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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-06-06
(45)【発行日】2023-06-14
(54)【発明の名称】同期電動機
(51)【国際特許分類】
H02K 19/10 20060101AFI20230607BHJP
【ＦＩ】
H02K19/10 A
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2019142149
(22)【出願日】2019-08-01
(65)【公開番号】P2021027642
(43)【公開日】2021-02-22
【審査請求日】2022-07-04
(73)【特許権者】
【識別番号】592254526
【氏名又は名称】学校法人五島育英会
(74)【代理人】
【識別番号】100097113
【弁理士】
【氏名又は名称】堀 城之
(74)【代理人】
【識別番号】100162363
【弁理士】
【氏名又は名称】前島 幸彦
(72)【発明者】
【氏名】土方 規実雄
【審査官】若林 治男
(56)【参考文献】
【文献】特開２００２－１９９６７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－３２７１３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－１９８３８１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｋ １９／１０
Ｈ０２Ｋ １／２２
Ｈ０２Ｋ １／１６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ステータに発生させた回転磁界によってロータを回転させるリラクタンス型の同期電動機であって、前記ステータのスロットには、前記回転磁界の極数が前記ステータのパーミアンス分布の基本波次数と前記ロータのパーミアンス分布の基本波次数との和もしくは差と等しく、且つ前記ロータのパーミアンス分布の基本波次数よりも大きい値になるようにコイルが結線されていることを特徴とする同期電動機。
【請求項2】
前記ステータのパーミアンス分布の基本波次数と前記ロータのパーミアンス分布の基本波次数とは、それぞれ「６」と「２」であり、前記ステータのスロットには、前記回転磁界の極数が「４」になるように３相のコイルが結線されていることを特徴とする請求項１記載の同期電動機。
【請求項3】
前記ステータのパーミアンス分布の基本波次数と前記ロータのパーミアンス分布の基本波次数とは、それぞれ「８」と「２」であり、前記ステータのスロットには、前記回転磁界の極数が「６」になるように４相のコイルが結線されていることを特徴とする請求項１記載の同期電動機。
【請求項4】
前記ステータのパーミアンス分布の基本波次数と前記ロータのパーミアンス分布の基本波次数とは、それぞれ「９」と「１」であり、前記ステータのスロットには、前記回転磁界の極数が「８」になるように３相のコイルが結線されていることを特徴とする請求項１記載の同期電動機。
【請求項5】
