(57)【要約】【課題】従来よりも振動および騒音を低減することができる回転電機を提供する。【解決手段】回転軸１０と、該回転軸１０の軸方向Ａに第１モータ部２０Ａ、第２モータ部２０Ｂ、第３モータ部２０Ｃの順に配置され該回転軸１０を回転させる３つのモータ部２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃを備えた回転電機１００である。第２モータ部２０Ｂは、第１モータ部１０Ａおよび第３モータ部２０Ｃに対して周方向に極の位置が一致しないずれ角θだけずらして配置される。軸方向Ａにおける第１モータ部２０Ａの軸長Ｌ１、第２モータ部２０Ｂの軸長Ｌ２、および第３モータ部２０Ｃの軸長Ｌ３は、Ｌ１＝Ｌ３、かつ、｜Ｌ１×２−Ｌ２｜＜（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）／３を満たす。【選択図】図１
2018026952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、該回転軸の軸方向に第１モータ部、第２モータ部、第３モータ部の順に配置され該回転軸を回転させる３つのモータ部を備えた回転電機であって、
前記第２モータ部は、前記第１モータ部および前記第３モータ部に対して周方向に極の位置が一致しないずれ角θだけずらして配置され、
前記軸方向における前記第１モータ部の軸長Ｌ１、前記第２モータ部の軸長Ｌ２、および前記第３モータ部の軸長Ｌ３は、
Ｌ１＝Ｌ３、かつ、｜Ｌ１×２−Ｌ２｜＜（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）／３
を満たすことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
回転軸と、該回転軸の軸方向に第１モータ部、第２モータ部、第３モータ部、第４モータ部の順に配置され該回転軸を回転させる４つのモータ部を備えた回転電機であって、
前記第２モータ部および前記第４モータ部は、前記第１モータ部および前記第３モータ部に対して周方向に極の位置が一致しないずれ角θだけずらして配置され、
前記軸方向における前記第１モータ部の軸長Ｌ１、前記第２モータ部の軸長Ｌ２、前記第３モータ部の軸長Ｌ３、および前記第４モータ部の軸長Ｌ４は、
Ｌ１＝Ｌ４、かつ、Ｌ２＝Ｌ３、かつ、１．４≦Ｌ２／Ｌ１≦５
を満たすことを特徴とする回転電機。
【請求項３】
機械角である前記ずれ角θ、各々の前記モータ部の極数Ｐ、スロット数Ｓ、および、各々の前記モータ部で発生する径方向電磁力高調波の空間次数である前記極数Ｐと前記スロット数Ｓとの差の絶対値ｎは、
θ≧｛３６０／ｎ／２−（３６０／Ｐ／２）×（３０／３６０）｝かつ
θ≦｛３６０／ｎ／２＋（３６０／Ｐ／２）×（３０／３６０）｝
を満たすことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記極数Ｐと前記スロット数Ｓの比Ｐ：Ｓは、１０：１２または１４：１８であることを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から電動パワーステアリングシステム等に用いられる永久磁石形同期モータに関する発明が知られている（下記特許文献１を参照）。この永久磁石形同期モータは、外周部に複数の永久磁石が配設された回転子鉄心を有し、回転自在に支持された回転子と、固定子巻線と固定子鉄心を有し、前記回転子の外側に空隙を介して設けられた固定子とを備える。
【０００３】
この永久磁石形同期モータは、前記永久磁石の外周部と前記固定子鉄心の内周部との空隙長をＬ［ｍｍ］、モータ回転方向における前記永久磁石の中央部の厚さをｔ[ｍｍ]としたとき、空隙長Ｌと前記厚さｔをＬ≦１［ｍｍ］かつｔ／（ｔ＋Ｌ）≦０．９となる範囲内に設定している（同文献、請求項１および段落０００６等を参照）。この構成により、減磁耐性、トルク特性を確保しつつ、磁石厚を小さくでき、電動パワーステアリングシステム用等に適した永久磁石形同期モータを得ることができる（同文献、段落０００７等を参照）。
【０００４】
また、電動モータ等の永久磁石式回転電機に関し、特に、コギングトルクの低減を図るようにした永久磁石式回転電機に関する発明が開示されている（下記特許文献２を参照）。この永久磁石式回転電機の製造方法は、回転子鉄心の外周面に、軸方向に２段の永久磁石を設け、上記永久磁石を２段間で上記回転子鉄心の周方向に段スキュー角θｅ（電気角）ずらして配置した回転子と、該回転子を内部に配置し、該回転子を回転させる回転磁界を発生する固定子巻線を設けた円筒形状の固定子鉄心を有する固定子とを備えている。
【０００５】
この永久磁石式回転電機の製造方法は、上記段スキュー角θｅの下限値を、理論角θｓ（電気角）とし、上記段スキュー角θｅの上限値を、上記理論角θｓの値の略３／２倍とし、上記段スキュー角θｅが上記下限値より大きく、かつ、上記上限値以下になるように設定して製造することを特徴としている。ただし、θｓ＝（１８０×回転子磁極数／固定子磁極数と回転子磁極数の最小公倍数）／２（電気角）である（同文献、請求項１等を参照）。
【０００６】
この永久磁石式回転電機の製造方法および永久磁石式回転電機によれば、段スキュー角θｅを理論角θｓとした場合よりもコギングトルク基本波成分を低減できるとともに、コギングトルク高調波成分も低減でき、かつ、トルクリップルを低減できる（同文献、段落００１１等を参照）。
【０００７】
また、ロータおよびモータに関し、軸方向の漏れ磁束を少なく抑えることができるロータおよびモータを提供することを目的とする発明が開示されている（下記特許文献３を参照）。このロータは、回転軸に軸方向に並設され該回転軸と一体回転可能に構成された第１ロータブロックおよび第２ロータブロックを備えている。
【０００８】
前記第１および第２ロータブロックは、それぞれ、ロータコアの周方向にマグネットが複数配置されてマグネット磁極部が形成される。各マグネット磁極部間には、前記マグネットの磁気作用により前記マグネット磁極部とは反対の磁極として機能する疑似磁極部が形成されている。前記第１ロータブロックのマグネットおよび前記第２ロータブロックのマグネットは、前記回転軸の軸方向に並んで設けられるとともに、互いに異なる極性に設定されている（同文献、請求項１等を参照）。
【０００９】
この発明では、第１ロータブロックのマグネットの軸方向の漏れ磁束（少なくとも回転軸を通る漏れ磁束）と、第２ロータブロックのマグネットの軸方向の漏れ磁束とが反発し合い、結果として、第１及び第２ロータブロックの各マグネットの軸方向の漏れ磁束を少なく抑えることができる。これにより、ロータの回転力を発生させるための有効磁束の減少が抑えられ、モータ出力の低下を抑えることができるとともに、回転軸の磁化を抑制することができる（同文献、段落０００７等を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−１７１７９０号公報
【特許文献２】特開２００９−１１８７３９号公報
【特許文献３】特開２０１３−１７９７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
たとえば、家電製品や各種ＯＡ機器に搭載される回転電機や、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）や圧縮機に用いられる車載用の回転電機では、快適環境の追求により、振動および騒音の低減に対する要求が高まっている。しかしながら、前記従来の回転電機では、このような振動および騒音の低減に対する高い要求に対して、十分に対応できないおそれがある。
【００１２】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、従来よりも振動および騒音を低減することができる回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成すべく、本発明の回転電機は、回転軸と、該回転軸の軸方向に第１モータ部、第２モータ部、第３モータ部の順に配置され該回転軸を回転させる３つのモータ部を備えた回転電機であって、前記第２モータ部は、前記第１モータ部および前記第３モータ部に対して周方向に極の位置が一致しないずれ角θだけずらして配置され、前記軸方向における前記第１モータ部の軸長Ｌ１、前記第２モータ部の軸長Ｌ２、および前記第３モータ部の軸長Ｌ３は、Ｌ１＝Ｌ３、かつ、｜Ｌ１×２−Ｌ２｜＜（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）／３を満たす。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、従来よりも振動および騒音を低減することができる回転電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る回転電機の概略断面図。
