JPH1198793A - 電動機 - Google Patents

電動機

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JPH1198793A
JPH1198793A JP9260582A JP26058297A JPH1198793A JP H1198793 A JPH1198793 A JP H1198793A JP 9260582 A JP9260582 A JP 9260582A JP 26058297 A JP26058297 A JP 26058297A JP H1198793 A JPH1198793 A JP H1198793A
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敬一 篠原
Yasuo Yamaguchi
康夫 山口
Masahiro Hasebe
正広 長谷部
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Aisin AW Co Ltd
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    • Y02T10/64Electric machine technologies in electromobility

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  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】トルク変動が発生するのを抑制し、電動車両の
全体に振動及び騒音が発生するのを防止する。 【解決手段】回転自在に配設され、円周方向における複
数箇所に磁極を等ピッチで備えたロータ37と、該ロー
タ37と対向させて配設され、円周方向における複数箇
所に設定された固定部P11〜P14において複数の積
層された電磁鋼板を固定することによって形成されたス
テータコア38aと、該ステータコア38aに巻装され
たコイルとを有する。そして、前記磁極のピッチ角A
と、前記固定部P11〜P14の各固定部間角度α1
α4 とは異ならせられる。この場合、ロータ37の回転
に伴って、複数の磁極の磁束が周期的に固定部P11〜
P14を同時に通過するのを抑制することができるの
で、トルク変動が発生するのを抑制することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電動機に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】従来、電動機、例えば、同期電動機は、
磁極となる永久磁石を備えたロータ、及び該ロータの周
囲に配設されたステータを有し、該ステータは、ステー
タコア、及び該ステータコアに巻装されたコイルから成
る。そして、前記同期電動機において、前記コイルに電
流を供給すると、該電流によって誘起された磁束によ
り、ステータとロータとの間に反発力及び吸引力が発生
させられ、前記反発力及び吸引力によってロータが回転
するようになっている。
【0003】図2は従来の同期電動機の断面図、図3は
従来の同期電動機に発生するトルク変動を説明する概念
図である。図において、115は電動機としての同期電
動機、127はモータシャフト、137は該モータシャ
フト127に固定されたロータ、138は該ロータ13
7の外周側に配設されたステータである。そして、前記
ロータ137の外周縁の近傍には、円周方向における複
数箇所に永久磁石151が埋設され、該永久磁石151
によって磁極が形成される。
【0004】前記ステータ138は、ステータコア15
2、及び該ステータコア152に巻装された図示しない
コイルから成り、前記ステータコア152の円周方向に
おける複数箇所にロータ137と対向させてティース1
53が形成され、該ティース153内に前記コイルが収
容されるようになっている。ところで、前記ステータコ
ア152は複数の電磁鋼板を積層することによって形成
され、該各電磁鋼板は、円周方向における6箇所に設定
された固定部P1〜P6において溶接によって固定され
る。なお、溶接に代えて、各電磁鋼板をボルト、かしめ
等によって固定することもできる。この場合、前記電磁
鋼板は円周方向において厚さにばらつきがあるので、す
べての電磁鋼板を同じ位相で積層すると、ステータコア
152の全体の厚さが円周方向において大きく変化して
しまう。そこで、電磁鋼板で構成される2個のステータ
