(57)【要約】【課題】回転電機の半径方向電磁力により励起される振動・騒音を抑制する。【解決手段】回転子１は回転子コア軸長２Ｌに対し、４つの回転子ピース３，４，５，６に分割され、回転子ピース３，４，５，６は軸長が０.２９Ｌ，０.７１Ｌ，０.７１Ｌ，０.２９Ｌ であり、かつ回転子ピース３，４，５，６の有効磁極開角をなす二次導体２は回転子ピース軸方向断面間で電気角位相差が同じとなるようにスキューを形成し、回転子ピース３，４間、５，６間でスキューは連続、回転子ピース４，５間でスキューが不連続となるように回転子ピース軸方向断面間の電気角位相差と同じだけずらして配置される。【選択図】図１
2006230189.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子と複数のスロットを有する固定子とを備えた回転電機において、
前記回転子を軸方向に複数の回転子ピースに分割し、分割された前記回転子ピースのそれぞれは軸長とスキュー角絶対値の組合せのうち、１つの回転子ピースは他の少なくとも１つの回転子ピースの軸長とスキュー角絶対値の組合せと異なる構成としたことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
回転子と複数のスロットを有する固定子とを備えた回転電機において、
前記固定子を軸方向に複数の固定子ピースに分割し、分割された前記固定子ピースのそれぞれは軸長とスキュー角絶対値の組合せのうち、１つの固定子ピースは他の少なくとも１つの固定子ピースの軸長とスキュー角絶対値の組合せと異なる構成としたことを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項１に記載の回転電機において、
前記回転子は軸長の中央部で２つの領域に分かれ、左側をＡ領域、右側をＢ領域とすると、Ａ領域とＢ領域のスキュー角の符号が異なることを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項２に記載の回転電機において、
前記固定子は軸長の中央部で２つの領域に分かれ、左側をＡ領域、右側をＢ領域とすると、Ａ領域とＢ領域のスキュー角の符号が異なることを特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項１に記載の回転電機において、
前記回転子は３ｎ（ｎは２の倍数）個に分割され、３個を一組として左側をＤ領域、中央をＥ領域、右側をＦ領域とすると、Ｅ領域のスキュー角の絶対値はＤ領域とＦ領域のスキュー角の絶対値より小さくかつＤ領域，Ｅ領域，Ｆ領域のスキュー角の符号は同じであることを特徴とする回転電機。
【請求項６】
請求項２に記載の回転電機において、
前記固定子は３ｎ（ｎは２の倍数）個に分割され、３個を一組として左側をＤ領域、中央をＥ領域、右側をＦ領域とすると、Ｅ領域のスキュー角の絶対値はＤ領域とＦ領域のスキュー角の絶対値より小さくかつＤ領域，Ｅ領域，Ｆ領域のスキュー角の符号は同じであることを特徴とする回転電機。
【請求項７】
請求項１に記載の回転電機において、
回転子を軸方向に４個の回転子ピースに分割し、それぞれの回転子ピースの長さとスキュー角は、回転子コアの軸長２Ｌとすると、０.２９Ｌ，０.７１Ｌ,０.７１Ｌ,０.２９Ｌの長さを基準として、０.２９Ｌ の回転子ピースは回転子コアの軸長２Ｌの−４％〜＋
１６％、０.７１Ｌ のピースは回転子コアの軸長２Ｌの＋４％〜−１６％範囲のいずれかの長さに設定され、
軸長Ｌの分を構成する２個の回転子ピースの有効磁極開角はそれぞれの回転子ピースで連続してスキューを形成し、２個の回転子ピースの軸方向断面間の電気角位相差は同じで、２個の回転子ピース間ではスキューは連続して配置され、
残り半分の軸長Ｌの分を構成する２個の回転子ピースは、前記軸長Ｌの分を構成する２個の回転子ピースを回転子コアの軸長の中心で対称となるように配置したものを、回転子コアの軸長中央でスキューが不連続となるよう周方向に回転子ピースの両端間の電気角位相差と同じ電気角位相差だけずらして配置されることを特徴とする回転電機。
【請求項８】
請求項２に記載の回転電機において、
固定子を軸方向に４個の固定子ピースに分割し、それぞれの固定子ピースの長さとスキュー角は、固定子コアの軸長２Ｌとすると、０.２９Ｌ，０.７１Ｌ,０.７１Ｌ,０.２９Ｌの長さを基準として、０.２９Ｌ の固定子ピースは固定子コアの軸長２Ｌの−４％〜＋
１６％、０.７１Ｌ の固定子ピースは固定子コアの軸長２Ｌの＋４％〜−１６％範囲のいずれかの長さに設定され、
軸長Ｌの分を構成する２個の固定子ピースの有効磁極開角はそれぞれ固定子ピースで連続してスキューを形成し、２個の固定子ピースの軸方向断面間の電気角位相差は同じで、２個の固定子ピース間ではスキューは連続して配置され、
残り半分の軸長Ｌの分を構成する２個の固定子ピースは、前記軸長Ｌの分を構成する２個の固定子ピースを固定子コアの軸長の中心で対称となるように配置したものを、固定子コアの軸長中央でスキューが不連続となるよう周方向に固定子ピースの両端間の電気角位相差と同じ電気角位相差だけずらして配置されることを特徴とする回転電機。
【請求項９】
請求項１に記載の回転電機において、