前記ステータのパーミアンス分布の基本波次数と前記ロータのパーミアンス分布の基本波次数とは、それぞれ「９」と「３」であり、前記ステータのスロットには、前記回転磁界の極数が「６」になるように３相のコイルが結線されていることを特徴とする請求項１記載の同期電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、回転磁界によって回転子を回転させる同期電動機に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１に示すような同期電動機は、回転磁界によって回転子を回転させるため、回転数はステータの極数に反比例する。従って、同期電動機を高速回転用途に使用する場合、極数を少なく設計する必要がある。また、多極の同期電動機を高速回転させる場合、高い周波数で回転磁界の速度自体を速くする必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１１－１７２４８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、極数が小さい場合には、巻線のコイルエンドが大きくなると共に、固定子継鉄部に厚みが必要になる。従って、モータ体積に占めるデッドスペースが大きくなり、出力密度の向上に限界があった。
【0005】
また、高い周波数で回転磁界の速度自体を速くする場合には、電源周波数に応じた高い性能のインバータが必要になり、コスト高になってしまうと共に、高い周波数によって
鉄損が増加し、効率が低下する。
鉄損が増加し、効率が低下する。
【0006】
本発明は斯かる問題点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電源周波数を上げることなく、多極で高速回転を実現することができる同期電動機を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明に係る同期電動機は、ステータに発生させた回転磁界によってロータを回転させるリラクタンス型の同期電動機であって、前記ステータのスロットには、前記回転磁界の極数が前記ステータのパーミアンス分布の基本波次数と前記ロータのパーミアンス分布の基本波次数との和もしくは差と等しく、且つ前記ロータのパーミアンス分布の基本波次数よりも大きい値になるようにコイルが結線されていることを特徴とする。
さらに、前記ステータのパーミアンス分布の基本波次数と前記ロータのパーミアンス分布の基本波次数とは、それぞれ「６」と「２」であり、前記ステータのスロットには、前記回転磁界の極数が「４」になるように３相のコイルが結線されても良い。
さらに、前記ステータのパーミアンス分布の基本波次数と前記ロータのパーミアンス分布の基本波次数とは、それぞれ「８」と「２」であり、前記ステータのスロットには、前記回転磁界の極数が「６」になるように４相のコイルが結線されても良い。
さらに、前記ステータのパーミアンス分布の基本波次数と前記ロータのパーミアンス分布の基本波次数とは、それぞれ「９」と「１」であり、前記ステータのスロットには、前記回転磁界の極数が「８」になるように３相のコイルが結線されても良い。
さらに、前記ステータのパーミアンス分布の基本波次数と前記ロータのパーミアンス分布の基本波次数とは、それぞれ「９」と「３」であり、前記ステータのスロットには、前記回転磁界の極数が「６」になるように３相のコイルが結線されても良い。
さらに、前記ステータのパーミアンス分布の基本波次数と前記ロータのパーミアンス分布の基本波次数とは、それぞれ「６」と「２」であり、前記ステータのスロットには、前記回転磁界の極数が「４」になるように３相のコイルが結線されても良い。
さらに、前記ステータのパーミアンス分布の基本波次数と前記ロータのパーミアンス分布の基本波次数とは、それぞれ「８」と「２」であり、前記ステータのスロットには、前記回転磁界の極数が「６」になるように４相のコイルが結線されても良い。
