WO2007066829A1

WO2007066829A1 - 回転電機

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Publication number: WO2007066829A1
Application number: PCT/JP2006/325006
Authority: WO
Inventors: Hiroyuki Hattori
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2005-12-09
Filing date: 2006-12-08
Publication date: 2007-06-14
Also published as: EP1978619A4; KR20080077262A; US7764001B2; EP1978619B1; AU2006323654B2; KR100983862B1; AU2006323654A1; CN101326697B; EP1978619A1; CN101326697A; US20090243423A1; JP2007166710A

Abstract

毎極毎相２スロットの分布巻モータからなる回転電機（１００）において、ステータコア（５２）は、同相間ティース（１，３，５）の先端部とロータコア（４１）の外周面との間に一定幅ｄｇ１のエアギャップを有し、かつ、異相間ティース（２，４，６）の先端部とロータコア（４１）の外周面との間に、周方向に幅が不均一であって、幅ｄｇ２（＞ｄｇ１）を最大値とするエアギャップを有する。異相間ティース（２）には、同相間ティース（１）よりも高い磁気抵抗をもつ磁気回路が形成される。このとき、磁気抵抗の増加によって減少した異相間ティース（２）の磁束数と、同相間ティース（１）の磁束数とが略同じとなるようにエアギャップの幅に差を設けることにより、両者に互いに逆方向に印加される電磁加振力が均衡して互いに相殺され、ステータコア（５２）の振動が抑制される。

Description

明細書回転電機技術分野

この発明は、回転電機に関し、特に、電磁騒音を低減可能な回転電機に関するものである。背景技術

最近、環境に配慮した自動車として、ハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle) および電気自動車（Electric Vehicl e) が注目されている。ハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバ一タとインバ一タによって駆動される回転電機（モータ）とを動力源とする自動車である。つまり'、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によりモータを回転することによって動力源を得るものである。

また、電気自動車は、直流電源とインバ一タとインバ一タによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。

このようなハイブリッド自動車または電気自動車において、モータは低速から高速までの比較的広い回転域で駆動されることとなるが、駆動時に発生する電磁騒音が大きくなり、車両の搭乗者に不.快感を与えてしまうという問題があった。特に、エンジン回転数が低いアイドリング状態から常用域における高調波の電磁騒音は、エンジンや補機による喑騒音とは周波数が異なり、人間の聴覚的に不快な騒音として聞こえる。

そして、最近では、この高調波の電磁騒音は、モータの運転時に発生する 6 f の電磁加振力の影響が大きいことが明らかとなっている。なお、 6 f とは、モータに供給される交流電流の基本周波数 f の 6倍を意味する。

特開 2 0 0 3— 3 4 8 7 8 1号公報は、かかるモータの 6 f の電磁加振力を低減する方法として、スロットが毎極毎相当たり 2個の割合で形成された固定子鉄心（ステータコア）と、上記ステータコアに卷着された 3相固定子卷線（ステ一タコイル）とを有する固定子（ステ一タ）と、ステータの内側に回転自在に設けられた回転子（ロータ）とからなる車両用交流回転電機において、上記 3相固定子巻線を構成する X相巻線、 Y相卷線および Z相卷線をそれぞれ隣り合うスロット群に卷装された第 1および第 2の固定子卷線を直列接続して構成し、かつ、スロットを電気角でひ。と（6 0 — ひ）。とを交互に採る不等ピッチ（ひ≠ 3 0 ° ) で形成する方法を開示する。

これによれば、スロットが電気角 3 0。の等角ピッチ,で毎極毎相当たり 2個の割合で形成されていた従来の回転電機において問題となっていた 6 f の電磁加振力は、ひ。を最適化することによって低減される。その結果、 6 f の電磁加振力に起因する電磁騒音および電磁振動が低減される。

し力しながら、特開 2 0 0 3— 3 4 8 7 8 1号公報の車両用交流回転電機によれば、卷回された 3相固定子巻線に交流電流が供給されることよつて、固定子鉄心に発生する磁束が複数の固定子櫛歯（ティース）間で一様でないことに起因して、 6 f の電磁加振力を確実に低減できないという問題がある。

すなわち、特開 2 0 0 3— 3 4 8 7 8 1号公報の車両用交流回転電機によれば、 3相固定子卷線はそれぞれ、隣り合うスロット群に卷装された第 1および第 2の固定子卷線を直列接続して構成される。具体的には、回転子の磁極数が 9 6の場合、 4番、 1 0番、 1 6番、 · · · 9 4番のスロットが第 1のスロット群を形成し、 5番、 1 1番、 1 7番、 · · · 9 5番のスロットが第 2のスロット群を形成する。そして、第 1のスロット群と第 2のスロット群とが X相巻線を収容する。そのため、第 1のスロット群に対応し、第 1の固定子卷線が卷回される固定子櫛歯（ティース）と、第 2のスロット群に対応し、第 2の固定子卷線が巻回されるティースとでは、固定子卷線の卷回数が不均衡となる。そのため、固定子卷線に交流電流を供給することにより、ティースに印加される電磁加振力は、ティ一ス間で不均衡となる。そして、この電磁加振力は、径方向にステータコアを振動させる成分と、周方向にステ一タコアを振動させる成分とに分解されるが、このうちの径方向の成分が不均衡となることによってステータコアに生じた径方向の振動が、ステータコアの外周面または内周面に接する空気を振動させ、大きな電磁騒音を生じさせることになる。

