かにトルク脈動があるものの回転子１１を回転させて、継続的にモータ装置からトルクを出力できる。

【0034】

図６は、１４突極２０スロットと２０突極２４スロットのモータ装置を比較したシミュレーション結果であり、図６（ａ）はトルク波形の比較であり、図６（ｂ）は電流実効値の比較であり、図６（ｃ）は鉄損の比較である。シミュレーションの条件は図５と同様である。また、固定子１２とティース部１３の構成は１４突極２４スロットと２０突極２４スロットで共通とした。

【0035】

図６（ａ）に示したように、１４突極２４スロットのほうが２０突極２４スロットよりもトルクが大きくなっている。また、突極数が多いため、２０突極２４スロットのほうが１４突極２４スロットよりもトルク脈動の周期が短く（周波数が高く）なっている。このシミュレーション条件のように回転子１１の直径が小さく、突極と隣接するスロットの間隔が小さい場合には、磁束の短絡が生じやすくなっていると考えられる。したがって、突極数が少ない１４突極２４スロットを用いることで、２０突極２４スロットを用いるよりもモータ装置の出力トルクを高めることができる場合がある。図６（ｂ）に示したように、相電流の電流実効値も１４突極２４スロットのほうが２０突極２４スロットよりも大きくなっている。

【0036】

また、図６（ｃ）に示したように、回転子１１での鉄損は僅かに１４突極２４スロットのほうが２０突極２４スロットよりも大きいが、固定子１２での鉄損は１４突極２４スロットのほうが２０突極２４スロットよりも小さく、全体の鉄損は１４突極２４スロットのほうが２０突極２４スロットよりも小さくなっている。これは、１４突極２４スロットのほうが２０突極２４スロットよりも回転時の電流変化の周波数が小さいためである。

【0037】

上述したように本実施形態および変形例のモータ装置では、固定子１２のスロット数Ｓが１２に対して回転子１１の突極数Ｐが７の割合であり、突極同士の間隔が広いため隣接するスロットとの間における磁束の短絡が抑制され、回転子１１の径を小さくしても鉄損を抑制することができる。

【0038】

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図７を用いて説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。図７は、本実施形態に係るモータ装置のモータ部１０とスイッチインバータ部３０の接続を示す等価回路図である。

【0039】

図７に示すように、本実施形態のスイッチインバータ部３０は、電源電圧（＋Ｖ）と接地電圧（０Ｖ）の間に６つのスイッチＡ相～Ｆ相が並列に接続されている。スイッチＡ相，Ｃ相，Ｅ相は、下流側に還流ダイオード２１ａ，２１ｃ，２１ｅが直列接続され、スイッチＢ相，Ｄ相，Ｆ相は、上流側に還流ダイオード２１ｂ，２１ｄ，２１ｆが直列接続されている。これにより、合計６個のスイッチ（スイッチＡ相～スイッチＦ相）と６個の還流ダイオード２１ａ～２１ｆで三相非対称型のスイッチインバータ部が構成されている。各スイッチは、それぞれドレインが電源電圧側（上流側）に接続され、ソースが接地電圧側（下流側）に接続されている。また、各スイッチとしてＭＯＳＦＥＴを用いる場合には、ソースとドレインの間に寄生ダイオードが並列に逆接続された等価回路となる。また、各スイッチはスイッチ制御部（図示省略）によって動作が制御される。

【0040】

巻線１４におけるＡ相、Ｅ相、Ｃ相、Ｄ相、Ｂ相およびＦ相は、それぞれ第１部分巻線と第２部分巻線が直列接続されており、一端が共通の中性点に接続されたスター結線を構成している。また、Ａ相、Ｅ相、Ｃ相、Ｄ相、Ｂ相およびＦ相の他端は、それぞれスイッチインバータ部３０に接続されている。

【0041】

図７に示したように、Ａ１相の他端は、スイッチＡ相と還流ダイオード２１ａの間に接続されている。また、Ｂ１相の他端は、スイッチＢ相還流とダイオード２１ｂの間に接続されている。Ｃ１相の他端は、スイッチＣ相と還流ダイオード２１ｃの間に接続されている。Ｄ１相の他端は、スイッチＤ相と還流ダイオード２１ｄの間に接続されている。Ｅ１相の他端は、スイッチＥ相と還流ダイオード２１ｅの間に接続されている。Ｆ１相の他端は、スイッチＦ相と還流ダイオード２１ｆの間に接続されている。つまり、第１系統および第２系統の各系統において互いに対応する巻線Ａ１～巻線Ｆ１と巻線Ａ２～巻線Ｆ２の各相は、それぞれスイッチインバータ部２０における同じ相に電気的に接続される。

