(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸（５）に結合された円盤状のヨーク板部（６１１）、および前記ヨーク板部の外縁部から回転軸方向に延びる円筒状のヨーク円筒部（６１２）を有するアウターロータ（６）と、
前記アウターロータの内側に配置されたステータ（７）とを備え、
前記ヨーク板部に、前記アウターロータの共振モードにおける腹と節の位置を固定する共振制御部（Ｂ１、Ｃ１）が設けられ、
前記共振制御部は、前記ヨーク板部における回転電機回転方向の少なくとも一箇所に設けられた、当該ヨーク板部における残部とは剛性が異なる異剛性部（Ｂ１）であり、
前記ヨーク板部は、前記異剛性部と前記異剛性部よりも剛性の高い標準剛性部とを有しており、
前記ヨーク板部を回転電機回転方向に沿って等ピッチに２ｍ個の領域に仮想的に分割し、分割された各仮想領域に、前記異剛性部と前記標準剛性部とが交互に配置されていることを特徴とする回転電機。 
【請求項２】
前記異剛性部は、前記ヨーク板部に設けられた孔（６１１ａ）を含むことを特徴とする請求項１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、アウターロータの内側にステータが配置された回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の回転電機（すなわち、電動機、発電機）として、例えば特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された回転電機は、所謂アウターロータ式電動機であり、ヨークの円筒部の内周側に永久磁石が固定されたアウターロータと、鉄心にコイルが巻装されたステータとを備え、ステータが発生する電磁力によりアウターロータを回転させるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１７６２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
アウターロータ式電動機は、ステータが発生する電磁力の周波数とアウターロータの共振周波数が一致したときに、共振が励起されて騒音となることが知られている。
【０００５】
ここで、ステータが発生する電磁力（すなわち加振力）の分布は、楕円形（すなわち、円環２次モード）である。
【０００６】
また、アウターロータのヨークは、偏心や電磁力分布の歪み発生を防止するため、出来るだけ精度良く軸対称に作られている。そして、軸対称のヨークを有するアウターロータは、回転方向のどの位置でも振動の腹になるため、腹と節の位置が固定されない楕円形の共振モード（すなわち、円環２次モード）となり、電磁力は１００％振動に変換され、アウターロータ共振に起因する騒音が極めて大きくなるという問題があった。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、アウターロータ式回転電機におけるアウターロータの共振による騒音を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、回転軸（５）に結合された円盤状のヨーク板部（６１１）、および前記ヨーク板部の外縁部から回転軸方向に延びる円筒状のヨーク円筒部（６１２）を有するアウターロータ（６）と、  前記アウターロータの内側に配置されたステータ（７）とを備え、  前記ヨーク板部に、前記アウターロータの共振モードにおける腹と節の位置を固定する共振制御部（Ｂ１、Ｃ１）が設けられ、
前記共振制御部は、前記ヨーク板部における回転電機回転方向の少なくとも一箇所に設けられた、当該ヨーク板部における残部とは剛性が異なる異剛性部（Ｂ１）であり、前記ヨーク板部は、異剛性部と前記異剛性部よりも剛性の低い標準剛性部とを有しており、
腹と節の位置が固定されない円環ｍ次の共振モードとなる回転電機に対し、前記ヨーク板部を回転電機回転方向に沿って等ピッチに２ｍ個の領域に仮想的に分割し、分割された各仮想領域に、前記異剛性部と前記標準剛性部とが交互に配置されていることを特徴とする。 
