JP4525118B2 - 電動機 - Google Patents

Description

本発明は、電動機、特に半径方向加振力により発生する電磁振動や騒音の発生を抑制するようにしたロータ構造の技術分野に属する。

電動機は、自動車用の動力源として、電動機単体として用いられるほか、エンジン等と組み合わせたハイブリッドシステムとしても必須のユニットである。従って、電動機も出力や発生トルク増大が求められ、その本体も大型化してきているため、電動機に発生する半径方向の電磁加振力の増大を招き、電磁加振力により振動・騒音が発生している。

ここで、半径方向の電磁加振力は、回転子と固定子の相対移動時に、回転子の磁極から発生する界磁磁束の磁路が、固定子に設けられたスロットの開口部を回転子の磁極が横切る毎に周期的に変化し、ギャップでの磁束分布に変化が生じることにより発生する。半径方向の電磁加振力の回転次数・空間次数・振幅は、回転子の有効磁極開角の極数と固定子に設けられたスロット数に依存する。

一方、例えば、車室内の快適環境の追求により、振動・騒音の低減要求が大きくなってきていて、振動・騒音低減技術の一つとして、電動機の回転子にスキューを設けることが行われている。従来のスキューを設ける手段としては、例えば、以下のようなものが挙げられる。

特許文献１では、ピース状の永久磁石を外周面上に等分布された位置に固着してロータを製造する過程でシャフトの外周面を軸線方向に複数個に等分割し、各分割された列にてプレス加工でシャフトの外周面上に突起を形成し、それらを各永久磁石の位置決め用として各永久磁石を固着し、突起の上表面にバランスウェイトを必要に応じて付着させスキューを設け、永久磁石の位置決めとスキュー角の確保と工程の簡略化並びに部品点数の削減を図っている。

特許文献２では、モータシャフトに位置決め溝をガイドとして軸方向に多極着磁された複数のリング状永久磁石の同極同士を間隙ｔを対向させることにより、磁極線をラジアル方向に向かせるようにロータ磁石を構成し、表面磁束密度の特性を著しく向上し、モータの小型化、高性能化を図っている。

特許文献３では、磁石内蔵型回転子を、回転方向に交互に極性が異なる磁極を形成するように複数個の永久磁石を内蔵した複数の分割筒状体と、これらを積層状態で支持するシャフトとによって構成する。前記分割筒状体をそれぞれの磁極が回転方向にずらした状態で軸方向に積層してシャフト上に嵌装し、回転方向で係合させることにより一体的に連結する。このことによりトルクリプルを低減し、回転子の円滑な回転を確保し、低コストな回転機を得ている。ここで、「トルクリプル」とは、電流による磁束と磁石による磁束との相互作用を原因として発生するトルク変動をいい、例えば、三相全波駆動の場合に電流の基本周波数の６ｎ倍の周波数となる。

特許文献４では、永久磁石が装着されたロータと複数のスロットを有するステータとで構成されるブラシレスＤＣモータにおいて、ロータの有効磁極開角がステータのスロットピッチの整数倍に１スロットオープニングに相当する角度を加えた値に設定し、ロータを軸方向に複数分割し、分割されたロータがそれぞれのコギングトルクに関して１／２周期に相当する機械角度分を軸方周りにずらして構成するようにしている。ここで、「コギングトルク」とは、ロータ位置によるステータとロータの静的な磁気吸引力の差を原因として発生するトルクの回転角に対する変化、いわゆる、トルクムラのことをいう。
特開平６−２４５４１７号公報 特開２０００−２４５１１７号公報 特開２０００−３０８２８６号公報 特開２００１−３５９２６６号公報