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、ステータの振動を抑制し、電磁騒音を低減可能な回転電機を提供することである。発明の開示

この発明によれば、 s ( sは複数）相の回転電機は、 n ( nは自然数）個の磁極を有するロータと、 n個の磁極の各々について、 s の 2倍となるように設けられた 2 n X s個のティースと、各々が隣接するティ一ス間に形成される 2 n X s個のスロットとからなるステ一タコアと、 2 n X s "flllのティースに巻回された n X s個のコイルとを有するステータとを備える。 n X s個のコイルは、各 n個の磁極について、毎相あたり 1スロットだけずれて巻回されたコイル群を形成する。 2 n X s個のティースは、ロータの回転軸方向に沿って両脇に形成される 2 個のスロットに互いに同相のコイルがそれぞれ挿入されてなる同相間ティースとロータの回転軸方向に沿って両脇に形成される 2個のスロットに互いに異相のコィルがそれぞれ挿入されてなる異相問ティースとからなる。回転電機は、 n X s 個のコイルに交流電流が供給されたときに同相間ティースおよび異相間ティースにそれぞれ形成される磁気回路について、通過する磁束数が互いに均衡するよに、磁気回路の磁気抵抗に差を設ける磁気抵抗調整手段をさらに備える。

上記の回転電機によれば、従来、同相間ティースと異相間ティースとでは、磁気回路の磁気抵抗が等しいが故に通過する磁束数の差に起因してそれぞれに印加される電磁加振力に不均衡が生じていたところ、両者の磁気抵抗に差を設けることによって同相間ティ一スと異相間ティ一スとで磁束数が均衡することにより、径方向に沿って互いに逆方向に印加される同相間ティースの電磁加振力と異相間ティースの電磁加振力とが均等化される。これにより、同相間ティースの電磁加振力と異相間ティースの電磁加振力とが相殺し合うため、ステータ全体に印加される電磁加振力が略零となる。その結果、ステータの振動が抑制されるため、電磁騒音を低減することが可能となる。

好ましくは、磁気抵抗調整手段は、異相間ティースに形成される磁気回路の磁気抵抗を、同相間ティースに形成される磁気回路の磁気抵抗よりも大きくなるように設定することを含む。

上記の回転電機によれば、磁気抵抗の増加によって減少した異相間ティースの磁束数と、同相間ティースの磁束数とが均衡することにより、両者に印加される電磁加振力が均等化される。

好ましくは、磁気抵抗調整手段は、異相間ティースの先端部とロータの外周面との間に形成される空隙の幅を、同相間ティースの先端部とロータの外周面との間に形成される空隙の幅よりも大きくなるように設定することを含む。

上記の回転電機によれば、空隙部分の磁気抵抗を増加したことにより、異相間ティースに形成される磁気回路の磁気抵抗が、同相間ティースに形成される磁気回路の磁気抵抗よりも大きくなる。これにより、磁気抵抗の増加によって减少した異相間ティースの磁束数と、同相間ティースの磁束数とが均衡することにより、両者に印加される電磁加振力が均等化される。

好ましぐは、磁気抵抗調整手段は、同相間ティースの先端部とロータの外周面との間に形成される空隙の幅と、異相問ティースの先端部とロータの外周面との間に形成される空隙の幅とが、スロッ卜の開口端部において連続するように設定することを含む。

上記の回転電機によれば、スロッ小の開口端部の形状が従来の回転電機と同等に保たれることから、ステータの製造工程の設計変更が不要となる。

好ましくは、磁気抵抗調整手段は、異相間ティースの磁路断面積を、同相間ティ一スの磁路断面積よりも小さくなるように設定することを含む。

上記の回転電機によれば、ティース部分の磁気抵抗を増加したことにより、異相間ティースに形成される磁気回路の磁気抵抗が、同相間ティースに形成される磁気回路の磁気抵抗よりも大きくなる。これにより、磁気抵抗の増加によって減少した異相間ティースの磁束数と、同相間ティースの磁束数とが均衡することにより、両者に印加される電磁加振力が均等化される。

この発明によれば、同相間ティースと異相間ティースとで磁束数が均衡することにより、径方向に沿って互いに逆方向に印加される同相間ティースの電磁加振力と異相間ティースの電磁加振力とが均等化される。これにより、同相間ティ一スの電磁加振力と異相間ティースの電磁加振力とが相殺し合うため、ステ一タ全体に印加される電磁加振力が略零となる。その結果、ステータの振動が抑制されるため、電磁騒音を低減することが可能となる。図面の簡単な説明