【図２】図１、図６に示すII−II線に沿う第１モータ部および第３モータ部の断面図。
【図３】図１、図６に示すIII−III線に沿う第２モータ部および第４モータ部の断面図。
【図４】図２に示す第１モータ部の変形例を示す断面図。
【図５】図３に示す第２モータ部の変形例を示す断面図。
【図６】図１に示す回転電機の変形例を示す概略断面図。
【図７Ａ】固定子の固有モードの説明図。
【図７Ｂ】固定子の回転軸に垂直な断面における円環モードの例を示す図。
【図７Ｃ】固定子の回転軸を通る断面における軸方向モードの例を示す図。
【図８Ａ】円環モード２次、軸方向モード０次の組合せとなる固有モードを示す図。
【図８Ｂ】円環モード２次、軸方向モード１次の組合せとなる固有モードを示す図。
【図８Ｃ】円環モード４次、軸方向モード０次の組合せとなる固有モードを示す図。
【図８Ｄ】円環モード４次、軸方向モード１次の組合せとなる固有モードを示す図。
【図９Ａ】本実施形態の回転電機の加振力パターンの電気角位相差を示すグラフ。
【図９Ｂ】本実施形態の回転電機の加振力パターンの電気角位相差を示すグラフ。
【図９Ｃ】従来の回転電機の加振力パターンの電気角位相差を示すグラフ。
【図９Ｄ】従来の回転電機の加振力パターンの電気角位相差を示すグラフ。
【図１０】図２、図３に示す第１〜第４モータ部の電磁力高調波成分を示すグラフ。
【図１１Ａ】図１に示す回転電機（１０極１２スロット）の時間−２次、空間２次の径方向の電磁力高調波の空間分布を示す図。
【図１１Ｂ】図１に示す回転電機（１０極１２スロット）の時間−２次、空間２次の径方向の電磁力高調波の空間分布を示す図。
【図１２Ａ】実施形態および比較例の回転電機の振動速度レベルを示すグラフ。
【図１２Ｂ】実施形態および比較例の回転電機の振動速度レベルを示すグラフ。
【図１２Ｃ】実施形態および比較例の回転電機の振動速度レベルを示すグラフ。
【図１２Ｄ】実施形態および比較例の回転電機の振動速度レベルを示すグラフ。
【図１２Ｅ】実施形態および比較例の回転電機の振動速度レベルを示すグラフ。
【図１３Ａ】図６に示す回転電機（１０極１２スロット）の時間−２次、空間２次の径方向の電磁力高調波の空間分布を示す図。
【図１３Ｂ】図６に示す回転電機（１０極１２スロット）の時間−２次、空間２次の径方向の電磁力高調波の空間分布を示す図。
【図１４Ａ】実施形態および比較例の回転電機の振動速度レベルを示すグラフ。
【図１４Ｂ】実施形態および比較例の回転電機の振動速度レベルを示すグラフ。
【図１５】図４、図５に示す第１〜第４モータ部の電磁力高調波成分の一例を示すグラフ。
【図１６Ａ】図１に示す回転電機（１４極１８スロット）の時間−２次、空間４次の径方向の電磁力高調波の空間分布を示す図。
【図１６Ｂ】図１に示す回転電機（１４極１８スロット）の時間−２次、空間４次の径方向の電磁力高調波の空間分布を示す図。
【図１７Ａ】実施形態および比較例の回転電機の振動速度レベルを示すグラフ。
【図１７Ｂ】実施形態および比較例の回転電機の振動速度レベルを示すグラフ。
【図１８Ａ】図６に示す回転電機（１４極１８スロット）の時間−２次、空間４次の径方向の電磁力高調波の分布を示す図。
【図１８Ｂ】図６に示す回転電機（１４極１８スロット）の時間−２次、空間４次の径方向の電磁力高調波の分布を示す図。
【図１９Ａ】実施形態および比較例の回転電機の振動速度レベルを示すグラフ。
【図１９Ｂ】実施形態および比較例の回転電機の振動速度レベルを示すグラフ。
【図２０Ａ】実施形態および比較例の回転電機の振動速度レベルを示すグラフ。
【図２０Ｂ】実施形態および比較例の回転電機の振動速度レベルを示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明に係る回転電機の実施形態を説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る回転電機１００の概略断面図である。本実施形態の回転電機１００は、たとえば、家電製品や各種ＯＡ機器に搭載される回転電機として用いることができる。また、回転電機１００は、電気自動車やハイブリッドカーなどの車両を駆動させる主機や、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）や圧縮機などの補機として車両に搭載される車載用の回転電機として用いることができる。
【００１８】
回転電機１００は、たとえば、回転軸１０と、この回転軸１０の軸方向Ａに第１モータ部２０Ａ、第２モータ部２０Ｂ、第３モータ部２０Ｃの順に配置され、回転軸１０を回転させる３つのモータ部２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃとを備えている。回転軸１０は、たとえばモータまたは発電機として用いられる回転電機１００の入出力軸であり、たとえば回転電機１００のケーシング３０に設けられた軸受によって回転自在に軸支されている。
【００１９】
図２は、図１に示すII−II線に沿う第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃの断面図である。
【００２０】
第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃは、回転軸１０に固定され、外周に磁極２１ａを有する第１回転子２１Ａと、該第１回転子２１Ａの外周に配置されコイル２２Ａを収容するスロット２３Ａを有する第１固定子２４Ａとを備えている。第１回転子２１Ａおよび第１固定子２４Ａは、たとえば所定の形状の電磁鋼鈑を回転軸１０の軸方向Ａに積層させることによって構成されている。
【００２１】
第１回転子２１Ａは、概ね円筒状の形状を有し、外周面に等角度間隔で固定された複数の磁石によって磁極２１ａが構成されている。第１回転子２１Ａは、中心を軸方向Ａに貫通する回転軸１０に固定され、回転軸１０と一体に回転する。図２に示す例において、第１回転子２１Ａは、外周面に１０個の磁石が周方向に等角度間隔にＮ極とＳ極を交互に入れ替えて配置されている。すなわち、図２に示す例において、第１回転子２１Ａの極数Ｐは、１０である。
【００２２】
第１固定子２４Ａは、概ね円筒状の形状を有し、第１回転子２１Ａの外周に配置され、たとえば図１に示すように、外周部がケーシング３０によって支持されている。図示の例において、第１固定子２４Ａは、１２箇所のスロット２３Ａを有し、スロット２３Ａの間に設けられたティース２４ａに巻回されたコイル２２Ａがスロット２３Ａに収容されている。図示の例において、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のコイル２２Ａは、第１固定子２４Ａに対して集中巻で巻回されている。すなわち、図示の例において、第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃは、極数が１０、スロット数が１２の１０極１２スロットの構成を有している。
【００２３】
図３は、図１に示すIII−III線に沿う第２モータ部２０Ｂの断面図である。
【００２４】
第２モータ部２０Ｂは、第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃと同様に、回転軸１０に固定され、外周に磁極２１ａを有する第２回転子２１Ｂと、該第２回転子２１Ｂの外周に配置されコイル２２Ｂを収容するスロット２３Ｂを有する第２固定子２４Ｂとを備えている。第２モータ部２０Ｂは、図１に示す回転軸１０の軸方向Ａにおける軸長Ｌ２が、第１モータ部２０Ａの同方向における軸長Ｌ１と異なっている。なお、第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃの同方向における軸長Ｌ１および軸長Ｌ３は等しくなっている。第２モータ部２０Ｂのその他の構成は、第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃと同様であるため、同様の部分には同様の符号を付して説明を省略する。