さらに、前記ステータのパーミアンス分布の基本波次数と前記ロータのパーミアンス分布の基本波次数とは、それぞれ「９」と「１」であり、前記ステータのスロットには、前記回転磁界の極数が「８」になるように３相のコイルが結線されても良い。
さらに、前記ステータのパーミアンス分布の基本波次数と前記ロータのパーミアンス分布の基本波次数とは、それぞれ「９」と「３」であり、前記ステータのスロットには、前記回転磁界の極数が「６」になるように３相のコイルが結線されても良い。
【発明の効果】
【0008】
本発明の電動機は、ロータの回転速度を回転磁界の回転速度よりも増速することができるため、電源周波数を上げることなく、多極巻線で高速回転を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明に係る同期電動機の第１の実施の形態の構成を示す横断面である。
【図4】本発明に係る同期電動機の第２の実施の形態の構成を示す横断面である。
【図6】本発明に係る同期電動機の第３の実施の形態の構成を示す横断面である。
【図8】本発明に係る同期電動機の第４の実施の形態の構成を示す横断面である。
【図10】本発明に係る同期電動機の他の実施可能な組み合わせ例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下に、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態において、従来技術と同様の機能を示す構成には、同一の符号を付し、説明を一部省略する。
【0011】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態は、三相交流を用いてステータ（固定子）２に発生させた回転磁界によってロータ（回転子）３を回転させるリラクタンス型の同期電動機１である。同期電動機１は、図１を参照すると、ステータ２の固定子歯数（スロット数）は「６」であり、ステータ２のスロットには、回転磁界の極数（電機子巻線極数）Ｐｎが「４」になるようにＵ相のコイルＵと、Ｖ相のコイルＶと、Ｗ相のコイルＷとが結線されている。
第１の実施の形態は、三相交流を用いてステータ（固定子）２に発生させた回転磁界によってロータ（回転子）３を回転させるリラクタンス型の同期電動機１である。同期電動機１は、図１を参照すると、ステータ２の固定子歯数（スロット数）は「６」であり、ステータ２のスロットには、回転磁界の極数（電機子巻線極数）Ｐｎが「４」になるようにＵ相のコイルＵと、Ｖ相のコイルＶと、Ｗ相のコイルＷとが結線されている。
【0012】
ステータ２のパーミアンス分布の基本波次数ＺＳ（以下、固定子基本波次数ＺＳと称す）も固定子歯数と同数の「６」である。なお、ステータ２のパーミアンス分布は、ステータ２の磁束の通りやすさを高低で示す波線で表現され、固定子基本波次数ＺＳは、磁束が通りやすい領域を示す山部の数である。従って、ステータ２に一般的な固定子歯が形成されている場合には、固定子歯数が固定子基本波次数ＺＳとなる。
【0013】
また、ロータ３は、中心が回転軸となる楕円形状であり、ロータ３のパーミアンス分布の基本波次数ＺＲ（以下、回転子基本波次数ＺＲと称す）は、主軸（長軸）の両周面個所の「２」である。なお、ロータ３のパーミアンス分布は、ロータ３の磁束の通りやすさを高低で示す波線で表現され、回転子基本波次数ＺＲは、磁束が通りやすい領域を示す山部の数である。従って、ロータ３に一般的な回転子歯が形成されている場合には、回転子歯数が回転子基本波次数ＺＲとなる。すなわち、ロータ３の主軸（長軸）の両周面個所が回転子歯として機能し、ロータ３は、回転子歯数が「２」のロータとして見なすことができる。
【0014】
