JP2011036060A

JP2011036060A - Motor

Info

Publication number: JP2011036060A
Application number: JP2009181283A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kato; 崇加藤; Kan Akatsu; 観赤津
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd; Tokyo University of Agriculture and Technology NUC; Tokyo University of Agriculture
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd; Tokyo University of Agriculture and Technology NUC; Tokyo University of Agriculture
Priority date: 2009-08-04
Filing date: 2009-08-04
Publication date: 2011-02-17
Anticipated expiration: 2029-08-04
Also published as: JP5589317B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor having a wide driving region. <P>SOLUTION: A stator 20 includes two sets of windings 23, 24 respectively generating each alternating magnetic flux, corresponding to the number of pole pairs of permanent magnets of each set on the side of a rotor 10. Here, the stator 20 is configured, such that windings 23, 24 of each set are respectively arranged inside the same slot for each slot 25. The windings 23, 24 of each set are conducting, independently of each set of windings and have different current phases, set inside the same set. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、電動機に関する。 The present invention relates to an electric motor.

例えば、特許文献１には、それぞれの組が異なる磁極数で構成される複数の磁石の組に相当する複数の磁石磁束を合算して発生させる磁束発生部材を持つロータを備えた電動機が開示されている。この電動機は、ステータ側の各スロットに１組の巻線がそれぞれ配置されており、このコイルに複合電流を供給することにより駆動される。 For example, Patent Document 1 discloses an electric motor including a rotor having a magnetic flux generation member that generates a plurality of magnet magnetic fluxes corresponding to a plurality of magnet sets each having a different number of magnetic poles. ing. This electric motor has a set of windings arranged in each slot on the stator side, and is driven by supplying a composite current to this coil.

特開２００７−１５１２３６号公報JP 2007-151236 A

しかしながら、特許文献１に開示された手法によれば、スロットに単一の巻線しか巻回されておらず、通電電流の制御だけではモータの特性は変化せず、広い駆動領域を得ることができないという可能性がある。 However, according to the method disclosed in Patent Document 1, only a single winding is wound in the slot, and the characteristics of the motor are not changed only by controlling the energization current, and a wide driving area can be obtained. There is a possibility that it cannot be done.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、広範な駆動領域を備える電動機を提供することである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an electric motor having a wide driving area.

かかる課題を解決するために、本発明は、ステータが、ロータ側の各組の永久磁石の極対数に対応した交番磁束をそれぞれ発生させる複数組の巻線を備えており、スロット毎に、各組の巻線が同一のスロット内にそれぞれ配置されて構成されている。この場合、複数組の巻線は、巻線の組毎に、独立して通電可能であるとともに同一組内に設定される電流位相が異なる。 In order to solve such a problem, in the present invention, the stator includes a plurality of sets of windings that generate alternating magnetic fluxes corresponding to the number of pole pairs of each set of permanent magnets on the rotor side, A set of windings is arranged in the same slot. In this case, the plurality of sets of windings can be energized independently for each set of windings and have different current phases set in the same set.

本発明によれば、各組の巻線に個別に通電することで、それぞれ異なる電動機の特性を得ることができので、電動機の駆動領域の拡大を図ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain different motor characteristics by energizing each set of windings individually, so that the drive range of the motor can be expanded.

第１の実施形態にかかる電動機１の構成を模式的に示す断面図Sectional drawing which shows typically the structure of the electric motor 1 concerning 1st Embodiment. 磁束発生部材の概念を示すロータ１０Ａの説明図Explanatory drawing of rotor 10A which shows the concept of a magnetic flux generation member ステータ２０における２組の巻線２３，２４の巻線構成の説明図Explanatory drawing of winding composition of two sets of windings 23 and 24 in stator 20 ステータ２０における２組の巻線２３，２４の巻線構成の説明図Explanatory drawing of winding composition of two sets of windings 23 and 24 in stator 20 一般的な永久磁石型同期電動機１００の構成を模式的に示す断面図Sectional drawing which shows the structure of the general permanent magnet type synchronous motor 100 typically ステータ１２０における１組の巻線１２３の巻線構成の説明図Explanatory drawing of the winding configuration of a set of windings 123 in the stator 120 第１の実施形態にかかる電動機１の回転数ＲとトルクＴとの特性（ＮＴ特性）を示す説明図Explanatory drawing which shows the characteristic (NT characteristic) of the rotation speed R and the torque T of the electric motor 1 concerning 1st Embodiment. 第１の実施形態にかかる電動機１の回転数ＲとトルクＴとの特性（ＮＴ特性）を示す説明図Explanatory drawing which shows the characteristic (NT characteristic) of the rotation speed R and the torque T of the electric motor 1 concerning 1st Embodiment. ステータ２０における２組の巻線２３，２４の巻線構成の説明図Explanatory drawing of winding composition of two sets of windings 23 and 24 in stator 20 第２の実施形態にかかる電動機１の回転数ＲとトルクＴとの特性（ＮＴ特性）を示す説明図Explanatory drawing which shows the characteristic (NT characteristic) of the rotation speed R and the torque T of the electric motor 1 concerning 2nd Embodiment. ２組の巻線２３，２４の巻線状態の説明図Explanatory drawing of winding state of two sets of windings 23 and 24 ２組の巻線２３，２４の巻線状態の説明図Explanatory drawing of winding state of two sets of windings 23 and 24 ２組の巻線２３，２４の巻線状態の説明図Explanatory drawing of winding state of two sets of windings 23 and 24 ２組の巻線２３，２４の巻線状態の説明図Explanatory drawing of winding state of two sets of windings 23 and 24

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる電動機１の構成を模式的に示す断面図である。本実施形態にかかる電動機１は、永久磁石型同期電動機であり、ラジアルギャップのインナーロータ型として構成されている。この電動機１は、シャフト（図示せず）に連結されるロータ（可動子）１０と、断面がリング状のステータ（固定子）２０とを主体に構成されており、ロータ１０は、ステータ２０の内周側にエアギャップを介して配置されている。 (First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the electric motor 1 according to the first embodiment of the present invention. The electric motor 1 according to the present embodiment is a permanent magnet type synchronous electric motor, and is configured as a radial gap inner rotor type. The electric motor 1 is mainly composed of a rotor (movable element) 10 connected to a shaft (not shown) and a ring-shaped stator (stator) 20. It arrange | positions through the air gap at the inner peripheral side.

ロータ１０は、ロータコア１１と、複数の磁石（永久磁石）１２とで構成されている。ロータコア１１は、磁性体の電磁鋼板を軸方向に複数積層して形成されている。このロータコア１１には、複数の磁石１２（Ｎ極１２ａ，Ｓ極１２ｂ）が周方向に沿って配設されており、これらの磁石１２は、磁束発生部材として機能する。 The rotor 10 includes a rotor core 11 and a plurality of magnets (permanent magnets) 12. The rotor core 11 is formed by laminating a plurality of magnetic electromagnetic steel plates in the axial direction. In the rotor core 11, a plurality of magnets 12 (N pole 12a, S pole 12b) are arranged along the circumferential direction, and these magnets 12 function as magnetic flux generating members.