図 1は、この発明の実施の形態 1による回転電機の断面図である。

図 2は、図 1に示す A方向から見たステ一タの平面図である。

. 図 3は、図 1に示す A方向から見たロータおよびステ一タの平面図である。，図 4は、図 1に示すロータの斜視図である。

図 5は、ティースに印加される回転 2 4次の電磁加振力を説明するための図である。

図 6は、ステ一タコアのティースと、電磁加振力との関係を示す図である。図 7は、 _ この発明の実施の形態 1によるステータコアを説明するための図である。

図 8は、この発明の実施の形態 1による回転電機のティースに印加される回転 2 4次の電磁加振力を説明するための図である。

図 9は、この発明による回転電機の駆動時に発生する電磁騒音を説明するための模式図である。

図 1 0は、この発明の実施の形態 1の変更例による回転電機のステ一タコアを説明するための図である。

図 1 1は、この発明の実施の形態 2による回転電機のステ一タコアを説明するための図である。発明を実施するための最良の形態

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

[実施の形態 1 ]

図 1を参照して、この発明による回転電機 1 0 0は、制御装置 1 0と、三相ケ一ブル 2 0と、シャフト 3 0と、ロータ 4 0と、ステ一タ 5 0とを備える。

ロータ 4 0は、ロータコア 4 1 と、磁石 4 2とを含む。ステ一タ 5 0は、ステ —タコイル 5 1と、ステ一タコア 5 2とを含む。

制御装置 1 0は、回転電機 1 0 0が出力すべきトルク指令値 T Rを回転電機 1 0 0の外部に設けられた E C U (Electrical Control Unit) から受け、その受けたトルク指令値 T Rに従ったトルクを出力するためのモータ制御電流 M C T L Iを生成し、その生成したモータ制御電流 M C T L Iを三相ケーブル 2 0を介してステ一タ 5 0のステ一タコイル 5 1へ供給する。

三相ケーブル 2 0は、制御装置 1 0とステータコイル 5 1とを接続する。三相ケーブル 2 0は、 U相ケーブル 2 1と、 V相ケーブル 2 2と、 W相ケーブル 2 3 とからなる。シャフト 3 0は、回転軸方向 D R 1からロータ 4 0のロータコア 4 1に挿入され、ロータコア 4 1と連結される。ロータコア 4 1は、複数の電磁鋼板を回転軸方向 D R 1に積層した構造からなる。磁石 4 2は、回転軸方向 P R 1 からロータコア 4 1に挿入される。

ステータ 5 0のステ一タコア 5 2は、複数の電磁鋼板を回転軸方向 D R 1に積層した構造からなる。ステータコイル 5 1は、ステ一タコア 5 2に巻回される。そして、ステ一タコイル 5 1は、 U相コイル群、 V相コイル群および W相コイル群からなり、これら 3つのコイル群の端子が三相ケーブル 2 0に接続される。図 2は、図 1に示す A方向から見たステ一タ 5 0の平面図である。

図 2を参照して、ステータコア 5 2は、中空円筒形状からなり、周方向に配列された 4 8個のティース 1を内周面に有する。ステ一タコア 5 2には、 1磁極ピツチに相当する 6スロット離れた 2つのスロッ卜に、コイルがそれぞれ収容される。 6スロット離れた 2つのスロットに収容されたコイルを直列に接続して、ステータコア 5 2を一周する単位コイルが形成される。そして、この単位コイルを. コイルを収容するスロットを 1スロットだけずらしながら、合計 6本ステ一タコァ 5 2に卷回してステ一タコイル 5 1が形成される。このとき、 U相コイル群、

V相コイル群および W相コイル群は、それぞれ、 1スロットだけずれた 2個の単位コイルで構成される。

詳細には、コイル 5 1 0〜5 1 7は、第 1の U相コイルを構成し、コイル 5 2 0〜527は、第 2の U相コイルを構成する。コィノレ 5 10〜51 7は、最外周に配置ざれる。コイル 520〜5 27は、コイル 5 10〜5 1 7の内側であってそれぞれ、コイル 5 10〜5 1 7に対して、円周方向に 1スロットだけずれた位置に配置される。コイル 5 10〜5 1 7とコイル 520〜 527とは、 U相コィル群を構成する。

コィノレ 530〜 537は、第 1の V相コイルを構成し、コィノレ 540〜 547 は、第 2の V相コイルを構成する。コイル 530〜537は、コィノレ 520〜5 .27の内側であって、それぞれ、コイル 520〜527に対して、円周方向に 1 スロットだけずれた位置に配置される。コイル 540〜547は、コイル 530 〜537の内側であって、それぞれ、コイル 530〜537に対して、円周方向に 1スロットだけずれた位置に配置される。コイル 530〜 537とコイル 54 0〜547とは、 V相コイル群を構成する。

コィノレ 550〜 557は、第 1の W相コィルを構成し、コイノ ύ 560〜 567 は、第 2の W相コイルを構成する。コイル 550〜 557は、コイル 540〜 5 47の内側であって、それぞれ、コィノレ 540〜547に対して、円周方向に 1 スロットだけずれた位置に配置される。コイル 560〜567は、コイル 550 〜557の内側であって、それぞれ、コイル 550〜557に対して、円周方向に 1スロットだけずれた位置に配置される。コイル 550〜557とコイル 56 0〜567とは、 W相コイル群を構成する。