【０００９】
これによると、アウターロータの共振モードとして、腹と節の位置が固定され且つ互いに腹と節の位置が回転電機回転方向にずれた２つの円環ｍ次モードが現れる。このように、腹と節の位置が固定され且つ互いに腹と節の位置が回転電機回転方向にずれることにより、共振周波数近辺の周波数域において電磁力の一部は振動に変換されなくなり、アウターロータの共振による騒音が低減される。
【００１０】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る回転電機の正面断面図である。
【図２】図１の回転電機におけるヨークのＩＩ矢視図である。
【図３】図１のステータが発生する電磁力の分布を示す図である。
【図４】従来の回転電機におけるステータの電磁力がヨークに伝達される際の伝達関数を示す図である。
【図５】第１実施形態に係る回転電機におけるステータの電磁力がヨークに伝達される際の伝達関数を示す図である。
【図６】図１の回転電機および従来の回転電機におけるアウターロータの振動応答レベルと周波数との関係を示す図である。
【図７】第１実施形態に係る回転電機におけるヨークの変形例を示す、図２と同様の図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る回転電機におけるヨークの斜視図である。
【図９】図８のヨークのＩＸ矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００１３】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態は、腹と節の位置が固定されない円環２次の共振モードとなるアウターロータ式電動機に、後述する異剛性部Ｂ１を設けたものである。
【００１４】
図１、図２に示すように、本実施形態の回転電機は、アウターロータ式電動機であり、ベース１の円筒部の内周側に第１軸受け２が装着され、ベース１の円筒部の内周側に円筒状の軸受けホルダ３が嵌合され、この軸受けホルダ３の内周側に第２軸受け４が装着されている。そして、第１軸受け２および第２軸受け４により、回転軸５が回転自在に支持されている。
【００１５】
回転軸５には、アウターロータ６が圧入固定されている。このアウターロータ６は、金属製のヨーク６１と、ヨーク６１の内周側に固定された永久磁石６２とからなる。なお、本実施形態のアウターロータ式電動機は、極対数が５（すなわち、永久磁石６２が５個。磁極数が１０）である。
【００１６】
ヨーク６１は、中心部に回転軸５が圧入されるとともに回転軸直交方向に延びる円盤状のヨーク板部６１１と、このヨーク板部６１１の外縁部から回転軸方向に延びる円筒状のヨーク円筒部６１２とを備え、有底円筒状になっている。
【００１７】
ヨーク板部６１１には、ヨーク６１の周方向（換言すると、回転電機回転方向）に沿って９０°間隔の等ピッチで、円形の貫通孔６１１ａが４個形成されている。
【００１８】
ここで、ヨーク板部６１１を、回転電機回転方向に沿って等ピッチに８個（すなわち、貫通孔６１１ａの数の２倍）の領域に仮想的に分割する。より詳細には、貫通孔６１１ａを含む第１領域Ｂ１と、貫通孔６１１ａを含まない第２領域Ｂ２とに分割する。なお、図２では、第１領域Ｂ１および第２領域Ｂ２の各範囲を明瞭にするために、第１領域Ｂ１を便宜的に綾目模様で示している。
【００１９】
そして、貫通孔６１１ａを含む第１領域Ｂ１の剛性は、貫通孔６１１ａを含まない第２領域Ｂ２の剛性よりも低くなっている。以下、第１領域Ｂ１を異剛性部Ｂ１、第２領域Ｂ２を標準剛性部Ｂ２という。この異剛性部Ｂ１は、回転電機回転方向に沿って等ピッチに４個配置されている。
【００２０】
なお、異剛性部Ｂ１を備えていないアウターロータ式電動機において、共振モードが円環ｍ次の場合、共振による騒音の低減効果の観点からは、異剛性部Ｂ１をｍ個または２ｍ個設けるのが望ましい。因みに、本実施形態においては、異剛性部Ｂ１を２ｍ個（すなわち４個）設けている。