しかしながら、これら従来の電動機にあっては、下記に述べる問題がある。
特許文献１については、コギングトルク低減や、アンバランス力の低減、部品点数の削減には有効であるが、半径方向電磁加振力による振動・騒音低減効果は少ない。
特許文献２については、コギングトルクの低減については有効であるが、隙間を設けることが不可能な場合には適用できず、また、半径方向電磁加振力による振動・騒音低減効果はない。
特許文献３については、トルクリプル低減については効果はあるが、半径方向電磁加振力による振動・騒音低減については必ずしも効果はない。
特許文献４については、コギングトルクによって発生する回転軸の曲げ振動の抑制には効果がある。しかし、内転型モータの半径方向電磁加振力により発生する固定子の軸方向曲げ変形モードに対しては抑制効果は必ずしもない。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、電動機の半径方向電磁加振力に起因する振動を有効に低減し、その結果、騒音低減要求に応える低騒音の電動機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、永久磁石が装着されたロータと複数のスロットを有するステータとで構成される電動機において、
前記ロータを、奇数個のロータ分割ピースとして、前記ロータの軸方向中心から等しい位置において分割し、
隣接する前記ロータ分割ピースの磁束方向を円周方向に所定角度ずらして、隣接する前記ロータ分割ピースにより発生する電磁加振力を互いに反対方向に発生させ、
前記電磁加振力のロータ軸線方向積分値が略0となるように各ロータ分割ピースの分割位置を決めたことを特徴とする。
また本発明では、永久磁石が装着されたロータと複数のスロットを有するステータとで構成される電動機において、
前記ロータを、奇数個のロータ分割ピースとして分割し、
隣接する前記ロータ分割ピースの磁束方向を円周方向に所定角度ずらして、隣接する前記ロータ分割ピースにより発生する電磁加振力を互いに反対方向に発生させ、
前記ロータの軸長を2L、前記ロータの軸方向位置をx、前記ロータの軸方向の中心をx=0、前記ロータの軸方向位置xにおける半径方向の電磁加振力をF(x)、あるロータ分割ピースにより発生する電磁加振力をF(+Skew)、F(+Skew)の電磁加振力を発生するロータ分割ピースに隣接する別のロータ分割ピースにより発生する電磁加振力をF(-Skew)、隣接するロータ分割ピースに発生する電磁加振力比をrとしたときに、

の３式を満たす位置で前記ロータを分割したことを特徴とする。

よって、本発明の電動機にあっては、ロータの軸方向分割を奇数分割とし、その隣接するロータ分割ピースを所定の角度だけ円周方向にずらすスキューを行って電磁加振力を異ならせたことで、＋側のスキューでステータに働く電磁加振力と−側のスキューでステータに働く電磁加振力とが等しくならない運転状態においても低減させたい振動モードの加振力条件を満足する分割点をとることが可能である。加えて、所定の運転状態における電動機構造のもつ振動モードと電磁力加振モードの積のロータ軸方向積分値が略０となるように各ロータ分割ピースの分割位置を決めたことで、電動機構造がもつ振動モードのベクトルを電磁力加振モードのベクトルが打ち消し、電動機構造がもつ振動モードを励起が抑えられる。このため、電動機の半径方向電磁加振力に起因する振動を有効に低減し、その結果、騒音低減要求に応える低騒音の電動機を提供することができる。

以下、本発明の電動機を実施するための最良の形態を、図面に示す実施例１に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は実施例１の電動機のステータ及びロータを示す断面斜視図、図２は実施例１の電動機を示す外観図である。図２は実施例１の電動機１００であり、この内側に、永久磁石を配置したロータと、磁性体の積層鋼板を積み重ねたステータが内装されている。

実施例１の電動機１００は、図１に示すように、外側のステータ８には、コイルを巻きつける多数のスロットが形成され、更にその内側には、回転軸９に支持されたロータ１が保持されている。前記ロータ１には、永久磁石１０が複数配置され、ロータ１とステータ８とのエアギャップを通して、磁路が形成される。なお、ロータ１には、スキューを行うために軸方向に複数のロータ分割ピース２，３，４に奇数分割（この実施例１では３分割であり、ａ，ｂは分割位置を示す。）を実施している。