回転子を軸方向に６個の回転子ピースに分割し、それぞれの回転子ピースの長さとスキュー角は、回転子コアの軸長２Ｌとすると、０.２５Ｌ，０.５Ｌ，０.２５Ｌ，０.２５Ｌ，０.５Ｌ，０.２５Ｌの長さを基準として、回転子コアの軸長２Ｌの±４％範囲のいずれかの長さに設定され、
軸長Ｌの分を構成する３個の回転子ピースの有効磁極開角はそれぞれ回転子ピースで連続してスキューを形成し、３個の回転子ピースの両端間の電気角位相差は同じで、３個の回転子ピース間ではスキューは連続して配置され、
残り半分の軸長Ｌの分を構成する３個の回転子ピースは、前記軸長Ｌの分を構成する３個の各回転子ピースを回転子コアの軸長の中心で対称となるように配置したものを、回転子コアの軸長中央でスキューが不連続となるよう周方向に回転子ピースの両端間の電気角位相差と同じ電気角位相差だけずらして配置されることを特徴とする回転電機。
【請求項１０】
請求項２に記載の回転電機において、
固定子を軸方向に６個の固定子ピースに分割し、それぞれの固定子ピースの長さとスキュー角は、固定子コアの軸長２Ｌとすると、０.２５Ｌ，０.５Ｌ，０.２５Ｌ，０.２５Ｌ，０.５Ｌ，０.２５Ｌの長さを基準として、固定子コアの軸長２Ｌの±４％範囲のいずれかの長さに設定され、
軸長Ｌの分を構成する３個の固定子ピースの有効磁極開角はそれぞれ固定子ピースで連続してスキューを形成し、３個の回転子ピースの両端間の電気角位相差は同じで、３個の固定子ピース間ではスキューは連続して配置され、
残り半分の軸長Ｌの分を構成する３個の固定子ピースは、前記軸長Ｌの分を構成する３個の各固定子ピースを固定子コアの軸長の中心で対称となるように配置したものを、固定子コアの軸長中央でスキューが不連続となるよう周方向に固定子ピースの両端間の電気角位相差と同じ電気角位相差だけずらして配置されることを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導電動機，発電機における半径方向加振力により発生する電磁振動，騒音の発生を抑制する回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転電機は家電製品、或いは各種ＯＡ機器に多数使用され、さらに近年は電気自動車に搭載されるようになってきている。電気自動車に搭載される回転電機は、高出力のものが要求される一方で、電磁加振力による振動・騒音が問題となっている。一方、住居や電気自動車における快適環境の追求により振動・騒音低減の要求が非常に高い。さらには、発電機においても振動・騒音の低減は従来から問題となっている。
【０００３】
回転電機の半径方向電磁加振力は回転子と固定子と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度に周期的に変化して、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ことが分かっている。半径方向の電磁加振力の回転次数，空間次数、および振幅は回転子の有効磁極開角の極数，回転子に設けられたスロット数，固定子に設けられたスロット数に依存する。
【０００４】
振動・騒音低減低技術の一つとして回転電機の回転子、または固定子にスキューを設けることが行われている。このスキューを設ける手段としては例えば、以下の特許文献１〜６が挙げられる。
【０００５】
特許文献１では、インナーロータ形の誘導電動機において、固定子を軸方向に分割してリング状に複数のコイルを巻装し、各コイルのリングの中心と回転軸の中心が一致するように配置して、各コイルの外周側と軸方向両端側に、各々磁気回路を構成する固定子鉄心を設け、固定子鉄心の内周側には、磁極歯部が当該コイルを挟んで回転軸の周方向に電気角でπずれた位置に交互に形成され、更に各コイルの磁極歯部を、回転軸の周方向に所定の角度ずらして、軸方向に重ね合わせた構成にしている。
【０００６】
特許文献２では、固定子が軸方向に分割された複数個の分割固定子からなり、１つの分割固定子は他の分割固定子に対して周方向にずれ角βだけずらして配置されている。
【０００７】
特許文献３では、回転子に形成された閉スロット内に二次導体を鋳込んでかご形巻線を構成した誘導電動機において、回転子の鉄心の軸方向中央部に幅広の閉スロット構造のスロットを有する第１の鉄心部を設けるとともに、第１の鉄心部の両側に幅狭の閉スロット構造のスロットを有する第２及び第３の鉄心部を設け、第１の鉄心部の幅広閉スロット構造のスロット部分と第２及び第３の鉄心部の幅狭閉スロット構造を有するスロット幅狭の閉スロット構造を有するスロットの重なったスロットを連通させて二次導体を回転子鉄心の軸方向中央部で短絡させている。
【０００８】
特許文献４では、導体を収納するためのスロット形成用の打抜部が形成された鋼板を積層して積層鉄心を形成するかご形回転子において、鋼板の打抜部を外周側のブリッジ部或いは開口部が導体を収納する主部の中心線に対して
【０００９】
【数１】
2006230189.tif 000003
を満足する距離ｄだけずれた位置となる非対称形状に形成し、積層鉄心は、鋼板をスロットの方向が一致するようにして複数枚積層された複数の単位ブロックを複数組合せ、各単位ブロック間においてはスロットの方向が互いに異なりかつ主部が重なるように構成され、複数組の積層鉄心のうち少なくとも１個は所定量スキューしている。
