(57)【要約】【課題】電動機の半径方向電磁加振力により励起される振動・騒音を抑制する。【解決手段】電動機１００において、回転子１は回転子コアの一群の軸長２Ｌに対し、４つの回転子ピース３、４、５、６に分割され、例えば４つの回転子ピース３、４、５、６の有効磁極開角は理想的には軸方向の長さが０．２９Ｌ、０．７１Ｌ、０．７１Ｌ、０．２９Ｌであり、かつそれぞれの回転子ピース３、４、５、６の永久磁石２は回転子１の円周方向に電気角の位相差が０、π、０、πとなるように配置される。また理想的な軸長を変更しても効果がある場合は、前述した軸長に対して公差は±０．１Ｌとする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石が装着された回転子と複数のスロットを有する固定子とで構成される電動機において、
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。ただし４を一群とする）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一群の軸長２Ｌ、軸方向Ｘ軸、軸の中心をＸ＝０、半径方向の加振力をＦ（ｘ）とすると、次の３つの関係式
2004357405.tif 000021
に基づいて、相当長さおよび前記ピース間で円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、
４個の一群の各ピースは、相当長さとして、
０．１９Ｌ、０．８１Ｌ、０．８１Ｌ、０．１９Ｌから等しい軸長１／２Ｌの範囲のいずれかの長さに設定され、相当電気角は、隣接ピース同士が０、π、０、πに相当する有効磁極開角の位置方向とされたこと
を特徴とする電動機。
【請求項２】
磁石が装着された回転子と複数のスロットを有する固定子とで構成される電動機において、
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。ただし４を一群とする）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一群の軸長２Ｌ、軸方向Ｘ軸、軸の中心をＸ＝０、半径方向の加振力をＦ（ｘ）とすると、次の３つの関係式
2004357405.tif 000022
に基づいて、相当長さおよび前記ピース間で円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、
４個の一群の各ピースは、相当長さとして、
０．１９Ｌ、０．８１Ｌ、０．８１Ｌ、０．１９Ｌから０．３９Ｌ、０．６１Ｌ、０．６１Ｌ、０．３９Ｌの範囲のいずれかの長さに設定され、相当電気角は、隣接ピース同士が０、π、０、πに相当する有効磁極開角の位置方向とされたこと
を特徴とする電動機。
【請求項３】
磁石が装着された回転子と複数のスロットを有する固定子とで構成される電動機において、
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。ただし４を一群とする）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一群の軸長２Ｌ、軸方向Ｘ軸、軸の中心をＸ＝０、半径方向の加振力をＦ（ｘ）とすると、次の３つの関係式
2004357405.tif 000023
に基づいて、相当長さおよび前記ピース間で円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、
４個の一群の各ピースは、相当長さとして、１：２：２：１を基準として、４個の一群のピースの全軸長の±５％範囲のいずれかの長さに設定され、相当電気角は、隣接ピース同士が０、π、０、πに相当する有効磁極開角の位置方向とされたこと
を特徴とする電動機。
【請求項４】
磁石が装着された回転子と複数のスロットを有する固定子とで構成される電動機において、
前記回転子または固定子を軸方向に６または６ｎ（ｎは整数。ただし６を一群とする）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一群の軸長２Ｌ、軸方向Ｘ軸、軸の中心をＸ＝０、半径方向の加振力をＦ（ｘ）とすると、次の３つの関係式
2004357405.tif 000024
に基づいて、相当長さおよび前記ピース間で円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、
６個の一群の各ピースは、相当長さとして、
０．２５Ｌ、０．５０Ｌ、０．２５Ｌ、０．２５Ｌ、０．５０Ｌ、０．２５Ｌを基準として６個の一群のピースの全軸長の±５％から等しい軸長１／３Ｌの範囲のいずれかの長さに設定され、相当電気角は、隣接ピース同士が０、π、０、π、０、πに相当する有効磁極開角の位置方向とされたこと
を特徴とする電動機。
【請求項５】
磁石が装着された回転子と複数のスロットを有する固定子とで構成される電動機において、
前記回転子または固定子を軸方向に６または６ｎ（ｎは整数。ただし６を一群とする）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一群の軸長２Ｌ、軸方向Ｘ軸、軸の中心をＸ＝０、半径方向の加振力をＦ（ｘ）とすると、次の３つの関係式
2004357405.tif 000025
に基づいて、相当長さおよび前記ピース間で円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、
６個の一群の各ピースは、相当長さとして、
０．２５Ｌ、０．５０Ｌ、０．２５Ｌ、０．２５Ｌ、０．５０Ｌ、０．２５Ｌを基準として６個の一群のピースの全軸長の±５％範囲のいずれかの長さに設定され、相当電気角は、隣接ピース同士が０、π、０、π、０、πに相当する有効磁極開角の位置方向とされたこと
を特徴とする電動機。
【請求項６】
磁石が装着された回転子と複数のスロットを有する固定子とで構成される電動機において、
前記回転子または固定子を軸方向に４個以上の偶数個のピースに分割し、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、半径方向の加振力をＦ（ｘ）とすると、次の３つの関係式