同期電動機１は、極数Ｐｎ＝固定子基本波次数ＺＳ－回転子基本波次数ＺＲの関係を満たし、極数Ｐｎ／回転子基本波次数ＺＲ＝２となる。
【0015】
ここで、リラクタンス型電動機の一種であるバーニアモータは、極数Ｐｎ＝固定子歯数±回転子歯数の条件を満たすように設定され、回転子の回転速度Ｎｍが回転磁界の回転速度Ｎ０の極数Ｐｎ／回転子歯数倍になることが知られている。例えば、極数Ｐｎ＝４、固定子歯数＝１２、回転子歯数＝８の場合、回転子の回転速度Ｎｍは回転磁界の回転速度Ｎ０の１／２倍に減速され、回転子の回転子歯数を増やすことで低速大トルクを容易に実現できる。
【0016】
同期電動機１において、極数Ｐｎと、固定子基本波次数ＺＳと、回転子基本波次数ＺＲとの関係は、このバーニアモータの条件を満たしており、極数Ｐｎ／回転子基本波次数ＺＲ＝２であるため、ロータ３の回転速度Ｎｍは回転磁界の回転速度Ｎ０の２倍に増速される。そして、同じ回転数の場合、極数Ｐｎ＝２の同期電動機と比較して１倍の電源周波数となり、電源周波数を上げることなく、多極で高速回転を実現することができるため、インバータ回路のコスト削減、鉄損の抑制による効率の向上ならびにヨーク厚の薄型化、コイルエンドの短縮等によるモータの小型化が実現できる。
【0017】
すなわち、同期電動機１は、極数Ｐｎ＝固定子基本波次数ＺＳ±回転子基本波次数ＺＲの条件を満たし、且つ極数Ｐｎを回転子基本波次数ＺＲよりも大きい値とすることで、ロータ３の回転速度Ｎｍを回転磁界の回転速度Ｎ０のよりも増速させている。
【0018】
次に、同期電動機１のシミュレーション結果について図２及び図３を参照して説明する。なお、シミュレーションには、株式会社ＪＳＯＬが提供する電磁界解析ソフトであるＪＭＡＧを使用した。そして、同期電動機１の緒元は、ステータ２の外径Ｄ０＝５４ｍｍ、内径Ｄｉ＝３４ｍｍ、ヨーク厚ｈｙ＝２ｍｍ、層厚Ｌｓ＝３０ｍｍ、ギャップｇ＝０．３ｍｍ、ロータ３の主軸の長さｒＡ＝１６．７ｍｍ、副軸の長さｒＢ＝１５．８ｍｍとすると共に、解析条件は、電流密度Ｊ＝８Ａ／ｍｍ２、巻線径ｄ＝０．４ｍｍ、巻線占有率Ａ＝０．５、定格回転数Ｎ＝１００，０００ｍｉｎ－１、周波数ｆ＝１６６７Ｈｚとした。
【0019】
その結果、図２に示すように、ロータ３の回転速度Ｎｍは回転磁界の回転速度Ｎ０のよりも２倍に増速される。図２において、太線と点線はステータ２とロータ３の組み合わせによって生じるパーミアンスの分布を示しており、太線はロータ３と逆向きに回転するパーミアンス分布、点線はロータ３と同じ向きに回転するパーミアンスの分布をそれぞれ示している。図２（ａ）～（ｄ）によると、回転磁界が１５度回転する間にロータ３は２倍の３０度回転することが分かる。
【0020】
また、図３に示すように、平均トルクＴａｖｅ=０．０３Ｎｍの定常トルクの発生が認められた。なお、本シミュレーションでは、ステータ２の固定子歯と回転子の突極とが接近している部分において、磁束密度が低く、固定子歯の磁束密度にムラがあった。従って、固定子歯の幅や長さを最適化することでトルクの向上が見込める。
【0021】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態は、三相交流を用いてステータ２ａに発生させた回転磁界によってロータ３ａを回転させるリラクタンス型の同期電動機１ａである。同期電動機１ａは、図４を参照すると、ステータ２ａの固定子歯数は「９」であり、ステータ２ａの固定子基本波次数ＺＳも固定子歯数と同数の「９」である。ステータ２ａのスロットには、回転磁界の極数Ｐｎが「８」になるようにＵ相のコイルＵと、Ｖ相のコイルＶと、Ｗ相のコイルＷとが結線されている。また、ロータ３ａは、中心軸に対して回転軸が偏芯した円形状であり、ロータ３ａの回転子基本波次数ＺＲは、回転軸から最も離れた周面個所の「１」である。すなわち、ロータ３ａの主軸（長軸）の回転軸から最も離れた周面個所が回転子歯として機能し、ロータ３ａは、回転子歯数が「１」のロータとして見なすことができる。