コィノレ 5 10〜 5 1 7, 520〜 527， 530〜 537, 540~ 547 , 550〜 557, 560〜567の各々は、対応する複数のティースの各々に直列に卷回される、たとえば、コイソレ 5 10は、連続する 5個のティースの全体に外周から所定回数巻回されて形成される。他のコイルもそれぞれ対応する 5個のティースに巻回され、コイル 5 10と同じようにして形成される。

コイル 5 10~ 5 1 7は、直列に接続され、一方端が端子 U 1であり、他方端が中性点 UN 1である。コイル 520~527は、直列に接続され、一方端が端子 U 2であり、他方端が中性点 UN 2である。

コイル 530〜 537は、直列に接続され、一方端が端子 V Iであり、他方端が中性点 VN 1である。コイル 540〜547は、直列に接続され、一方端が端子 V2であり、他方端が中性点 VN 2である。

コイル 550〜557は、直列に接続され、一方端が端子 W1であり、他方端が中性点 WN 1である。コィル560〜567は、直列に接続され、一方端が端子 W 2であり、他方端が中性点 WN 2である。

中性点 UN 1, UN 2 , VN 1 , VN 2, WN 1 , WN 2は、一点に共通接続され、端子 U l, U2は、三相ケーブル 20の U相ケーブル 2 1に接続され、端子 V I, V2は、三相ケ一ブル 20の V相ケ一ブル 22に接続され、端子 W1, W 2は、三相ケーブル 20の W相ケーブル 23に接続される。

図 3は、図.1に示す A方向から見たロータ 40およびステ一タ 50の平面図である。 ,

図 3を参照して、ロータ 40は、ステ一タ 50の内周側に配置される。そして磁石 42は、周方向 DR 2に沿って 8個配置される。磁石 42 A, 42 C, 42 E, 42Gは、ロータコア 4 1の外周側が N極になるように配置され、磁石 42 B, 42D, 42 F, 42Hは、ロータコア 4 1の外周側が S極になるように配置される。このように、 8個の磁石 42 (42A〜42H) は、ロータ 40の径方向に着磁され、磁石の極性が隣接する磁石間で反転するように周方向 DR 2に配置される。そして、図 2に示すコイル 5 10〜5 1 7， 520〜527, 53 0〜537， 540〜 547， 550〜 557, 560~56 7は、 8個の磁石 42 (42A〜42H) に対向して配置される。

ステ一タコア 52は、 48個のティース 1を含むが、ティース 1の個数は、口

—タ 40に含まれる磁石 42 (42A'〜42H) の磁極数の 6倍（整数倍) になるように決定される。

図 4は、図 1に示すロータ 40の斜視図である。

図 4を参照して、ロータ 40のロータコア 41は、略円筒形状からなり、円筒面 41 Aを有する。そして、磁石 42は、回転軸方向 DR 1からロータコア 4 1 に埋め込まれる。

なお、以上のように、スロットが毎極毎相当たり 2個の割合で設けられたステータコア 52と、 1スロットだけずれたス口ットに巻回された各相の第 1および第 2のコイルを接続して構成されたステータコイル 5 1とを備えた回転電機は、一般的に、「毎極毎相 2スロットの分布卷モータ」とも称される。

ここで、再び図 2を参照して、ステ一タコア 5 2において、周方向に配列された 4 8個のティース 1は、両脇に配された 2個のスロットに互いに同じ相のコィルが収容されてなるティース（以下、同相間ティースとも称する）と、両脇に配された 2個のスロットに互いに異なる相のコイルが収容されてなるティース（以下、異相間ティースとも称する）とに分別される。

具体的には、図 2において、 1個の磁極に着目すると、周方向に連続的に配列された 6個のティース 1〜 6のうち、ティ一ス 1は、両のスロットに U相コィル 5 1 1， 5 2 1がそれぞれ収容されることから、同相間ティ一スを構成する。同様に、ティース 3は、 V相コィノレ 5 3 1 , 5 4 1がそれぞれ収容された 2個のスロットに挟まれることにより、同相間ティースを構成する。また、ティース 5 は、 W相コイル 5 5 1 , 5 6 1がそれぞれ収容された 2個のスロットに挟まれることにより、同相間ティースを構成する。 '

一方、ティース 2は、両脇のスロットに U相コイル 5 2 1と V相コイル 5 3 1 とがそれぞれ収容されていることから、異相間ティースを構成する。同様に、ティ一ス 4は、両脇のスロットに V相コイル 5 4 1と W相コイル 5 5 1とがそれぞれ収容されているため、異相間ティースを形成する。また、ティース 6は、両脇のスロットに W相コイル 5 6 1と U相コイル 5 1 0とがそれぞれ収容されていることから、異相間ティースを構成する。

このように、図 2の毎極毎相 2スロットの分布卷モータにおいては、同相間ティ一スと異相間ティースとは、ステータコア 5 2に周方向に沿って交互に配列されるように形成されることになる。そして、ステ一タコイル 5. 1に交流電流からなるモータ制御電流 M L T Iが供給されると、ステ一タコア 5 2の内部には磁束が発生する。その発生した磁束は、同相間ティース（たとえばティース 1， 3， 5 ) および異相間ティース（たとえばティース 2 , 4 , 6 ) をそれぞれ通過し、ステータコア 5 2の内周面とロータコア（図示せず）の外周面との間に形成されるエアギャップを介して、ロータ 4 0の内部へと流れ込む。