【００２５】
図１に示すように、回転軸１０の軸方向Ａにおいて、第２モータ部２０Ｂの軸長Ｌ２は、第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃの軸長Ｌ１および軸長Ｌ３よりも大きく、第１モータ部２０Ａの軸長Ｌ１の５倍以下にされている。また、回転軸１０の軸方向Ａにおいて、第１モータ部２０Ａの軸長Ｌ１、第２モータ部２０Ｂの軸長Ｌ２、および前記第３モータ部２０Ｃの軸長Ｌ３は、Ｌ１＝Ｌ３としたときに、以下の不等式（１）を満たすことが好ましい。
【００２６】
｜Ｌ１×２−Ｌ２｜＜（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）／３      …（１）
【００２７】
なお、図示の例において、第２モータ部２０Ｂの軸長Ｌ２は、第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃの軸長Ｌ１および軸長Ｌ３の２倍になっている。すなわち、図示の例において、Ｌ２＝Ｌ１×２であり、回転軸１０の軸方向Ａにおける第１モータ部２０Ａと第２モータ部２０Ｂと第３モータ部２０Ｃの軸長の比Ｌ１：Ｌ２：Ｌ３は、１：２：１である。
【００２８】
また、本実施形態の回転電機１００において、第２モータ部２０Ｂは、第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃに対して、図２および図３に示すように、回転方向Ｒに機械角で極の位置が一致しない所定のずれ角θを有して配置されている。より具体的には、図示の例において、第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃと第２モータ部２０Ｂとは、回転軸１０の軸方向Ａの軸長Ｌ１および軸長Ｌ３と、軸長Ｌ２とが異なる以外は同一の構成を有している。そして、第１固定子２４Ａと第２固定子２４Ｂとが、回転軸１０の回転方向において９０°のずれ角θを有してケーシング３０に支持され、第１回転子２１Ａと第２回転子２１Ｂとが９０°のずれ角θを有して回転軸１０に固定されている。
【００２９】
より詳細には、図３に示す第２固定子２４Ｂは、図２に示す第１固定子２４Ａを反時計回りに９０°回転させた位置でケーシング３０に支持されている。また、図３に示す第２回転子２１Ｂは、図２に示す第１回転子２１Ａを反時計回りに９０°回転させた位置で回転軸１０に固定されている。これにより、第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃと第２モータ部２０Ｂとは、図２および図３に示すように、回転軸１０の回転方向Ｒに機械角で９０°のずれ角θを有して配置されている。
【００３０】
図示の例では、第２モータ部２０Ｂを第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃに対して反時計回りに回転させて、第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃと第２モータ部２０Ｂとの間のずれ角θを生じさせている。しかし、第２モータ部２０Ｂを第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃに対して時計回りに回転させて、第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃと第２モータ部２０Ｂとの間のずれ角θを生じさせることもできる。また、第１モータ部２０Ａ、第２モータ部２０Ｂ、および第３モータ部２０Ｃは、１０極１２スロットの構成に限定されない。
【００３１】
図４および図５は、それぞれ、図２および図３に示す第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃならびに第２モータ部２０Ｂの変形例を示す断面図である。
【００３２】
図４および図５に示す例において、第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃならびに第２モータ部２０Ｂは、第１回転子２１Ａおよび第２回転子２１Ｂがそれぞれ１４個の磁石からなる１４箇所の磁極２１ａを有し、第１固定子２４Ａおよび第２固定子２４Ｂがそれぞれ１８箇所のスロット２３Ａ、２３Ｂを有している。すなわち、図示の例において、第１モータ部２０Ａ、第２モータ部２０Ｂ、および第３モータ部２０Ｃは、極数が１４、スロット数が１８の１４極１８スロットの構成を有している。
【００３３】
また、図４および図５に示すように、第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃと第２モータ部２０Ｂとは、回転方向Ｒに機械角で極の位置が一致しない所定のずれ角θを有して配置されている。より具体的には、図示の例において、第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃと第２モータ部２０Ｂとは、回転軸１０の軸方向Ａの軸長Ｌ１および軸長Ｌ３と、軸長Ｌ２とが異なる以外は同一の構成を有している。そして、第１固定子２４Ａと第２固定子２４Ｂとが、回転軸１０の回転方向において機械角で４５°のずれ角θを有してケーシング３０に支持され、第１回転子２１Ａと第２回転子２１Ｂとが機械角で４５°のずれ角θを有して回転軸１０に固定されている。
【００３４】
より詳細には、図５に示す第２固定子２４Ｂは、図４に示す第１固定子２４Ａを反時計回りに４５°回転させた位置でケーシング３０に支持されている。また、図５に示す第２回転子２１Ｂは、図４に示す第２回転子２１Ｂを反時計回りに４５°回転させた位置で回転軸１０に固定されている。これにより、第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃと第２モータ部２０Ｂとは、図４および図５に示すように、回転軸１０の回転方向に機械角で４５°のずれ角θを有して配置されている。
【００３５】
図示の例では、第２モータ部２０Ｂを第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃに対して反時計回りに回転させて、第１モータ部２０Ａと第２モータ部２０Ｂとの間のずれ角θを生じさせている。しかし、第２モータ部２０Ｂを第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃに対して時計回りに回転させて、第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃと第２モータ部２０Ｂとの間のずれ角θを生じさせることもできる。なお、本実施形態の回転電機１００は、図１に示すように第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃの間に１つの第２モータ部２０Ｂを有する構成に限定されない。
【００３６】
図６は、図１に示す回転電機１００の変形例を示す概略断面図である。
【００３７】
図６に示す例において、回転電機１００は、回転軸１０の軸方向Ａに第１モータ部２０Ａ、第２モータ部２０Ｂ、第３モータ部２０Ｃ、第４モータ部２０Ｄの順に配置されて回転軸１０を回転させる４つのモータ部２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄを備えている。図６に示す変形例の回転電機１００のその他の構成は、図１に示す前述の回転電機１００の構成と同様であるので、同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３８】
変形例の回転電機１００においても、前述の回転電機１００と同様に、第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃと、第２モータ部２０Ｂおよび第４モータ部２０Ｄとは、回転方向Ｒに機械角で所定のずれ角θを有して配置されている。また、変形例の回転電機１００では、回転軸１０の軸方向Ａにおいて、第２モータ部２０Ｂおよび第３モータ部２０Ｃの軸長Ｌ２および軸長Ｌ３が、第１モータ部２０Ａおよび第４モータ部２０Ｄの軸長Ｌ１および軸長Ｌ４よりも大きくなっている。
【００３９】