2004357405.tif 000026
に基づいて、相当長さおよび前記ピース間で円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こと
を特徴とする電動機。
【請求項７】
磁石が装着された回転子と複数のスロットを有する固定子とで構成される電動機において、
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。ただし４を一群とする）個以上のピースに分割し、それぞれのピースに、半径方向の実質的に同一振幅の加振力を付与する構成となし、
回転子または固定子の一群の軸長を２Ｌとするときに
４個の一群の各ピースは、相当長さとして、
０．１９Ｌ、０．８１Ｌ、０．１９Ｌ、０．８１Ｌから０．３９Ｌ、０．６１Ｌ、０．６１Ｌ、０．３９Ｌの範囲のいずれかの長さに設定され、相当電気角は、隣接ピース同士が０、π、０、πに相当する有効磁極開角の位置方向とされたこと
を特徴とする電動機。
【請求項８】
磁石が装着された回転子と複数のスロットを有する固定子とで構成される電動機において、
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。ただし４を一群とする）個以上のピースに分割し、それぞれのピースに、半径方向の実質的に同一振幅の加振力を付与する構成となし、
４個の一群の各ピースは、相当長さとして、１：２：２：１を基準として、４個の一群のピースの全軸長の±５％範囲のいずれかの長さに設定され、相当電気角は、隣接ピース同士が０、π、０、πに相当する有効磁極開角の位置方向とされたこと
を特徴とする電動機。
【請求項９】
磁石が装着された回転子と複数のスロットを有する固定子とで構成される電動機において、
前記回転子または固定子を軸方向に６または６ｎ（ｎは整数。ただし６を一群とする）個以上のピースに分割し、それぞれのピースに、半径方向の実質的に同一振幅の加振力を付与する構成となし、
回転子または固定子の一群の軸長を２Ｌとするときに
６個の一群の各ピースは、相当長さとして、
０．２５Ｌ、０．５０Ｌ、０．２５Ｌ、０．２５Ｌ、０．５０Ｌ、０．２５Ｌを基準として６個の一群のピースの全軸長の±５％範囲のいずれかの長さに設定され、相当電気角は、隣接ピース同士が０、π、０、π、０、πに相当する有効磁極開角の位置方向とされたこと
を特徴とする電動機。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかにおいて、各ピースの有効磁極開角は、各ピース間で１／２スロット分ずつずれた角度で配置されることを特徴とする電動機。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれかにおいて、電動機がリニアモータである場合、回転子および固定子は平面上に展開した形状であることを特徴とする電動機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電動機、特にインバータモータ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ようにした構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動機は家電製品、各種ＯＡ機器に多数使用され、さらには近年電気自動車に搭載されるようになってきている。
これらモータは出力が大きなものが要求され、電磁加振力による振動・騒音が発生している。
【０００３】
半径方向の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。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と固定子に設けられたスロット数に依存する。
一方、住居や車内の快適環境の追求により振動・騒音低減の要求が大きくなってきており、それを低減する技術も開発されている。
【０００４】
振動・騒低減低技術の一つとして電動機の回転子にスキューを設けることが行われている。スキューを設ける手段としては例えば以下のようなものが挙げられる。
特許文献１ではピース状の永久磁石を外周面上に等分布された位置に固着してロータを製造する過程でシャフトの外周面を軸線方向に複数個に等分割し、各分割された列にてプレス加工でシャフトの外周面上に突起を形成し、それらを各永久磁石の位置決め用として各永久磁石を固着し、突起の上表面にバランスウェイトを必要に応じて付着させスキューを設け、永久磁石の位置決めとスキュー角の確保と工程の簡略化並びに部品点数の削減を図っている。
【０００５】
特許文献２ではモータシャフトに位置決め溝をガイドとして軸方向に多極着磁された複数のリング状永久磁石の同極同士を間隙ｔで対向させることにより、磁束線をラジアル方向に向かせるようにロータ磁石を構成し、表面磁束密度の特性を著しく向上し、モータの小型化、高性能化を図っている。
【０００６】
特許文献３では回転機の磁石内蔵型回転子を、回転方向に交互に極性が異なる磁極を形成するように複数個の永久磁石を内蔵した複数の分割筒状体と、これらを積層状態で支持するシャフトとによって構成する。前記分割筒状体をそれぞれの磁極が回転方向にずらした状態で軸線方向に積層してシャフト上に嵌装し、回転方向で係合させることにより一体的に連結する。このことによりトルクリップルを低減し、回転子の円滑な回転を確保し、低コストな回転機を得ている。
【０００７】
特許文献４では永久磁石が装着されたロータと複数のスロットを有するステータとで構成されるブラシレスＤＣモータにおいて、ロータの有効磁極開角がステータのスロットピッチの整数倍に１スロットオープニングに相当する角度を加えた値に設定し、ロータを軸方向に複数分割し、分割されたロータが其々のコギングトルクに関して１／２周期に相当する機械角度分を軸周りにずらして構成するようにしている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平６−２４５４１７号公報
【特許文献２】
特開２０００−２４５１１７号公報
【特許文献３】
特開２０００−３０８２８６号公報