前記複数のロータ分割ピース２，３，４の隣接するピースの位相差は、例えば、４８スロットの場合は、その1/2スロットの3.75°だけ周方向にずらすことで、加振力の位相が180°反転する。本実施例１では、ロータ分割ピース２の磁石の取り付け位置５と、ロータ分割ピース４の磁石の取り付け位置７とが、隣接するロータ分割ピース３の磁石の取り付け位置６に対して、上記の位相がずれていることになり、この結果、各ロータ分割ピース２，３，４によってステータ８並びにハウジング１１の半径方向に作用する電磁加振力の位相としては、０、π、０radの関係となる。

詳しくは後述するが、実施例１では、下記の構成を採用している。
永久磁石１０が装着されたロータ１と複数のスロットを有するステータ８とで構成される電動機において、前記ロータ１の軸方向分割を奇数分割とし、その隣接するロータ分割ピース２，３，４を所定角度だけ円周方向にずらすスキューを行って電磁加振力を異ならせ、且つ、所定の運転状態（電動機回転数、電動機負荷）における電動機構造のもつ振動モードと電磁力加振モードの積のロータ軸方向積分値が略０となるように各ロータ分割ピース２，３，４の分割位置を決めている。

前記電動機構造のもつ振動モードとは、ステータ８とハウジング１１が一体的あるいはハウジング１１が単独で振動するモードであり、ハウジング１１の半径方向に同相に振動し、且つ、軸方向には同相に振動する円環０次−軸方向０次モードと、ハウジング１１の半径方向に同相に振動し、且つ、軸方向にはハウジング端部で逆相に振動する円環０次−軸方向１次モードであり、該モード形状を励起しないように、ロータ１の軸長を２Ｌ、軸方向をｘ軸とした際に、

の３式を満足するように、前記ロータ１の軸方向分割を奇数分割としている。
なお、+Skewおよび-Skewとは、一般的な言い回しでは無く、便宜上の呼び方であることを付記する。通常は、スキューを加えない電磁加振力に対して、あるロータ角度を＋側に捩った場合に発生する電磁加振力部位であり、−側に捩った場合をその逆と定義しているだけである。従って、ある基準に対する相対的なものであり、正負の基準の取り方によっては、逆転することがあり得る。

前記円環０次−軸方向０次共振と円環０次−軸方向１次共振の発生周波数が、電動機１００の主要電磁加振力次数で励起される運転領域は、隣接するロータ分割ピース２，３，４に作用する電磁加振力が等しくならない領域に含まれるように構成している。

前記隣接するスキューピース２，３，４に作用する電磁加振力が等しくならない領域は、電動機１００を弱め磁束制御する領域であり、本領域に、円環０次−軸方向０次共振と円環０次−軸方向１次共振が存在するように構成している。

ハウジング１１の半径方向に同相に振動し、且つ、軸方向にはハウジング両端部で同相・ハウジング中央部で逆相に振動する円環０次−軸方向２次以上の振動モードが、電動機１００の主要電磁加振力次数で励起される運転領域（例えば、10000rpm以下）には、存在しないように構成している。

前記ロータ１の軸方向分割を奇数分割として、その分割位置は、円環０次−軸方向０次の共振周波数における、隣接するロータ分割ピース２，３，４に発生する電磁加振力比に応じ、

の３式を満足する位置で分割している。

前記ロータ１の軸方向分割を３分割とすると共に、隣接するロータ分割ピース２，３，４を1/2スロットの角度だけ円周方向にずらすスキューを行って電磁加振力の位相を180°反転させ、隣接する電磁加振力比が２倍の場合、全長が2Lのロータ１の端からの分割長を、2L/3、2L/3、2L/3とし、隣接する電磁加振力の位相は、180°シフトしている。なお、前記ロータ１の軸方向分割長の公差は、ロータ全長を2Lとしたとき、±0.1Lとしている。