なお、変形例の回転電機１００は、回転軸１０の軸方向Ａにおいて、第１モータ部２０Ａの軸長Ｌ１と第４モータ部２０Ｄの軸長Ｌ４とが等しく、第２モータ部２０Ｂの軸長Ｌ２と第３モータ部２０Ｃの軸長Ｌ３とが等しい（Ｌ１＝Ｌ４、かつ、Ｌ２＝Ｌ３）。また、第２モータ部２０Ｂの軸長Ｌ２が第１モータ部２０Ａの軸長Ｌ１の１．４倍以上かつ５倍以下であることが好ましい。すなわち、Ｌ１＝Ｌ４、かつ、Ｌ２＝Ｌ３であるときに、変形例の回転電機１００において、回転軸１０の軸方向Ａにおける第１モータ部２０Ａの軸長Ｌ１および第２モータ部２０Ｂの軸長Ｌ２は、以下の不等式（２）の関係を満たす。
【００４０】
１．４≦Ｌ２／Ｌ１≦５      …（２）
【００４１】
また、図１に示す前述の回転電機１００および図６に示す変形例の回転電機１００において、第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃと、第２モータ部２０Ｂおよび第４モータ部２０Ｄとの周方向のずれ角θ（機械角）は、たとえば、以下のように設定することができる。すなわち、各々のモータ部２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄの極数Ｐ、スロット数Ｓ、より具体的には、第１回転子２１Ａおよび第２回転子２１Ｂの極数Ｐ、第１固定子２４Ａおよび第２固定子２４Ｂのスロット数Ｓ、極数Ｐとスロット数Ｓとの差の絶対値ｎ、およびずれ角θは、以下の不等式（３）および（４）を満たすことができる。
【００４２】
θ≧｛３６０／ｎ／２−（３６０／Ｐ／２）×（３０／３６０）｝  …（３）
θ≦｛３６０／ｎ／２＋（３６０／Ｐ／２）×（３０／３６０）｝  …（４）
【００４３】
たとえば、図２および図３に示す例において、極数Ｐは１０、スロット数Ｓは１２、ｎは２であるから、ずれ角θは、８８．５°≦θ≦９１．５°とすることができる。また、図４および図５に示す例において、極数Ｐは１４、スロット数Ｓは１８、ｎは４であるから、ずれ角θは、４３．９°≦θ≦４６．１°とすることができる。なお、極数Ｐと前記スロット数Ｓの比Ｐ：Ｓは、２：３以外であれば、図２および図３に示す例における１０：１２または図４および図５に示す例における１４：１８に限定されない。
【００４４】
以下、本実施形態の回転電機１００の作用について説明する。
【００４５】
回転電機１００は、前述のように、たとえば家電製品や各種ＯＡ機器または電気自動車やハイブリッドカーなどの車両に搭載される。家庭やオフィスまたは車内空間におけるより快適な環境の追求により、回転電機１００に対する振動および騒音の低減に対する要求が高まっている。しかし、前記特許文献１および２に記載された従来の回転電機では、振動および騒音の低減に対する要求に十分に対応できないおそれがある。
【００４６】
より具体的には、車載用や圧縮機用の回転電機は、使用される回転数の範囲が広く、電磁加振力の高調波(以下、電磁力高調波と称する)における加振周波数が、広い範囲で変化する。ここで、高調波とは、ある周波数成分をもつ波動に対し、その整数倍の高次の周波数成分である。
【００４７】
回転電機の回転軸の径方向の電磁力高調波の加振周波数が回転電機やその回転電機が組み込まれた機器の固有振動数と一致する場合、共振による振動および騒音が発生してしまう。特許文献１および２に記載された前記従来の回転電機では、このような振動および騒音を低減することはできない。
【００４８】
前述のような振動および騒音の低減に対する要求に対応するには、回転電機に対し、低コギングトルクかつ低トルクリプルであること、および低振動かつ低騒音であることが同時に要求される。一般に、集中巻の回転電機のコギングトルクやトルクリプルを減少させるには、極数とスロット数の組み合わせを、最小公倍数が大きくなるように選択する必要がある。
【００４９】
回転電機が３相で、スロット数が１２の場合、組み合わせ可能な極数は８、１０、１４、１６である。この組み合わせのなかで、最小公倍数は２４、６０、８４、４８となる。したがって、１０極１２スロット、１４極１２スロットの組み合わせが低コギングトルクかつ低トルクリプルとなる。
【００５０】
しかしながら、１０極１２スロットないし１４極１２スロットの回転電機１００は、８極１２スロットの回転電機よりも振動が大きくなる欠点がある。これは、径方向の電磁力高調波の振幅や加振周波数が同じならば、空間次数（機械角、ただし２以上の場合）が小さいほど強制力による径方向の変形量が大きくなるためである。
【００５１】
集中巻の回転電機では、電磁力高調波の０を除く最低次の空間次数は、一部の例外もあるが、極数とスロット数の差の絶対値に一致する。電磁力高調波の空間の最低次数は１０極１２スロットないし１４極１８スロットの回転電機では２（＝｜スロット数−極数｜）で、８極１２スロットの回転電機では４である。ただし、１４極１８スロットの回転電機１００は例外で、電磁力高調波の空間の最低次数は２となる。
【００５２】
また、８極１２スロットの回転電機は、径方向の電磁力高調波に起因する振動が小さいものの、コギングトルクやトルクリプルが大きくなる。コギングトルクやトルクリプルの低減のためには、特許文献２に記載された回転電機のように、回転子をスキューさせることが考えられるが、トルクの低減や回転軸の軸方向Ａの中央部における漏れ磁束などの問題がある。
【００５３】
また、特許文献３に記載された従来の回転電機は、回転軸の軸方向Ａに併設された第１ロータブロックおよび第２ロータブロックを備え、第１ロータブロックのマグネットおよび第２ロータブロックのマグネットが互いに異なる極性に設定される。この従来の回転電機は、極数とスロット数の比が２：３となる集中巻の回転電機の径方向の加振力に起因する振動および騒音を低減できるが、極数とスロット数の比が２：３以外の回転電機に対しては効果がない。
【００５４】
これに対し、本実施形態の回転電機１００は、回転軸１０と、この回転軸１０の軸方向Ａに第１モータ部２０Ａ、第２モータ部２０Ｂ、第３モータ部２０Ｃの順に配置され、回転軸１０を回転させる３つのモータ部２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃを備えている。第２モータ部２０Ｂは、第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃに対して周方向に極の位置が一致しないずれ角θだけずらして配置される。軸方向Ａにおける第１モータ部２０Ａの軸長Ｌ１、第２モータ部２０Ｂの軸長Ｌ２、および第３モータ部２０Ｃの軸長Ｌ３は、Ｌ１＝Ｌ３、かつ、｜Ｌ１×２−Ｌ２｜＜（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）／３を満たす。
【００５５】
また、本実施形態の変形例の回転電機１００は、回転軸１０と、この回転軸１０の軸方向Ａに第１モータ部２０Ａ、第２モータ部２０Ｂ、第３モータ部２０Ｃ、第４モータ部２０Ｄの順に配置されて回転軸１０を回転させる４つのモータ部２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄを備えている。第２モータ部２０Ｂおよび第４モータ部２０Ｄは、第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃに対して周方向に極の位置が一致しないずれ角θだけずらして配置される。軸方向Ａにおける第１モータ部２０Ａの軸長Ｌ１、第２モータ部２０Ｂの軸長Ｌ２、第３モータ部２０Ｃの軸長Ｌ３、および第４モータ部２０Ｄの軸長Ｌ４は、Ｌ１＝Ｌ４、かつ、Ｌ２＝Ｌ３、かつ、１．４≦Ｌ２／Ｌ１≦５を満たす。
【００５６】
このように、第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃと、第２モータ部２０Ｂおよび第４モータ部２０Ｄが、回転方向Ｒに機械角で所定のずれ角θを有して配置されることにより、特定の次数の電磁力高調波の電気角位相を所定の角度でずらすことができる。ここで、電気角は、磁界の一周期分を３６０°として角度を表したものである。
【００５７】
これにより、第１モータ部２０Ａ、第２モータ部２０Ｂ、第３モータ部２０Ｃ、第４モータ部２０Ｄのエアギャップで発生する電磁力の回転軸１０の径方向の電磁力高調波成分のうち、時間次数が−２次（８極機の場合回転−８次、１０極機の場合回転−１０次、１４極機の場合回転−１４次）の成分の回転軸１０方向における分布を、固有モードを励起しにくい加振力パターンにすることができる。
【００５８】
より詳細には、電磁力高調波は、以下の数式により定義される。