図２は、本実施形態にかかる磁束発生部材の概念を示すロータ１０Ａの説明図である。磁束発生部材は、極対数がそれぞれ異なる複数組の永久磁石に相当する磁石磁束のそれぞれを合算させて発生させるものである。磁束発生部材は、これを形式的に捉えた場合、ロータ１０Ａに示すように、第１の磁石組１２Ａ、具体的には、１６極（８極対）の磁石組（Ｎ極１２ａ，Ｓ極１２ｂ）と、第２の磁石組１２Ｂ、具体的には、２８極（１４極対）の磁石組（Ｎ極１２ａ，Ｓ極１２ｂ）とで構成されている。ここで、１６極の磁石組１２Ａと、２８極の磁石組１２Ｂとは、ロータコア１１の表層に２層に配置されており、径方向において、１６極の磁石組１２Ａの外側に２８極の磁石組１２Ｂが配置されている。このロータ１０Ａは、１６極および２８極の磁石組１２Ａ，１２Ｂによる複合磁束、具体的には、１６極の磁石組１２Ａによる磁石磁束と、２８極の磁石組１２Ｂの磁石磁束とが合算されて発生する。なお、同図に示す例では、第１の磁石組１２Ａと、第２の磁石組１２Ｂとの組み合わせ位相は、位置Ａにおいて一致している（位相差ゼロ位置）。 FIG. 2 is an explanatory diagram of the rotor 10A showing the concept of the magnetic flux generating member according to the present embodiment. The magnetic flux generating member generates a magnetic flux corresponding to a plurality of sets of permanent magnets having different numbers of pole pairs. When the magnetic flux generating member is formally grasped, as shown in the rotor 10A, the first magnet set 12A, specifically, a 16-pole (8-pole pair) magnet set (N-pole 12a, S-pole). 12b) and a second magnet set 12B, specifically, a 28-pole (14-pole pair) magnet set (N-pole 12a, S-pole 12b). Here, the 16-pole magnet set 12A and the 28-pole magnet set 12B are arranged in two layers on the surface layer of the rotor core 11, and the 28-pole magnet is arranged outside the 16-pole magnet set 12A in the radial direction. A set 12B is arranged. In this rotor 10A, the composite magnetic flux by the 16-pole and 28-pole magnet sets 12A and 12B, specifically, the magnetic flux by the 16-pole magnet set 12A and the magnetic flux of the 28-pole magnet set 12B are added together. appear. In the example shown in the figure, the combination phase of the first magnet set 12A and the second magnet set 12B is identical at the position A (zero phase difference position).

ロータ１０Ａには、１６極の磁石組１２Ａと２８極の磁石組１２Ｂとにおいて、着磁方向の異なる磁石１２ａ，１２ｂが互いに接している領域（図中の破線で示す領域）と、着磁方向の同じ磁石１２ａ（または１２ｂ）が互いに接している領域とが存在している。着磁方向の異なる磁石１２ａ，１２ｂが互いに接している領域では、どちらの着磁方向にも磁束が発生しないので磁石は無いものと等価であり、かつ、磁束は飽和しているので磁束は通り難くなる。 The rotor 10A includes a region where magnets 12a and 12b having different magnetization directions are in contact with each other in a 16-pole magnet set 12A and a 28-pole magnet set 12B (a region indicated by a broken line in the figure), and a magnetization direction. The same magnet 12a (or 12b) is in contact with each other. In the region where the magnets 12a and 12b having different magnetization directions are in contact with each other, no magnetic flux is generated in either magnetization direction, which is equivalent to the absence of magnets, and the magnetic flux is saturated, so the magnetic flux passes. It becomes difficult.

本実施形態のロータ１０（図１参照）は、ロータ１０Ａ（図２参照）において異なる着磁方向の磁石１２ａ，１２ｂが接している部分から当該磁石１２ａ，１２ｂを排除することにより構成されたものである。ロータ１０には、図２に示す非破線領域に対応する磁石１２ａ，１２ｂとして、１０個のＮ極の磁石１２ａと、１０個のＳ極の磁石１２ｂとが配置されている。このロータ１０は、複数の磁石１２により、図２に示すロータ１０Ａと同じく、１６極および２８極の磁石組による複合磁束が発生する。換言すれば、ロータ１０は、１６極の磁石組１２Ａと２８極の磁石組１２Ｂとに相当する磁束成分のそれぞれを合算させて発生させるロータとして機能する。もっとも、ロータ１０は、図２に示すロータ１０Ａのように、極性の違う磁石が接している部分の磁石１２ａ，１２ｂを排除していない構成で基本的に成立する。しかしながら、不要な磁石を除去した方が、削除した磁石分の慣性の低減により、トルクの向上、モータの軽量化、削除した磁石の分の経費節減などを図ることができる。 The rotor 10 (see FIG. 1) of the present embodiment is configured by removing the magnets 12a and 12b from the portion where the magnets 12a and 12b in different magnetization directions are in contact with each other in the rotor 10A (see FIG. 2). It is. In the rotor 10, ten N-pole magnets 12a and ten S-pole magnets 12b are arranged as the magnets 12a and 12b corresponding to the non-broken area shown in FIG. In the rotor 10, a composite magnetic flux is generated by a plurality of magnets 12 by a magnet set of 16 poles and 28 poles, similarly to the rotor 10 </ b> A shown in FIG. 2. In other words, the rotor 10 functions as a rotor that adds and generates each of the magnetic flux components corresponding to the 16-pole magnet set 12A and the 28-pole magnet set 12B. However, the rotor 10 is basically established with a configuration in which the magnets 12a and 12b in contact with magnets having different polarities are not excluded as in the rotor 10A shown in FIG. However, by removing unnecessary magnets, the inertia of the deleted magnets can be reduced, so that torque can be improved, the motor can be reduced in weight, and the cost of the deleted magnets can be reduced.

なお、図１に示すロータ１０において、不要な磁石を除去した領域は空隙となっており、空気によって占められている。この空気が占める領域は磁束を通さない機能を果たしている。すなわち、磁石を除去したこの領域には、鉄などの磁束を通し易い素材以外の部材を配置する必要があるが、通常は空間（空気）で足りる。もちろん、この領域には空気以外の磁束を通しにくい部材が設置されても構わない。 In addition, in the rotor 10 shown in FIG. 1, the area | region which removed the unnecessary magnet becomes a space | gap, and is occupied with air. This area occupied by air fulfills the function of preventing magnetic flux from passing therethrough. That is, in this area from which the magnet has been removed, it is necessary to arrange a member other than a material that can easily pass magnetic flux such as iron, but space (air) is usually sufficient. Of course, a member that is difficult to pass magnetic flux other than air may be installed in this region.

ステータ２０は、例えば、磁性体の電磁鋼板を軸方向に複数積層して構成されており、複数の突極部（ステータティース）２１と、略リング状のバックヨーク２２とを有している。複数のステータティース２１は、バックヨーク２２の内周側において周方向に沿って等間隔に配置されており、個々のステータティース２１は、ロータ１０側に突出した格好となっている。バックヨーク２２は、個々のステータティース２１をその基端側で連結している。 The stator 20 is configured by, for example, laminating a plurality of magnetic steel sheets made of magnetic material in the axial direction, and includes a plurality of salient pole portions (stator teeth) 21 and a substantially ring-shaped back yoke 22. The plurality of stator teeth 21 are arranged at equal intervals along the circumferential direction on the inner peripheral side of the back yoke 22, and the individual stator teeth 21 are projected to the rotor 10 side. The back yoke 22 connects the individual stator teeth 21 at the base end side.

各ステータティース２１には、絶縁部材であるインシュレータ（図示せず）を介して、２組の巻線２３，２４が各々巻回されている。この２組の巻線２３，２４は、１６極の磁石組１２Ａの極対数に対応した電流磁界を発生させる第１組の巻線２３と、２８極の磁石組１２Ｂの極体数に対応した電流磁界を発生させる第２組の巻線２４とが含まれている。これにより、ステータ２０は、スロット２５（バックヨーク２２とステータティース２１とによって囲まれる領域）毎に、各組の巻線２３，２４が同一のスロット２５内にそれぞれ配置される構成される。本実施形態において、ステータ２０には、２４個のスロットが形成されている。なお、各組の巻線構成については後述する。 Two sets of windings 23 and 24 are wound around each stator tooth 21 via an insulator (not shown) which is an insulating member. The two sets of windings 23 and 24 correspond to the number of pole bodies of the first set of windings 23 that generate a current magnetic field corresponding to the number of pole pairs of the 16-pole magnet set 12A and the 28-pole magnet set 12B. A second set of windings 24 for generating a current magnetic field is included. Thus, the stator 20 is configured such that each set of windings 23 and 24 is disposed in the same slot 25 for each slot 25 (region surrounded by the back yoke 22 and the stator teeth 21). In the present embodiment, the stator 20 is formed with 24 slots. The winding configuration of each set will be described later.