次に、作用を説明する。

［背景技術］
電動機は、自動車用の動力源として、電動機単体として用いられるほか、エンジンやフューエルセルと組み合わせたハイブリッドシステムとしても必須のユニットである。
従って、かつてエンジンが、出力向上を競った歴史と同じ様に電動機も出力や発生トルク増大が求められその本体も大型化してきている。このことは、とりも直さず、電動機に発生する電磁加振力の増大を招き、大型化して放射面が大きくなった電動機からは、高周波の音が従来以上に発生している。特に、モータの磁極数に依存する高次の電磁加振力が、電動機の構造に起因する共振モードを励起すると、極めて耳障りとなる高い音色の騒音となる。

自動車用の動力源として用いられるような電動機において、特に半径方向電磁加振力により発生する電磁振動、騒音の発生を抑制する従来技術としては、主にモータハウジングの剛性を向上させるなど、構造の改善に焦点を当てたものが主流であるが、剛性向上を行っても問題となる構造共振の最低次固有値を、電動機の運転領域よりも高い周波数へ上昇させるのは困難であった。

ここで、図３にモータ騒音の発生状況の一例を示す。この例は、４極対８磁極の電動機であり、ステータのスロット数が48ケ所あることで回転48次の影響が大きく、7500rpm近傍に存在する共振周波数（モータのハウジング部が膨張収縮し、発音効率の高い円環０次、軸方向０次と１次）が励起されて、騒音全体のエネルギの内、7500rpmでは100％がこの共振に依存する。また、電動機による加振力としては、図５(a)に示すような電動機のステータ101に同相で入るため、構造共振は、図４に示すような円環０次で軸方向ｎ次モードが問題となりやすい。中でも図４(a)の円環０次−軸方向０次モードは、全体が同相で振動するため最も放射効率が高い。

そこで、構造の振動モードと電磁加振力との位相を考慮して、構造のモードを励起しづらい入力に関する発明を、日立製作所と本出願人との共同出願を行った（特願2003-151917号）。この先行技術では、トルクリプル低減に用いられてきたスキュー構造を活用して、電動機に固有の振動モードを励起しないように、ロータの軸方向を４分割（４ｎ以上）または６分割（６ｎ以上）を分割した上で、各分割ピースが発生する加振力を180°ずらすことで、加振力をキャンセルさせる。

そこで、先願である特願2003-151917号の明細書及び図面では、図５(b)のようにスキューする角度によっては、ハウジングに作用する電磁加振力の位相を180°シフトできるという特性を利用した４分割以上での構造提案であった。ここでは、図６を用いて概念を説明する。

図６(a)に示す通り、ステータの左（101（a））には、ある位相ではその円筒部を全て外側に押し広げるような電磁加振力が入る。一方、ステータの右半分（101(b)）には、左側とは、180°位相が進んだ（あるいは遅れた）電磁加振力が作用するため、位相を180°シフトさせた図６(b)では、図６(a)と同相の加振力を示す。従って、同時に電磁加振力を作用させると、一方の加振力が他方の加振力をキャンセルするような加振力となる。しかしながら、２分割では、すぐ想像できるように、軸を回転させるモーメント入力がキャンセルできないため、４分割以上でモーメントをキャンセルしている。

この状況を数式による一般解としての展開を図７に示す。図７(a)は、円環０次で軸方向０次を励起させない加振力の条件であり、図７(b)は、円環０次で軸方向１次モードを励起させないモーメントの釣り合い式である。また、図７(c)は、円環０次で軸方向２次モードを励起しない加振力の条件である。但し、軸方向の２次モードが発生するのは、電動機の主たる運転領域外のことが多く、この条件式を必ず満足する必要は無い。さて、この式の展開には、実質的に一つの条件が付与されている。図８に示すのは、１次モードを励起しないモーメントの釣り合い式であるが、＋側のSkewでステータに働く電磁加振力と−側のSkewでステータに働く電磁加振力は、実質的に等しいという前提からスタートする。この条件に基づき、モーメントの釣り合い式を解くと分割位置を１/√２とすれば、良いことが分かるし、この分割位置でなおかつ加振力が等しければ０次も２次も励起しない。