部を転積することによって、ステータコア152の全体
の厚さを一様にしている。すなわち、該ステータコア1
52を半分の厚さに分けて第1、第2のステータ部を形
成し、第1、第2のステータ部の電磁鋼板を180
〔°〕の角度間隔ずつ異なる位相で積層するようにして
いる。
【0005】そして、第1、第2のステータ部の電磁鋼
板を互いに異なる位相で積層した場合に、前記固定部P
1〜P6に形成された溶接溝155が重なるように、前
記固定部P1〜P6は円周方向において均等に設定され
る。なお、各電磁鋼板がボルトによって固定される場合
には、前記固定部P1〜P6に図示しないボルト穴が形
成され、各電磁鋼板がかしめによって固定される場合に
は、前記固定部P1〜P6がかしめられる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の電動機においては、前記固定部P1〜P6に溶接
溝、ボルト穴等が形成されると、磁路がその分小さくな
り、前記固定部P1〜P6がかしめられると、電磁鋼板
の歪(ひず)みによって磁気特性が劣化し、有効磁路が
小さくなる。
【0007】したがって、前記ロータ137の回転に伴
って前記固定部P1〜P6を磁束が通過すると、モータ
トルクTに、各固定部P1〜P6に対応してトルク変動
xが発生してしまう。そして、前記ロータ137の磁極
のピッチ角をAとし、固定部P1〜P6の各ピッチ角を
Bとしたとき、 B=n×A n:整数 である場合、前記ロータ137の回転に伴って、複数の
磁極の磁束が周期的に固定部P1〜P6を同時に通過す
ることになるので、トルク変動xが増幅されてしまう。
なお、図2及び3の例においては、 B=A であるので、一つの永久磁石151と固定部P1とが一
致すると、他の永久磁石151と各固定部P2〜P6と
が一致し、すべての磁極の磁束が固定部P1〜P6を同
時に通過することになるので、同期電動機115の全体
のトルク変動は6xになる。
【0008】そして、増幅されたトルク変動6xによっ
て同期電動機115と他の構成部分との間で共振が起こ
ると、電動車両の全体に振動及び騒音が発生してしま
う。本発明は、前記従来の電動機の問題点を解決して、
トルク変動が発生するのを抑制し、電動車両の全体に振
動及び騒音が発生するのを防止することができる電動機
を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】そのために、本発明の電
動機においては、回転自在に配設され、円周方向におけ
る複数箇所に磁極を等ピッチで備えたロータと、該ロー
タと対向させて配設され、円周方向における複数箇所に
設定された固定部において、複数の積層された電磁鋼板
から成るN個(Nは2以上の整数)のステータ部を転積
させて固定することによって形成されたステータコア
と、該ステータコアに巻装されたコイルとを有する。
【0010】そして、前記磁極のピッチ角をAとし、前
記固定部の各固定部間角度をαi としたとき、 αi ≠n×A n:整数 にされる。
【0011】本発明の他の電動機においては、さらに、
前記各固定部は、互いに360〔°〕/Nの角度間隔を
置いて設定された複数の固定部組から成る。本発明の更
に他の電動機においては、さらに、前記固定部組の各固
定部組間角度をβj としたとき、 βj ≠k×A k:整数 にされる。
【0012】本発明の更に他の電動機においては、さら
に、前記磁極のピッチ角、各固定部間角度及び極対数に
基づいて算出される振動次数は、設定値より大きくされ
て高次側に設定される。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳細に説明する。図5は本発明の
第1の実施の形態におけるモータ駆動装置の断面図であ
る。図において、11はモータアッセンブリであり、該
モータアッセンブリ11においては、モータケース14
内に電動機として同期電動機15が収容される。
【0014】前記モータケース14は、ほぼ有底の円筒
状部分14a、及び該円筒状部分14aの一端を閉鎖し
て、密閉されたモータ収容室18を形成する蓋(ふた)
部分14bから成る。また、前記円筒状部分14aの外
周面には複数のフィン24が形成される。そして、前記
円筒状部分14aの底部の中央、及び蓋部分14bの中
央にはそれぞれ穴が形成され、該穴を貫通させてモータ
シャフト27が配設され、該モータシャフト27はベア
リング29、30によって回転自在に支持される。ま
た、前記蓋部分14bの穴に隣接させて凹部が形成さ