【００１０】
特許文献５では、軸方向に複数に分割された円筒状永久磁石を備えた回転子において、隣り合う円筒状永久磁石のスキュー方向を反転させ各々の円筒状永久磁石に１溝ピッチスキューを施して、Ｗ字型にスキューさせている。あるいは、回転子は軸方向に複数に分割され同一方向に１溝ピッチスキューされた円筒状永久磁石からなり、隣り合う円筒状永久磁石のスキューラインを１溝ピッチずらして稲妻型にスキューさせている。
【００１１】
特許文献６では、回転子の有効磁極開角の１極分ずつ軸方向に複数個の回転子ピースに分割し、隣り合うピースを１／２スロットずらしてスキューさせている。
【００１２】
【特許文献１】特開２００３−３３３８１１号公報
【特許文献２】特開平７−２９８５７８号公報
【特許文献３】特開平７−１６３１０８号公報
【特許文献４】第２８５４６６４号公報
【特許文献５】特開平８−２９８７３５号公報
【特許文献６】特開２００４−３５７４０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１についても固定子あるいは回転子にスキューを施すことにより、ギャップ磁束の高調波成分の影響を低減させ、振動・騒音を小さくすることができるが、固定子の軸方向モードを考慮して、背面固定子鉄心の軸長を最適化していないため半径方向電磁加振力による振動・騒音低減効果が十分ではない。
【００１４】
特許文献２についてもトルク脈動による振動・騒音の低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。
【００１５】
特許文献３についても、横流損の発生を低減することについては有効であるが、電磁加振力による振動・騒音低減効果は少ない。
【００１６】
特許文献４についても、高調波成分による異常トルクの発生およびそれに起因する振動・騒音を抑制できるが、各単位ブロックの軸長とスキュー角を同時に最適化していないため半径方向電磁加振力による振動・騒音低減効果が十分ではない。
【００１７】
特許文献５についてもコギングトルクを低減させることができるが永久磁石の長さを最適化していないため半径方向電磁加振力による振動・騒音低減効果が十分ではない。
【００１８】
特許文献６についても有効磁極開角の１極分がたとえば誘導電動機の回転子に複数の溝を周方向に等間隔ピッチに形成し、前記溝にアルミダイカスト等により形成した有効磁極開角のように複数箇所に１／２スロットずらしたスキューを設けることがむずかしい構成には適用することができない問題点があった。
【００１９】
本発明の目的は、回転電機の半径方向電磁加振力に起因する振動を低減し、その結果より低騒音な回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的は、回転子と複数のスロットを有する固定子とを備えた回転電機において、前記回転子を軸方向に複数の回転子ピースに分割し、分割された前記回転子ピースのうち、１つのピースは他の少なくとも１つのピースの軸長とスキュー角絶対値の組合せが異なることにより達成される。
【００２１】
また、上記目的は、回転子と複数のスロットを有する固定子とを備えた回転電機において、前記固定子を軸方向に複数の固定子ピースに分割し、分割された前記固定子ピースのうち、１つのピースは他の少なくとも１つのピースの軸長とスキュー角絶対値の組合せが異なることにより達成される。
【００２２】
また、上記目的は、前記回転子ピースは軸長の中央部で２つの領域に分かれ、左側をＡ領域、右側をＢ領域とすると、Ａ領域とＢ領域のスキュー角の符号が異なることにより達成される。
【００２３】
また、上記目的は、前記固定子ピースは軸長の中央部で２つの領域に分かれ、左側をＡ領域、右側をＢ領域とすると、Ａ領域とＢ領域のスキュー角の符号が異なることにより達成される。
【００２４】
また、上記目的は、前記回転子は３ｎ（ｎは２の倍数）個に分割され、３個を一組として左側をＤ領域、中央をＥ領域、右側をＦ領域とすると、Ｅ領域のスキュー角の絶対値はＤ領域とＦ領域のスキュー角の絶対値より小さくかつＤ領域，Ｅ領域，Ｆ領域のスキュー角の符号は同じであることにより達成される。
【００２５】
また、上記目的は、前記固定子は３ｎ（ｎは２の倍数）個に分割され、３個を一組として左側をＤ領域、中央をＥ領域、右側をＦ領域とすると、Ｅ領域のスキュー角の絶対値はＤ領域とＦ領域のスキュー角の絶対値より小さくかつＤ領域，Ｅ領域，Ｆ領域のスキュー角の符号は同じであることにより達成される。
【００２６】
また、上記目的は、前記回転子を軸方向に４個の回転子ピースに分割し、それぞれの回転子ピースの長さとスキュー角は、回転子コアの軸長２Ｌとすると、０.２９Ｌ，０.７１Ｌ，０.７１Ｌ，０.２９Ｌ の長さを基準として、０.２９Ｌの回転子ピースは回転子コアの軸長２Ｌの−４％〜＋１６％、０.７１Ｌ の回転子ピースは回転子コアの軸長２Ｌの＋４％〜−１６％範囲のいずれかの長さに設定され、
軸長Ｌの分を構成する２個の回転子ピースの有効磁極開角はそれぞれの回転子ピースで連続してスキューを形成し、２個の回転子ピースの両端間の電気角位相差は同じで、２個の回転子ピース間ではスキューは連続して配置され、残り半分の軸長Ｌの分を構成する２個の回転子ピースは、前記軸長Ｌの分を構成する２個の回転子ピースを回転子コアの軸長の中心で対称となるように配置したものを、回転子コアの軸長中央でスキューが不連続となるよう周方向に回転子ピースの両端間の電気角位相差と同じ電気角位相差だけずらして配置されることにより達成される。
