(57)【要約】【課題】特定次数のトルクリプルの低減を図ることができ、これに伴い、モータノイズの特定の高調波成分の低減が図られた電動機を提供する。【解決手段】電動機１、分布巻により形成された、複数の巻線相１１０Ｕ，１１０Ｖ，１１０Ｗを有する固定子１００と、複数の磁極を有し、固定子１００に向かい合う外周を有する回転子１０と、回転子１０の外周に形成された溝部とを備え、溝部のうち、外周の表面からの深さが最も深い底点と回転子の中心とを結ぶ仮想直線１２は、底点に最も近い磁極の中心線１１に対して、６度以上２２度以下の電機角度をなす。【選択図】図１
2008220053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分布巻により形成された複数の巻線相を有する固定子と、
複数の磁極を有し、前記固定子に向かい合う外周を有する回転子と、
前記回転子の前記外周に形成された溝部とを備え、
前記溝部のうち、前記外周の表面からの深さが最も深い底点と回転子の中心とを結ぶ仮想直線は、前記底点に最も近い前記磁極の中心線に対して、６度以上２２度以下の電機角度をなす、電動機。
【請求項２】
前記仮想直線は、前記中心線に対して、６度以上１６度以下の電気角度とされた、請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
前記仮想直線は、前記中心線に対して、６度以上１２度以下の電気角度とされた、請求項１に記載の電動機。
【請求項４】
前記溝部は、前記中心線に対して線対称の位置に設けられた第１溝部と第２溝部とを含む、請求項１から請求項３のいずれかに記載の電動機。
【請求項５】
前記溝部は、各前記磁極ごとに設けられた、請求項１から請求項４のいずれかに記載の電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車両に搭載される電動機では、トルクリプルを低減させることが求められている。このトルクリプルは、出力トルクの変動分を平均トルクに対する百分率で示すものであり、一般的に、このトルクリプルが大きいほど電動機に振動および騒音が大きくなることが知られている。
【０００３】
そして、このトルクリプルの低減が図られた電動機として、たとえば、特開２００４−３２９８５６号公報に記載された電動機等がある。
【特許文献１】特開２００４−３２８９５６号公報
【特許文献２】特開２０００−２９５８０５号公報
【特許文献３】特開平７−３３６９１７号公報
【特許文献４】特開平１１−１６４５０１号公報
【特許文献５】特開２００１−１４５２８４号公報
【特許文献６】特開２００５−２６１０２４号公報
【特許文献７】特開２００５−２６１０８１号公報
【特許文献８】特開２００６−５０７９１号公報
【特許文献９】特開２００２−２２３５３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記従来の電動機においては、トルクリプル全体に着目したものであり、特定の次数のトルクリプルに着目して、その低減を図る手法については、何等記載されていない。
【０００５】
特に、上記従来技術においては、各次数のトルクリプルと、電動機に生じるノイズの高周波成分との相関関係について着目されていない。
【０００６】
このため、上記従来の電動機においては、トルクリプルの低減を図るものの、どの次数のトルクリプルの成分が低減されているか明確となっておらず、モータノイズのどの高調波成分が低減されているか明確となっていない。
【０００７】
これにより、従来の電動機においては、モータノイズのうち、特定の高調波成分の低減および特定の次数のトルクリプルを選択的に低減することができないようになっており、電動機の特性の改善を効率よくできないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、特定次数のトルクリプルの低減を図ることができ、これに伴い、モータノイズの特定の高調波成分の低減が図ることができ、効率よく電動機の特性の向上が図られた電動機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る電動機は、分布巻により形成された、複数の巻線相を有する固定子と、複数の磁極を有し、固定子に向かい合う外周を有する回転子と、回転子の外周に形成された溝部とを備える。そして、上記溝部のうち、外周の表面からの深さが最も深い底点と回転子の中心とを結ぶ仮想直線は、底点に最も近い磁極の中心線に対して、６度以上２２度以下の電気角度をなす。
【００１０】
好ましくは、上記仮想直線は、中心線に対して、６度以上１６度以下の電気角度とされる。
【００１１】
好ましくは、上記仮想直線は、中心線に対して、６度以上１２度以下の電気角度とされる。
【００１２】