【００５９】
【数１】
2018026952.tif 000003
【００６０】
ここで、σは、径方向または接線方向の単位面積当たりの電磁力であり、ｎは、空間次数（機械角）であり、ｌは、回転次数（＝時間次数×極数/２）であり、Ａｎｌは、空間ｎ次、回転ｌ次の高調波成分の振幅であり、θは、機械角であり、ωは、基本角周波数であり、ｔは、時間であり、φｎｌは、空間ｎ次、回転ｌ次の高調波成分の電気角位相である。
【００６１】
二次元電磁場解析で求めた各モータ部２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄのエアギャップに発生する電磁力には高調波成分が含まれ、時間と空間の関数となっている。電磁力を径方向と接線方向の成分に分解し、それぞれを時間と空間でフーリエ級数に展開すると上記数式が得られる。
【００６２】
以下では、まず第１固定子２４Ａおよび第２固定子２４Ｂの固有モードについて説明し、次に加振力パターンについて説明する。
【００６３】
図７Ａは、固定子２４Ａ、２４Ｂの固有モードの説明図である。図７Ｂは、固定子２４Ａ、２４Ｂの回転軸１０に垂直な断面における円環モードの例として、２次と４次の円環モードを示す図である。図７Ｃは、固定子の回転軸１０の中心を通る断面における軸方向モードの例として、０次、１次、２次の軸方向モードを示す図である。
【００６４】
図８Ａおよび図８Ｂは、固定子２４Ａ、２４Ｂとケーシング３０の回転軸１０に垂直な断面の空間次数が２である円環２次の固有モードを示し、図８Ｃおよび図８Ｄは、固定子２４Ａ、２４Ｂとケーシング３０の回転軸１０に垂直な断面の空間次数が４である円環４次の固有モードを示している。
【００６５】
より詳細には、図８Ａは、円環モード２次、軸方向モード０次の組合せとなる固有モードを示す図であり、図８Ｂは、円環モード２次、軸方向モード１次の組合せとなる固有モードを示す図である。また、図８Ｃは、円環モード４次、軸方向モード０次の組合せとなる固有モードを示す図であり、図８Ｄは、円環モード４次、軸方向モード１次の組合せとなる固有モードを示す図である。
【００６６】
ここでは、固定子２４Ａ、２４Ｂと回転子２１Ａ、２１Ｂがそれぞれ回転軸１０の軸方向Ａにおいて分割されず一体であり、固定子２４Ａ、２４Ｂの境界条件が両端フリーであると仮定する。このとき、回転軸１０の軸方向Ａをｚ軸とし、ｍ次（ｍ＝０、１、２、…）の軸方向モードの径方向の変位ｄ（ｍ、ｚ）が、以下の数式を用いて近似的に表されると仮定する。ここで、Ｄｍａｘは、径方向の振幅である。
【００６７】
【数２】
2018026952.tif 000004
【００６８】
この軸方向モードの発生を抑制可能な回転軸１０の中心を通る断面の径方向加振力パターンを考える。なお、簡単に検討するために、構造系は固定子２４Ａ、２４Ｂのみ、固定子２４Ａ、２４Ｂの軸方向Ａの軸長は回転子２１Ａ、２１Ｂの軸方向Ａの軸長と同じＬ（−Ｌ／２≦ｚ≦Ｌ／２）とする。
【００６９】
また、電磁力高調波の回転軸１０の中心を通る断面の径方向加振力パターン（以下、加振力パターンと略称する）をｆ（ｋ、ｚ）とする。固定子２４Ａ、２４Ｂのｍ次の軸方向モードを励起しないために、加振力パターンｆ（ｋ、ｚ）が満足する必要がある条件式は次式となる。なお、ｋは、１以上の整数（ｋ＝１、２、３、…）である。
【００７０】
【数３】
2018026952.tif 000005
【００７１】
したがって、図７Ｃに示す０次の軸方向モードを励起しないための条件は次式となる。
【００７２】
【数４】
2018026952.tif 000006
【００７３】
なお、１次の軸方向モードは奇関数である。そこで、１次の軸方向モードを励起しないための条件として、ｋ＝１のときの加振力パターンｆ（１、ｚ）は偶関数であるという制約条件を導入すると、次式が成り立つ。
【００７４】
【数５】
2018026952.tif 000007
【００７５】
その他、軸方向断面内で加振力パターンｆ（１、ｚ）の振幅の絶対値は軸方向Ａで同じで、電気角位相差は軸方向Ａで異なるという制約条件を導入する。このように、加振力パターンは偶関数であるという制約条件から導出される加振力パターンｆ（１、ｚ）の電気角位相差の１つを、図９Ａに示す。
【００７６】
前述のように、本実施形態の回転電機１００において、第２モータ部２０Ｂは、第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃに対して周方向に極の位置が一致しないずれ角θだけずらして配置され、回転軸１０の軸方向において、第２モータ部２０Ｂの寸法Ｌ２は、第１モータ部２０Ａの寸法Ｌ１よりも大きく第１モータ部２０Ａの寸法Ｌ１の５倍以下である。より具体的には、図１に示す例において、回転軸１０の軸方向Ａに並んだ第１モータ部２０Ａと第２モータ部２０Ｂと第３モータ部２０Ｃの軸方向Ａの軸長Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の比は、１：２：１であり、不等式｜Ｌ１×２−Ｌ２｜＜（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）／３の関係が成立している。
【００７７】
また、第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃと第２モータ部２０Ｂが１０極１２スロットである場合に、回転方向Ｒに機械角で９０°のずれ角θを有して配置することで、第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃに対し第２モータ部２０Ｂの時間−２次、空間２次の電磁力高調波の電気角位相差が１８０°となるように周方向にずらして配置されている。これにより、１次の軸方向モードを励起しない、図９Ａに示す加振力パターンｆ（１、ｚ）の電気角位相差を近似的に実現することができる。なお、第１モータ部２０Ａと第２モータ部２０Ｂとの間のコイルエンドが図示されている領域では、加振力は略０であると考える。
【００７８】
次に、加振力パターンｆ（ｋ、ｚ）は奇関数であるという制約条件を導入すると、ｍ次の軸方向モードを励起しないために追加される条件は、次式となる。
【００７９】
【数６】
2018026952.tif 000008
【００８０】
したがって、１次の軸方向モードを励起しないために追加される条件は、次式となる。
【００８１】
【数７】
2018026952.tif 000009
【００８２】
このように、加振力パターンは奇関数であるという制約条件から導出される加振力パターンｆ（１、ｚ）の電気角位相差の１つを、図９Ｂに示す。
【００８３】
前述のように、本実施形態の変形例の回転電機１００において、第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃと、第２モータ部２０Ｂおよび第４モータ部２０Ｄとは、回転方向Ｒに機械角で極の位置が一致しない所定のずれ角θを有して配置される。また、軸方向Ａにおける第１モータ部２０Ａの軸長Ｌ１、第２モータ部２０Ｂの軸長Ｌ２、第３モータ部２０Ｃの軸長Ｌ３、および第４モータ部２０Ｂの軸長Ｌ４は、Ｌ１＝Ｌ４、かつ、Ｌ２＝Ｌ３、かつ、１．４≦Ｌ２／Ｌ１≦５を満たす。より具体的には、図６に示す例において、回転軸１０の軸方向Ａに並んだ第１モータ部２０Ａ、第２モータ部２０Ｂ、第３モータ部２０Ｃ、および第４モータ部２０Ｄの軸方向Ａの軸長Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の比は、１：２：２：１であり、Ｌ２はＬ１の２倍である。
【００８４】
また、第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃと第２モータ部２０Ｂおよび第４モータ部２０Ｄが１０極１２スロットである場合に、回転方向Ｒに機械角で９０°のずれ角θを有して配置することで、一対の第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃに対し第２モータ部２０Ｂおよび第４モータ部２０Ｄの電気角位相差が１８０°となるように周方向にずらして配置されている。これにより、１次の軸方向モードを励起しない、図９Ｂに示す加振力パターンｆ（１、ｚ）の電気角位相差を近似的に実現することができる。なお、各モータ部２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄの間のコイルエンドが図示されている領域では、加振力は略０であると考える。