このとき、同相間ティースおよび異相間ティースにはそれぞれ、図 5に示すような電磁加振力が発生する。なお、電磁加振力とは、ステ一タ 5 0のステ一タコィル 5 1に交流電流を供給することにより、ティース 1に加えられるティース 1 を振動させようとする力である。

図 5は、ティース 1に印加される電磁加振力を説明するための図である。

図 5を参照して、回転電機 1 0 0においては、ロータ 4 0は、 8個の磁石 4 2 を含み、 4対の N S磁極対を形成するため、 4の整数倍の回転次数を有する電磁加振力が発生する。すなわち、 4次、 8次、 1 2次、 1 6次、 2 0次、 2 4 次、 · . ·の回転次数を有する電磁加振力が生じる。このうち、 6 f ( f ：モ一タ制御電流 MT L Iの基本周波数）の電磁加振力に相当する 2 4次の回転次数を有する電磁加振力（以下、回転 2 4次の電磁加振力とも称する）、モータの電磁騒音および振動に最も影響の大きいことが知られ Tいる。

この回転 2 4次の電磁加振力は、図 5に示すように、ティース 1， 2， 3 , 4 5 , · · ' の 1つ 1つに印加される成分を有する。そして、各ティース 1において、電磁カロ振力は、ティース 1の先端部分に集中的に印加される'。

さらに、ティース 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , · · ' の各々に加えられる電磁加振力は、隣り合うティース間で互いに逆方向となる関係を有する。具体的には、ティース 1 , 3 , 5の各々に印加される電磁加振力 F 1は、図中の黒矢印で示すように、径方向外方に向かう成分と、周方向の一方向に向かう成分とで表わされる。一方、ティース 2， 4 , 6の各々に印加される電磁加振力 F 2は、図中の白矢印で示すように、径方向内方に向かう成分と、周方向の他方向に向かう成分とで表わされる。したがって、毎極毎相 2スロットの分布巻モータにおいては、周方向に交互に配列される同相間ティース 1， 3， 5 , · · · と異相間ティース 2 , 4 , 6 , · · ' とでは、互いに逆方向の電磁加振力が印加されることとなる。このように、電磁加振力は、ティース 1の先端部分に径方向に印加される成分と、周方向に印加される成分とで表わされ、径方向の成分が周方向の成分に対して相対的に大きいという性質を持つ。すなわち、回転 2 4次の電磁加振力によつて、モータには径方向の振動と周方向の振動との合成振動が誘起される。このうち、電磁騒音の発生要因となるモータの振動については、径方向の振動が支配的とされる。したがって、この発明では、電磁騒音低減の観点から、ティース 1の先端部分に径方向に印加される電磁加振力に着目する。なお、各ティース 1に印加される電磁加振力そのものは、交流電流であるモータ制御電流 MT L Iに応じて時間とともに大きさおよび向きが遷移するが、隣り合うティース間で電磁加振力が互いに逆方向となる関係については常に保たれている。

図 6は、ステータコア 5 2のティース 1， 2 , 3 , 4 , 5 , 6， · · 'と、回転 2 4次の電磁加振力との関係を示す図である。なお、図 6において、ティースは展開図により表わされている。

. 図 6を参照して、回転 2 4次の電磁加振力は、同相間ティース 1 , 3， 5にプラス方向の電磁加振力 F 1を加える。また、異相間ティース 2， 4 , 6にマイナス方向の電磁加振力 F 2を加える。なお、各ティース 1に加えられる電磁加振力の周方向成分については、上述したょに電磁騒音への影響が小さいことから、図示およびその説明を省略する。

ここで、同相間ティース 1 , 3 , 5と異相間ティ一ス 2 , 4 , ' 6とにおいて、印加される電磁加振力の大きさには差が生じる。すなわち、両者には、同相間ティ一ス 1 , 3 , 5に印加される電磁加振力よりも、異相間ティース 2 , 4 , 6に印加される電磁加振力がより大きいという関係が成り立つ。このため、ステ一タコア 5 2には、隣り合うティース 1に互い逆方向に印加される電磁加振力が不' 均衡となり、両者の電磁加振力の差に相当する成分がステ一タコア 5 2全体に径方向に作用する。その結果、ステ一タコア 5.2が径方向に振動して電磁騒音を発生させる。