【００２７】
また、上記目的は、前記固定子を軸方向に４個のピースに分割し、それぞれの固定子ピースの長さとスキュー角は、固定子コアの軸長２Ｌとすると、０.２９Ｌ，０.７１Ｌ，
０.７１Ｌ，０.２９Ｌの長さを基準として、０.２９Ｌの固定子ピースは固定子コアの軸長２Ｌの−４％〜＋１６％、０.７１Ｌの固定子ピースは固定子コアの軸長２Ｌの＋４％〜−１６％範囲のいずれかの長さに設定され、
軸長Ｌの分を構成する２個の固定子ピースの有効磁極開角はそれぞれの固定子ピースで連続してスキューを形成し、２個の固定子ピースの両端間の電気角位相差は同じで、２個の固定子ピース間ではスキューは連続して配置され、残り半分の軸長Ｌの分を構成する２個の固定子ピースは、前記軸長Ｌの分を構成する２個の固定子ピースを固定子コアの軸長の中心で対称となるように配置したものを、固定子コアの軸長中央でスキューが不連続となるよう周方向に固定子ピースの両端間の電気角位相差と同じ電気角位相差だけずらして配置されることにより達成される。
【００２８】
また、上記目的は、前記回転子を軸方向に６個のピースに分割し、それぞれの回転子ピースの長さとスキュー角は、回転子コアの軸長２Ｌとすると、０.２５Ｌ，０.５Ｌ，
０.２５Ｌ，０.２５Ｌ，０.５Ｌ，０.２５Ｌの長さを基準として、回転子コアの軸長２Ｌの±４％範囲のいずれかの長さに設定され、軸長Ｌの分を構成する３個の回転子ピースの有効磁極開角はそれぞれの回転子ピースで連続してスキューを形成し、３個の回転子ピースの両端間の電気角位相差は同じで、３個の回転子ピース間ではスキューは連続して配置され、残り半分の軸長Ｌの分を構成する３個の回転子ピースは、前記軸長Ｌの分を構成する３個の各回転子ピースを回転子コアの軸長の中心で対称となるように配置したものを、回転子コアの軸長中央でスキューが不連続となるよう周方向に回転子ピースの両端間の電気角位相差と同じ電気角位相差だけずらして配置されることにより達成される。
【００２９】
また、上記目的は、前記固定子を軸方向に６個のピースに分割し、それぞれの固定子ピースの長さとスキュー角は、固定子コアの軸長２Ｌとすると、０.２５Ｌ，０.５Ｌ，
０.２５Ｌ，０.２５Ｌ，０.５Ｌ，０.２５Ｌの長さを基準として、固定子コアの軸長２Ｌの±４％範囲のいずれかの長さに設定され、軸長Ｌの分を構成する３個の固定子ピースの有効磁極開角はそれぞれの固定子ピースで連続してスキューを形成し、３個の固定子ピースの両端間の電気角位相差は同じで、３個の固定子ピース間ではスキューは連続して配置され、残り半分の軸長Ｌの分を構成する３個の固定子ピースは、前記軸長Ｌの分を構成する３個の各固定子ピースを固定子コアの軸長の中心で対称となるように配置したものを、固定子コアの軸長中央でスキューが不連続となるよう周方向に固定子ピースの両端間の電気角位相差と同じ電気角位相差だけずらして配置されることにより達成される。
【００３０】
ところで、回転子または固定子はそれぞれ軸長２Ｌに対し、４個以上の回転子ピースまたは固定子ピースに分割（ここで、「分割」としているが分割されているとみられる所定の数個からなるよう設定された場合を含む）される。各回転子ピースまたは固定子ピースは固定子の軸方向の変形モードに対し、直交するような力を発生するよう、各回転子ピースまたは固定子ピースに含まれる有効磁極開角の軸長と周方向の相対位置が決定される。有効磁極開角は回転軸に対して永久磁石等の実際の磁束がある角度である。
【００３１】
前記回転子または固定子を軸方向に４または４ｎ（ｎは整数）個以上のピースに分割し、それぞれのピースの長さおよび電気角は、回転子コアまたは固定子コアの軸長２Ｌ、軸方向ｘ軸、軸の中心をｘ＝０（ｘは−Ｌ以上，Ｌ以下）、半径方向の加振力をｆ（ｘ）
（ｆ（ｘ）は複素数）とすると、着目している回転次数に対し次の３つの関係式、
固定子の軸方向の０次モードに対する関係式１
【００３２】
【数２】
2006230189.tif 000004
固定子の軸方向の１次モードに対する関係式２
【００３３】
【数３】
2006230189.tif 000005
固定子の軸方向の２次モードに対する関係式３
【００３４】
【数４】
2006230189.tif 000006
に基づいて、相当長さおよび前記ピース間で周方向にずらした相当位置とされた関係で設定され、設定された順序で配置される。
【００３５】
回転子または固定子が４つ（４ｎを含めて）の回転子ピースまたは固定子ピースに分割された場合、上記３つの式によって理想的に求められる４つの回転子ピースまたは固定子ピースの軸長は、基本的に０.２９Ｌ，０.７１Ｌ，０.７１Ｌ，０.２９Ｌであり、この基準値に基づいて相当長さを設定し、かつそれぞれの回転子ピースまたは固定子ピースの有効磁極開角は、０.２９Ｌ，０.７１Ｌの回転子ピースまたは固定子ピースの軸方向断面の間で電気角の位相差がπ、０.７１Ｌ，０.２９Ｌの回転子ピースまたは固定子ピースの軸方向断面の間で電気角の位相差が−πとなるように各回転子ピースまたは固定子ピースの軸長間で連続してスキューを形成し、０.２９Ｌと０.７１Ｌ，０.７１Ｌと０.２９Ｌの回転子ピースまたは固定子ピースでスキューは連続、０.７１Ｌと０.７１Ｌの回転子ピースまたは固定子ピースの隣接面でスキューは不連続となるよう電気角の位相差πだけずらして設定する。