【００８５】
一方、前記特許文献１に記載された回転電機では、加振力パターンｆ（１、ｚ）の電気角位相差は、図９Ｃに示すように、０°になる。前記特許文献２に記載された回転電機では、加振力パターンｆ（１、ｚ）の電気角位相差は、図９Ｄに示すように、たとえば１５°になる。特許文献１および２に記載された前記従来の回転電機では、回転電機の回転軸の径方向の電磁力高調波の加振周波数が回転電機やその回転電機が組み込まれた機器の固有振動数と一致する場合、共振による振動および騒音が発生してしまう。
【００８６】
ここで、本実施形態の回転電機１００において、第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃと第２モータ部２０Ｂとの間の電気角位相をずらす方法について説明する。図１０は、図２に示す第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃ、図３に示す第２モータ部２０Ｂおよび第４モータ部２０Ｄの電磁力高調波成分の一例を示すグラフである。
【００８７】
たとえば、図２に示すように、１０極１２スロットの第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃには、図１０に示すような電磁力高調波が発生する。図１０において、時間次数が＋であれば、加振力の回転方向が第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃの回転子２１Ａの回転方向と同じであることを示し、時間次数が−であれば、加振力の回転方向が第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃの回転子２１Ａの回転方向と逆であることを示している。図２に示す固定子２４Ａを円筒でモデル化した場合、径方向の変位は次式で表される（ただし、空間次数が２以上の場合）。
【００８８】
【数８】
2018026952.tif 000010
【００８９】
この式より、回転電機１００では、径方向の電磁力高調波の空間次数が２以上の場合、強制力による変位は空間次数が大きくなるほど小さくなることが分かる。したがって、１０極１２スロットの第１モータ部２０Ａ、第２モータ部２０Ｂ、および第３モータ部２０Ｃでは、時間−２次、空間２次の径方向電磁力高調波に起因する振動の寄与が大きくなる。空間次数の２は｜スロット数−極数｜に一致する。１０極１２スロットの第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃと、第２モータ部２０Ｂおよび第４モータ部２０Ｄの時間−２次、空間２次の径方向電磁力高調波の電気角位相を１８０°ずらすには、図２および図３に示すように、第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃと、第２モータ部２０Ｂおよび第４モータ部２０Ｄとを回転方向Ｒに機械角で９０°ずらす方法がある。
【００９０】
図１１Ａおよび図１１Ｂは、１０極１２スロットの第１モータ部２０Ａ、第２モータ部２０Ｂ、および第３モータ部２０Ｃを備える図１に示す回転電機１００の時間−２次、空間２次の径方向の電磁力高調波の空間分布を示す図である。図１１Ａおよび図１１Ｂに示す加振力は、図１に示す回転電機１００のケーシング３０の円筒面に振動を生じさせる。この振動の平均を表す振動速度レベルの計算結果を図１２Ａに示す。
【００９１】
図１２Ａでは、１０極１２スロットの第１モータ部２０Ａ、第２モータ部２０Ｂ、および第３モータ部２０Ｃを備える図１に示す回転電機１００の計算結果をＥｘ１、前記特許文献１の回転電機に対応する計算結果をＣｘ１、前記特許文献２の回転電機に対応する計算結果をＣｘ２として表している。また、図１２Ａでは、時間−２次、空間２次の径方向電磁力高調波の電気角位相差が１８０°である２つの同一構成のモータ部を備える比較例の回転電機の計算結果をＣｘ３、隣接するモータ部間で時間−２次、空間２次の径方向電磁力高調波の電気角位相差が１８０°である同一構成の３つのモータ部を備える比較例（軸長比Ｌ１：Ｌ２：Ｌ３を８：８：８）の回転電機の計算結果をＣｘ４として表している。
【００９２】
図１２Ａに示すように、１０極１２スロットの第１モータ部２０Ａ、第２モータ部２０Ｂ、および第３モータ部２０Ｃを備える図１に示す回転電機１００の計算結果Ｅｘ１は、従来の回転電機の計算結果Ｃｘ１、Ｃｘ２および比較例の回転電機の計算結果Ｃｘ３、Ｃｘ４と比較して、振動速度レベルが低下している。
【００９３】
図１２Ｂは、１０極１２スロットの第１モータ部２０Ａ、第２モータ部２０Ｂ、および第３モータ部２０Ｃを備える図１に示す本実施形態の回転電機１００において、回転軸１０の軸方向Ａの軸長比Ｌ１：Ｌ２：Ｌ３を、７：１０：７、６：１２：６、５：１４：５、４：１６：４とした回転電機１００の振動速度レベルの計算結果Ｅｘ１ａ、Ｅｘ１ｂ、Ｅｘ１ｃ、Ｅｘ１ｄを示している。また、図１２Ｂは、前記特許文献１の回転電機に対応する計算結果Ｃｘ１、および比較例の回転電機の計算結果Ｃｘ４を示している。
【００９４】
図１２Ｃは、１０００Ｈｚにおける図１２Ａに示す特許文献１の回転電機に対応する計算結果Ｃｘ１、および比較例の回転電機の振動速度レベルの計算結果Ｃｘ３、ならびに、図１２Ｂに示す比較例の回転電機の計算結果Ｃｘ４、および実施形態に係る回転電機１００の計算結果Ｅｘ１ａ、Ｅｘ１ｂ、Ｅｘ１ｃ、Ｅｘ１ｄを示すグラフである。
【００９５】
図１２Ｃに示すように、軸長比Ｌ１：Ｌ２：Ｌ３をそれぞれ７：１０：７、５：１４：５とした回転電機１００の計算結果Ｅｘ１ａ、Ｅｘ１ｃは、軸長比Ｌ１：Ｌ２：Ｌ３を８：８：８とした比較例の回転電機の計算結果Ｃｘ４よりも振動速度レベルが低下している。したがって、これらの実施形態に係る回転電機１００によれば、上記従来の回転電機や比較例の回転電機よりも振動および騒音を低減することができる。
【００９６】
また、軸長比Ｌ１：Ｌ２：Ｌ３を６：１２：６すなわち１：２：１とした回転電機１００の計算結果Ｅｘ１ｂにおいて、最も振動速度レベルが低下している。したがって、軸長比Ｌ１：Ｌ２：Ｌ３は、１：２：１であることが好ましい。
【００９７】
一方、図１に示す回転電機１００において、軸長比Ｌ１：Ｌ２：Ｌ３を４：１６：４とした回転電機１００の計算結果Ｅｘ１ｄは、軸長比Ｌ１：Ｌ２：Ｌ３を８：８：８とした比較例の回転電機の計算結果Ｃｘ４と同程度になっている。したがって、軸長比Ｌ１：Ｌ２：Ｌ３は、不等式｜Ｌ１×２−Ｌ２｜＜（Ｌ１×２＋Ｌ２）／３の関係が成立することが好ましい。
【００９８】
図１２Ｄは、軸長比Ｌ１：Ｌ２：Ｌ３を１：２：１とし、第１モータ部２０Ａと第２モータ部２０Ｂとの電気角位相差をそれぞれ１８０°、１７０°とした図１に示す回転電機１００の振動速度レベルの計算結果Ｅｘ１ｂ１、Ｅｘ１ｂ２を示すグラフである。また、図１２Ｄは、図１２Ｂに示す特許文献１の回転電機に対応する計算結果Ｃｘ１、比較例の回転電機の計算結果Ｃｘ４を示している。
【００９９】
図１２Ｅは、１０００Ｈｚにおける図１２Ｄに示す特許文献１の回転電機１００に対応する振動速度レベルの計算結果Ｃｘ１、比較例の回転電機の計算結果Ｃｘ４、および実施形態に係る回転電機１００の計算結果Ｅｘ１ｂ１、Ｅｘ１ｂ２を示すグラフである。また、図１２Ｅは、本実施形態に係る回転電機１００において軸長比Ｌ１：Ｌ２：Ｌ３を１：２：１とし、第１モータ部２０Ａと第２モータ部２０Ｂとの電気角位相差をそれぞれ、１６０°、１５０°、１４０°とした回転電機１００の計算結果Ｅｘ１ｂ３、Ｅｘ１ｂ４、Ｅｘ１ｂ５を示している。
【０１００】
図１２Ｅに示すように、第１モータ部２０Ａと第２モータ部２０Ｂとの電気角位相差が、１７０°、１６０°、１５０°である回転電機１００の計算結果Ｅｘ１ｂ２、Ｅｘ１ｂ３、Ｅｘ１ｂ４は、比較例の回転電機の計算結果Ｃｘ４よりも振動速度レベルが低下している。したがって、第１モータ部２０Ａと第２モータ部２０Ｂとの電気角位相差は、１４０°を超え１８０°以下であることが好ましい。なお、電気角位相差は相対的なものなので、１９０°、２００°、２１０°の場合にも同様の効果がある。
【０１０１】