れ、該凹部は蓋部材33によって閉鎖されることにより
センサ室34を形成する。
【0015】そして、該センサ室34にはレゾルバ35
が配設され、該レゾルバ35は、前記モータシャフト2
7の回転に基づいて同期電動機15の磁極の位置を検出
する。前記同期電動機15は、前記モータシャフト27
の軸方向におけるほぼ中央に取り付けられ、該モータシ
ャフト27と共に回転させられるロータ37、及び前記
円筒状部分14aの円筒部の内周面において前記ロータ
37と対向させて固定されたステータ38を有し、該ス
テータ38はステータコア38a、及び該ステータコア
38aに巻装された3相(U相、V相及びW相)のコイ
ル39から成る。
【0016】したがって、該各コイル39に、図示しな
いインバータにおいて発生させられた3相の交流電流を
供給することによって、ロータ37を回転させることが
できる。該ロータ37は、複数の電磁鋼板を積層した状
態でモータシャフト27に嵌(かん)合される。そし
て、前記ロータ37の外周には、円周方向における複数
箇所に永久磁石55が等ピッチで配設される。該永久磁
石55は、両端に配設されたストッパ56、57によっ
て押さえられた状態で固定され、前記磁極を形成する。
【0017】また、前記円筒状部分14aの底部にはリ
ヤケース81が取り付けられ、前記円筒状部分14aの
底部とリヤケース81との間にトルク伝動室83が形成
される。そして、該トルク伝動室83においては、前記
モータシャフト27とスプライン嵌合させてスリーブ状
の伝動軸61が同軸的に配設され、該伝動軸61はベア
リング62、63によって回転自在に支持され、また、
前記伝動軸61と平行にカウンタシャフト84が配設さ
れ、該カウンタシャフト84はベアリング64、65に
よって回転自在に支持される。
【0018】さらに、前記伝動軸61にカウンタドライ
ブギヤ87が、前記カウンタシャフト84にパーキング
ギヤ85及びカウンタドリブンギヤ88がそれぞれ固定
されるとともに、前記カウンタドライブギヤ87とカウ
ンタドリブンギヤ88とが噛(し)合させられる。ま
た、前記カウンタシャフト84に出力ギヤ89が配設さ
れ、該出力ギヤ89の回転がディファレンシャル装置9
0に伝達される。
【0019】該ディファレンシャル装置90は、外周に
リングギヤ91を備えるとともに、ベアリング79、8
0を介して回転自在に支持されたディファレンシャルケ
ース92、該ディファレンシャルケース92に固定され
たピニオン軸93、該ピニオン軸93に回転自在に支持
されたピニオン94、及び該ピニオン94と噛合させら
れる左右のサイドギヤ95、96から成る。したがっ
て、前記ディファレンシャル装置90は、前記リングギ
ヤ91に伝達された回転を左右の駆動軸97、98に分
割して伝達する。
【0020】次に、前記同期電動機15について説明す
る。図1は本発明の第1の実施の形態における同期電動
機の断面図、図4は本発明の第1の実施の形態における
同期電動機に発生するトルク変動を説明する概念図であ
る。図において、15は同期電動機、27はモータシャ
フト、37は該モータシャフト27に固定されたロー
タ、38は該ロータ37の外周側に配設されたステータ
である。そして、前記ロータ37の外周縁の近傍には、
円周方向における複数箇所に永久磁石55が埋設され、
該永久磁石55によって磁極が形成される。
【0021】前記ステータ38は、ステータコア38
a、及び該ステータコア38aに巻装されたコイル39
(図5)から成り、前記ステータコア38aの円周方向
における複数箇所にロータ37と対向させてティース5
3が形成され、該ティース53内に前記コイル39が収
容されるようになっている。ところで、前記ステータコ
ア38aは複数の電磁鋼板を積層することによって形成
され、該各電磁鋼板は、円周方向における4箇所に設定
された固定部P11〜P14において溶接によって固定
される。なお、溶接に代えて、各電磁鋼板を図示しない
ボルト、かしめ等によって固定することもできる。この
場合、前記電磁鋼板は円周方向において厚さにばらつき
があるので、すべての電磁鋼板を同じ位相で積層する
と、ステータコア38aの全体の厚さが円周方向におい
て大きく変化してしまう。そこで、電磁鋼板で構成され
るN(Nは2以上の整数)個のステータ部を転積するこ
とによって、ステータコア38aの全体の厚さを一様に
している。すなわち、ステータコア38aを1/Nの厚
さに分けてN個のステータ部を形成し、該各ステータ部
の電磁鋼板を互いに360〔°〕/Nの角度間隔ずつ異