ところが、図９に示すように、１次モードを励起しないようにすることは、＋側Skewによる電磁加振力と−側Skewによる電磁加振力が等しくなくても、唯一、１/√２を分割点にすれば可能であるものの、そのような分割点では、０次や２次をターゲットにした加振力の条件を満足させることは出来ない。

また、通常、電動機では高速回転時には、磁石による起電力が端子電圧を上昇させてしまいモータの限界端子電圧を超えてしまう。そこで、図１０に示すように、電動機の高速回転域では弱め磁束制御を行うが、これを達成するためには、Id電流をIq電流より大きくする傾向となっている。ここで、「Id電流」および「Iq電流」とは、同期モータにおいて、回転子部に配置した永久磁石が発生する磁束の方向をｄ軸、ｄ軸に直交する方向をｑ軸と呼び、各時刻における磁極位置と三相電流のベクトル和である電流ベクトルのｄ軸成分を「Id電流」といい、電流ベクトルのｑ軸成分を「Iq電流」という。なお、時刻により三相電流の大きさは変化しているが、Id電流とIq電流は時刻にかかわらず常に一定値（直流量）である。

しかしながら、図１１に示す通り、Id電流とIq電流とに応じて電磁加振力は、マップ上において一定値を取り得ないことで、＋側のSkewと−側のSkewを行った時で、且つ、3000回転程度より高いモータ回転数では、図１２のモータ回転数に対する＋Skew/−Skewの比をあらわす特性に示すように、＋Skew側の電磁加振力と−Skew側の電磁加振力は等しくならない（＋Skew/−Skew≠１）。

また、図１２の右上に記載のように、一般的にはこの加振力が釣り合わない領域に、円環０次系の３つの振動モードが集中しており（軸方向１次モードと軸方向０次モードは8000rpm前後の領域、軸方向２次モードは10000rpmを超える領域）、先願の±Skewの電磁加振力が等しいことを前提とした分割では、円環０次系の振動モードを抑制するのには不十分である。

［ロータの分割方法］
次に、実施例１でのロータ１をロータ分割ピース２，３，４に分割する方法について説明する。
最初に、図１３の簡略モデルを用いて考える。ここで、再度記述するが、電動機からの発音は、図４に示すような円環０次で軸方向に０次からｎ次の振動モードが起きることで騒音が発生する。電磁加振力は、半径方向に同相に働くが、複数に分割したピースに働く半径方向の電磁加振力の位相を、構造のもつ振動モードと直交するような（即ち、加振力のベクトルが、振動モードベクトルと同一の向きとならないために、その振動モードを励起しないような）分割構成としていることで放射音を抑制できるので、そのような分割位置を捜すことをしたい。

図１３(a)では、ロータの軸長を-LからLまでの2Lとして、その軸であって紙面に右方向をｘ軸の正方向として、中央位置を原点としている。今、ロータに作用する電磁加振力は、例えば、弱め磁束制御を行う時には釣り合わないため、＋Skew側の電磁加振力の絶対値が、−Skew側の電磁加振力絶対値のｒ（実数）倍とする。この時、図８や図９で示した通り、各モードに対して最適分割位置を求めるための釣り合い検討を行うと以下のようになる。

最初に、考慮しなければならない式を再度整理する。即ち、力の関数を実質的には、ある分割区間において加振力は、rfあるいは-ｆのように一定ではあるが、F(x)を使って記述すると、

まず、１次モードを励起しないようにモーメントの釣り合いを検討する。
前記数式２を展開すると

この数式3は、第１項と第３項がx₁からLまでから-x₁から-Lまでで同一関数を積分しており、かつ、符号が逆転しているため、打ち消す。また、第２項も-x₁からx₁までを点対象関数に関して積分しているので、これも０となる。従って、左右対称のピース分割を行う場合は、分割点ｘ₁を如何なる値をとっても釣り合うことになる。

一方、数式１にあるような単純な加振力釣り合いに関しては、加振力に軸長さΔxが積算された値が、軸方向積分で０となる必要がある。
そこで、左右対称分割を前提とすると、