図１３Ａおよび図１３Ｂは、１０極１２スロットの第１モータ部２０Ａ、第２モータ部２０Ｂ、第３モータ部２０Ｃ、および第４モータ部２０Ｄを備える図６に示す回転電機１００の時間−２次、空間２次の径方向電磁力高調波の空間分布を示す図である。図１３Ａおよび図１３Ｂに示す加振力は、図６に示す回転電機１００のケーシング３０の円筒面に振動を生じさせる。この振動の平均を表す振動速度レベルの計算結果を図１４Ａに示す。
【０１０２】
図１４Ａは、１０極１２スロットの第１モータ部２０Ａ、第２モータ部２０Ｂ、第３モータ部２０Ｃ、および第４モータ部２０Ｄを備える図６に示す回転電機１００において、回転軸１０の軸方向Ａの軸長比Ｌ１：Ｌ２：Ｌ３：Ｌ４をそれぞれ３：９：９：３、４：８：８：４とした回転電機１００の振動速度レベルの計算結果Ｅｘ２ａ、Ｅｘ２ｂを示すグラフである。また、図１４Ａには、前記特許文献１の回転電機に対応する計算結果Ｃｘ１、および前記特許文献２の回転電機に対応する計算結果Ｃｘ２を示している。
【０１０３】
また、図１４Ａには、時間−２次、空間２次の径方向電磁力高調波の電気角位相差が１８０°である同一構成の２つのモータ部を備える比較例の回転電機の計算結果Ｃｘ６と、隣接するモータ部間で時間−２次、空間２次の径方向電磁力高調波の電気角位相差が１８０°である同一構成の４つのモータ部を備える比較例の回転電機の計算結果Ｃｘ７とを示している。
【０１０４】
図１４Ａに示すように、１０極１２スロットの第１モータ部２０Ａ、第２モータ部２０Ｂ、第３モータ部２０Ｃ、および第４モータ部２０Ｄを備え、軸長比Ｌ１：Ｌ２：Ｌ３：Ｌ４をそれぞれ３：９：９：３、４：８：８：４とした回転電機１００の振動速度レベルの計算結果Ｅｘ２ａ、Ｅｘ２ｂは、その他の回転電機の計算結果Ｃｘ１、Ｃｘ２、Ｃｘ６、Ｃｘ７と比較して、振動速度レベルが低下している。
【０１０５】
前述の１次の軸方向モードを励起しないために追加される条件の式（数７）を解いて得られる最適解は軸長比Ｌ１：Ｌ２：Ｌ３：Ｌ４＝１：２：２：１であるが、計算による最適解は軸長比Ｌ１：Ｌ２：Ｌ３：Ｌ４＝３：９：９：３である。これは、前記条件の式では、固定子２４Ａ、固定子２４Ｂが一体であることを仮定しているのに対し、図６に示す回転電機１００は、軸方向Ａで固定子２４Ａ、固定子２４Ｂを分割しているためであると考えられる。
【０１０６】
図１４Ｂは、軸長比Ｌ１：Ｌ２：Ｌ３：Ｌ４をそれぞれ３：９：９：３、４：８：８：４とした回転電機１００の振動速度レベルの１０００Ｈｚにおける計算結果Ｅｘ２ａ、Ｅｘ２ｂを示すグラフである。また、図１４Ｂに、隣接するモータ部間で時間−２次、空間２次の径方向電磁力高調波の電気角位相差が１８０°である同一構成の４つのモータ部を備える比較例の回転電機の計算結果Ｃｘ７を示す。
【０１０７】
また、図１４Ｂに、軸長比Ｌ１：Ｌ２：Ｌ３：Ｌ４をそれぞれ１：１１：１１：１、２：１０：１０：２、５：７：７：５、７：５：５：７、８：４：４：８とした図６に示す回転電機１００の振動速度レベルの計算結果Ｅｘ２ｃ、Ｅｘ２ｄ、Ｅｘ２ｅ、Ｅｘ２ｆ、Ｅｘ２ｇを示す。
【０１０８】
図１４Ｂに示すように、軸長比Ｌ１：Ｌ２：Ｌ３：Ｌ４をそれぞれ３：９：９：３、４：８：８：４とした回転電機１００の計算結果Ｅｘ２ａ、Ｅｘ２ｂは、その他の回転電機の計算結果よりも振動速度レベルが低下している。また、軸長比Ｌ１：Ｌ２：Ｌ３：Ｌ４が２：１０：１０：２、５：７：７：５である回転電機１００の振動速度レベルの計算結果Ｅｘ２ｄ、Ｅｘ２ｅは、同一構成の４つのモータ部を備える比較例の回転電機の計算結果Ｃｘ７よりも振動速度レベルが低下している。
【０１０９】
したがって、１０極１２スロットの第１モータ部２０Ａ、第２モータ部２０Ｂ、第３モータ部２０Ｃ、および第４モータ部２０Ｄを備える図６に示す回転電機１００において、軸方向Ａにおける第１モータ部２０Ａの軸長Ｌ１、第２モータ部２０Ｂの軸長Ｌ２、第３モータ部２０Ｃの軸長Ｌ３、および第４モータ部２０Ｄの軸長Ｌ４は、Ｌ１＝Ｌ４、かつ、Ｌ２＝Ｌ３、かつ、１．４≦Ｌ２／Ｌ１≦５を満たすことが好ましい。これにより、図６に示す回転電機１００において、従来よりも振動および騒音を低減することができる。
【０１１０】
ここで、図４および図５に示す１４極１８スロットの第１モータ部２０Ａ、第２モータ部２０Ｂ、第３モータ部２０Ｃ、および第４モータ部２０Ｄを備える回転電機１００において、第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃと、第２モータ部２０Ｂおよび第４モータ部２０Ｄとの間の電気角位相をずらす方法について説明する。図１５は、図４に示す第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃ、図５に示す第２モータ部２０Ｂおよび第４モータ部２０Ｄの電磁力高調波成分の一例を示すグラフである。
【０１１１】
たとえば、図４に示す１４極１８スロットの第１モータ部２０Ａ、第３モータ部２０Ｃには、図１５に示すような電磁力高調波が発生する。１４極１８スロットの第１モータ部２０Ａ、第３モータ部２０Ｃでは、時間−２次、空間４次の電磁力高調波に起因する振動の寄与が大きくなる。空間次数の４は｜スロット数−極数｜に一致する。１４極１８スロットの第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃと、第２モータ部２０Ｂおよび第４モータ部２０Ｄとの時間−２次、空間４次の電磁力高調波の電気角位相を１８０°ずらすには、図４および図５に示すように、第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃと、第２モータ部２０Ｂおよび第４モータ部２０Ｄとを回転方向Ｒに機械角で４５°ずらす方法がある。
【０１１２】
図１６Ａおよび図１６Ｂは、１４極１８スロットの第１モータ部２０Ａ、第２モータ部２０Ｂ、第３モータ部２０Ｃを備える図１に示す回転電機１００の時間−２次、空間４次の径方向の電磁力高調波の空間分布を示す図である。図１６Ａおよび図１６Ｂに示す加振力は、図１に示す回転電機１００のケーシング３０の円筒面に振動を生じさせる。この振動の平均を表す振動速度レベルの計算結果を図１７Ａに示す。
【０１１３】
図１７Ａは、１４極１８スロットの第１モータ部２０Ａ、第２モータ部２０Ｂ、および第３モータ部２０Ｃを備える図１に示す回転電機１００において、軸長比Ｌ１：Ｌ２：Ｌ３を６：１２：６とした回転電機１００の振動速度レベルの計算結果Ｅｘ３を示すグラフである。また、図１７Ａに、前記特許文献１の回転電機に対応する計算結果Ｃｘ１および前記特許文献２の回転電機に対応する計算結果Ｃｘ２を示す。
【０１１４】
また、図１７Ａに、時間−２次、空間４次の径方向の電磁力高調波の電気角位相差が１８０°である同一構成の２つのモータ部を備える比較例の回転電機の計算結果をＣｘ６、隣接するモータ部間で時間−２次、空間４次の径方向の電磁力高調波の電気角位相差が１８０°である同一構成の３つのモータ部を備える比較例の回転電機の計算結果をＣｘ８として表している。
【０１１５】
図１７Ａに示すように、回転電機１００の振動速度レベルの計算結果Ｅｘ３は、その他の回転電機の振動速度レベルの計算結果Ｃｘ１、Ｃｘ２、Ｃｘ６、Ｃｘ８よりも振動速度レベルが低下している。したがって、本実施形態に係る回転電機１００によれば、上記比較例の回転電機よりも振動および騒音を低減することができる。
【０１１６】
図１７Ｂは、１０００Ｈｚにおける図１７Ａに示す特許文献１の回転電機に対応する振動速度レベルの計算結果Ｃｘ１、比較例の回転電機の計算結果Ｃｘ６、Ｃｘ８、および実施形態に係る回転電機１００の計算結果Ｅｘ３を示すグラフである。また、図１７Ｂに、図１に示す回転電機１００において、軸長比Ｌ１：Ｌ２：Ｌ３をそれぞれ７：１０：７、５：１４：５、４：１６：４とした回転電機１００の計算結果Ｅｘ３ａ、Ｅｘ３ｂ、Ｅｘ３ｃを示す。
【０１１７】
図１７Ｂに示すように、１４極１８スロットの第１モータ部２０Ａ、第２のモータ部２０Ｂ、および第３モータ部２０Ｃを備え、軸長比Ｌ１：Ｌ２：Ｌ３をそれぞれ６：１２：６、７：１０：７、５：１４：５、４：１６：４とした回転電機１００の計算結果Ｅｘ３、Ｅｘ３ａ、Ｅｘ３ｂ、Ｅｘ３ｃは、他の回転電機の計算結果Ｃｘ１、Ｃｘ６、Ｃｘ８よりも振動速度レベルが低下している。
【０１１８】
したがって、１４極１８スロットの第１モータ部２０Ａ、第２モータ部２０Ｂ、および第３モータ部２０Ｃを備える図１に示す回転電機１００において、軸方向Ａにおける第１モータ部２０Ａの軸長Ｌ１、第２モータ部２０Ｂの軸長Ｌ２、および第３モータ部２０Ｃの軸長Ｌ３は、Ｌ１＝Ｌ３、かつ、｜Ｌ１×２−Ｌ２｜＜（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）／３を満たすことが好ましい。これにより、図１に示す回転電機１００において、従来よりも振動および騒音を低減することができる。