この電動機１では、ロータ１０に配置された永久磁石１２と、ロータ１０自体を構成する磁性体（電磁鋼板）と、ステータ２０を構成する磁性体（電磁鋼板）とによって、主磁気回路が形成される。そして、永久磁石１２からの磁石磁束、および各組の巻線２３，２４をインバータ制御により通電することで発生する交番磁束が、この主磁気回路を流れることで電磁力によるトルクが発生し、これにより、ロータ１０およびこれに連結されたシャフトが回転する。 In the electric motor 1, a main magnetic circuit is formed by the permanent magnets 12 arranged on the rotor 10, the magnetic body (electromagnetic steel plate) constituting the rotor 10 itself, and the magnetic body (electromagnetic steel plate) constituting the stator 20. The The magnet magnetic flux from the permanent magnet 12 and the alternating magnetic flux generated by energizing each pair of windings 23 and 24 through the inverter control flow through this main magnetic circuit, thereby generating torque due to electromagnetic force. Thereby, the rotor 10 and the shaft connected to the rotor 10 rotate.

つぎに、図３，４を参照して、ステータ２０における２組の巻線２３，２４の巻線構成を具体的に説明する。本実施形態の電動機１を駆動する場合、１６極に対応する第１組の巻線２３のそれぞれに通電を行う第１の電源３０と、２８極に対応する第２組の巻線２４に通電を行う第２の電源３１とが個々のインバータ３２，３３を介して２組の巻線２３，２４にそれぞれ接続される。個々のインバータ３２，３３を介して供給される電流容量はともに同一である（例えば、６００［Ａ］）。 Next, the winding configuration of the two sets of windings 23 and 24 in the stator 20 will be specifically described with reference to FIGS. When driving the electric motor 1 of the present embodiment, the first power source 30 that energizes each of the first set of windings 23 corresponding to 16 poles and the second set of windings 24 that correspond to 28 poles are energized. The second power supply 31 for performing the above is connected to the two sets of windings 23 and 24 via the respective inverters 32 and 33, respectively. The current capacities supplied via the individual inverters 32 and 33 are the same (for example, 600 [A]).

１６極に対応する第１組の巻線２３は、スロット数と、極数との関係から、電流位相差が電気角１２０度で３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）必要となる（図４参照）。図３（ａ）は、第１組の巻線２３のうち、Ｕ相に対応する８つの巻線２３を模式的に示しているが、他の相についても同様である。Ｕ相に対応する８つの巻線２３は、それぞれ並列接続されており、この回路がインバータ３２のＵ相出力端子に接続されている。３相インバータ３２から出力されるＵ相電流は、Ｕ相に対応する各巻線２３に１／８づつ通電される。本ケースでは、Ｕ相電流が６００［Ａ］なので、Ｕ相に対応する１つの巻線２３あたり７５［Ａ］の電流が供給される。ここで、第１組の巻線２３のそれぞれは、断面積Ａの素線がステータティース２１に１６ターン巻かれて構成されている。 From the relationship between the number of slots and the number of poles, the first set of windings 23 corresponding to 16 poles requires a current phase difference of three phases (U phase, V phase, and W phase) with an electrical angle of 120 degrees ( (See FIG. 4). FIG. 3A schematically shows eight windings 23 corresponding to the U phase in the first set of windings 23, but the same applies to the other phases. The eight windings 23 corresponding to the U phase are connected in parallel, and this circuit is connected to the U phase output terminal of the inverter 32. The U-phase current output from the three-phase inverter 32 is applied to each winding 23 corresponding to the U-phase by 1/8. In this case, since the U-phase current is 600 [A], a current of 75 [A] is supplied per winding 23 corresponding to the U-phase. Here, each of the first set of windings 23 is configured by winding a strand having a cross-sectional area A around the stator teeth 21 for 16 turns.

一方、２８極に対応する第２組の巻線２４は、スロット数と、極数との関係から、電流位相差が電気角２１０度で１２相必要となる。しかしながら、本実施形態では、３相インバータの活用を考慮して、６相（３相インバータで反転相を用いることで６相相当（（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｕ_相、Ｖ_相、Ｗ_相）））とする（図４参照）。図３（ｂ）は、第２組の巻線２４のうち、Ｕ相およびその反転相であるＵ_相に対応する８つの巻線２４を模式的に示しているが、他の相についても同様である。Ｕ相およびＵ_相に対応する８つの巻線２４は、２並列４直列、具体的には、Ｕ相およびＵ_相が交互にそれぞれ２個づつ直列接続された回路を２つ並列接続することで構成されており、この回路がインバータ３３のＵ相出力端子に接続されている。３相インバータ３３から出力されるＵ相電流は、Ｕ相およびＵ_相に対応する各巻線２４に１／２づつ通電される。本ケースでは、Ｕ相電流が６００［Ａ］なので、Ｕ相およびＵ_相に対応する１つの巻線２３あたり３００［Ａ］の電流が供給される。ここで、第２組の巻線２４のそれぞれは、断面積４Ａの素線がステータティース２１に６ターン巻かれて構成されている。 On the other hand, the second set of windings 24 corresponding to 28 poles requires 12 phases with a current phase difference of 210 electrical degrees because of the relationship between the number of slots and the number of poles. However, in the present embodiment, in consideration of utilization of the three-phase inverter, six phases (equivalent to six phases by using an inverted phase in the three-phase inverter ((U phase, V phase, W phase, U_ phase, V_ Phase, W_phase))) (see FIG. 4). FIG. 3B schematically shows eight windings 24 corresponding to the U phase and the U_phase that is the inverted phase of the second set of windings 24, but other phases are also shown. It is the same. The eight windings 24 corresponding to the U phase and the U_ phase are connected in parallel in two parallel 4 series, more specifically, two circuits in which two U phases and two U phases are alternately connected in series. This circuit is connected to the U-phase output terminal of the inverter 33. The U-phase current output from the three-phase inverter 33 is energized by 1/2 to each winding 24 corresponding to the U-phase and the U_phase. In this case, since the U-phase current is 600 [A], a current of 300 [A] is supplied per winding 23 corresponding to the U-phase and the U_phase. Here, each of the second set of windings 24 is configured by winding a wire having a cross-sectional area of 4A around the stator teeth 21 for six turns.

図３（ｃ）に示すように、本実施形態では、各スロット２５には、上述したような第１組の巻線２３と、第２組の巻線２４とがそれぞれ配置されている。ここで、各スロット２５のスロット断面積Ｓ（スロット２５間における巻線エリア面積）は、第１組の巻線２３に対応する巻線エリア面積と、第２組の巻線２４に対応する巻線エリア面積との和になる。第１組の巻線２３に対応する巻線エリア面積は、１６ターンと素線断面積Ａとの積算値（１６Ａ）として演算され、第２組の巻線２４に対応する巻線エリア面積は、６ターンと素線断面積４Ａとの積算値（２４Ａ）として演算される。すなわち、各スロット２５のスロット断面積Ｓは４０Ａとなる。また、第１組の巻線２３と、第２組の巻線２４とに流れる各電流値を比較すると、第２組の巻線２４には第１組の巻線２３と比較して４倍の電流が流れるが、第２組の巻線２４は第１組の巻線２３と比較して４倍の断面積を有するため電流密度はそれぞれ７５／Ａで同等となる。 As shown in FIG. 3C, in the present embodiment, the first set of windings 23 and the second set of windings 24 as described above are arranged in each slot 25, respectively. Here, the slot cross-sectional area S of each slot 25 (winding area area between the slots 25) corresponds to the winding area area corresponding to the first set of windings 23 and the winding corresponding to the second set of windings 24. It is the sum of the line area. The winding area area corresponding to the first set of windings 23 is calculated as an integrated value (16A) of 16 turns and the wire cross-sectional area A, and the winding area area corresponding to the second set of windings 24 is , Calculated as an integrated value (24A) of 6 turns and the wire cross-sectional area 4A. That is, the slot cross-sectional area S of each slot 25 is 40A. Further, when the current values flowing through the first set of windings 23 and the second set of windings 24 are compared, the second set of windings 24 is four times as large as the first set of windings 23. However, since the second set of windings 24 has a cross-sectional area four times that of the first set of windings 23, the current density is equal to 75 / A.