【００３６】
回転子または固定子が６つ（６ｎを含めて）の回転子ピースまたは固定子ピースに分割された場合、上記３つの式によって理想的に求められる６つの回転子ピースまたは固定子ピースの軸長は、０.２５Ｌ，０.５Ｌ，０.２５Ｌ，０.２５Ｌ，０.５Ｌ，０.２５Ｌであり、この基準値に基づいて相当長さを設定し、かつそれぞれの回転子ピースまたは固定子ピースの有効磁極開角は回転子または固定子の周方向に各回転子ピースまたは固定子ピースの軸方向断面の間で電気角の位相差が中央で２分される半分ではπ、もう半分では−πとなるように各回転子ピースまたは固定子ピースの軸長間で連続してスキューを形成し、中央で２分割される０.２５Ｌ，０.５Ｌ，０.２５Ｌ の回転子ピースまたは固定子ピースの隣接する各回転子ピースまたは固定子ピースでスキューは連続、中央の０.２５Ｌ，
０.２５Ｌ の回転子ピースまたは固定子ピースの隣接面でスキューは不連続となるよう電気角の位相差πだけずらして設定する。
【００３７】
以上、着目している回転次数に対する電気角の位相差について述べてきたが、それ以外の回転次数に対して電気角の位相差は、πをγ、−πを−γと読み替えたものとなる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、駆動動作により発生する振動・騒音のうち、半径方向電磁加振力により励起されるモータの振動・騒音を低減した回転電機を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、図面を参考にして本発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００４０】
図１は、本発明の一実施例を備えた回転電機の一部の断面斜視図である。  
図２は、加振力の直交条件を示す図である。  
図３は、固定子コア（固定子）７の概念図を示し、８は固定子コア軸方向断面を示す。  図４は、各スキューパターンの直交条件式に対するＦ、Ｍ１，Ｍ２を示す図である。  
図１において、回転子１のコアは積層鋼鈑の積み重ねで構成され、積層鋼鈑の積み重ねを軸長方向に複数のブロック状、すなわち回転子ピースに分割されている。図１中では回転子１は４つの回転子ピース３，４，５，６、シャフト１０、回転子ピース３，４，５，６と軸方向の長さが同じ複数の溝を円周方向に等間隔ピッチに斜めにスキューを施し形成し、前記溝にアルミダイカスト等により形成した有効磁極開角をなす二次導体２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）から構成されている。図１では有効磁極開角をなすのは二次導体２であるが、有効磁極開角が永久磁石により実現された構成でもよい。  
以下、図１に示す構成を最適化することにより実現する電磁加振力のスキューパターンをλ字スキューと呼ぶ。
【００４１】
回転子ピース３，４，５，６の軸方向の長さ、および有効磁極開角の周方向の位置により決定される電気角を以下の考え方で決定する。本発明では電気特性により発生する半径方向の電磁加振力が固定子コア７の軸方向モードと直交するような軸長、電気角位相差の組合せパターンとしている。
【００４２】
振動・騒音が発生する回転電機１００の固定子コア７の固有モードを梁の０，１，２次の曲げモードであると仮定し、このモードの発生を抑制する電磁加振力のパターンを考える。  
簡単に検討するために構造系は固定子コア７のみ、軸長は回転子１のコア軸長と同じ
２Ｌ、固定子コア７の境界条件は両端フリーまたは両端を完全拘束，固定子コア７を梁要素，回転子ピース３，４，５，６の軸長と、回転子ピース３，４，５，６に含まれる二次導体２の軸長方向の長さは同じとする。回転子１にエンドリングが存在する場合、軸長
２Ｌにはエンドリングの長さは含めないものとする。
【００４３】
各回転子ピース３，４，５，６には斜のスキューが設けられているため、加振力ｆ(ｘ)は複素数となる。このとき各次数の梁曲げモードに対して図２に示す以下の加振力の直交条件が考えられる。
【００４４】
【数５】
2006230189.tif 000007
【００４５】
【数６】
2006230189.tif 000008
【００４６】
【数７】
2006230189.tif 000009
【００４７】
上記直交条件は、数式５は梁の曲げモード０次、数式６は梁の曲げモード１次、数式７は梁の曲げモード２次を励起させない加振力の条件を表しており、これが成り立つと、梁曲げの０次，１次，２次のモードに起因する振動を抑制することができる。
【００４８】
数式５，数式６，数式７を満足し、製造上実際的な個数の４分割したときの各回転子ピース３，４，５，６の軸方向の長さ，スキュー角，周方向位置を決定することを考える。
【００４９】
式の展開を簡単にするために、固定子コア７をｘ軸方向の１次元梁、固定子コア７に加わる力をｙ軸方向の１次元加振力とする。固定子コア７の軸長は２Ｌとする。
【００５０】