【0042】

したがって巻線Ａ１の他端には、スイッチＡ相のソース側電位Ｖａが印加される。同様に、巻線Ｂ１の他端には、スイッチＢ相のドレイン側電位Ｖｂが印加される。同様に、巻線Ｃ１の他端には、スイッチＣ相のソース側電位Ｖｃが印加される。同様に、巻線Ｄ１の他端には、スイッチＤ相のドレイン側電位Ｖｄが印加される。同様に、巻線Ｅ１の他端には、スイッチＥ相のソース側電位Ｖｅが印加される。同様に、巻線Ｆ１の他端には、スイッチＦ相のドレイン側電位Ｖｆが印加される。

【0043】

（第２実施形態の変形例）
図８は、本実施形態の変形例に係るモータ装置のモータ部１０とスイッチインバータ部３０の接続を示す等価回路図である。巻線１４におけるＡ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相、Ｅ相およびＦ相は、順に環状に直列接続されており、それぞれ第１部分巻線と第２部分巻線が直列接続されてヘキサゴン結線を構成している。また、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相、Ｅ相およびＦ相の間は、それぞれスイッチインバータ部３０に接続されている。

【0044】

図８に示したように、Ａ２相とＦ１相の間は、スイッチＡ相と還流ダイオード２１ａの間に接続されている。また、Ｂ２相とＡ１相の間は、スイッチＢ相と還流ダイオード２１ｂの間に接続されている。Ｃ２相とＢ１相の間は、スイッチＣ相と還流ダイオード２１ｃの間に接続されている。Ｄ２相とＣ１相の間は、スイッチＤ相と還流ダイオード２１ｄの間に接続されている。Ｅ２相とＤ１相の間は、スイッチＥ相と還流ダイオード２１ｅの間に接続されている。Ｆ２相とＥ１相の間は、スイッチＦ相と還流ダイオード２１ｆの間に接続されている。つまり、第１系統および第２系統の各系統において互いに対応する巻線Ａ１～巻線Ｆ１と巻線Ａ２～巻線Ｆ２の各相は、それぞれスイッチインバータ部３０における同じ相に電気的に接続される。

【0045】

したがって、巻線Ａ１，Ａ２の両端には、スイッチＡ相のソース側電位Ｖａと、スイッチＢ相のドレイン側電位Ｖｂが印加される。同様に、巻線Ｂ１，Ｂ２の両端には、スイッチＢ相のドレイン側電位Ｖｂと、スイッチＣ相のソース側電位Ｖｃとが印加される。同様に、巻線Ｃ１，Ｃ２の両端には、スイッチＣ相のソース側電位Ｖｃと、スイッチＤ相のドレイン側電位Ｖｄが印加される。同様に、巻線Ｄ１，Ｄ２の両端には、スイッチＤ相のドレイン側電位Ｖｄと、スイッチＥ相のソース側電位Ｖｅが印加される。同様に、巻線Ｅ１，Ｅ２の両端には、スイッチＥ相のソース側電位Ｖｅと、スイッチＦ相のドレイン側電位Ｖｆが印加される。同様に、巻線Ｆ１，Ｆ２の両端には、スイッチＦ相のドレイン側電位Ｖｆと、スイッチＡ相のソース側電位Ｖａが印加される。

【0046】

図７および図８に示した本実施形態および変形例のモータ装置でも、図４に示したような信号をスイッチインバータ部３０に印加することで、回転子１１を回転させて、継続的にモータ装置からトルクを出力できる。また、固定子１２のスロット数Ｓが１２に対して回転子１１の突極数Ｐが７の割合であり、突極同士の間隔が広いため隣接するスロットとの間における磁束の短絡が抑制され、回転子１１の径を小さくしても鉄損を抑制することができる。