図５は、本実施形態の電動機１と比較する、一般的な永久磁石型同期電動機１００の構成を模式的に示す断面図である。この電動機１００は、ロータ１１０と、ステータ１２０とを主体に構成されている。ロータ１１０は、ロータコア１１と、このロータコア１１の周方向に配置される１６極（８極対）の磁石１１２（Ｎ極１１２ａ，Ｓ極１１２ｂ）で構成されている。一方、ステータ１２０において、個々のステータティースには、１組の巻線１２３がそれぞれ巻回されており、これにより、１組の巻線１２３がバックヨークとステータティースとによって囲まれるスロット１２５に配置される。同図に示す例において、ステータ１２０には、２４個のスロットが形成されている。 FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a general permanent magnet type synchronous motor 100 compared with the electric motor 1 of the present embodiment. The electric motor 100 is mainly composed of a rotor 110 and a stator 120. The rotor 110 includes a rotor core 11 and 16 poles (8 pole pairs) magnets 112 (N pole 112a and S pole 112b) arranged in the circumferential direction of the rotor core 11. On the other hand, in the stator 120, a set of windings 123 is wound around each stator tooth, whereby the set of windings 123 is arranged in a slot 125 surrounded by the back yoke and the stator teeth. Is done. In the example shown in the figure, the stator 120 has 24 slots.

この電動機１００を駆動する場合、巻線１２３に通電を行う電源（図示せず）が備えられており、この電源は、電流容量６００Ａとする。１６極に対応する巻線１２３は、スロット数と、極数との関係から、スロット間位相差が１２０度で３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）必要となる。図６（ａ）は、巻線１２３のうち、Ｕ相に対応する８つの巻線１２３を模式的に示しているが、他の相についても同様である。Ｕ相に対応する８つの巻線１２３は、それぞれが並列接続に構成されている。したがって、３相インバータ１３０から出力されるＵ相電流は、Ｕ相に対応する各巻線１２３に１／８づつ通電される。本ケースでは、Ｕ相電流が６００Ａなので、Ｕ相に対応する１つの巻線１２３あたり７５Ａの電流が供給される。ここで、巻線２３のそれぞれは、断面積Ａの素線がステータティース２１に４０ターン巻かれて構成されている。 When driving the electric motor 100, a power source (not shown) for energizing the winding 123 is provided, and this power source has a current capacity of 600A. The winding 123 corresponding to 16 poles requires three phases (U phase, V phase, W phase) with a phase difference between slots of 120 degrees because of the relationship between the number of slots and the number of poles. FIG. 6A schematically shows eight windings 123 corresponding to the U phase among the windings 123, but the same applies to the other phases. The eight windings 123 corresponding to the U phase are each configured in parallel connection. Therefore, the U-phase current output from the three-phase inverter 130 is energized by 1/8 to each winding 123 corresponding to the U-phase. In this case, since the U-phase current is 600 A, a current of 75 A is supplied per winding 123 corresponding to the U-phase. Here, each of the windings 23 is configured by winding a wire having a cross-sectional area A around the stator teeth 21 for 40 turns.

図６（ｂ）に示すように、各スロット１２５には、巻線１２３がそれぞれ配置されている。ここで、各スロット１２５のスロット断面積Ｓ（スロット２５間における巻線エリア面積）は、４０ターンと素線断面積Ａとの積算値（４０Ａ）として演算される。また、個々の巻線１２３に流れる電流（電流密度）は、７５／Ａとなる。すなわち、上述した本実施形態にかかる電動機１は、スロット断面積Ｓおよび電流密度において、一般的な電動機１００と同等の構成となる。 As shown in FIG. 6B, a winding 123 is arranged in each slot 125. Here, the slot cross-sectional area S (the winding area between the slots 25) of each slot 125 is calculated as an integrated value (40A) of 40 turns and the wire cross-sectional area A. The current (current density) flowing through each winding 123 is 75 / A. That is, the electric motor 1 according to the present embodiment described above has the same configuration as the general electric motor 100 in the slot cross-sectional area S and the current density.

図７，８は、第１の実施形態にかかる電動機１の回転数ＲとトルクＴとの特性（ＮＴ特性）を示す説明図である。同図において、Ｌｃは、一般的な電動機１００のＮＴ特性を示す。また、Ｌｐ１は、２８極に対応する第２組の巻線２４に通電した際の電動機１のＮＴ特性を示し、Ｌｐ２は、１６極に対応する第１組の巻線２３に通電した際の電動機１のＮＴ特性を示す。本実施形態にかかる電動機１は、Ｌｐ１で示すように、一般的な電動機１００とほぼ同等の最大トルクを得ながら、高回転域（Ｒｔよりも回転数が高い領域）ではトルクが拡大し、駆動領域が拡大されていることが分かる。 7 and 8 are explanatory diagrams showing characteristics (NT characteristics) between the rotational speed R and the torque T of the electric motor 1 according to the first embodiment. In the same figure, Lc shows the NT characteristic of the general electric motor 100. Lp1 indicates the NT characteristic of the electric motor 1 when energizing the second set of windings 24 corresponding to 28 poles, and Lp2 indicates when the first set of windings 23 corresponding to 16 poles is energized. The NT characteristic of the electric motor 1 is shown. As indicated by Lp1, the electric motor 1 according to the present embodiment obtains a maximum torque substantially equal to that of the general electric motor 100, and the torque increases in a high rotation range (a region where the rotation speed is higher than Rt). It can be seen that the area is enlarged.

また、電動機１を駆動する場合、図７に示すように、駆動領域がエリアＡ１では、２８極に対応する第２組の巻線２４に通電することにより、また、駆動領域がエリアＡ２では、１６極に対応する第１組の巻線２３に通電する。これにより、一般的な電動機１００と比較して、同一動作点における運転効率向上を図ることができる。 When driving the electric motor 1, as shown in FIG. 7, when the driving area is area A1, by energizing the second set of windings 24 corresponding to 28 poles, and when the driving area is area A2, The first set of windings 23 corresponding to 16 poles is energized. Thereby, compared with the general electric motor 100, the driving efficiency at the same operating point can be improved.

また、図８に示すように、エリアＢ１は、Ｌｐ１における高効率運転領域を示し、エリアＢ２は、Ｌｐ２における高効率運転領域を示す。これにより、領域Ｃ１の動作点では、２８極に対応する第２組の巻線２４に通電することで、電動機１の高効率な運転が可能となり、領域Ｃ２の動作点では、１６極に対応する第１組の巻線２３に通電することで、電動機１の高効率な運転が可能となる。 Moreover, as shown in FIG. 8, area B1 shows the high efficiency operation area | region in Lp1, and area B2 shows the high efficiency operation area | region in Lp2. As a result, at the operating point in the area C1, the second set of windings 24 corresponding to 28 poles are energized, so that the motor 1 can be operated with high efficiency, and the operating point in the area C2 corresponds to 16 poles. By energizing the first set of windings 23, the motor 1 can be operated with high efficiency.