第２の実施の形態は、三相交流を用いてステータ２ａに発生させた回転磁界によってロータ３ａを回転させるリラクタンス型の同期電動機１ａである。同期電動機１ａは、図４を参照すると、ステータ２ａの固定子歯数は「９」であり、ステータ２ａの固定子基本波次数ＺＳも固定子歯数と同数の「９」である。ステータ２ａのスロットには、回転磁界の極数Ｐｎが「８」になるようにＵ相のコイルＵと、Ｖ相のコイルＶと、Ｗ相のコイルＷとが結線されている。また、ロータ３ａは、中心軸に対して回転軸が偏芯した円形状であり、ロータ３ａの回転子基本波次数ＺＲは、回転軸から最も離れた周面個所の「１」である。すなわち、ロータ３ａの主軸（長軸）の回転軸から最も離れた周面個所が回転子歯として機能し、ロータ３ａは、回転子歯数が「１」のロータとして見なすことができる。
【0022】
同期電動機１ａは、極数Ｐｎ＝固定子基本波次数ＺＳ－回転子基本波次数ＺＲの関係を満たし、極数Ｐｎ／回転子基本波次数ＺＲ＝８となる。
【0023】
同期電動機１ａは、このバーニアモータの条件を満たしており、極数Ｐｎ／回転子基本波次数ＺＲ＝８であるため、ロータ３ａの回転速度Ｎｍは回転磁界の回転速度Ｎ０の８倍に増速される。そして、同じ回転数の場合、極数Ｐｎ＝２の同期電動機と比較して１／２倍の電源周波数となり、電源周波数を上げることなく、多極で高速回転を実現することができるため、インバータ回路のコスト削減、鉄損の抑制による効率の向上ならびにヨーク厚の薄型化、コイルエンドの短縮等によるモータの小型化が実現できる。
【0024】
次に、同期電動機１ａのシミュレーション結果について図５を参照して説明する。なお、シミュレーションには、株式会社ＪＳＯＬが提供する電磁界解析ソフトであるＪＭＡＧを使用した。そして、同期電動機１ａの緒元は、ステータ２ａの外径Ｄ０＝５４ｍｍ、内径Ｄｉ＝３４ｍｍ、ヨーク厚ｈｙ＝２ｍｍ、層厚Ｌｓ＝３０ｍｍ、ギャップｇ＝０．３ｍｍ、ロータ３ａの半径ｒＡ＝１５．９ｍｍとすると共に、解析条件は、電流密度Ｊ＝８Ａ／ｍｍ２、巻線径ｄ＝０．４ｍｍ、巻線占有率Ａ＝０．５、定格回転数Ｎ＝１００，０００ｍｉｎ－１、周波数ｆ＝８３３Ｈｚとした。
【0025】
その結果、図５に示すように、平均トルクＴａｖｅ=０．００８Ｎｍの定常トルクの発生が認められた。なお、本シミュレーションでも、ステータ２ａの固定子歯とロータ３ａの突極とが接近している部分において、磁束密度が低く、固定子歯の磁束密度にムラがあった。従って、固定子歯の幅や長さを最適化することでトルクの向上が見込める。
【0026】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態は、四相交流を用いてステータ２ｂに発生させた回転磁界によってロータ３ｂを回転させるリラクタンス型の同期電動機１ｂである。同期電動機１ｂは、図６を参照すると、ステータ２ｂの固定子歯数は「８」であり、ステータ２ｂの固定子基本波次数ＺＳも固定子歯数と同数の「８」である。ステータ２ｂのスロットには、回転磁界の極数Ｐｎが「６」になるようにＵ相のコイルＵと、Ｖ相のコイルＶと、Ｗ相のコイルＷと、Ｘ相のコイルＸとが結線されている。また、ロータ３ｂは、中心が回転軸となる楕円形状であり、ロータ３ｂの回転子基本波次数ＺＲは、主軸（長軸）の両周面個所の「２」である。すなわち、ロータ３ｂの主軸（長軸）の両周面個所が回転子歯として機能し、ロータ３ｂは、回転子歯数が「２」のロータとして見なすことができる。