【0047】

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0048】

１０…モータ部
２０，３０…スイッチインバータ部
１１…回転子
１２…固定子
１３…ティース部
１４…巻線
２１ａ～２１ｆ…還流ダイオード

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【手続補正書】

【提出日】2023-02-16

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸を中心に回転可能に配置された回転子と、内周に複数のティース部が形成された固定子を有し、前記回転子が強磁性体で構成されたスイッチトリラクタンスモータであるモータ装置であって、
前記複数のティース部には、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相、Ｅ相およびＦ相の巻線が巻回されており、
前記回転子の極数Ｐと、前記ティース部のスロット数Ｓの比は、Ｐ：Ｓ＝７：１２であり、
前記ティース部には前記巻線が、前記固定子の周方向に沿ってＡ相、Ｄ相、Ｆ相、Ｃ相、Ｅ相、Ｂ相、Ｄ相、Ａ相、Ｃ相、Ｆ相、Ｂ相、Ｅ相の順で巻回されていることを特徴とするモータ装置。

【請求項2】

請求項１に記載のモータ装置であって、
前記Ａ相と前記Ｆ相、前記Ｆ相と前記Ｅ相、前記Ｅ相と前記Ｄ相、前記Ｄ相と前記Ｃ相、前記Ｃ相と前記Ｂ相、前記Ｂ相と前記Ａ相は、それぞれ電気角で６０度の位相差で配置されていることを特徴とするモータ装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載のモータ装置であって、
前記Ａ相、前記Ｅ相、前記Ｃ相、前記Ｄ相、前記Ｂ相および前記Ｆ相は、それぞれ第１部分巻線と第２部分巻線が直列接続されており、
前記第１部分巻線と前記第２部分巻線は、それぞれ機械角で２１０度差に配置されていることを特徴とするモータ装置。

【請求項4】

請求項１から３の何れか一つに記載のモータ装置であって、
前記Ａ相、前記Ｅ相、前記Ｃ相、前記Ｄ相、前記Ｂ相および前記Ｆ相は、一端が中性点に接続されて、スター結線されていることを特徴とするモータ装置。

【請求項5】

請求項１から３の何れか一つに記載のモータ装置であって、
前記Ａ相、前記Ｂ相、前記Ｃ相、前記Ｄ相、前記Ｅ相および前記Ｆ相は、この順に環状に直列接続されて、ヘキサゴン結線されていることを特徴とするモータ装置。

【請求項6】

請求項１から５の何れか一つに記載のモータ装置であって、
前記巻線は、前記ティース部の複数にまとめて巻回された分布巻きとして構成されていることを特徴とするモータ装置。

【請求項7】

請求項１から５の何れか一つに記載のモータ装置であって、
前記巻線は、個々の前記ティース部に巻回された集中巻きとして構成されていることを
特徴とするモータ装置。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明のモータ装置は、回転軸を中心に回転可能に配置された回転子と、内周に複数のティース部が形成された固定子を有し、前記回転子が強磁性体で構成されたスイッチトリラクタンスモータであるモータ装置であって、前記複数のティース部には、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相、Ｅ相およびＦ相の巻線が巻回されており、前記回転子の極数Ｐと、前記ティース部のスロット数Ｓの比は、Ｐ：Ｓ＝７：１２であり、
前記ティース部には前記巻線が、前記固定子の周方向に沿ってＡ相、Ｄ相、Ｆ相、Ｃ相、Ｅ相、Ｂ相、Ｄ相、Ａ相、Ｃ相、Ｆ相、Ｂ相、Ｅ相の順で巻回されていることを特徴とする。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0010】

また、本発明の一態様では、前記Ａ相、前記Ｅ相、前記Ｃ相、前記Ｄ相、前記Ｂ相および前記Ｆ相は、それぞれ第１部分巻線と第２部分巻線が直列接続されており、前記第１部分巻線と前記第２部分巻線は、それぞれ機械角で２１０度の位相差で配置されている。