このように本実施形態において、ロータ１０は、極対数がそれぞれ異なる複数組の永久磁石（本実施形態では、１６極の磁石組と２４極の磁石組）に相当する磁石磁束のそれぞれを合算させて発生させる磁束発生部材（本実施形態では、複数の磁石１２）を備える。ステータ２０は、各組の永久磁石の極対数に対応した交番磁束をそれぞれ発生させる複数組の巻線（本実施形態では、１６極および２４極に対応する２組の巻線２３，２４）を備える。ここで、ステータ２０は、スロット２５毎に、各組の巻線２３，２４が同一のスロット内にそれぞれ配置されて構成されており、複数組の巻線２３，２４は、巻線の組毎に、独立して通電可能であるとともに同一組内に設定される電流位相が異なる。かかる構成によれば、各組の巻線２３，２４に個別に通電することで、それぞれ異なる電動機の特性を得ることができる。これにより、電動機１の駆動領域が拡大し、トルクや出力の向上を図ることができる。 As described above, in this embodiment, the rotor 10 adds the magnetic fluxes corresponding to a plurality of sets of permanent magnets (in this embodiment, a 16-pole magnet set and a 24-pole magnet set) having different numbers of pole pairs. Magnetic flux generating members (in this embodiment, a plurality of magnets 12) to be generated. The stator 20 includes a plurality of sets of windings (in this embodiment, two sets of windings 23 and 24 corresponding to 16 poles and 24 poles) that generate alternating magnetic fluxes corresponding to the number of pole pairs of each set of permanent magnets. Prepare. Here, the stator 20 is configured such that each set of windings 23 and 24 is arranged in the same slot for each slot 25, and a plurality of sets of windings 23 and 24 are provided for each set of windings. In addition, the current phases set in the same group are different while being energized independently. According to such a configuration, different electric motor characteristics can be obtained by energizing each pair of windings 23 and 24 individually. Thereby, the drive area | region of the electric motor 1 can be expanded and a torque and an output can be aimed at.

また、本実施形態において、複数組の巻線２３，２４は、巻線の組毎に、同一組内の各巻線の直列接続数および並列接続数の一方または両方が異ならされている。これにより、低回転大トルク用の巻線組と、高回転用の巻線組とを構成することができるので、電動機１の駆動領域を拡大することができる。 Further, in the present embodiment, the plurality of sets of windings 23 and 24 differ in one or both of the number of series connections and the number of parallel connections of each winding in the same set for each set of windings. Thereby, since the winding group for low rotation and large torque and the winding group for high rotation can be constituted, the drive area of the electric motor 1 can be expanded.

また、本実施形態において、複数組の巻線２３，２４は、大きい極対数に対応する組の巻線２４ほど、同一組内の各巻線の並列接続数が少なく設定されている。かかる構成によれば、大きい極対数に対応する組の巻線２４について、各巻線に供給される電流を大きくすることができるので、低回転大トルクを得ることができる。 Further, in the present embodiment, the plurality of sets of windings 23 and 24 are set such that the number of parallel connections of the respective windings in the same set is smaller as the set of windings 24 corresponding to a larger number of pole pairs. According to such a configuration, the current supplied to each winding can be increased for the set of windings 24 corresponding to a large number of pole pairs, so that a low rotation and large torque can be obtained.

また、本実施形態において、複数組の巻線２３，２４は、大きい極対数に対応する組の巻線２４ほど、巻線の巻回数が小さく設定され、かつ、素線の断面積が大きく設定される。かかる構成によれば、大きい極対数に対応する組の巻線２４について電流を大きく設定した場合であっても、電流密度を小さい極対数に対応する組の巻線２４の電流密度と同等にすることができる。これにより、大きい極対数に対応する組の巻線２４について大きな電流を流しても、熱性能の低下を抑制することができる。 Further, in the present embodiment, the plurality of sets of windings 23 and 24 are set such that the number of turns of the winding is set to be smaller and the cross-sectional area of the strands is set to be larger as the set of windings 24 corresponding to the larger number of pole pairs. Is done. According to such a configuration, even when a large current is set for the pair of windings 24 corresponding to the large number of pole pairs, the current density is made equal to the current density of the pair of windings 24 corresponding to the small number of pole pairs. be able to. Thereby, even if a big electric current is sent through the coil | winding 24 of a group corresponding to a large pole pair number, the fall of thermal performance can be suppressed.

また、本実施形態において、複数組の巻線２３，２４は、巻線の組毎に、異なるインバータ３２，３３を介して電流が供給されるとともに同一組内の各巻線の並列接続数が異なっている。ここで、インバータ３２，３３のそれぞれは、対応する組の巻線に供給する電流容量が互いに同一に設定されている。かかる構成によれば、異なる諸元の巻線２３，２４について、個々のインバータ３２，３３の素子構成を同一とすることができるので、低コスト化を図ることができる。 In the present embodiment, the plurality of windings 23 and 24 are supplied with current via different inverters 32 and 33 for each winding pair, and the number of parallel connections of the windings in the same group is different. ing. Here, each of the inverters 32 and 33 is set to have the same current capacity to be supplied to the corresponding pair of windings. According to such a configuration, since the element configurations of the individual inverters 32 and 33 can be made the same for the windings 23 and 24 having different specifications, the cost can be reduced.

また、本実施形態において、複数組の巻線２３，２４は、巻線の組毎に、負荷領域に対応して選択的に通電されており、低回転大トルク領域では、大きい極対数に対応する組の巻線２４へ通電が行われ、低トルク領域では、小さい極対数に対応する組の巻線２３へ通電が行われる。かかる構成によれば、各組の巻線２３，２４を使用する際の電動機効率が異なることを利用して、電動機１の効率向上を図ることができる。 In the present embodiment, the plurality of sets of windings 23 and 24 are selectively energized corresponding to the load region for each set of windings, and correspond to a large number of pole pairs in the low rotation large torque region. The pair of windings 24 is energized, and in the low torque region, the pair of windings 23 corresponding to a small number of pole pairs is energized. According to such a configuration, it is possible to improve the efficiency of the electric motor 1 by utilizing the fact that the electric motor efficiencies when using the windings 23 and 24 of each set are different.

なお、本実施形態によれば、２８極に対応する第２組の巻線２４に対する通電について、３相インバータを用いたが、６相インバータを用いた場合には、第２組の巻線２４は、インバータの出力に対して２並列２直列とすることも可能であり、また、１２相インバータを用いた場合には、第２組の巻線２４は、インバータの出力に対して２並列１直列とすることも可能である。 According to the present embodiment, a three-phase inverter is used for energizing the second set of windings 24 corresponding to 28 poles. However, when a six-phase inverter is used, the second set of windings 24 is used. Can be two parallel two series with respect to the output of the inverter, and when a 12-phase inverter is used, the second set of windings 24 is two parallel one with respect to the output of the inverter. It can also be in series.

また、図８に示したように、同一の動作点を出力するのに、２組の巻線２３，２４のどちらに通電しても概ね同じような効率である場合には、個々の巻線２３，２４のそれぞれの温度を検出する温度検出手段（例えば、熱電対やサーミスタ）を備えておく。これにより、温度の低い方の巻線２３，２４に優先的に通電することで、一方の巻線２３，２４の異常発熱を回避して運転することができる。 In addition, as shown in FIG. 8, in order to output the same operating point, if the current is substantially the same regardless of which of the two windings 23 and 24 is energized, individual windings are used. Temperature detection means (for example, a thermocouple or a thermistor) for detecting the respective temperatures 23 and 24 is provided. Thereby, it is possible to operate while avoiding abnormal heat generation of one of the windings 23 and 24 by preferentially energizing the lower windings 23 and 24.