【００２１】
ヨーク円筒部６１２は、ヨーク板部６１１の貫通孔６１１ａのような孔は形成されていない。したがって、ヨーク円筒部６１２は、回転電機回転方向の各部の剛性が均一である。
【００２２】
ベース１の円筒部の外周側には、鉄心７１にコイル７２を巻装したステータ７が固定されている。また、ステータ７は、ヨーク円筒部６１２の内側に配置されている。
【００２３】
このように構成されたアウターロータ式電動機は、コイル７２に電力が供給されるとステータ７が電磁力を発生し（図３参照）、回転する電磁力を受けて回転軸５およびアウターロータ６が回転する。なお、図３の横軸θは、ステータ７における周方向角度（すなわち、周方向位置）である。
【００２４】
ここで、従来のアウターロータ式電動機のように、ヨーク全体の剛性が回転電機回転方向の各部において均一である場合は、ヨークにおける回転電機回転方向のどの位置でも振動の腹になるため、図４に示すように、ステータの電磁力がヨークに伝達される際の伝達関数は、ヨークにおける周方向角度θ（すなわち、周方向位置）にかかわらず一定になる。
【００２５】
一方、本実施形態においては、異剛性部Ｂ１は振動の節になるため、ステータ７の電磁力がヨーク６１に伝達される際の伝達関数は、図５に示すように、ヨーク６１における周方向角度θ（すなわち、周方向位置）の変化に伴って変動する。
【００２６】
そして、従来のアウターロータ式電動機のように、ヨーク全体の剛性が回転電機回転方向の各部において均一である場合は、図６に波線で示すように、ステータが発生する電磁力の周波数とアウターロータの共振周波数が一致したときに大きな振動が励起される。
【００２７】
一方、本実施形態のように異剛性部Ｂ１を回転電機回転方向に沿って等ピッチに４個配置した場合、アウターロータ６の共振モードは、図６に示すように、腹と節の位置が固定され且つ互いに腹と節の位置が回転電機回転方向に４５°ずれた２つの円環２次モードとなる。また、その円環２次モードは、図６に実線で示すように、２つの共振周波数において現れる。
【００２８】
このように、腹と節の位置が固定され且つ互いに腹と節の位置が回転電機回転方向にずれる（すなわち、腹と節の位置が固定された楕円形の重根にする）ことにより、各々の共振周波数近辺の周波数域において電磁力の一部は振動に変換されなくなり、アウターロータ６の共振による騒音が低減される。
【００２９】
また、アウターロータ６を通る磁束は、主にヨーク円筒部６１２を通り、ヨーク板部６１１は殆ど通らない。したがって、異剛性部Ｂ１をヨーク円筒部６１２に設けた場合には、ヨーク円筒部６１２を通る磁束量が減少して電動機の発生トルクが減少するのに対し、本実施形態のように異剛性部Ｂ１をヨーク板部６１１に設けた場合は、ヨーク円筒部６１２を通る磁束量は減少せず、電動機の発生トルクも減少しない。
【００３０】
また、本実施形態では、複数の異剛性部Ｂ１のうち任意の異剛性部Ｂ１に対し、他の異剛性部Ｂ１のうちの１つが回転電機回転方向に１８０°ずれた位置に配置されているため、アウターロータ６の回転方向の重量バランスがとれ、アンバランスによる振動や騒音が防止される。
【００３１】
また、本実施形態のように、異剛性部Ｂ１を回転電機回転方向に沿って等ピッチに４個配置した場合、アウターロータ６における２つの共振周波数の差を、最大限に大きくすることができる。
【００３２】
なお、図７に示す変形例のように、永久磁石６２を冷却する冷却風が通過する冷却用孔６１１ｂをヨーク板部６１１に設けてもよい。この冷却用孔６１１ｂは、円弧状の長孔であり、極対数と同数（すなわち、５個）設けられる。
【００３３】
また、異剛性部Ｂ１を備えていないアウターロータ式電動機において、共振モードが円環３次の場合、共振による騒音の低減効果の観点からは、異剛性部Ｂ１を３個または６個設けるのが望ましい。
【００３４】