【手続補正4】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0022】

上述したようにＡ１相巻線～Ｆ１相巻線およびＡ２相巻線～Ｆ２相巻線が１周期１２スロットを構成しており、電気角においては１周期が３６０度であるため、各相の間は電気角で３０度の位相差とされている。また、Ａ相とＦ相、Ｆ相とＥ相、Ｅ相とＤ相、Ｄ相とＣ相、Ｃ相とＢ相、Ｂ相とＡ相は、それぞれ電気角で６０度の位相差で配置されており、各相の第１部分巻線と第２部分巻線は、それぞれ機械角で２１０度の位相差で配置されている。したがって第１部分巻線の６相のうち、Ａ１相とＥ１相とＣ１相の３相の組み合わせ、およびＤ１相とＢ１相とＦ１相の３相の組み合わせは、それぞれ電気角の位相差が１２０度の３相交流を構成している。同様に、第２部分巻線の６相のうち、Ａ２相とＥ２相とＣ２相の３相の組み合わせ、およびＤ２相とＢ２相とＦ２相の３相の組み合わせは、それぞれ電気角の位相差が１２０度の３相交流を構成している。

【手続補正書】

【提出日】2023-05-23

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸を中心に回転可能に配置された回転子と、内周に複数のティース部が形成された固定子を有し、前記回転子が強磁性体で構成されたスイッチトリラクタンスモータであるモータ装置であって、
前記複数のティース部には、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相、Ｅ相およびＦ相の巻線が巻回されており、
前記回転子の極数Ｐと、前記ティース部のスロット数Ｓの比は、Ｐ：Ｓ＝７：１２であり、
前記ティース部には前記巻線が、前記固定子の周方向に沿ってＡ相、Ｄ相、Ｆ相、Ｃ相、Ｅ相、Ｂ相、Ｄ相、Ａ相、Ｃ相、Ｆ相、Ｂ相、Ｅ相の順で巻回され、
前記Ａ相と前記Ｆ相、前記Ｆ相と前記Ｅ相、前記Ｅ相と前記Ｄ相、前記Ｄ相と前記Ｃ相、前記Ｃ相と前記Ｂ相、前記Ｂ相と前記Ａ相は、それぞれ電気角で６０度の位相差で配置されていることを特徴とするモータ装置。

【請求項2】

請求項１に記載のモータ装置であって、
前記Ａ相、前記Ｅ相、前記Ｃ相、前記Ｄ相、前記Ｂ相および前記Ｆ相は、それぞれ第１部分巻線と第２部分巻線が直列接続されており、
前記第１部分巻線と前記第２部分巻線は、それぞれ機械角で２１０度差に配置されていることを特徴とするモータ装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載のモータ装置であって、
前記Ａ相、前記Ｅ相、前記Ｃ相、前記Ｄ相、前記Ｂ相および前記Ｆ相は、一端が中性点に接続されて、スター結線されていることを特徴とするモータ装置。

【請求項4】

請求項１または２に記載のモータ装置であって、
前記Ａ相、前記Ｂ相、前記Ｃ相、前記Ｄ相、前記Ｅ相および前記Ｆ相は、この順に環状に直列接続されて、ヘキサゴン結線されていることを特徴とするモータ装置。

【請求項5】

請求項１から４の何れか一つに記載のモータ装置であって、
前記巻線は、前記ティース部の複数にまとめて巻回された分布巻きとして構成されていることを特徴とするモータ装置。

【請求項6】

請求項１から４の何れか一つに記載のモータ装置であって、
前記巻線は、個々の前記ティース部に巻回された集中巻きとして構成されていることを
特徴とするモータ装置。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明のモータ装置は、回転軸を中心に回転可能に配置された回転子と、内周に複数のティース部が形成された固定子を有し、前記回転子が強磁性体で構成されたスイッチトリラクタンスモータであるモータ装置であって、前記複数のティース部には、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相、Ｅ相およびＦ相の巻線が巻回されており、前記回転子の極数Ｐと、前記ティース部のスロット数Ｓの比は、Ｐ：Ｓ＝７：１２であり、前記ティース部には前記巻線が、前記固定子の周方向に沿ってＡ相、Ｄ相、Ｆ相、Ｃ相、Ｅ相、Ｂ相、Ｄ相、Ａ相、Ｃ相、Ｆ相、Ｂ相、Ｅ相の順で巻回され巻回され、前記Ａ相と前記Ｆ相、前記Ｆ相と前記Ｅ相、前記Ｅ相と前記Ｄ相、前記Ｄ相と前記Ｃ相、前記Ｃ相と前記Ｂ相、前記Ｂ相と前記Ａ相は、それぞれ電気角で６０度の位相差で配置されていることを特徴とする。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】削除

【補正の内容】