このように同相間ティースと異相間ティースとの間で電磁加振力の大きさに差が生じる要因としては、両者の間で、ティースを通過する磁束数 Φが互いに異なることが挙げられる。したがって、同相間ティースと異相間ティースとで通過する磁束数 Φを互いに等しくすれば、印加される電磁加振力の大きさを互いに等しくなるため、その差を解消することができる。そして、電磁加振力が互いに等しくなると、同相間ティースと異相間ティースとの間では、逆方向に印加される電磁加振力が相殺し合うため、ステ一タコア 5 2全体に印加される回転 2 4次の電磁加振力を略零とすることができる。その結果、ステ一タコア 5 2の振動を抑制することができる。そこで、本実施の形態による回転電機 1 0 0は、同相間ティースおよび異相間ティースを通過する磁束数を等しくする方法として、ティースごとに形成される磁気回路の磁気抵抗において、同相間ティースと異相間ティースとの間で差を設ける構成とする。これは、起磁力がモータ制御電流 MT L I とステ一タコイル 5 1の巻数とに基づいて所定の値に固定されることから、 2つのティース間で磁気抵抗に差を設けることによって、磁束数を等しくしょうとするものである。詳細には、モータ制御電流 MT L Iによって形成される磁気回路において、磁気抵抗は、ティース部分の磁気抵抗とエアギャップ部分の磁気抵抗との和で表わされる。なお、磁気抵抗は、周知のように、磁気抵抗 =平均磁路長さ（透磁率 X磁路断面積）で表わされる。本実施の形態では、以下に述べるように、同相間ティースと異相間ティースとでエアギャップの幅（上記平均磁路長さに相当）を異ならせることにより、両者の磁気抵抗に差を設けることとする。

なお、本実施の形態においては、同相間ティースと異相間ティースとでエアギヤップの幅を異ならせる構成は、「磁気抵抗調整手段」を実現する。

図 7は、この発明の実施の形態 1によるステ一タコア 5 2を説明するための図である。

図 7を参照して、ステータコア 5 2は、同相間ティース 1 (または 3 , 5 ) の先端部とロータコア 4 1の外周面との間に、幅（図中の矢印 d g 1に相当）が周方向に略均一となるように設定されたエアギャップを有する。

さらに、ステータコア 5 2は、異相間ティース 2 (または 4 , 6 ) の先端部とロータコア 4 1の外周面との間に、幅が周方向に不均一となるように設定されたエアギャップをさらに有する。

具体的には、異相間ティース 2は、図 7に示すように、先端部に径方向外方に凹となるように形成された円弧状の窪みを有する。なお、この窪みは、両隣に配される同相間ティース 1 , 3との間にそれぞれ形成されるスロットの開口端部 (図中の領域 R G Nに相当）を含まないように形成される。すなわち、円弧がティ一ス 2の先端部分の略中央部分に位置し、周方向の両端にかからないように窪みが設けられる。そして、この窪みの最も凹んだ部分において、エアギャップの幅は、上記の幅 d g lよりも大きい幅 d g 2に設定される。このような構成としたことにより、同相間ティース 1と異相間ティース 2とでは、エアギャップの磁気抵抗に差が生じる。すなわち、エアギャップの磁気抵抗はその幅に比例するところ、異相問ティース 2は、エアギャップの幅が相対的に大きいため、同相間ティース 1と比較して、より高いエアギャップの磁気抵抗を有することになる。これにより、エアギャップ部の磁気抵抗が増加したことによつて、異相間ティース 2における磁気回路の磁気抵抗は、同相間ティ一ス 1における磁気回路の磁気抵抗よりも高くなる。

. そして、異相間ティース 2においては、磁気抵抗の増加によって、通過する束数が減少する。この磁束の減少は、異相間ティース 2に印加される電磁加振力を低下させる。このとき、減少後の異相間ティース 2の磁束数が、同相間ティース 1の磁束数と略同じとなるようにエアギヤップの幅に差を設けることによって、異相間ティース 2に印加される電磁加振力と同相間ティース 1に印加される電磁加振力とは互いに等しい大きさとなる。これにより、図 8に示ずように、両者の間で互いに逆方向に印加される電磁加振力 F 1， F 2が相殺し合うことから、ステ一タコア 5 2全体に印加される回転 2 4次の電磁加振力は略零とされる。その結果、ステ一タコア 5 2の振動が抑制されることとなり、回転電機 1 0 0の電磁騒音を低減することができる。

なお、本実施の形態では、図 7で述べたように、異相間ティース 2の窪みを、隣接する同相間ティース 1， 3との間でスロット開口端部のエアギャップの幅が連続するように設けたことによって、ステ一タ 5 0の製造工程に設計変更が不要となる。例えばスロットの開口端部に.は、ステータコイル 5 1とティース 1との電気的絶縁を確保するために、通常、絶縁紙などの電気絶緣部材が挿入される。この発明によれば、スロット開口端部の形状は従来どおりに維持されていることから、絶縁紙を設計変更する必要が生じない。

図 9は、この発明による回転電機 1 0 0の駆動時に発生する電磁騒音を説明するための模式図である。

図 9を参照して、従来の回転電機では、モータ回転数が相対的に低い低周波数および中周波数において、音圧レベルが相対的に高くなり、電磁騒音が顕著となつていた。これは、上述したように回転 2 4次の電磁加振力の影響による。これに対して、この発明による回転電機 1 0 0によれば、回転 2 4次の電磁加振力が略零に抑制されるため、この低周波数および中周波数における音圧レベルの増加が抑えられ、電磁騒音が著しく低減されていることが分かる。

なお、この発明による回転電機 1 0 0は、鉄損の低減という更なる効果を奏する。詳細には、鉄損は、磁束密度の増加に従って増加し、モータ効率を低下させる要因となる。従来の回転電機では、異相間ティースは、同相間ティースに対して相対的に磁束数が多く、高い磁束密度（=磁束数/断面積）を有するため、同相間ティースよりも鉄損が多く生じていた。