第３の実施の形態は、四相交流を用いてステータ２ｂに発生させた回転磁界によってロータ３ｂを回転させるリラクタンス型の同期電動機１ｂである。同期電動機１ｂは、図６を参照すると、ステータ２ｂの固定子歯数は「８」であり、ステータ２ｂの固定子基本波次数ＺＳも固定子歯数と同数の「８」である。ステータ２ｂのスロットには、回転磁界の極数Ｐｎが「６」になるようにＵ相のコイルＵと、Ｖ相のコイルＶと、Ｗ相のコイルＷと、Ｘ相のコイルＸとが結線されている。また、ロータ３ｂは、中心が回転軸となる楕円形状であり、ロータ３ｂの回転子基本波次数ＺＲは、主軸（長軸）の両周面個所の「２」である。すなわち、ロータ３ｂの主軸（長軸）の両周面個所が回転子歯として機能し、ロータ３ｂは、回転子歯数が「２」のロータとして見なすことができる。
【0027】
同期電動機１ｂは、極数Ｐｎ＝固定子基本波次数ＺＳ－回転子基本波次数ＺＲの関係を満たし、極数Ｐｎ／回転子基本波次数ＺＲ＝３となる。
【0028】
同期電動機１ｂは、このバーニアモータの条件を満たしており、極数Ｐｎ／回転子基本波次数ＺＲ＝３であるため、ロータ３ｂの回転速度Ｎｍは回転磁界の回転速度Ｎ０の３倍に増速される。そして、同じ回転数の場合極数Ｐｎ＝２の同期電動機と比較して１倍の電源周波数となり、電源周波数を上げることなく、多極で高速回転を実現することができるため、インバータ回路のコスト削減、鉄損の抑制による効率の向上ならびにヨーク厚の薄型化、コイルエンドの短縮等によるモータの小型化が実現できる。
【0029】
次に、同期電動機１ｂのシミュレーション結果について図６を参照して説明する。なお、シミュレーションには、株式会社ＪＳＯＬが提供する電磁界解析ソフトであるＪＭＡＧを使用した。そして、同期電動機１ｂの緒元は、ステータ２ｂの外径Ｄ０＝５４ｍｍ、内径Ｄｉ＝３４ｍｍ、ヨーク厚ｈｙ＝２ｍｍ、層厚Ｌｓ＝３０ｍｍ、ギャップｇ＝０．３ｍｍ、ロータ３ｂの主軸の長さｒＡ＝１６．７ｍｍ、副軸の長さｒＢ＝１５．８ｍｍとすると共に、解析条件は、電流密度Ｊ＝８Ａ／ｍｍ２、巻線径ｄ＝０．４ｍｍ、巻線占有率Ａ＝０．５、定格回転数Ｎ＝１００，０００ｍｉｎ－１、周波数ｆ＝１６６７Ｈｚとした。
【0030】
その結果、図７に示すように、平均トルクＴａｖｅ=０．０１５８Ｎｍの定常トルクの発生が認められた。なお、本シミュレーションでも、ステータ２ｂの固定子歯とロータ３ｂの突極とが接近している部分において、磁束密度が低く、固定子歯の磁束密度にムラがあった。従って、固定子歯の幅や長さを最適化することでトルクの向上が見込める。
【0031】
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態は、三相交流を用いてステータ２ｃに発生させた回転磁界によってロータ３ｃを回転させるリラクタンス型の同期電動機１ｃである。同期電動機１ｃは、図８を参照すると、ステータ２ｃの固定子歯数は「９」であり、ステータ２ｃの固定子基本波次数ＺＳも固定子歯数と同数の「９」である。ステータ２ｃのスロットには、回転磁界の極数Ｐｎが「６」になるようにＵ相のコイルＵと、Ｖ相のコイルＶと、Ｗ相のコイルＷとが結線されている。また、ロータ３ｃは、頂点に突極が配置された正三角形状であり、ロータ３ｃの回転子基本波次数ＺＲは、主軸（長軸）の頂点の「３」である。すなわち、ロータ３ｃの主軸（長軸）の頂点が回転子歯として機能し、ロータ３ｃは、回転子歯数が「３」のロータとして見なすことができる。