【０１１９】
図１８Ａおよび図１８Ｂは、１４極１８スロットの第１モータ部２０Ａおよび第２モータ部２０Ｂ、第３モータ部２０Ｃ、および第４モータ部２０Ｄを備える図６に示す回転電機１００の時間−２次、空間４次の径方向電磁力高調波の空間分布を示す図である。図１８Ａおよび図１８Ｂに示す加振力は、図６に示す回転電機１００のケーシング３０の円筒面に振動を生じさせる。この振動の平均を表す振動速度レベルの計算結果を図１９Ａに示す。
【０１２０】
図１９Ａは、１４極１８スロットの第１モータ部２０Ａ、第２モータ部２０Ｂ、第３モータ部２０Ｃ、および第４モータ部２０Ｄを備え、軸長比Ｌ１：Ｌ２：Ｌ３：Ｌ４をそれぞれ３：９：９：３、４：８：８：４とした図６に示す回転電機１００の振動速度レベルの計算結果Ｅｘ４ａ、Ｅｘ４ｂを示す。また、図１９Ａに、前記特許文献１の回転電機に対応する計算結果Ｃｘ１および前記特許文献２の回転電機に対応する計算結果Ｃｘ２を示す。
【０１２１】
また、図１９Ａに、時間−２次、空間４次の径方向電磁力高調波の電気角位相差が１８０°である同一構成の２つのモータ部を備える比較例の回転電機の計算結果Ｃｘ９、隣接するモータ部間で時間−２次、空間４次の径方向電磁力高調波の電気角位相差が１８０°である同一構成の４つのモータ部を備える比較例の回転電機の計算結果Ｃｘ１０を示す。
【０１２２】
図１９Ａに示すように、軸長比Ｌ１：Ｌ２：Ｌ３：Ｌ４をそれぞれ３：９：９：３、４：８：８：４とした回転電機１００の振動速度レベルの計算結果Ｅｘ４ａ、Ｅｘ４ｂは、その他の回転電機の計算結果と比較して、振動速度レベルが低下している。
【０１２３】
図１９Ｂは、軸長比Ｌ１：Ｌ２：Ｌ３：Ｌ４をそれぞれ３：９：９：３、４：８：８：４とした回転電機１００の１０００Ｈｚにおける振動速度レベルの計算結果Ｅｘ４ａ、Ｅｘ４ｂを示すグラフである。また、図１９Ｂに、比較例の回転電機の１０００Ｈｚにおける振動速度レベルの計算結果Ｃｘ９、Ｃｘ１０を示す。
【０１２４】
また、図１９Ｂに、軸長比Ｌ１：Ｌ２：Ｌ３：Ｌ４をそれぞれ１：１１：１１：１、２：１０：１０：２、５：７：７：５、７：５：５：７、８：４：４：８とした回転電機１００の振動速度レベルの計算結果Ｅｘ４ｃ、Ｅｘ４ｄ、Ｅｘ４ｅ、Ｅｘ４ｆ、Ｅｘ４ｇを示す。図１９Ｂに示すように、実施形態の回転電機１００の計算結果Ｅｘ４ａ、Ｅｘ４ｂ、Ｅｘ４ｄ、Ｅｘ４ｅは、比較例の回転電機の計算結果Ｃｘ１０よりも振動速度レベルが低下している。
【０１２５】
したがって、１４極１８スロットの第１モータ部２０Ａ、第２モータ部２０Ｂ、第３モータ部２０Ｃ、および第４モータ部２０Ｄを備える図６に示す回転電機１００において、軸方向Ａにおける第１モータ部２０Ａの軸長Ｌ１、第２モータ部２０Ｂの軸長Ｌ２、第３モータ部２０Ｃの軸長Ｌ３、および第４モータ部２０Ｄの軸長Ｌ４は、Ｌ１＝Ｌ４、かつ、Ｌ２＝Ｌ３、かつ、１．４≦Ｌ２／Ｌ１≦５を満たすことが好ましい。これにより、図６に示す回転電機１００において、従来よりも振動および騒音を低減することができる。
【０１２６】
図２０Ａは、１４極１８スロットの第１モータ部２０Ａ、第２モータ部２０Ｂ、第３モータ部２０Ｃ、および第４モータ部２０Ｄを備え、軸長比Ｌ１：Ｌ２：Ｌ３：Ｌ４を１：２：２：１とし、第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃと、第２モータ部２０Ｂおよび第４モータ部２０Ｄとの間の電気角位相差を１８０°、１７０°とした図６に示す回転電機１００の振動速度レベルの計算結果Ｅｘ５ａ、Ｅｘ５ｂを示すグラフである。また、図２０Ａに、隣接するモータ部間で時間−２次、空間４次の径方向電磁力高調波の電気角位相差が１８０°である同一構成の４つのモータ部を備える比較例の回転電機の計算結果Ｃｘ１０、および前記特許文献１の回転電機に対応する計算結果Ｃｘ１を示す。
【０１２７】
図２０Ｂは、１０００Ｈｚにおける図２０Ａに示す計算結果Ｅｘ５ａ、Ｅｘ５ｂ、Ｃｘ１、Ｃｘ１０を示すグラフである。また、図２０Ｂに、軸長比Ｌ１：Ｌ２：Ｌ３：Ｌ４を１：２：２：１とし、第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃと、第２モータ部２０Ｂおよび第４モータ部２０Ｄとの間の電気角位相差を１６０°、１５０°、１４０°とした図６に示す回転電機１００の振動速度レベルの計算結果Ｅｘ５ｃ、Ｅｘ５ｄ、Ｅｘ５ｅを示す。
【０１２８】
図２０Ｂに示すように、第１モータ部２０Ａおよび第３モータ部２０Ｃと、第２モータ部２０Ｂおよび第４モータ部２０Ｄとの電気角位相差が１８０°から１５０°である回転電機１００の計算結果Ｅｘ５ａ、Ｅｘ５ｂ、Ｅｘ５ｃ、Ｅｘ５ｄは、比較例の回転電機の計算結果Ｃｘ１０よりも振動速度レベルが低下している。したがって、第１モータ部２０Ａと第２モータ部２０Ｂとの電気角位相差は、１４０°を超え１８０°以下であることが好ましい。なお、電気角位相差は相対的なものなので、１９０°、２００°、２１０℃の場合にも同様の効果がある。
【０１２９】
以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１３０】
１０    回転軸
２０Ａ  第１モータ部
２０Ｂ  第２モータ部
２０Ｃ  第３モータ部
２０Ｄ  第４モータ部
２１ａ  磁極（極）
２３Ａ  スロット
２３Ｂ  スロット
１００  回転電機
Ｌ１    第１モータ部の軸長
Ｌ２    第２モータ部の軸長
Ｌ３    第３モータ部の軸長
Ｌ４    第４モータ部の軸長
Ａ      軸方向
θ      ずれ角
【図１】
2018026952.tif 000011
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
2018026952.tif 000017
【図７Ｂ】
2018026952.tif 000018
【図７Ｃ】
2018026952.tif 000019
【図８Ａ】
2018026952.tif 000020
【図８Ｂ】
2018026952.tif 000021
【図８Ｃ】
2018026952.tif 000022
【図８Ｄ】
2018026952.tif 000023
【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
2018026952.tif 000025
【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
2018026952.tif 000027
【図１０】
2018026952.tif 000028
【図１１Ａ】
2018026952.tif 000029
【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
2018026952.tif 000031
【図１２Ｂ】
2018026952.tif 000032
【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
2018026952.tif 000034
【図１２Ｅ】
2018026952.tif 000035
【図１３Ａ】
2018026952.tif 000036
【図１３Ｂ】
2018026952.tif 000037
【図１４Ａ】
2018026952.tif 000038
【図１４Ｂ】
2018026952.tif 000039
【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
2018026952.tif 000043
【図１７Ｂ】
2018026952.tif 000044
【図１８Ａ】
2018026952.tif 000045
【図１８Ｂ】
2018026952.tif 000046
【図１９Ａ】
2018026952.tif 000047
【図１９Ｂ】
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【図２０Ａ】
2018026952.tif 000049
【図２０Ｂ】
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