回転子１を４分割したときの電気角δを各回転子ピース３，４，５，６の両端間でπだけずらしたスキュー角を設けるものとすると図５（ａ）となる。簡単に考えるため、加振力ｆ（ｘ）を数式８，数式９で表す。
【００５１】
【数８】
2006230189.tif 000010
【００５２】
【数９】
2006230189.tif 000011
【００５３】
数式８，数式９で求められた加振力を図５（ｂ）に示す。
【００５４】
図５（ａ）の電気角δは数式１０を満足する。
【００５５】
【数１０】
2006230189.tif 000012
【００５６】
またモーメントＭ１のＲｅ｛Ｍ１｝は数式１１となる。
【００５７】
【数１１】
2006230189.tif 000013
となる。  
このときＩｍ｛Ｍ１｝は数式１２となる。
【００５８】
【数１２】
2006230189.tif 000014
【００５９】
また、Ｒｅ｛Ｍ２｝，Ｉｍ｛Ｍ２｝は奇関数となる。
【００６０】
上記の関係は固定子コア７を円筒面、加振力がｘ軸を中心とする円環ｎ次の３次元加振力としても成立する。
【００６１】
したがって、回転子１を軸長
【００６２】
【数１３】
2006230189.tif 000015
【００６３】
すなわち、０.２９Ｌ，０.７１Ｌ，０.７１Ｌ，０.２９Ｌの回転子ピース３，４，５，６に分割し、それぞれの電気角の位相差が、各回転子ピース３，４の軸方向断面の間でπ、各回転子ピース５，６の軸方向断面の間で−πとなるように連続してスキューを形成し、回転子ピース３と４、５と６の隣接面における電気角の位相差は連続、４と５の隣接面は不連続で電気角の位相差はπとなるように形成する。
【００６４】
したがって、両端の回転子ピース３，６のスキュー角は中央の回転子ピース４，５に対し、スキュー角の絶対値が大きくなる。これにより、固定子コア７の梁の曲げモード１次と加振力の間に発生するモーメントを効果的にキャンセルすることができ、スキューの切り替え位置がずれた構造でも振動を低減する効果を得ることができる。
【００６５】
また、図１の構成のｎ倍（ｎは整数）も図２の直交条件を満足することができる。
【００６６】
λ字スキューおよび他のスキューパターンについてＦ，Ｍ１，Ｍ２の値についてまとめたものを図４に示す。図中、スキューなしとあるのは回転子１または固定子コア７を分割せずスキューを設けない場合、１スロットスキューとは全軸長において回転子１または固定子コア７の軸方向断面の間で電気角位相差が２πとなるように連続して１スロット分だけずれるようにスキューを設けた場合、Ｖ字スキューとは中央部において折り返すようにスキューを設けた場合である。これらの構造は、既知の構造である。
【００６７】
１スロットスキュー，Ｖ字スキューの電気角δと加振力を、図６，図７に示す。  
図８に示す回転電機１００の計算モデルを用いて、表面速度平均を求める。回転電機
１００の計算モデルは外表面がフレーム２０，ブラケット２１からなる。フレーム２０の内周に固定子コア７は焼き嵌めされている。回転子１はブラケットにはめ込まれた軸受けを介して回転電機１００の内部に設けられている。
【００６８】
図９にスキューなし、１スロットスキュー，Ｖ字スキュー，λ字スキューにより、円環０次の軸方向に振幅一定の半径方向加振力を入力したときの表面速度平均の周波数応答を示す。
【００６９】
また、図１０にλ字スキュー，Ｗ字スキュー，稲妻型スキューにより、円環０次の軸方向に振幅一定の半径方向加振力を入力したときの表面速度平均の周波数応答を示す。
【００７０】
図１１に各スキューを入力した時の表面速度平均の最大振幅を示す。λ字スキューはピーク周波数における表面速度平均が他のスキューより３.７ 〜８ｄＢ低い値となっており、振動低減効果がある。
【００７１】
次に、λ字スキューの切り替え位置に公差を設けたときの効果について検討する。
【００７２】
図１２にＰ１の切り替え位置を０.２９Ｌ のピースに対し回転子コアの軸長２Ｌの−８％〜＋１６％まで変更したときの表面速度平均の最大振幅を示す。表面速度平均は＋４％において極小値を取り、−４％〜＋１６％の間でＷ字スキュー，稲妻型スキューにおける表面速度平均の最大振幅９４.２ｄＢ よりも低い値となり、公差がこの範囲ならば振動低減効果がある。
【００７３】
図１３にＰ２の切り替え位置を０.７１Ｌ のピースに対し回転子コアの軸長２Ｌの−８％〜＋８％まで変更したときの表面速度平均の最大振幅を示す。この公差範囲では表面速度平均の最大振幅はほとんど変化せず、中央のスキュー切り替え位置がずれても振動低減効果がある。
【００７４】
本実施例の構成は、スラスト力を低減する効果もある。
【実施例２】
【００７５】
本発明の他の実施形態を説明する。  
図１４は本発明になる回転電機１００として、誘導電動機を例にとった場合の回転子１および固定子７の一実施例を示す図である。  
図１４において、回転子１のコアは積層鋼鈑の積み重ねで構成され、積層鋼鈑の積み重ねを軸長方向に複数個のブロック、すなわち回転子ピースに分割する。図１４中では回転子１は６つの回転子ピース３１，３２，３３，３４，３５，３６から構成されている。シャフト１０、回転子ピース３１，３２，３３，３４，３５，３６と軸方向の長さが同じ複数の溝を周方向に等間隔ピッチに斜めにスキューが施され、前記溝にアルミダイカスト等により形成した有効磁極開角をなす二次導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆを有している。７は固定子である。