第４の実施の形態は、三相交流を用いてステータ２ｃに発生させた回転磁界によってロータ３ｃを回転させるリラクタンス型の同期電動機１ｃである。同期電動機１ｃは、図８を参照すると、ステータ２ｃの固定子歯数は「９」であり、ステータ２ｃの固定子基本波次数ＺＳも固定子歯数と同数の「９」である。ステータ２ｃのスロットには、回転磁界の極数Ｐｎが「６」になるようにＵ相のコイルＵと、Ｖ相のコイルＶと、Ｗ相のコイルＷとが結線されている。また、ロータ３ｃは、頂点に突極が配置された正三角形状であり、ロータ３ｃの回転子基本波次数ＺＲは、主軸（長軸）の頂点の「３」である。すなわち、ロータ３ｃの主軸（長軸）の頂点が回転子歯として機能し、ロータ３ｃは、回転子歯数が「３」のロータとして見なすことができる。
【0032】
同期電動機１ｃは、極数Ｐｎ＝固定子基本波次数ＺＳ－回転子基本波次数ＺＲの関係を満たし、極数Ｐｎ／回転子基本波次数ＺＲ＝２となる。
【0033】
同期電動機１ｃは、このバーニアモータの条件を満たしており、極数Ｐｎ／回転子基本波次数ＺＲ＝２であるため、ロータ３ｃの回転速度Ｎｍは回転磁界の回転速度Ｎ０の２倍に増速される。そして、同じ回転数の場合、極数Ｐｎ＝２の同期電動機と比較して３／２倍の電源周波数となり、電源周波数をそれほど上げることなく、多極で高速回転を実現することができるため、インバータ回路のコスト削減、鉄損の抑制による効率の向上ならびにヨーク厚の薄型化、コイルエンドの短縮等によるモータの小型化が実現できる。
【0034】
次に、同期電動機１ｃのシミュレーション結果について図８を参照して説明する。なお、シミュレーションには、株式会社ＪＳＯＬが提供する電磁界解析ソフトであるＪＭＡＧを使用した。そして、同期電動機１ｃの緒元は、ステータ２ｃの外径Ｄ０＝５４ｍｍ、内径Ｄｉ＝３４ｍｍ、ヨーク厚ｈｙ＝２ｍｍ、層厚Ｌｓ＝３０ｍｍ、ギャップｇ＝０．３ｍｍとすると共に、解析条件は、電流密度Ｊ＝８Ａ／ｍｍ２、巻線径ｄ＝０．４ｍｍ、巻線占有率Ａ＝０．５、定格回転数Ｎ＝１００，０００ｍｉｎ－１、周波数ｆ＝２５００Ｈｚとした。
【0035】
その結果、図９に示すように、平均トルクＴａｖｅ=０．００２３Ｎｍの定常トルクの発生が認められた。なお、本シミュレーションでも、ステータ２ｃの固定子歯とロータ３ｃの突極とが接近している部分において、磁束密度が低く、固定子歯の磁束密度にムラがあった。従って、固定子歯の幅や長さを最適化することでトルクの向上が見込める。
【0036】
第１～４の実施の形態のように、極数Ｐｎ＝固定子基本波次数ＺＳ±回転子基本波次数ＺＲの条件を満たし、且つ極数Ｐｎが回転子基本波次数ＺＲよりも大きい値となるＰｎ、ＺＳ、ＺＲの実施可能な組み合わせ例を図１０に示す。なお、図１０において、ＺＳ（＋）は、極数Ｐｎ＝固定子基本波次数ＺＳ＋回転子基本波次数ＺＲであることを、ＺＳ（－）は、極数Ｐｎ＝固定子基本波次数ＺＳ－回転子基本波次数ＺＲであることをそれぞれ示している。
【0037】
また、図１０では、極数Ｐｎ＝２～１４までの組み合わせ例を示しているが、極数Ｐｎ＝１６以上であっても実施可能な組み合わせが存在する。さらに、極数Ｐｎ＝１４以下でも、相数やコイルの結線方法によっては、図１０で示した例以外の実施可能な組み合わせが存在する。
【0038】
以上説明したように、本実施の形態は、ステータ２、２ａ、２ｂ、２ｃに発生させた回転磁界によってロータ３、３ａ、３ｂ、３ｃを回転させるリラクタンス型の同期電動機１、１ａ、１ｂ、１ｃであって、ステータ２、２ａ、２ｂ、２ｃのスロットには、回転磁界の極数Ｐｎが固定子基本波次数ＺＳと回転子基本波次数ＺＲとの和もしくは差と等しく、且つ回転子基本波次数ＺＲよりも大きい値になるようにコイルが結線されている。