好ましくは、上記溝部は、中心線に対して線対称の位置に設けられた第１溝部と第２溝部とを含む。好ましくは、上記溝部は、各磁極の中心線ごとに設けられる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る電動機によれば、トルクリプルの特定の次数についての成分を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本実施の形態に係る電動機について、図１から図８を用いて説明する。なお、同一の構成または相当する構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００１５】
図１は、本実施の形態に係る回転電機（電動機）１の断面図である。図２は、図１中のＩＩで示される部分を拡大した拡大図である。
【００１６】
図１および図２に示されるように、この実施の形態１に係る回転電機１は、分布巻により形成された複数の巻線相としてのＵ相コイル１１０Ｕと、Ｖ相コイル１１０Ｖと、Ｗ相コイル１１０Ｗとを有する固定子１００と、複数の磁極としての永久磁石３０を有し、固定子１００に向い合う外周面（外周）１３を有する回転子１０とを備えている。
【００１７】
固定子１００は、環状のコア体１０３を有し、たとえば、複数の磁性鋼板を積層して構成されている。このコア体１０３の内周面には、径方向内方に向けて突出する複数のステータティース１０１が形成されている。このステータティース１０１間には、スロット部（凹部）１０２が形成されており、各スロット部１０２は、コア体１０３の内周側に向けて開口している。
【００１８】
ステータティース１０１には、分布巻により巻線相としてのＵ相コイル１１０Ｕ、Ｖ相コイル１１０Ｖ、Ｗ相コイル１１０Ｗが巻回されている。なお、Ｕ相コイル１１０Ｕが最もコア体１０３の外周側に位置しており、このＵ相コイル１１０Ｕより径方向内方側にＶ相コイル１１０Ｖが位置している。そして、このＶ相コイル１１０Ｖに対して径方向内方側にＷ相コイル１１０Ｗが位置している。
【００１９】
なお、この図１に示す例においては、ステータティース１０１に各コイルを直接巻回しているが、他にも、たとえば、インシュレータを用いて各コイルを装着するようにしてもよい。
【００２０】
このように巻回された各Ｕ相コイル１１０Ｕ、Ｖ相コイル１１０Ｖ、Ｗ相コイル１１０Ｗには、それぞれ位相がずれた交流電力が供給される。これにより、各コイル１１０Ｕ、１１０Ｖ、１１０Ｗを通るような磁束が発生する。
【００２１】
回転子１０は、鉄または鉄金属などから構成された電磁鋼板を積層することで形成された円柱状のコア体２０を備えている。
【００２２】
このコア体２０には、コア体２０の周方向に間隔を隔てて形成され、永久磁石３０を収容する複数の磁石収容部２０Ａ〜２０Ｈが形成されている。
【００２３】
ここで、磁石収容部２０Ａは、一対の穴部２０Ａ１、２０Ａを有しており、各穴部２０Ａ１、２０Ａ２は、コア体２０の周方向に僅かに離間している。そして、この穴部２０Ａ１、２０Ａ２内に永久磁石３０が収容されている。各穴部２０Ａ１、２０Ａ２を規定するコア体２０の内表面と、永久磁石３０との間には、隙間部４０が形成されている。この隙間部４０は、永久磁石３０の両端部に位置している。
【００２４】
そして、穴部２０Ａ１内に収容された永久磁石３０の表面のうち、コア体２０の外周面側の磁性と、穴部２０Ａ２内に収容された永久磁石３０の表面のうち、コア体２０の外周面側の磁性とは同じ磁性とされている。
【００２５】
他の磁石収容部２０Ｂ〜２０Ｈも上記磁石収容部２０Ａと同様に、一対の穴部を有しており、各穴部には永久磁石３０が収容されている。
【００２６】
ここで、一の磁石収容部２０Ａ〜２０Ｈに収容された各永久磁石３０のうち、コア体２０の外周面側の磁性と、この磁石収容部２０Ａ〜２０Ｈに対してコア体２０の周方向に隣り合う磁石収容部２０Ａ〜２０Ｈ内に収容された永久磁石３０のうち、コア体２０の外周面側の磁性とは、互いに異なるようになっている。このため、コア体２０の周方向に向けて各磁石収容部２０Ａ〜２０Ｈ内に収容された磁石のうち、コア体２０の外周面側の磁性は、交互に異なるように配置されている。
【００２７】
ここで、図３は、本実施の形態に係る回転電機１において、電気角度が９０度となる範囲を示す拡大図である。
【００２８】
この図３において、磁石収容部２０Ａの各穴部２０Ａ１、２０Ａ２内に収容された各永久磁石３０の外周側の各磁性は同じである。そして、磁石収容部２０Ａ内に収容された永久磁石３０の外周側の磁性と、この磁石収容部２０Ａと隣り合う磁石収容部２０Ｂ、２０Ｈの穴部に収容された永久磁石３０の外周側の磁性とは異なる。
【００２９】