なる位相で積層するようにしている。例えば、本実施の
形態において、2個のステータ部が転積され、第1のス
テータ部の電磁鋼板と第2のステータ部の電磁鋼板とは
180〔°〕の角度間隔ずつ異なる位相で積層される。
【0022】また、前記各ステータ部を転積したとき
に、前記固定部P11〜P14に形成された溶接溝85
が重なるように、前記固定部P11〜P14の位置が設
定される。すなわち、該固定部P11〜P14は、固定
部P11、P13から成る第1の固定部組、及び固定部
P12、P14から成る第2の固定部組を備える。そし
て、第1の固定部組において、各固定部P11、P13
は360〔°〕/Nの角度間隔で配設されるとともに、
第2の固定部組において、各固定部P12、P14は3
60〔°〕/Nの角度間隔で配設される。本実施の形態
において、第1の固定部組の各固定部P11、P13、
及び第2の固定部組の各固定部P12、P14は、いず
れも180〔°〕の間隔で、すなわち、円周方向におい
てステータ38の中心Oに対して点対称の位置に設定さ
れる。なお、各電磁鋼板がボルトによって固定される場
合には、前記固定部P11〜P14に図示しないボルト
穴が形成され、各電磁鋼板がかしめによって固定される
場合には、前記固定部P11〜P14がかしめられる。
【0023】この場合、前記固定部P11〜P14に溶
接溝85、ボルト穴等が形成されると磁路がその分小さ
くなり、前記固定部P11〜P14がかしめられると電
磁鋼板の歪みによって磁気特性が劣化し、有効磁路が小
さくなる。したがって、前記ロータ37の回転に伴って
磁束が前記固定部P11〜P14を通過すると、モータ
トルクTに、各固定部P11〜P14に対応してトルク
変動xが発生してしまう。
【0024】そこで、前記ロータ37の磁極のピッチ角
をAとし、固定部P11〜P14の各ピッチ角、すなわ
ち、固定部間角度をαi (i=1、2、3、4)とした
とき、 αi ≠n×A n:整数 にされる。なお、α1 は固定部P11、P12が成す固
定部間角度、α2 は固定部P12、P13が成す固定部
間角度、α3 は固定部P13、P14が成す固定部間角
度、α4 は固定部P14、P11が成す固定部間角度で
あり、本実施の形態においては、 α1 =α3 =107.5〔°〕 α2 =α4 =72.5〔°〕 である。
【0025】したがって、前記ロータ37の回転に伴っ
て、複数の磁極の磁束が周期的に固定部P11〜P14
を同時に通過するのを抑制することができるので、トル
ク変動xが発生するのを抑制することができる。また、
前記第1の固定部組と第2の固定部組との固定部組間角
度をβj (j=1、2)としたとき、 βj ≠k×A k:整数 にされる。なお、本実施の形態においては、 βj =α1 =α3 である。
【0026】図4の例においては、一つの永久磁石55
と固定部P11とが一致するときに、永久磁石55と固
定部P13とは一致するが、他の永久磁石55と固定部
P12、P14とは一致しない。したがって、2個の磁
極の磁束だけが同時に固定部P11〜P14を通過する
ことになるので、同期電動機15の全体のトルク変動は
2xになる。
【0027】そして、増幅されたトルク変動2xによっ
て同期電動機15と他の構成部分、例えば、懸下系との
間で共振が起こることがないように、同期電動機15に
おける電流周期に対する次数、すなわち、振動次数ρを
設定値より大きくするとともに、振動次数ρを高次側に
設定する。すなわち、値m1、m2を、 m1=2π/A m2=2π/αi とし、値m1、m2の最小公倍数をηとし、極対数をp
とすると、振動次数ρは、 ρ=η/p になる。
【0028】そして、本実施の形態においては、モータ
ケース14の固有振動数fが14〔Hz〕であり、振動
次数ρが6であると、1〜2〔km/h〕の低車速領域
で電動車両を走行させたときに振動を感じるが、振動次
数ρが12であると、0.2〜0.3〔km/h〕の極
低車速領域で振動を感じるようになる。この場合、電動
車両を加速する際には、0.2〜0.3〔km/h〕の
極低車速領域で発生する振動を無視することができるの
で、本実施の形態においては、前記設定値を12とす
る。また、固定部間角度αi が、 α1 =α3 =107.5〔°〕 α2 =α4 =72.5〔°〕 にされるので、振動次数ρは48にされる。したがっ
て、同期電動機15と懸下系との間に共振が起こるのを
防止することができるので、電動車両の全体に振動及び
騒音が発生するのを防止することができる。