もしくは

のどちらかを解けば良い。
従って、

もしくは

という分割を行えば、０次モードと１次モードの両者に釣り合う分割パターンである。

なお、図１２に示すとおり、電磁加振力比ｒは、全ての回転で一定の値を取ることは無い。従って、運転状態で大きくその比率ｒが変化する場合は、この分割を決定するに用いる加振力比は、例えば、図１２の最も問題が大きい振動モードが発生する運転条件における値を用いると良い。図１２では、電動機の回転数が約8000rpmで円環０次−軸方向０次の最も発音効率の高いモードが存在するために、この運転条件での電磁加振力比を用いる。なお、円環０次−軸方向２次モードは、この電動機の最高回転数である10000rpm以上の運転領域に存在するため、分割検討は、軸方向０次と１次について実施すれば良い。

その例を、図１４に示す。8000rpmでの加振力比はおよそ２であるため、先ほどの数式５に当てはめれば、

となる。
これらは、それぞれ図１４(a)と図１４(b)の実施例に対応する。

次に、電磁加振力比が２倍のケースで、Skew無し、ロータ２分割（１：１）、ロータ３分割（１：１：１）、ロータ４分割（１：２：２：１）の振動加速度レベル(dB)の比較実験の結果を図１５に示す。なお、ロータ分割は、部品点数削減を考慮して、分割幅は、整数で割り切れるものでの比較を行っている。
この比較実験で、今回は、円環０次−軸方向２次が電動機の使用運転領域外であったこともあり、図１５に示す通り非常に大きな効果、つまり、ロータ４分割と比較しても20dB以上の低減効果が得られた。

通常、軸方向２次モードはかなり高い周波数に存在するが、その領域では、間違い無く電磁加振力比は等しくならない。今後、電動機の高回転化が更に進む場合は、大きな課題となる。なお、このことは、先の出願である方式（４分割以上）においても解決できない課題である。

次に、効果を説明する。
実施例１の電動機にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1) 永久磁石１０が装着されたロータ１と複数のスロットを有するステータ８とで構成される電動機において、前記ロータ１の軸方向分割を奇数分割とし、その隣接するロータ分割ピース２，３，４を所定角度だけ円周方向にずらすスキューを行って電磁加振力を異ならせ、且つ、所定の運転状態における電動機構造のもつ振動モードと電磁力加振モードの積のロータ軸方向積分値が略０となるように各ロータ分割ピース２，３，４の分割位置を決めたため、電動機１００の半径方向電磁加振力に起因する振動を有効に低減し、その結果、騒音低減要求に応える低騒音の電動機１００を提供することができる。

(2) 前記電動機構造のもつ振動モードとは、ステータ８とハウジング１１が一体的あるいはハウジング１１が単独で振動するモードであり、ハウジング１１の半径方向に同相に振動し、且つ、軸方向には同相に振動する円環０次−軸方向０次モードと、ハウジング１１の半径方向に同相に振動し、且つ、軸方向にはハウジング端部で逆相に振動する円環０次−軸方向１次モードであり、該モード形状を励起しないように、ロータ１の軸長を２Ｌ、軸方向をｘ軸とした際に、

の３式を満足するように、前記ロータ１の軸方向分割を奇数分割としたため、１次のモーメント入力並びに０次の加振力の釣り合い式を満足でき、放射音の有効な低減を行うことができる。

(3) 前記円環０次−軸方向０次共振と円環０次−軸方向１次共振の発生周波数が、電動機１００の主要電磁加振力次数で励起される運転領域は、隣接するロータ分割ピース２，３，４に作用する電磁加振力が等しくならない領域に含まれるように構成したため、電磁加振力が等しくない条件での釣り合い条件式によって、有効に放射音を低減することができる。

(4) 前記隣接するスキューピース２，３，４に作用する電磁加振力が等しくならない領域は、電動機１００を弱め磁束制御する領域であり、本領域に、円環０次−軸方向０次共振と円環０次−軸方向１次共振が存在するように構成したため、＋Skew電磁加振力と−Skew電磁加振力の違いを有効に活用できる分割方法で、電動機１００の振動・騒音を低減することができる。