この場合、アウターロータ６の共振モードは、腹と節の位置が固定され且つ互いに腹と節の位置が回転電機回転方向にずれた２つの円環３次モードとなり、その円環３次モードは２つの共振周波数において現れる。その結果、各々の共振周波数近辺の周波数域において電磁力の一部は振動に変換されなくなり、アウターロータ６の共振による騒音が低減される。
【００３５】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。以下、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００３６】
本実施形態は、腹と節の位置が固定されない円環２次の共振モードとなるアウターロータ式電動機に、後述する異重量部Ｃ１を設けたものである。
【００３７】
図８、図９に示すように、ヨーク板部６１１の外表面には、ヨーク板部６１１の周方向（換言すると、回転電機回転方向）に沿って９０°間隔の等ピッチで、突起状の円形の錘６１１ｃが４個設けられている。この錘６１１ｃは、ヨーク板部６１１と一体に形成してもよい。また、ヨーク板部６１１と別体に形成した錘６１１ｃをヨーク板部６１１に接合してもよい。
【００３８】
ここで、ヨーク板部６１１を、回転電機回転方向に沿って等ピッチに８個（すなわち、錘６１１ｃの数の２倍）の領域に仮想的に分割する。より詳細には、錘６１１ｃを含む第１領域Ｃ１と、錘６１１ｃを含まない第２領域Ｃ２とに分割する。なお、図９では、第１領域Ｃ１および第２領域Ｃ２の各範囲を明瞭にするために、第１領域Ｃ１を便宜的に綾目模様で示している。
【００３９】
そして、ヨーク板部６１１における回転電機回転方向の所定範囲毎の重量（本実施形態では、ヨーク板部６１１における仮想的に８分割された各領域毎の重量）を所定範囲重量とした場合、錘６１１ｃを含む第１領域Ｃ１の重量は、錘６１１ｃを含まない第２領域Ｃ２の重量よりも重くなっている。以下、第１領域Ｃ１を異重量部Ｃ１、第２領域Ｃ２を標準重量部Ｃ２という。
【００４０】
本実施形態のように、錘６１１ｃを回転電機回転方向に沿って等ピッチに４個配置した場合、アウターロータ６の共振モードは、腹と節の位置が固定され且つ互いに腹と節の位置が回転電機回転方向に４５°ずれた２つの円環２次モードとなり、その円環２次モードは２つの共振周波数において現れる。したがって、アウターロータ６の共振による騒音が低減される。
【００４１】
また、本実施形態のように錘６１１ｃを含む異重量部Ｃ１をヨーク板部６１１に設けた場合は、ヨーク円筒部６１２を通る磁束量は減少せず、電動機の発生トルクも減少しない。
【００４２】
また、本実施形態では、複数の異重量部Ｃ１のうち任意の異重量部Ｃ１に対し、他の異重量部Ｃ１のうちの１つが回転電機回転方向に１８０°ずれた位置に配置されているため、アウターロータ６の回転方向の重量バランスがとれ、アンバランスによる振動や騒音が防止される。
【００４３】
また、本実施形態のように、異重量部Ｃ１を回転電機回転方向に沿って等ピッチに４個配置した場合、アウターロータ６における２つの共振周波数の差を、最大限に大きくすることができる。
【００４４】
また、アウターロータ式電動機は、ヨーク円筒部６１２の外周側に樹脂製の送風ファンを接合して、送風機として用いられることがある。この場合、錘６１１ｃをヨーク円筒部６１２の外周面に設けると、送風ファンと錘６１１ｃが干渉してしまう。これに対し、本実施形態のように錘６１１ｃをヨーク板部６１１に設けた場合は、送風ファンと錘６１１ｃは干渉しない。
【００４５】
なお、本実施形態においても、永久磁石６２を冷却する冷却風が通過する冷却用孔（図７参照）をヨーク板部６１１に設けてもよい。
【００４６】
また、異重量部Ｃ１を備えていないアウターロータ式電動機において、共振モードが円環３次の場合、共振による騒音の低減効果の観点からは、異重量部Ｃ１を３個または６個設けるのが望ましい。
【００４７】
この場合、アウターロータ６の共振モードは、腹と節の位置が固定され且つ互いに腹と節の位置が回転電機回転方向にずれた２つの円環３次モードとなり、その円環３次モードは２つの共振周波数において現れる。その結果、各々の共振周波数近辺の周波数域において電磁力の一部は振動に変換されなくなり、アウターロータ６の共振による騒音が低減される。