【特許文献４】
特開２００１−３５９２６６号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１ではコギングトルク低減や、アンバランス力低減、部品数の削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。
特許文献２についてもコギングトルク低減については有効であるが、隙間を設けることが不可能な場合には適用できず、また半径方向電磁加振力による振動・騒音低減効果はない。
【００１０】
特許文献３ではトルクリップル低減については効果があるが、半径方向電磁加振力による振動・騒音低減については必ずしも効果はない。
特許文献４ではコギングトルクによって発生する回転軸の曲げ振動の抑制には効果がある。しかし、内転型モータの半径方向電磁加振力により発生する固定子の軸方向曲げ変形モードに対して抑制効果は必ずしもない。
本発明の目的は、電動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電動機を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明になる電動機において、回転子または固定子はそれぞれ一群の軸長２Ｌに対し、４個以上の偶数個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円周方向の相対位置が決定される。
【００１２】
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。ただし４を一群とする）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一群の軸長２Ｌ、軸方向ｘ軸、軸の中心をｘ＝０、半径方向の加振力をＦ（ｘ）とすると、次の３つの関係式
2004357405.tif 000003
に基づいて、相当長さおよび前記ピース間で円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。
【００１３】
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１極分の有効磁極開角は、回転子または固定子の円周方向に各回転子ピースまたは固定子ピース間での電気角の位相差が０、π、０、πとなるように、例えば各ピース間で１／２スロット分ずつずれた角度で配置される。このとき、電気角はスロットリプル成分に対するものを用い、一周期（２π）はスロットピッチである。
【００１４】
回転子または固定子が６つ（６ｎを含めて）の回転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に設定され、設定された順序で配置される。かつそれぞれの回転子ピースまたは固定子ピース１極分の有効磁極開角は回転子または固定子の円周方向に各回転子ピースまたは固定子ピース間での電気角の位相差が、０、π、０、π、０、πとなるように、例えば各ピース間で１／２スロット分ずつずれた角度で配置される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参考にして本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明になる電動機１００のとして、磁石として、永久磁石モータ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３は、固定子コア（固定子）７の概念図を示し、図３（ａ）は円筒状図を、図３（ｂ）はその断面を示す。これらの図において、回転子１のコアは積層鋼板の積み重ねで構成され、積層鋼板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の軸方向と同じ長さの永久磁石２（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）から構成されている。それぞれの永久磁石２はθなる有効磁極開角を有する。
【００１６】
図１中では有効磁極開角をなす永久磁石２は回転子１のコアに埋め込まれているが、図１６に示すように回転子１のコア表面に貼り付けられた構成でもよい。また、有効磁極開角がリング状のマグネットに着磁されたＮ極、Ｓ極により実現された構成でもよい。
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円周方向の位置により決定される電気角の位置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、電気角位相差の組み合わせパターンとしている。
【００１７】
振動・騒音が発生する電動機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、固定子コア７の軸長は回転子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に含まれる永久磁石２の軸長は同じとする。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。
【００１８】
このとき各次数の梁曲げモードに対して図２に示す直交条件が考えられる。この中で次に示す数式を満足し、製造上実際的な個数の場合に求められる例えば図２のＣａｓｅＤを例にとり、各回転子ピース３、４、５、６の軸方向の長さを決定することを考える。
式の展開を簡単にするために、図４に示すように固定子コア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。
【００１９】
１次元梁を固定子のｘ軸中心点Ｏに対し対称となるように４つの部分に分割する。各部分に加わる力を点Ｏに対し点対称となるように、例えばｆ、−ｆ（ｆは定数）と設定する。これは、各ピースに半径方向の実質的に同一振幅の加振力が付与される構成である。
【００２０】
力の関数をＦ（ｘ）とすると、このように分割することにより、以下の条件式が満足されることを考える。
【数１】
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【数２】