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態にかかる電動機１について説明する。この第２の実施形態にかかる電動機１が、第１の実施形態のそれと相違する点は、２８極に対応する第２組の巻線２４への通電方法である。なお、第１の実施形態と重複する点については説明を省略することとし、以下、相違点を中心に説明を行う。 (Second Embodiment)
Hereinafter, the electric motor 1 concerning the 2nd Embodiment of this invention is demonstrated. The electric motor 1 according to the second embodiment is different from that of the first embodiment in a method of energizing the second set of windings 24 corresponding to 28 poles. In addition, suppose that description about the point which overlaps with 1st Embodiment is abbreviate | omitted, and demonstrates below centering on difference.

図９は、ステータ２０における２組の巻線２３，２４の巻線構成を具体的に説明する。本実施形態の電動機１を駆動する場合、１６極に対応する第１組の巻線２３のそれぞれに通電を行う第１の電源（図示せず）と、２８極に対応する第２組の巻線２４に通電を行う第２の電源（図示せず）とが個々のインバータ３２，３３を介して２組の巻線２３，２４にそれぞれ接続される。第１の電源に対応するインバータ３２を介して供給される電流は６００［Ａ］である。一方、第２の電源に対応するインバータ３３を介して供給される電流は、通常、３００［Ａ］であるが、瞬時に最大トルクを発生する必要がある時（瞬時最大トルク時）には、６００［Ａ］となる。 FIG. 9 specifically illustrates the winding configuration of the two sets of windings 23 and 24 in the stator 20. When driving the electric motor 1 of the present embodiment, a first power source (not shown) for energizing each of the first set of windings 23 corresponding to 16 poles and a second set of windings corresponding to 28 poles. A second power source (not shown) for energizing the line 24 is connected to the two sets of windings 23 and 24 via individual inverters 32 and 33, respectively. The current supplied through the inverter 32 corresponding to the first power supply is 600 [A]. On the other hand, the current supplied through the inverter 33 corresponding to the second power supply is normally 300 [A], but when the maximum torque needs to be generated instantaneously (at the time of the instantaneous maximum torque), 600 [A].

１６極に対応する第１組の巻線２３は、第１の実施形態と同様、スロット間位相差が１２０度で３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）必要となる。図９（ａ）は、第１組の巻線２３のうち、Ｕ相に対応する８つの巻線２３を模式的に示しているが、他の相についても同様である。Ｕ相に対応する８つの巻線２３は、それぞれ並列接続されており、この回路がインバータ３２のＵ相出力端子に接続されている。３相インバータ３２から出力されるＵ相電流は、Ｕ相に対応する各巻線２３に１／８づつ通電される。本ケースでは、Ｕ相電流が６００［Ａ］なので、Ｕ相に対応する１つの巻線２３あたり７５［Ａ］の電流が供給される。ここで、第１組の巻線２３のそれぞれは、断面積Ａの素線がステータティース２１に２０ターン巻かれて構成されている。 As in the first embodiment, the first set of windings 23 corresponding to 16 poles requires three phases (U phase, V phase, W phase) with a phase difference between slots of 120 degrees. FIG. 9A schematically shows eight windings 23 corresponding to the U phase in the first set of windings 23, but the same applies to the other phases. The eight windings 23 corresponding to the U phase are connected in parallel, and this circuit is connected to the U phase output terminal of the inverter 32. The U-phase current output from the three-phase inverter 32 is applied to each winding 23 corresponding to the U-phase by 1/8. In this case, since the U-phase current is 600 [A], a current of 75 [A] is supplied per winding 23 corresponding to the U-phase. Here, each of the first set of windings 23 is configured by winding a strand having a cross-sectional area A around the stator teeth 21 for 20 turns.

一方、２８極に対応する第２組の巻線２４は、第１の実施形態と同様、スロット間位相差が２１０度で、６相（３相インバータで反転相を用いることで６相相当（（Ｕ相、Ｖ_相、Ｗ相、Ｕ_相、Ｖ相、Ｗ_相）））とする。図９（ｂ）は、第２組の巻線２４のうち、Ｕ相およびその反転相であるＵ_相に対応する８つの巻線２４を模式的に示しているが、他の相についても同様である。Ｕ相およびＵ_相に対応する８つの巻線２４は、２並列４直列、具体的には、Ｕ相およびＵ_相が交互にそれぞれ２個づつ直列接続された回路を２つ並列接続することで構成されており、この回路がインバータ３３のＵ相出力端子に接続されている。３相インバータ３３から出力されるＵ相電流は、Ｕ相およびＵ_相に対応する各巻線２４に１／２づつ通電される。本ケースでは、Ｕ相電流が通常３００［Ａ］なので、Ｕ相およびＵ_相に対応する１つの巻線２３あたり１５０［Ａ］の電流が供給される。ここで、第２組の巻線２４のそれぞれは、断面積２Ａの素線がステータティース２１に１０ターン巻かれて構成されている。 On the other hand, as in the first embodiment, the second set of windings 24 corresponding to 28 poles has a slot phase difference of 210 degrees and 6 phases (corresponding to 6 phases by using an inverted phase in a 3-phase inverter ( (U phase, V_ phase, W phase, U_ phase, V phase, W_ phase))). FIG. 9 (b) schematically shows eight windings 24 corresponding to the U phase and the U_phase that is the inverted phase of the second set of windings 24. It is the same. The eight windings 24 corresponding to the U phase and the U_ phase are connected in parallel in two parallel 4 series, more specifically, two circuits in which two U phases and two U phases are alternately connected in series. This circuit is connected to the U-phase output terminal of the inverter 33. The U-phase current output from the three-phase inverter 33 is energized by 1/2 to each winding 24 corresponding to the U-phase and the U_phase. In this case, since the U-phase current is usually 300 [A], a current of 150 [A] is supplied per winding 23 corresponding to the U-phase and the U_-phase. Here, each of the second set of windings 24 is configured by winding a wire having a cross-sectional area of 2A around the stator teeth 21 for 10 turns.

図９（ｃ）に示すように、本実施形態では、各スロット２５には、上述したような第１組の巻線２３と、第２組の巻線２４とがそれぞれ配置されている。ここで、各スロット２５のスロット断面積Ｓ（スロット２５間における巻線エリア面積）は、第１組の巻線２３に対応する巻線エリア面積と、第２組の巻線２４に対応する巻線エリア面積との和になる。第１組の巻線２３に対応する巻線エリア面積は、２０ターンと素線断面積Ａとの積算値（２０Ａ）として演算され、第２組の巻線２４に対応する巻線エリア面積は、１０ターンと素線断面積２Ａとの積算値（２０Ａ）として演算される。すなわち、各スロット２５のスロット断面積Ｓは、上述した一般的な電動機１００と同様の４０Ａとなる。また、第１組の巻線２３と、第２組の巻線２４とに流れる各電流値を比較すると、第２組の巻線２４には第１組の巻線２３と比較して２倍の電流が流れるが、第２組の巻線２４は第１組の巻線２３と比較して２倍の断面積を有するため電流密度はそれぞれ７５／Ａで同等となる。 As shown in FIG. 9C, in this embodiment, the first set of windings 23 and the second set of windings 24 as described above are arranged in each slot 25, respectively. Here, the slot cross-sectional area S of each slot 25 (winding area area between the slots 25) corresponds to the winding area area corresponding to the first set of windings 23 and the winding corresponding to the second set of windings 24. It is the sum of the line area. The winding area area corresponding to the first set of windings 23 is calculated as an integrated value (20A) of 20 turns and the wire cross-sectional area A, and the winding area area corresponding to the second set of windings 24 is It is calculated as an integrated value (20A) of 10 turns and the wire cross-sectional area 2A. That is, the slot cross-sectional area S of each slot 25 is 40A similar to the general electric motor 100 described above. Further, when the current values flowing through the first set of windings 23 and the second set of windings 24 are compared, the second set of windings 24 is twice as large as the first set of windings 23. However, since the second set of windings 24 has a cross-sectional area that is twice that of the first set of windings 23, the current density is equal to 75 / A.