【００７６】
図１４の実施例では、有効磁極開角をなす二次導体２は２ａ，２ｂ，２ｃ間、および、２ｄ，２ｅ，２ｆ間では連続となるように形成されるが、２ｃ，２ｄ間では電気角がπだけずれるよう、たとえば１／２ピッチだけ周方向にずれた位置に形成される。また、二次導体２は２ａ，２ｂ，２ｃ間、および、２ｄ，２ｅ，２ｆ間ではアルミダイカスト等がうまく流れるように接続部にＲをつけた構造としてもよい。図１４中では有効磁極開角をなすのは二次導体２であるが、有効磁極開角が永久磁石により実現された構成でもよい。
【００７７】
以下、図１４に示す構成を最適化することにより実現する電磁加振力のスキューパターンを６分割最適化スキューと呼ぶ。
【００７８】
回転子ピース３１，３２，３３，３４，３５，３６の軸方向の長さ、および有効磁極開角の周方向の位置により決定される電気角を実施例１の場合と同様の考え方で決定する。
【００７９】
以下，式を展開する座標系も実施例１の場合と同様とする。
【００８０】
回転子１を６分割したときの電気角δを各回転子ピース３１，３２，３３，３４，３５，３６の両端間でπだけずらしたスキュー角を設けるものとすると図１５（ａ）となる。簡単に考えるため、加振力ｆ（ｘ）を数式１４，数式１５で表す。
【００８１】
【数１４】
2006230189.tif 000016
【００８２】
【数１５】
2006230189.tif 000017
【００８３】
数式１４，数式１５で求められた加振力を図１５（ｂ）に示す。
【００８４】
図１５（ａ）の電気角δは数式１６を満足する。
【００８５】
【数１６】
2006230189.tif 000018
【００８６】
またモーメントＭ１のＲｅ｛Ｍ１｝は数式１７となる。
【００８７】
【数１７】
2006230189.tif 000019
【００８８】
今、Ｒｅ｛Ｍ１｝＝０のとき、
【００８９】
【数１８】
2006230189.tif 000020
となる。これを満足する値はたとえばａ＝０.２５，ｂ＝０.７５である。
【００９０】
このときＩｍ｛Ｍ１｝は数式１９となる。
【００９１】
【数１９】
2006230189.tif 000021
【００９２】
また、Ｒｅ｛Ｍ２｝，Ｉｍ｛Ｍ２｝は奇関数となる。
【００９３】
上記の関係は固定子コア７を円筒面、加振力がｘ軸を中心とする円環ｎ次の３次元加振力としても成立する。
【００９４】
したがって、回転子１を軸長０.２５Ｌ，０.５０Ｌ，０.２５Ｌ，０.２５Ｌ,０.５０Ｌ，０.２５Ｌ の回転子ピース３１，３２，３３，３４，３５，３６に分割し、それぞれの電気角の位相差が、各回転子ピース３１，３２，３３の軸方向断面の間でπ、各回転子ピース３４，３５，３６の軸方向断面の間で−πとなるように連続してスキューを形成し、回転子ピース３１と３２と３３、３４と３５と３６の隣接面における電気角の位相差は連続、３３と３４の隣接面における電気角の位相差はπとなるように形成する。
【００９５】
また、図１４の構成のｎ倍（ｎは整数）も図２の直交条件を満足することができる。
【００９６】
図８に示した回転電機１００の計算モデルを用い、スキューなし，１スロットスキュー，Ｖ字スキュー，６分割最適化スキューにより、円環０次の軸方向に振幅一定の半径方向加振力を入力したときの表面速度平均の周波数応答を図１６に示した。
【００９７】
また、図１７に６分割最適化スキュー，Ｗ字スキュー，稲妻型スキューにより、円環０次の軸方向に振幅一定の半径方向加振力を入力したときの表面速度平均の周波数応答を示した。
【００９８】
図１８に各スキューを入力した時の表面速度平均の最大振幅を示す。６分割最適化スキューはピーク周波数における表面速度平均が他のスキューより８.９〜１５.５ｄＢ低い値となっており、振動低減効果がある。
【００９９】
次に、位相の切り替え位置を回転子コアの軸長２Ｌの数％変更したときの表面速度平均について検討する。
【０１００】
ピーク周波数における、Ｐ１を切り替えたときの表面速度平均を図１９に、Ｐ２を切り替えたときの表面速度平均を図２０に、Ｐ３を切り替えたときの表面速度平均を図２１に示す。これらの図より、切り替え位置を±４％変更しても表面速度平均の変化量は±7.3ｄＢとなり、他のスキューよりも振動低減効果を得ることができる。切り替え位置を±８％変更すると、Ｐ１を切り替えたときの表面速度平均は−８％で１０ｄＢ高くなり、振動低減効果が落ちることとなる。
【０１０１】
回転子ピース３１，３２，３３，３４，３５，３６の軸長に理想値を変更した多少ばらついた状態に形成しても最適化された軸長と電気角の条件に基づいている限り、６分割最適化スキューは振動低減効果があることになる。
【実施例３】
【０１０２】
実施例１，２では、回転電機単体の構成について述べたが、これら回転電機を組み込んだ構成についても振動・騒音の低減が可能である。
【０１０３】
図２２に示す構成は回転電機１００とインバータ２００から成る。また、図２３に示す構成は回転電機１００を組み込んだ圧縮機３００の断面図である。
【０１０４】
また、スキューの構成であるが、図２の固定子コアの軸方向モードと電磁加振力が直交条件を満足すれば、直線ではなく曲線であっても良い。