【0029】次に、本発明の第2の実施の形態について
説明する。図6は本発明の第2の実施の形態における同
期電動機の断面図、図7は本発明の第2の実施の形態に
おける同期電動機に発生するトルク変動を説明する概念
図である。図において、215は電動機としての同期電
動機、227はモータシャフト、237は該モータシャ
フト227に固定されたロータ、238は該ロータ23
7の外周側に配設されたステータである。そして、前記
ロータ237の外周縁の近傍には、円周方向における複
数箇所に永久磁石255が埋設され、該永久磁石255
によって磁極が形成される。
【0030】前記ステータ238は、ステータコア23
8a、及び該ステータコア238aに巻装されたコイル
39(図5)から成り、前記ステータコア238aの円
周方向における複数箇所にロータ237と対向させてテ
ィース253が形成され、該ティース253内に前記コ
イル39が収容されるようになっている。ところで、前
記ステータコア238aの各電磁鋼板は、円周方向にお
ける6箇所に設定された固定部P21〜P26において
溶接によって固定される。なお、溶接に代えて、各電磁
鋼板を図示しないボルト、かしめ等によって固定するこ
ともできる。そして、電磁鋼板で構成される3個のステ
ータ部を転積することによって、ステータコア238a
の全体の厚さを一様にしている。すなわち、ステータコ
ア238aを1/3の厚さに分けて第1〜第3のステー
タ部を形成し、各ステータ部の電磁鋼板を互いに120
〔°〕の角度間隔ずつ異なる位相で積層するようにして
いる。
【0031】また、前記各ステータ部を転積したとき
に、前記固定部P21〜P26に形成された溶接溝28
5が重なるように、前記固定部P21〜P26の位置が
設定される。すなわち、該固定部P21〜P26は、固
定部P21、P23、P25から成る第1の固定部組、
及び固定部P22、P24、P26から成る第2の固定
部組を備える。そして、第1の固定部組において、各固
定部P21、P23、P25は120〔°〕の角度間隔
で配設されるとともに、第2の固定部組において、各固
定部P22、P24、P26は120〔°〕の角度間隔
で配設される。
【0032】また、前記ロータ237の磁極のピッチ角
をAとし、固定部P21〜P26の各ピッチ角、すなわ
ち、固定部間角度をγk (k=1、2、…、6)とした
とき、 γk ≠n×A n:整数 にされる。なお、γ1 は固定部P21、P22が成す固
定部間角度、γ2 は固定部P22、P23が成す固定部
間角度、γ3 は固定部P23、P24が成す固定部間角
度、γ4 は固定部P24、P25が成す固定部間角度、
γ5 は固定部P25、P26が成す固定部間角度、γ6
は固定部P26、P21が成す固定部間角度であり、本
実施の形態においては、 γ1 =γ3 =γ5 =71.5〔°〕 γ2 =γ4 =γ6 =48.5〔°〕 である。
【0033】したがって、前記ロータ237の回転に伴
って、複数の磁極の磁束が周期的に固定部P21〜P2
6を同時に通過するのを抑制することができるので、ト
ルク変動xが発生するのを抑制することができる。ま
た、前記第1の固定部組と第2の固定部組との固定部組
間角度をδh (h=1、2)としたとき、 δh ≠k×A k:整数 にされる。なお、本実施の形態においては、 δh =γ1 =γ3 =γ5 である。
【0034】図7の例においては、一つの永久磁石25
5と固定部P21とが一致するときに、永久磁石255
と固定部P23、P25は一致するが、他の永久磁石2
55と固定部P22、P24、P26とは一致しない。
したがって、3個の磁極の磁束だけが同時に固定部P2
1〜P26を通過することになるので、同期電動機21
5の全体のトルク変動は3xになる。
【0035】本実施の形態において、ステータコア23
8aを1/3の厚さに分けて第1〜第3のステータ部を
形成するようにしているが、ステータコア238aの全
体の厚さが許容される場合には、ステータコア238a
を必ずしも正確に3分割する必要はない。なお、本発明
は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の
趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それ
らを本発明の範囲から排除するものではない。
【0036】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、電動機においては、回転自在に配設され、円周方