(5) ハウジング１１の半径方向に同相に振動し、且つ、軸方向にはハウジング両端部で同相・ハウジング中央部で逆相に振動する円環０次−軸方向２次以上の振動モードが、電動機１００の主要電磁加振力次数で励起される運転領域（例えば、10000rpm以下）には、存在しないように構成したため、奇数分割では振動低減が不得手なモードを対象とすることが無くなり、本来の効果を十分に発揮できる。

(6) 前記ロータ１の軸方向分割を奇数分割として、その分割位置は、円環０次−軸方向０次の共振周波数における、隣接するロータ分割ピース２，３，４に発生する電磁加振力比に応じ、

の３式を満足する位置で分割したため、狙いの振動モードを的確に改善できる。すなわち、＋Skewと−Skewでは、回転においてその加振力比は一定では無いため最も効果を上げたい場合は、その最も効果を上げたい運転領域での加振力比を用いる。

(7) 前記ロータ１の軸方向分割を３分割とすると共に、隣接するロータ分割ピース２，３，４を1/2スロットの角度だけ円周方向にずらすスキューを行って電磁加振力の位相を180°反転させ、隣接する電磁加振力比がr倍の場合、全長が2Lのロータ１の端からの分割長を、rL/(r+1)、2L/(r+1)、rL/(r+1)としたため、奇数分割の中でも最も少ない分割で放射音を低減でき、組み立て性も改善できる。

(8) 前記ロータ１の軸方向分割を３分割とすると共に、隣接するロータ分割ピース２，３，４を1/2スロットの角度だけ円周方向にずらすスキューを行って電磁加振力の位相を180°反転させ、隣接する電磁加振力比が２倍の場合、全長が2Lのロータ１の端からの分割長を、2L/3、2L/3、2L/3としたため、放射音低減が可能なばかりで無く、分割ピース２，３，４の長さは、全て同じ長さとなることで部品点数を削減することができる。

(9) 前記ロータ１の軸方向分割長の公差は、ロータ全長を2Lとしたとき、±0.1Lとしたため、製品の仕上げ精度をある程度緩やかにすることが可能となり、コスト低減と放射音低減の両立を図ることができる。

以上、本発明の電動機を実施例１に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施例１に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

実施例１では、ロータ１の軸方向分割を３分割とすると共に、隣接する電磁加振力比がｒ倍の場合、全長が2Lのロータ１の端からの分割長を、2L/3により等分割する例を示したが、ロータ１の軸方向分割を３分割とすると共に、隣接する電磁加振力比がｒ倍の場合、全長が2Lのロータ１の端からの分割長を、L/(r+1)、2rL/(r+1)、L/(r+1)と不等分割する例（数式９）にしても良い。この例で隣接する電磁加振力比が２倍の場合、全長が2Lのロータ１の端からの分割長が、図１６に示すように、L/3、4L/3、L/3となる。この場合、放射音低減が可能なばかりで無く、ロータ分割ピース２’，３’，４’の長さは、全て基本長さ(L/3)の整数倍となっているため部品点数削減にもなる。

実施例１では、リラクタンストルクの活用、弱め磁束制御（弱め界磁制御）などが可能で、破壊強度も大きくできる回転子の鉄心内に永久磁石を埋め込み配置(IPM)した同期モータによる電動機の例を示したが、磁石磁束量やトルクリプルの面で優れている回転子の鉄心表面に永久磁石を配置(SPM)した同期モータにも適用することができる。