これに対し、この発明による回転電機 1 0 0は、異相間ティースと同相間ティースとで磁束数を等しくしたことによって、磁束密度についても略同一に調整される。したがって、異相間ティースに発生する鉄損は、同相間ティースにおける鉄損と略同等レベルまで低減される。これにより、ステータコア 5 2全体で発生する鉄損が従来の回転電機に対して減少する。その結果、モータ効率が向上する。

[変更例]

図 1 0は、この発明の実施の形態 1の変更例による回転電機のステータコアを説明するための図である。

図 1 0を参照して、ステータコア 5 2 Aは、同相間ティース 1 (または 3 , 5 ) の先端部とロータコア 4 1の外周面との間に、幅（図中の矢印 d g lに.相当）が周方向に略均一となるように設定されたエアギャップを有する。なお、同相間ティース 1 , 3 , 5の先端部は、回転電機の回転軸を中心として半径 R 1の同一円周上に位置する。

さらに、ステータコア 5 2は、異相間ティース 2 (または 4 , 6 ) の先端部とロータコア 4 1の外周面との間に、幅（図中の矢印 d g 2 Aに相当）が周方向に略均一となるように設定されたエアギャップをさらに有する。なお、異相間ティ —ス 2 , 4 , 6の先端部は、回転電機の回転軸を中心として半径 R 2 ( R 2 > R 1 ) の同一円周上に位置する。

すなわち、本変更例において、異相間ティース 2は、ヱァギャップの幅 d g 2 Aが、同相間ティース 1 , 3 , 5のエアギャップの幅 d g 1よりも大きくなるように設定される。これにより、異相間ティース 2 , 4 , 6に形成される磁気回路の磁気抵抗は、同相間ティース 1， 3 , 5の磁気回路の磁気抵抗よりも高い値を示す。このとき、異相間ティース 2の磁束数と同相間ティース 1の磁束数とが略同じとなるように、エアギャップの幅 d g 2 Aを設定することによれば、異相間ティース 2に印加される加振力と同相間ティース 1に印加される加振力とを略等しい大きさとすることができる。そして、同相間ティース 1および異相間ティ一ス 2に互いに逆方向に印加される電磁加振力 F 1， F 2が相殺し合うことによつて、ステータコア 5 2全体に印加される回転 2 4次の電磁加振力は略零とされる。その結果、ステータコア 5 2の振動が抑制されることとなり、回転電機 1 0 0の電磁騒音を低減することができる。

以上のように、この発明の実施の形態 1によれば、回転電機のステータコアに印加される 6 f の電磁加振力を略零とすることができる。その結果、ステ一タコァの振動を抑制でき、電磁騒音を低減することができる。

[実施の形態 2 ] '

図 1 1は、この発明の実施の形態 2による回転電機のステータコアを説明するための図である。

図 1 1を参照して、ステータコア 5 2 Bは、同相間ティース 1 (または 3 , 5 ) と、異相間ティース 2 (または 4 , 6 ) とで、ティースの周方向長さが異なるように構成される。詳細には、異相間ティース 2の周方向長さ（図中の 1 2に相当）が同相間ティース 1の周方向長さ（図中の 1 1に相当）よりも長くなるように'形成される。このとき、各ティースの回転軸方向の長さは等しいため、結果的に、異相間ティース 2の断面積は、同相間ティース 1の断面積よりも小さくなる。

そして、ティース部分の磁気抵抗はティースの断面積に反比例することに従えば、異相間ティース 2のティース部分の磁気抵抗は、同相間ティース 1のティ一ス部分の磁気抵抗に対して大きくなる。

これにより、異相間ティース 2には、ティース部分の磁気抵抗が同相間ティース 1を上回ることに起因して、同相間ティース 1よりも高い磁気抵抗を有する磁気回路が形成される。

そして、異相間ティース 2においては、磁気抵抗の増加によって、通過する磁束数が減少する。この磁束の减少は、異相間ティース 2に印加される電磁加振力を低下させる。このとき、減少後の異相間ティース 2の磁束数が、同相間ティ一ス 1の磁束数と略同じとなるようにティースの周方向長さに差を設けることによつて、異相間ティース 2に印加される電磁加振力と同相間ティース 1に印加される電磁加振力とは互いに等しい大きさとなる。これにより、両者の間で互いに逆方向に印加される電磁加振力が相殺し合うことから、ステ一タコア 5 2全体に印加される回転 2 4次の電磁加振力は略零とされる。その結果、ステータコア 5 2 の振動が抑制されることとなり、回転電機 1 0 0の電磁騒音を低減することができる。

以上のように、この発明の実施の形態 2によれば、回転電機のステ一タコアに印加される 6 f の電磁加振力を略零とすることができる。その結果、ステ一タコァの振動を抑制でき、電磁騒音を低減することができる。

なお、本実施の形態においては、同相間ティースと異相間ティースとで断面積を異ならせる構成は、「磁気抵抗調整手段」を実現する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。産業上の利用可能性