また、本実施形態では、瞬時最大トルク時には、第２の電源からインバータ３３を介して６００［Ａ］の電流が供給される。そのため、第２組の巻線２４において、Ｕ相およびＵ_相に対応する１つの巻線２３あたり３００［Ａ］の電流が供給される。この場合、第２組の巻線２４の電流密度は１５０／Ａとなり、通常時の２倍の電流密度となる。 In the present embodiment, a current of 600 [A] is supplied from the second power source via the inverter 33 during the instantaneous maximum torque. Therefore, in the second set of windings 24, a current of 300 [A] is supplied per winding 23 corresponding to the U phase and the U_ phase. In this case, the current density of the second set of windings 24 is 150 / A, which is twice the current density as normal.

図１０は、第２の実施形態にかかる電動機１の回転数ＲとトルクＴとの特性（ＮＴ特性）を示す説明図である。同図において、Ｌｃは、一般的な電動機１００のＮＴ特性を示す。また、Ｌｐ１は、２８極に対応する第２組の巻線２４に通電（３００［Ａ］）した際の電動機１のＮＴ特性を示し、Ｌｐ２は、１６極に対応する第１組の巻線２３に通電した際の電動機１のＮＴ特性を示す。また、Ｌｐ３は、２８極に対応する第２組の巻線２４に通電（６００［Ａ］）した際の電動機１のＮＴ特性を示す。本実施形態にかかる電動機１は、Ｌｐ３で示すように、インバータ３３を介して６００［Ａ］に電流を倍増させることで、一般的な電動機１００と比較して、大幅にトルクを増大させることができ、また、回転数がＲｔ以上の領域では、出力を増大させることができる。また、本実施形態にかかる電動機１は、瞬時最大トルク時には、インバータ３３を介して６００［Ａ］の電流が供給されることとなるが、スロット２５内の平均電流密度は、７５／Ａであり、一般的な電動機１００と同等である。 FIG. 10 is an explanatory diagram showing characteristics (NT characteristics) between the rotational speed R and the torque T of the electric motor 1 according to the second embodiment. In the same figure, Lc shows the NT characteristic of the general electric motor 100. Lp1 indicates the NT characteristic of the electric motor 1 when the second set of windings 24 corresponding to 28 poles is energized (300 [A]), and Lp2 is the first set of windings corresponding to 16 poles. 23 shows the NT characteristic of the electric motor 1 when energized. Lp3 indicates the NT characteristic of the electric motor 1 when the second set of windings 24 corresponding to 28 poles is energized (600 [A]). As shown by Lp3, the electric motor 1 according to the present embodiment can greatly increase the torque as compared with the general electric motor 100 by doubling the current to 600 [A] via the inverter 33. In addition, the output can be increased in the region where the rotational speed is Rt or more. In the electric motor 1 according to the present embodiment, a current of 600 [A] is supplied through the inverter 33 at the moment of maximum torque, but the average current density in the slot 25 is 75 / A. This is equivalent to the general electric motor 100.

このように本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、各組の巻線２３，２４に個別に通電することで、それぞれ異なる電動機の特性を得ることができる。これにより、電動機１の駆動領域が拡大し、トルクや出力の向上を図ることができる。 As described above, according to the present embodiment, similar to the first embodiment, different characteristics of the motor can be obtained by individually energizing the windings 23 and 24 of each set. Thereby, the drive area | region of the electric motor 1 can be expanded and a torque and an output can be aimed at.

また、本実施形態において、複数組の巻線２３，２４は、２組の巻線で構成され、小さい極対数に対応する一方の組の巻線２３に第１の電流（６００［Ａ］）が通電されるとともに、大きい極対数に対応する他方の組の巻線２４に第２の電流（３００［Ａ］）または第１の電流（６００［Ａ］）が選択的に通電されている。この場合、他方の組の巻線２４に第１の電流が通電される際に、この他方の組の巻線２４の電流密度が、一方の組の巻線２３の電流密度よりも大きくなるように、一方の組の巻線２３が、他方の組の巻線２４よりも、素線の断面積が小さく、かつ、巻回数が多く設定される。かかる構成によれば、他方の組の巻線２４について、第２の電流を通電している際には、一方の組の巻線２３と同等な電流密度とすることができる。また、他方の組の巻線２４について、第１の電流を通電している際には、一方の組の巻線２３よりも大きな電流密度となるものの、素線の断面積が小さい分巻回数が多いので、最大トルクの向上を大幅に望むことができる。これにより、電動機１の駆動領域の拡大を図ることができる。 In the present embodiment, the plurality of sets of windings 23 and 24 are constituted by two sets of windings, and a first current (600 [A]) is applied to one set of windings 23 corresponding to a small number of pole pairs. Is energized, and the second current (300 [A]) or the first current (600 [A]) is selectively energized to the other set of windings 24 corresponding to the large number of pole pairs. In this case, when the first current is applied to the other set of windings 24, the current density of the other set of windings 24 is greater than the current density of the one set of windings 23. In addition, one set of windings 23 is set to have a smaller cross-sectional area of the wire and a larger number of turns than the other set of windings 24. According to such a configuration, when the second current is supplied to the other set of windings 24, the current density can be made equal to that of the one set of windings 23. In addition, when the first current is applied to the other set of windings 24, the number of turns is small, although the current density is larger than that of the other set of windings 23, but the cross-sectional area of the strand is small. Since there are many, improvement of the maximum torque can be greatly desired. Thereby, the drive area of the electric motor 1 can be expanded.

（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態にかかる電動機１について説明する。この第３の実施形態にかかる電動機１の特徴の一つは、ステータ２０における２組の巻線２３，２４の巻線構成である。なお、第１または第２の実施形態と重複する点については説明を省略することとし、以下、相違点を中心に説明を行う。 (Third embodiment)
Hereinafter, the electric motor 1 concerning the 3rd Embodiment of this invention is demonstrated. One of the features of the electric motor 1 according to the third embodiment is the winding configuration of the two sets of windings 23 and 24 in the stator 20. It should be noted that description of points that are the same as those in the first or second embodiment will be omitted, and the following description will focus on differences.

図１１に示すように、第１の実施形態の電動機１において、ステータティース２１には、１６極に対応する第１組の巻線２３（１６ターン）と、２８極に対応する第２組の巻線２４（６ターン）とがそれぞれ径方向に隣接して巻回されている。また、図示しないが、第２の実施形態の電動機１においても、ステータティース２１には、１６極に対応する第１組の巻線２３（２０ターン）と、２８極に対応する第２組の巻線２４（１０ターン）とがそれぞれ径方向に隣接して巻回されている。しかしながら、特に第２の実施形態で示すように、瞬時最大トルク時に大電流が流れる場合、スロット２５内の平均電流密度は一般の電動機１と同様であるものの、２８極に対応する第２組の巻線２４のみが発熱源となり、この温度分布が大きくなる可能性がある。 As shown in FIG. 11, in the electric motor 1 of the first embodiment, the stator teeth 21 have a first set of windings 23 (16 turns) corresponding to 16 poles and a second set corresponding to 28 poles. Windings 24 (6 turns) are wound adjacent to each other in the radial direction. Although not shown, also in the electric motor 1 of the second embodiment, the stator teeth 21 include a first set of windings 23 (20 turns) corresponding to 16 poles and a second set corresponding to 28 poles. Windings 24 (10 turns) are wound adjacent to each other in the radial direction. However, as shown in the second embodiment in particular, when a large current flows at the moment of maximum torque, the average current density in the slot 25 is the same as that of the general electric motor 1, but the second set corresponding to 28 poles. Only the winding 24 becomes a heat source, and this temperature distribution may become large.