この構成により、ロータ３、３ａ、３ｂ、３ｃの回転速度Ｎｍを回転磁界の回転速度Ｎ０よりも増速することができるため、電源周波数を上げることなく、多極巻線で高速回転を実現でき、インバータ回路のコスト削減、鉄損の抑制による効率の向上ならびにヨーク厚の薄型化、コイルエンドの短縮等によるモータの小型化が実現できる。従って、本実施の形態の同期電動機１、１ａ、１ｂ、１ｃは、特に高速回転用途に適しており、例えば，自動車用過給機（ターボチャージャー）、ドローン用電動機、工作機械スピンドル用電動機、流体機械（ファン，ブロワ，コンプレッサなど）等へ適用することができる。
この構成により、ロータ３、３ａ、３ｂ、３ｃの回転速度Ｎｍを回転磁界の回転速度Ｎ０よりも増速することができるため、電源周波数を上げることなく、多極巻線で高速回転を実現でき、インバータ回路のコスト削減、鉄損の抑制による効率の向上ならびにヨーク厚の薄型化、コイルエンドの短縮等によるモータの小型化が実現できる。従って、本実施の形態の同期電動機１、１ａ、１ｂ、１ｃは、特に高速回転用途に適しており、例えば，自動車用過給機（ターボチャージャー）、ドローン用電動機、工作機械スピンドル用電動機、流体機械（ファン，ブロワ，コンプレッサなど）等へ適用することができる。
【0039】
さらに、第１実施の形態によれば、固定子基本波次数ＺＳと回転子基本波次数ＺＲとは、それぞれ「６」と「２」であり、ステータ２のスロットには、回転磁界の極数が「４」になるように３相のコイルＵ、Ｖ、Ｗが結線されている。
この構成により、ロータ３の回転速度Ｎｍを回転磁界の回転速度Ｎ０の２倍に増速することができる。
この構成により、ロータ３の回転速度Ｎｍを回転磁界の回転速度Ｎ０の２倍に増速することができる。
【0040】
さらに、第２実施の形態によれば、固定子基本波次数ＺＳと回転子基本波次数ＺＲとは、それぞれ「９」と「１」であり、ステータ２ａのスロットには、前記回転磁界の極数が「８」になるように３相のコイルＵ、Ｖ、Ｗが結線されている。
この構成により、ロータ３ａの回転速度Ｎｍを回転磁界の回転速度Ｎ０の８倍に増速することができる。
この構成により、ロータ３ａの回転速度Ｎｍを回転磁界の回転速度Ｎ０の８倍に増速することができる。
【0041】
さらに、第３実施の形態によれば、固定子基本波次数ＺＳと回転子基本波次数ＺＲとは、それぞれ「８」と「２」であり、ステータ２ｂのスロットには、回転磁界の極数が「６」になるように４相のコイルＵ、Ｖ、Ｗ、Ｘが結線されている。
この構成により、ロータ３ｂの回転速度Ｎｍを回転磁界の回転速度Ｎ０の３倍に増速することができる。
この構成により、ロータ３ｂの回転速度Ｎｍを回転磁界の回転速度Ｎ０の３倍に増速することができる。
【0042】
さらに、第４実施の形態によれば、固定子基本波次数ＺＳと回転子基本波次数ＺＲとは、それぞれ「９」と「３」であり、ステータ２ｃのスロットには、回転磁界の極数が「６」になるように３相のコイルＵ、Ｖ、Ｗが結線されている。
この構成により、ロータ３ｃの回転速度Ｎｍを回転磁界の回転速度Ｎ０の２倍に増速することができる。
この構成により、ロータ３ｃの回転速度Ｎｍを回転磁界の回転速度Ｎ０の２倍に増速することができる。
【0043】
なお、本発明が上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付している。
【符号の説明】
【0044】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ 同期電動機
２、２ａ、２ｂ、２ｃ ステータ
３、３ａ、３ｂ、３ｃ ロータ
２、２ａ、２ｂ、２ｃ ステータ
３、３ａ、３ｂ、３ｃ ロータ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】