この発明は、スロットが毎極毎相当たり 2個の割合で形成されたステータコアを有する回転電機に適用することができる。

Claims

請求の範囲

1. s ( sは複数）相の回転電機（1 00) であって、

n (nは自然数）個の磁極を有するロータ（40) と、

前記 n個の磁極の各々について、前記 s相の 2倍となるように設けられた 2 n X s個のティース（ 1) と、各々が隣接する前記ティ一ス（1) 間に形成される前記 2 n X s個のスロットとからなるステ一タコア（5 2) と、前記 2 n X s個のティース（1 ) に巻回された _n X s個のコィノレ（5 1 ) とを有するステ一タ (50) とを備え、

前記 n X s個のコイル（5 1) は、各前記 n個の磁埤について、毎相.あたり 1 スロットだけずれて卷回されたコイル群を形成し、

前記 2 n X s個のティース（ 1 ) は、前記ロータの回転軸方向に沿って両脇に形成される 2個のスロットに互いに同相のコイルがそれぞれ揷人されてなる同相間ティースと、前記ロータの回転軸方向に沿って両脇に形成される 2個のスロットに互いに異相のコイルがそれぞれ挿入されてなる異相間ティースとからなり、前記回転電機（1 00) は、前記 n X s個のコイル（5 1) に交流電流が供給されたときに前記同相間ティースおよび前記異相間ティースにそれぞれ形成される磁気回路について、通過する磁束数が互いに均衡するように、前記磁気回路の磁気抵抗に差が設けられる、回転電機。

2. '前記回転電機（1 00) は、前記異相間ティースに形成される磁気回路の磁気抵抗が、前記同相間ティースに形成される磁気回路の磁気抵抗よりも大きくなるように設定される、請求項 1に記載の回転電機。

3. 前記回転電機 ( 1 00) は、前記異相間ティースの先端部と前記ロータ（4 0) の外周面との間に形成される空隙の幅が、前記同相間ティースの先端部と前記ロータの外周面との間に形成される空隙の幅よりも大きくなるように設定される、請求項 2に記載の回転電機。

4. 前記回転電機（1 00) は、前記同相間ティースの先端部と前記ロータ（4 0) の外周面との間に形成される空隙の幅と、前記異相間ティースの先端部と前記ロータ（40) の外周面との間に形成される空隙の幅とが、前記スロットの開口端部において連続するように設定される、請求項 3に記載の回転電機。

5. 前記回転電機（1 00) は、前記異相間ティースの磁路断面積が、前記同相 ' 間ティースの磁路断面積よりも小さくなるように設定される、請求項 2に記載の回転電機。

6. s ( sは複数）相の回転電機（1 00) であって、

n (nは自然数）個の磁極を有するロータ（40) と、

前記 n個の磁極の各々について、前記 s相の 2倍となるように設けられた 2 n X s個のティース（ 1 ) と、各々が隣接する前記ティース（1) 間に形成される前記 2 n X s個のスロットとからなるステ一タコア（5 2) と、前記 2 n X s個のティース（ 1 ) に巻回された n X s個のコィノレ（ 1 ) とを有するステ—タ (50) とを備え、

前記 n X s個のコイル（5 1) は、各前記 n個の磁極について、毎相あたり 1 スロットだけずれて卷回されたコイル群を形成し、 '

前記 2 n X s個のティース（ 1) は、前記ロータ（40) の回転軸方向に沿つて両脇に形成される 2個のスロットに互いに同相のコイルがそれぞれ挿入されてなる同相間ティースと、前記ロータの回転軸方向に沿って両脇に形成される 2個のスロットに互いに異相のコイルがそれぞれ挿入されてなる異相間ティースとからなり、

前記 n X s個のコイル（5 1) に交流電流が供給されたときに前記同相間ティ —スおよび前記異相間ティースにそれぞれ形成される磁気回路について、通過する磁束数が互いに均衡するように、前記磁気回路の磁気抵抗に差を設ける磁気抵抗調整手段をさらに備える、回転電機。

7. 前記磁気抵抗調整手段は、前記異相間ティースに形成される磁気回路の磁気抵抗を、前記同相間ティースに形成される磁気回路の磁気抵抗よりも大きくなるように設定することを含む、請求項 6に記載の回転電機。

8. 前記磁気抵抗調整手段は、前記異相間ティースの先端部と前記ロータ（4 0) の外周面との間に形成される空隙の幅を、前記同相間ティースの先端部と前記ロータ（40) の外周面との間に形成される空隙の幅よりも大きくなるように

. 設定することを含む、請求項 7に記載の回転電機。

9. 前記磁気抵抗調整手段は、前記同相間ティースの先端部と前記ロータ（4 0) の外周面との間に形成される空隙の幅と、前記異相間ティースの先端部と前 ' 記ロータ（40) の外周面との間に形成される空隙の幅とが、前記スロットの開口端部において連続するように設定するこどを含む、請求項 8に記載の回転電機。

10. 前記磁気抵抗調整手段は、前記異相間ティースの磁路断面積を、前記同相間ティースの磁路断面積よりも小さくなるように設定することを含む、請求項 7 に記載の回転電機。