そこで、第３の実施形態では、図１２に示すように、１６極に対応する第１組の巻線２３をステータティース２１の内周側に配置し、この第１組の巻線２３の外周側に２８極に対応する第２組の巻線２４を配置する。この場合、第１組の巻線２３と第２組の巻線２４とが積層状に配置されることとなるので、第１組の巻線２３と第２組の巻線２４との接触面積が増大させることができる。これにより、温度上昇した第２組の巻線２４の熱を第１組の巻線２３側に効果的に伝えることができるので、第２組の巻線２４側の温度上昇を効果的に抑制することができる。かかる構成は、電動機１において、スロット２５が冷媒流路となるような直接冷却構造を備える構成においても有効である。 Therefore, in the third embodiment, as shown in FIG. 12, the first set of windings 23 corresponding to 16 poles are arranged on the inner peripheral side of the stator teeth 21, and the outer periphery of the first set of windings 23 is arranged. A second set of windings 24 corresponding to 28 poles are arranged on the side. In this case, since the first set of windings 23 and the second set of windings 24 are arranged in a stacked manner, the contact area between the first set of windings 23 and the second set of windings 24 Can be increased. As a result, the heat of the second set of windings 24 whose temperature has risen can be effectively transferred to the first set of windings 23 side, so that the temperature rise on the second set of windings 24 side is effectively suppressed. can do. Such a configuration is also effective in a configuration including a direct cooling structure in which the slot 25 serves as a refrigerant flow path in the electric motor 1.

また、図１３に示すように、ステータティース２１に対して、１６極に対応する第１組の巻線２３の素線と、２８極に対応する第２組の巻線２４の素線とを、それらがなるべく隣り合うように巻回することで、第１組の巻線２３および第２組の巻線２４を構成してもよい。この場合、第１組の巻線２３と、第２組の巻線２４との接触面積が増大させることができる。これにより、温度上昇した第２組の巻線２４の熱を第１組の巻線２３側に効果的に伝えることができるので、第２組の巻線２４側の温度上昇を効果的に抑制することができる。これにより、第２組の巻線２４側の温度上昇を効果的に抑制することができる。 Further, as shown in FIG. 13, for the stator teeth 21, the first set of winding wires 23 corresponding to 16 poles and the second set of winding wires 24 corresponding to 28 poles are arranged. The first set of windings 23 and the second set of windings 24 may be configured by winding them so that they are adjacent to each other as much as possible. In this case, the contact area between the first set of windings 23 and the second set of windings 24 can be increased. As a result, the heat of the second set of windings 24 whose temperature has risen can be effectively transferred to the first set of windings 23 side, so that the temperature rise on the second set of windings 24 side is effectively suppressed. can do. Thereby, the temperature rise at the second set of windings 24 can be effectively suppressed.

さらに、図１４に示すように、ステータティース２１およびバックヨーク２２で構成されるステータコアの外周側のケース部材２６に放熱用の冷媒通路２７を備える構成である場合、電動機１内の温度分布は、ステータコアよりも巻線の方が大となる。この場合には、発熱側である２８極に対応する第２組の巻線２４をステータティース２１の内周側に配置し、この第２組の巻線２４の外周側に２８極に対応する第１組の巻線２３を配置することが好ましい。 Furthermore, as shown in FIG. 14, in the case where the case member 26 on the outer peripheral side of the stator core configured by the stator teeth 21 and the back yoke 22 is configured to include a heat radiation refrigerant passage 27, the temperature distribution in the electric motor 1 is The winding is larger than the stator core. In this case, the second set of windings 24 corresponding to the 28 poles on the heat generation side is disposed on the inner peripheral side of the stator teeth 21, and the second set of windings 24 corresponds to the 28 poles on the outer peripheral side. A first set of windings 23 is preferably arranged.

また、図１２〜１４に示す手法において、第１組の巻線２３と第２組の巻線２４との間に、熱伝導性を高める充填剤を配置することにより、さらに両者の熱抵抗の低減を図ることができる。この充填剤としては、一般的に用いられるワニスの含浸が考えられるが、固体の熱伝導剤を両者の間に挟みこんでもよい。 Moreover, in the method shown in FIGS. 12-14, by arrange | positioning the filler which improves thermal conductivity between the 1st set coil | winding 23 and the 2nd coil | winding 24, the thermal resistance of both is further increased. Reduction can be achieved. As the filler, generally used varnish impregnation is conceivable, but a solid heat conductive agent may be sandwiched between the two.

１…電動機
１０…ロータ
１１…ロータコア
１２…磁石
２０…ステータ
２１…ステータティース
２２…バックヨーク
２３…巻線
２４…巻線
２５…スロット
３０…第１の電源
３１…第２の電源
３２…インバータ
３３…インバータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electric motor 10 ... Rotor 11 ... Rotor core 12 ... Magnet 20 ... Stator 21 ... Stator teeth 22 ... Back yoke 23 ... Winding 24 ... Winding 25 ... Slot 30 ... 1st power supply 31 ... 2nd power supply 32 ... Inverter 33 ... Inverter

Claims

A rotor including a magnetic flux generation member that generates a magnetic flux corresponding to a plurality of sets of permanent magnets each having a different number of pole pairs.
A stator having a plurality of sets of windings each generating an alternating magnetic flux corresponding to the number of pole pairs of each set of permanent magnets;
The stator is configured by arranging each set of windings in the same slot for each slot,
The plurality of sets of windings can be energized independently for each set of windings and have different current phases set in the same set.

2. The electric motor according to claim 1, wherein in the plurality of windings, one or both of the number of series connections and the number of parallel connections of the windings in the same set are different for each set of windings.

3. The electric motor according to claim 2, wherein the plurality of sets of windings are set such that the number of windings corresponding to a larger number of pole pairs is set so that the number of parallel connections of each winding in the same set is smaller.

The plurality of sets of windings are characterized in that the number of turns of the winding is set to be smaller and the cross-sectional area of the strand is set to be larger for a set of windings corresponding to a larger number of pole pairs. The electric motor described in any one of 1 to 3.

The plurality of sets of windings are supplied with current through different inverters for each set of windings, and the number of parallel connections of each winding in the same set is different.
5. The electric motor according to claim 1, wherein each of the inverters has the same current capacity supplied to the winding.

The plurality of sets of windings are composed of two sets of windings, and a first current is passed through one set of windings corresponding to a small number of pole pairs and the other set corresponding to a large number of pole pairs. The winding is selectively energized with a second current smaller than the first current or the first current,
When the first current is applied to the other set of windings, the one set of windings is set so that the current density of the other set of windings is greater than the current density of the one set of windings. 4. The winding according to claim 1, wherein the winding of the other set has a smaller cross-sectional area of the wire than the winding of the other set and the number of turns is set to be larger. Electric motor.

7. The plurality of sets of windings, wherein different sets of windings are arranged in a stacked manner, or different sets of windings are wound adjacent to each other. An electric motor described in any of the above.

The electric motor according to claim 7, wherein the plurality of sets of windings are filled with an insulating agent having thermal conductivity between different sets of windings.

The stator has a cooling mechanism for circulating a refrigerant in the slot,
8. The electric motor according to claim 7, wherein the plurality of sets of windings are arranged on the outer peripheral side as a set of windings having a higher current density.

The stator has a cooling mechanism for circulating a refrigerant on the outer peripheral side of the stator core,
8. The electric motor according to claim 7, wherein the plurality of sets of windings are arranged such that a contact area with the stator core increases as a set of windings having a higher current density.

The plurality of sets of windings are selectively energized to each set corresponding to the load region, and in the low rotation large torque region, energization is performed to the set of windings corresponding to a large number of pole pairs, and the low torque 4. The electric motor according to claim 1, wherein in a region, energization is performed to a set of windings corresponding to a small number of pole pairs. 5.

The plurality of sets of windings are preferentially energized to a set of windings having a low winding temperature when the same output can be obtained when each set of windings is energized. Item 4. The electric motor according to any one of Items 1 to 3.