【０１０５】
Ｗ字スキューは図２４に、稲妻型スキューは図２５に示す特開平８−２９８７３５号公報の構成である。図２６に比較の対象としたスキュー構造の一覧を示す。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の一実施例を備えた回転電機用回転子の斜視図である。
【図２】回転電機の固定子コアの軸方向モードと電磁加振力が満足すべき直交条件を示す図である。
【図３】固定子コアと固定子コア軸方向断面の位置関係を示す図である。
【図４】各スキューパターンの直交条件式に対するＦ，Ｍ１，Ｍ２の値を示す図である。
【図５】λ字スキューの電気角と加振力を示した図である。
【図６】１スロットスキューの電気角と加振力を示した図である。
【図７】Ｖ字スキューの電気角と加振力を示した図である。
【図８】表面速度平均を計算するのに用いた回転電機１００のモデルを示した図である。
【図９】スキューなし，１スロットスキュー，Ｖ字スキュー，λ字スキューを回転電機１００のモデルに入力したときの表面速度平均を示した図である。
【図１０】λ字スキュー，Ｗ字スキュー，稲妻型スキューを回転電機１００のモデルに入力したときの表面速度平均を示した図である。
【図１１】スキューなし，１スロットスキュー，Ｖ字スキュー，λ字スキュー，Ｗ字スキュー，稲妻型スキューを回転電機１００のモデルに入力したときの表面速度平均の最大値を示した図である。
【図１２】λ字スキューで、スキュー切り替え位置Ｐ１を変化させた場合の表面速度平均の最大値を示した図である。
【図１３】λ字スキューで、スキュー切り替え位置Ｐ２を変化させた場合の表面速度平均の最大値を示した図である。
【図１４】本発明の他の実施例を備えた回転電機を示す図である。
【図１５】６分割最適化スキューの電気角と加振力を示した図である。
【図１６】スキューなし，１スロットスキュー，λ字スキュー，６分割最適化スキューを回転電機１００のモデルに入力したときの表面速度を示した図である。
【図１７】６分割最適化スキュー，Ｗ字スキュー，稲妻型スキューを回転電機１００のモデルに入力したときの表面速度平均を示した図である。
【図１８】スキューなし，１スロットスキュー，Ｖ字スキュー，６分割最適化スキュー，Ｗ字スキュー，稲妻型スキューを回転電機１００のモデルに入力したときの表面速度平均の最大値を示した図である。
【図１９】６分割最適化スキューのスキュー切り替え位置Ｐ１をずらして振動速度を計算した結果を示す図である。
【図２０】６分割最適化スキューのスキュー切り替え位置Ｐ２をずらして振動速度を計算した結果を示す図である。
【図２１】６分割最適化スキューのスキュー切り替え位置Ｐ３をずらして振動速度を計算した結果を示す図である。
【図２２】本発明になる回転電機とインバータからなる構成を示す図である。
【図２３】本発明になる回転電機を組込んだ圧縮機の構成を示す図である。
【図２４】Ｗ字スキューの回転子の構成を示す図である。
【図２５】稲妻型スキューの回転子の構成を示す図である。
【図２６】スキューの一覧を示す図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１…回転子、２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ）…二次導体、３，４，５，６，３１，３２，３３，３４，３５，３６…回転子ピース、７…固定子コア（固定子）、８…固定子コア軸方向断面、１０…シャフト、２０…フレーム、２１…ブラケット、１００…回転電機、２００…インバータ、３００…圧縮機。
【図１】
2006230189.tif 000022
【図２】
2006230189.tif 000023
【図３】
2006230189.tif 000024
【図４】
2006230189.tif 000025
【図５】
2006230189.tif 000026
【図６】
2006230189.tif 000027
【図７】
2006230189.tif 000028
【図８】
2006230189.tif 000029
【図９】
2006230189.tif 000030
【図１０】
2006230189.tif 000031
【図１１】
2006230189.tif 000032
【図１２】
2006230189.tif 000033
【図１３】
2006230189.tif 000034
【図１４】
2006230189.tif 000035
【図１５】
2006230189.tif 000036
【図１６】
2006230189.tif 000037
【図１７】
2006230189.tif 000038
【図１８】
2006230189.tif 000039
【図１９】
2006230189.tif 000040
【図２０】
2006230189.tif 000041
【図２１】
2006230189.tif 000042
【図２２】
2006230189.tif 000043
【図２３】
2006230189.tif 000044
【図２４】
2006230189.tif 000045
【図２５】
2006230189.tif 000046
【図２６】
2006230189.tif 000047