このため、磁石収容部２０Ａ内に収容された永久磁石３０の磁極の中心線１１は、穴部２０Ａ１と穴部２０Ａ２の中間と、コア体２０の中心点１２０とを通る。さらに、この中心線１１となす電気角度が９０度となる直線１１２は、磁石収容部２０Ａと、この磁石収容部２０Ａに対してコア体２０の周方向に隣り合う磁石収容部２０Ｂとの中間を通ると共に、中心点１２０を通る。
【００３０】
このように、回転子１０は、複数の永久磁石３０を備えており、固定子１００の各コイル１１０Ｕ、１１０Ｖ、１１０Ｗに交流電力が供給されることで、固定子１００は、回転する。なお、回転子１０は、回転子１０の中央部に形成された貫通孔に挿入された回転シャフト１３０に固設されており、この回転シャフト１３０は、回転可能に支持されている。
【００３１】
ここで、図２に示すように、回転子１０の外周面１３には、複数の溝（凹部）１４が形成されている。この溝部は、三角形状や四角形状等の多角形状であってもよく、さらに、滑らかな湾曲面形状とされてもよい。
【００３２】
ここで、溝部１４の底点１５は、コア体２０の外周面１３から最も深さが深い部分とする。すなわち、底点１５は、溝部１４を規定するコア体２０の表面のうち、最もコア体２０の径方向内方に位置する部分である。
【００３３】
そして、この底点１５は、図２に示すように、この底点１５に最も近い磁極の中心線１１に対して電気角度φが６度以上２２度以下となる位置に形成されている。
【００３４】
なお、好ましくは、磁極の中心線１１と、上記中心線１１とのなす電気角度φが６度以上１６度以下となる位置に底点１５を位置させる。さらに、好ましくは、６度以上１２度以下となるのが好ましい。
【００３５】
図４は、底点１５と中心線１１との電気角度φが６度以上２２度以下とされた本実施の形態に係る回転電機のトルクリプルを実線で示し、底点１５と中心線１１との電気角度φが４０度以上４４度以下とされた比較例の回転電機のトルクリプルを破線で示したグラフである。
【００３６】
そして、図５は、本実施の形態に係る回転電機１と、上記比較例の回転電機とのトルクリプルとの波形をそれぞれフーリエ変換して、トルクリプル２４次成分と、トルクリプル４８次成分とについて、比較するグラフである。この図５において、縦軸は、トルクリプル２４次成分の大きさを示し、横軸は、トルクリプルの次数を示す。この図５中において、比較例は、斜線によって示されたグラフであり、本実施の形態に係る回転電機１は、他方のグラフによって示される。
【００３７】
ここで、トルクリップルの次数は、回転子１０が一回転する間に生じるコギングトルクに相当するものであって、回転子１０の磁極数とスロット部１０２の個数（ステータティース１０１の個数）との最小公倍数で示される。
【００３８】
ここで、本実施の形態に係る回転電機１は、磁極数は８とされ、３相コイルとされ、スロット部数（ステータティース数）は、４８とされている。
【００３９】
一般に、このような３相８極モータの回転電機においては、モータノイズの高調波成分の良否判断は、８次、２４次、４８次にてなされる。
【００４０】
そして、モータノイズ８次成分は、トルクリプル８次成分に対応しており、モータノイズ２４次成分は、トルクリプル２４次成分に対応する。さらに、モータノイズ４８次成分は、トルクリプル４８次成分に対応する。
【００４１】
そして、図５から分かるように、本実施の形態に係る回転電機１のトルクリプル２４次成分の大きさは、比較例の回転電機のトルクリプル２４次成分よりも小さくなっていることが分かる。このため、本実施の形態に係る回転電機１は、比較例の回転電機よりも、モータノイズの２４次成分の低減を図ることができることが分かる。
【００４２】
図６は、電気角度φを様々設定して、それぞれについて回転電機のトルクリプルのトルクリプル２４次成分を示すグラフである。この図６においては、縦軸はトルクリプル２４次成分とされており、横軸は、溝部１４の底点１５と、中心線１１との電気角度を示す。この図６に示されるように、電気角度φが６度以上２２度以下の範囲（図中におけるφ１に示す範囲）においては、トルクリプル２４次成分が低減されている事がわかる。
【００４３】
ここで、上記比較例に係る回転電機のトルクリプル２４次成分は、図中のφ４に示す範囲となっている。このように、本実施の形態に係る回転電機１のトルクリプル２４次成分は、上記比較例の回転電機のトルクリプル２４次成分よりも低減されていることが分かる。
【００４４】
ここで、図６に示すように、電気角度φが６度以上１６度以下の範囲（図中におけるφ２に示す範囲）において、特に、トルクリプル２４次成分が低減されていることが分かる。
【００４５】
トルクリプル２４次成分は、回転電機に生じるモータノイズをフーリエ変換して算出されるモータノイズ２４次成分に対応する。このため、本実施の形態に係る回転電機１においては、モータノイズ２４次成分を低減することができる。このように、本実施の形態に係る回転電機１によれば、モータノイズのうち、高調波成分のモータノイズ２４次成分を選択的に低減することができる。