【００４８】
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、異剛性部Ｂ１または異重量部Ｃ１を複数個設けたが、異剛性部Ｂ１または異重量部Ｃ１は１個でもよい。この場合でも、アウターロータ６の共振モードは、腹と節の位置が固定され且つ互いに腹と節の位置が回転電機回転方向にずれた２つの円環ｍ次モードとなり、アウターロータ６の共振による騒音が低減される。
【００４９】
また、上記各実施形態では、異剛性部Ｂ１または異重量部Ｃ１を回転電機回転方向に沿って等ピッチに配置したが、それらの異剛性部Ｂ１または異重量部Ｃ１の位置とは異なる位置に、さらに異剛性部Ｂ１または異重量部Ｃ１を形成してもよい。
【００５０】
ただし、この場合、さらに形成する異剛性部Ｂ１または異重量部Ｃ１の数は、等ピッチに配置した異剛性部Ｂ１または異重量部Ｃ１の数（すなわち４個）と異ならせる。このようにすれば、アウターロータ６の２つの共振周波数を、確実に異ならせることができる。
【００５１】
なお、共振による騒音の低減効果の観点からは、腹と節の位置が固定されない円環２次の共振モードとなるアウターロータ式電動機に、異剛性部Ｂ１または異重量部Ｃ１を設ける場合は、異剛性部Ｂ１または異重量部Ｃ１を２個または４個設けることが望ましい。また、腹と節の位置が固定されない円環３次の共振モードとなるアウターロータ式電動機に、異剛性部Ｂ１または異重量部Ｃ１を設ける場合は、異剛性部Ｂ１または異重量部Ｃ１を３個または６個設けることが望ましい。換言すると、腹と節の位置が固定されない円環ｍ次の共振モードとなるアウターロータ式電動機に対し、異剛性部Ｂ１または異重量部Ｃ１をｍ個または２ｍ個設けることが望ましい。
【００５２】
また、異剛性部Ｂ１または異重量部Ｃ１は回転電機回転方向に沿って等ピッチに配置することで最大の騒音低減効果が得られるが、ヨーク板部６１１を、回転電機回転方向に沿って等ピッチに２ｍ個の領域に仮想的に分割し、分割された各仮想領域の適宜位置にそれぞれ一箇所ずつ異剛性部Ｂ１または異重量部Ｃ１を設けても、換言すると、異剛性部Ｂ１または異重量部Ｃ１を回転電機回転方向に沿って不等ピッチに配置しても、騒音低減効果が得られる。
【００５３】
また、磁極数が１０で且つスロット数が１２の回転電機は、円環２次の共振モードを誘発しやすいため、本発明は、磁極数が１０で且つスロット数が１２の回転電機に好適である。
【００５４】
また、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
【００５５】
また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。
【００５６】
また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【００５７】
また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。
【００５８】
また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５９】
５      回転軸
６      アウターロータ
７      ステータ
６１１  ヨーク板部
６１２  ヨーク円筒部
Ｂ１    異剛性部（共振制御部）
Ｃ１    異重量部（共振制御部）
【図１】
0006558076.tif 000002
【図２】
0006558076.tif 000003
【図３】
0006558076.tif 000004
【図４】
0006558076.tif 000005
【図５】
0006558076.tif 000006
【図６】
0006558076.tif 000007
【図７】
0006558076.tif 000008
【図８】
0006558076.tif 000009
【図９】
0006558076.tif 000010