実施例１の電動機のステータ及びロータを示す断面斜視図である。 実施例１の電動機を示す外観図である。 電動機の振動発生の一例を示す振動加速度レベル特性図である。 円環０次−軸方向０次振動モードと円環０次−軸方向１次振動モードと円環０次−軸方向２次振動モードを示す図である。 円環０次の電磁加振力とロータへのスキュー適用例を示す図である。 ２分割スキューの位相０と位相πでの概念図である。 円環０次−軸方向０次の加振力直交条件と円環０次−軸方向１次の加振力直交条件と円環０次−軸方向２次の加振力直交条件を示す図である。 ４分割スキューにおける最適分割位置の解を示す図である。 +Skew/-Skewが１にならない場合の分割位置の解を示す図である。 電動機の要求トルクと弱め磁束制御領域を示す図である。 Id電流とIq電流による電磁加振力分布解析図である。 モータ回転数の変化に対する+Skew/-Skewの比の特性図である。 ３分割Skewの一般解（１）と３分割Skewの一般解（２）を示す図である。 ３分割Skewの具体例（１）と３分割Skewの具体例（２）を示す図である。 分割方式による振動加速度レベルの大きさを対比した実験結果図である。 他の実施例による電動機のステータ及びロータを示す断面斜視図である。

符号の説明

１ ロータ
２，３，４ ロータ分割ピース
５ ロータ分割ピース２の磁石の取り付け位置
６ ロータ分割ピース３の磁石の取り付け位置
７ ロータ分割ピース４の磁石の取り付け位置
８ ステータ
９ 回転軸
１０ 永久磁石
１１ ハウジング
１００ 電動機
ａ，ｂ 分割位置

Claims (7)

1. 永久磁石が装着されたロータと複数のスロットを有するステータとで構成される電動機において、
   前記電動機を弱め磁束制御し、
   前記ロータを、奇数個のロータ分割ピースとして、前記ロータの軸方向中心から等しい位置において分割し、
   隣接する前記ロータ分割ピースの磁束方向を円周方向に所定角度ずらして、隣接する前記ロータ分割ピースにより発生する電磁加振力を互いに反対方向に発生させ、
   前記電磁加振力のロータ軸線方向積分値が略0となるように各ロータ分割ピースの分割位置を決めたことを特徴とする電動機。
2. 永久磁石が装着されたロータと複数のスロットを有するステータとで構成される電動機において、
   前記電動機を弱め磁束制御し、
   前記ロータを、奇数個のロータ分割ピースとして分割し、
   隣接する前記ロータ分割ピースの磁束方向を円周方向に所定角度ずらして、隣接する前記ロータ分割ピースにより発生する電磁加振力を互いに反対方向に発生させ、
   前記ロータの軸長を2L、前記ロータの軸方向位置をx、前記ロータの軸方向の中心をx=0、前記ロータの軸方向位置xにおける半径方向の電磁加振力をF(x)、あるロータ分割ピースにより発生する電磁加振力をF(+Skew)、F(+Skew)の電磁加振力を発生するロータ分割ピースに隣接する別のロータ分割ピースにより発生する電磁加振力をF(-Skew)、隣接するロータ分割ピースに発生する電磁加振力比をrとしたときに、
   

   

   の３式を満たす位置で前記ロータを分割したことを特徴とする電動機。
3. 請求項２に記載の電動機において、
   前記電磁加振力rとして、前記電動機の回転数が、半径方向に同相に振動し、且つ、軸方向には同相に振動する円環０次−軸方向０次振動モードの共振周波数と一致するときの値を用いることを特徴とする電動機。
4. 請求項２乃至請求項３の何れか１項に記載の電動機において、
   前記ロータを３分割して前記ロータ分割ピースとし、
   前記ロータの軸長を2L、隣接するロータ分割ピースに発生する電磁加振力比をrとしたときに、前記ロータ分割ピースの軸長を、前記ロータの端から順にrL/(r+1)、rL/(r+1)、rL/(r+1)、もしくは、L/(r+1)、2rL/(r+1)、L/(r+1)としたことを特徴とする電動機。
5. 請求項４に記載の電動機において、
   前記電磁加振力r=２としたことを特徴とする電動機。
6. 請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の電動機において、
   前記電動機を、隣接する前記ロータ分割ピースにより発生する電磁加振力の大きさが等しくならないように制御することを特徴とする電動機。
7. 請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の電動機において、
   前記ロータ分割ピースの軸長の公差を、±0.1Lとしたことを特徴とする電動機。

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