【００４６】
図７は、溝部１４の底点１５と中心点１２０とを通る直線（仮想直線）１２と、磁極の中心線１１との電気角度φを様々設定して、各回転電機のトルクリプルを示すグラフである。この図７において、縦軸は、トルクリプルを示し、横軸は溝部１４の底点１５と磁極の中心線１１との電気角度を示す。
【００４７】
さらに、図８は、電気角度φを様々設定して、各回転電機のトルクリプル４８次成分を示すグラフである。この図８において、縦軸は、トルクリプル４８次成分を示し、横軸は、上記直線１２と中心線１１との電気角度を示す。
【００４８】
ここで、図７に示されるように、電気角度φが、６度以上１２度以下の範囲（図中のφ３に示される範囲）においては、充分にトルクリプルが低減されていることが分かる。さらに、図８に示すように、電気角度φが、６度以上１２度以下の範囲（図中のφ３に示す範囲）で、トルクリプル４８次成分が充分に低減されていることが分かる。このため、電気角度φを６度以上１２度以下に設定するのが好ましいことが分かる。
【００４９】
この図７において、上記比較例に係る回転電機は、図中の電気角度φ４に示す範囲である。このため、溝部１４の底点１５の位置を磁極の中心線１１に対して、電気角度φが７度以上８．２度以下の範囲（図中のφ５に示す範囲）においては、比較例に係る回転電機のトルクリプルよりの低減されている。このため、本実施の形態に係る回転電機１においても、溝部１４の底点１５の位置を磁極の中心線１１に対して、電気角度φが７度以上８．２度以下とするのが好ましいことが分かる。
【００５０】
ここで、図３に示されるように、溝部１４は、磁極の中心線１１に対して線対称の位置にそれぞれ設けられている。さらに、図１に示すように、各磁石収容部２０Ａ〜２０Ｈに収容された各一対の永久磁石３０についての磁極の中心線１１ごとにそれぞれ溝部１４が設けられている。
【００５１】
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、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。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許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。さらに、上記数値などは、例示であり、上記数値および範囲にかぎられない。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、電動機に利用することができ、特に、トルクリプル２４次の低減に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本実施の形態に係る回転電機（電動機）の断面図である。
【図２】図１中のＩＩで示される部分を拡大した拡大図である。
【図３】本実施の形態に係る回転電機において、電気角度が９０度となる範囲を示す拡大図である。
【図４】底部と中心線との電気角度φが６度以上２２度以下とされた本実施の形態に係る回転電機のトルクリプルを実線で示し、底部と中心線との電気角度φが４０度以上４４度以下とされた比較例の回転電機のトルクリプルを破線で示したグラフである。
【図５】本実施の形態に係る回転電機と、比較例の回転電機とのトルクリプルとの波形をそれぞれフーリエ変換して、トルクリプル２４次成分と、トルクリプル４８次成分とについて、比較するグラフである。
【図６】電気角度φを様々設定して、それぞれについて回転電機のトルクリプルのトルクリプル２４次成分を示すグラフである。
【図７】電気角度φを様々設定して、各回転電機のトルクリプルを示すグラフである。
【図８】電気角度φを様々設定して、各回転電機のトルクリプルのトルクリプル４８次成分を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５４】
１  回転電機、１０  回転子、１１  中心線、１２  直線、１３  外周面、１４  溝部、１５  底点、２０  コア体、２０Ａ，２０Ｂ  磁石収容部、３０  永久磁石、４０  隙間部、１３０  回転シャフト、φ  電気角度。
【図１】
2008220053.tif 000003
【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】
2008220053.tif 000008
【図７】
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【図８】
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