向における複数箇所に磁極を等ピッチで備えたロータ
と、該ロータと対向させて配設され、円周方向における
複数箇所に設定された固定部において、複数の積層され
た電磁鋼板から成るN個(Nは2以上の整数)のステー
タ部を転積させて固定することによって形成されたステ
ータコアと、該ステータコアに巻装されたコイルとを有
する。
【0037】そして、前記磁極のピッチ角をAとし、前
記固定部の各固定部間角度をαi としたとき、 αi ≠n×A n:整数 にされる。
【0038】この場合、ロータの回転に伴って、複数の
磁極の磁束が周期的に固定部を同時に通過するのを抑制
することができるので、トルク変動が発生するのを抑制
することができる。本発明の他の電動機においては、さ
らに、前記磁極のピッチ角、各固定部間角度及び極対数
に基づいて算出される振動次数は、設定値より大きくさ
れて高次側に設定される。
【0039】この場合、増幅されたトルク変動によって
電動機と他の構成部分、例えば、懸下系との間で共振が
起こるのを防止することができるので、電動車両の全体
に振動及び騒音が発生するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態における同期電動機
の断面図である。
【図2】従来の同期電動機の断面図である。
【図3】従来の同期電動機に発生するトルク変動を説明
する概念図である。
【図4】本発明の第1の実施の形態における同期電動機
に発生するトルク変動を説明する概念図である。
【図5】本発明の第1の実施の形態におけるモータ駆動
装置の断面図である。
【図6】本発明の第2の実施の形態における同期電動機
の断面図である。
【図7】本発明の第2の実施の形態における同期電動機
に発生するトルク変動を説明する概念図である。
【符号の説明】
15、215 同期電動機 37、237 ロータ 38a、238a ステータコア 39 コイル 55、255 永久磁石 A 磁極のピッチ角 P11〜P14、P21〜P26 固定部 α1 〜α4 、γ1 〜γ6 固定部間角度
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成9年9月30日
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図1
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】
【手続補正2】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図2
【補正方法】変更
【補正内容】
【図2】
【手続補正3】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図5
【補正方法】変更
【補正内容】
【図5】
【手続補正4】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図6
【補正方法】変更
【補正内容】
【図6】

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (a)回転自在に配設され、円周方向に
    おける複数箇所に磁極を等ピッチで備えたロータと、
    (b)該ロータと対向させて配設され、円周方向におけ
    る複数箇所に設定された固定部において、複数の積層さ
    れた電磁鋼板から成るN個(Nは2以上の整数)のステ
    ータ部を転積させて固定することによって形成されたス
    テータコアと、(c)該ステータコアに巻装されたコイ
    ルとを有するとともに、(d)前記磁極のピッチ角をA
    とし、前記固定部の各固定部間角度をαi としたとき、 αi ≠n×A n:整数 にされることを特徴とする電動機。
  2. 【請求項2】 前記各固定部は、互いに360〔°〕/
    Nの角度間隔を置いて設定された複数の固定部組から成
    る請求項1に記載の電動機。
  3. 【請求項3】 前記固定部組の各固定部組間角度をβj
    としたとき、 βj ≠k×A k:整数 にされる請求項2に記載の電動機。
  4. 【請求項4】 前記磁極のピッチ角、各固定部間角度及
    び極対数に基づいて算出される振動次数は、設定値より
    大きくされて高次側に設定される請求項1〜3のいずれ
    か1項に記載の電動機。
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