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数式１、数式２を満足し、さらには次の数式３を満足することを考える。ここで数式１は、積分値を０とするものであって０次の軸方向モードに対応して０次の振動モードを抑制し、数式２は点対称の振動を０とするものであって、２次の軸方向モードに対応して２次の振動モードを抑制する。数式３は、モーメント値を０とするものであって、１次の軸方向のモードに対応して１次の振動モードを抑制するものである。分割される分割ピースは複数個、特に得られる解から４個以上の偶数個となる。
【数３】
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１次元梁要素に加わるモーメントＭは次数で表される。
【数４】
2004357405.tif 000007
上式を整理すると次式となる。
【数５】
2004357405.tif 000008
ここでモーメントＭ＝０となる条件を導入すると次式となる。
【数６】
2004357405.tif 000009
上式を解くと４個の分割ピースの場合に、ｘ１、Ｌには以下の関係が成り立つ。
【数７】
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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。
【００２１】
従って、回転子１を軸長
【数８】
2004357405.tif 000011
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０、π、０、πとなるように隣り合う回転子ピース間で円周方向の位置をずらし、永久磁石２の円周方向の位置決めを行うことにより理想的には固定子コア７に加わるモーメントが０となり、梁曲げ０、１、２次モードを抑制することができる。
ただし、実際の電動機においては固定子等の構造や、拘束条件によりモーメントＭが完全にＭ＝０とはならないのでその点は注意する必要がある。
【００２２】
以上のように、基本的には、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の一群の軸長２Ｌ、軸方向をｘ軸、軸の中心をｘ＝０、半径方向の加振力をＦ（ｘ）とすると次の３つの関係式、
2004357405.tif 000012
が成り立つように、決定される電動機を構成する。
【００２３】
上記の電動機において、回転子の有効磁極開角の１極分をそれぞれ回転子コアの軸長２Ｌに対し、４つのピースに分割し、理想的な４つのピースは軸長０．２９Ｌ、０．７１Ｌ、０．７１Ｌ、０．２９Ｌであり、かつそれぞれのピースは回転子の円周方向に電気角の位相差が０、π、０、πとなるように配置する。
上記の有効磁極開角の４ピースの軸長誤差は、回転子コアの４個の一群のピースの全軸長に対し±５％の範囲と設定することができる。
上記の電動機において、回転子の有効磁極開角の１極分をそれぞれ回転子コアの一群の軸長２Ｌに対し、６つのピースに等分割しかつそれぞれのピースは回転子の円周方向に電気角の位相差が０、π、π、０、０、πとなるように配置することも可能である。
【００２４】
上記の電動機において、回転子の有効磁極開角の１極分をそれぞれ回転子コアの一群の軸長２Ｌに対し、６つのピースに分割した場合、ｘ＝０の位置から６つのピースはそれぞれの接合面を−ｂ、−ａ、０、ａ、ｂとすると
2004357405.tif 000013
を満足し、かつそれぞれのピースは回転子の円周方向に電気角の位相差が０、π、０、π、０、πとなるように配置する。
【００２５】
上述のことを基本として、後述する図７に示す例であって、前述した３つの数式を満足しないケースとしての分割無し、ＣａｓｅＡ、ＣａｓｅＣおよびＣａｓｅＧよりもよい効果が得られる例として、例えば、磁石が装着された回転子と複数のスロットを有する固定子とで構成される電動機において、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。ただし４を一群とする）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、回転子コアまたは回転子コアの一群の軸長２Ｌ、軸方向Ｘ軸、軸の中心をＸ＝０、半径方向の加振力をＦ（ｘ）とすると、次の３つの関係式
2004357405.tif 000014
に基づいて、相当長さおよび前記ピース間で円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、４個の一群の各ピースは、相当長さとして、０．１９Ｌ、０．８１Ｌ、０．８１Ｌ、０．１９Ｌから０．５０Ｌ、０．５０Ｌ、０．５０Ｌ、０．５０Ｌの範囲のいずれかの長さに設定され得る。
【００２６】
また、例えば磁石が装着された回転子と複数のスロットを有する固定子とで構成される電動機において、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。ただし４を一群とする）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一群の軸長２Ｌ、軸方向Ｘ軸、軸の中心をＸ＝０、半径方向の加振力をＦ（ｘ）とすると、次の３つの関係式
2004357405.tif 000015
に基づいて、相当長さおよび前記ピース間で円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、４個の一群の各ピースは、相当長さとして、０．１９Ｌ、０．８１Ｌ、０．８１Ｌ、０．１９Ｌから０．３９Ｌ、０．６１Ｌ、０．６１Ｌ、０．３９Ｌの範囲のいずれかの長さに設定され得る。
【００２７】
相当電気角は、図２から判るように隣接ピース同士が０、π、０、πに相当する有効磁極開角の位置方向とされる。尚、この位置方向は相対的なものであるので、π、０、π、０としても等価である。
電気角の位相差をπとする手段としては永久磁石２の周方向の位置を１／２スロットずらすことが考えられる。このずらし方には図１に示すずらし方と、図１３に示すずらし方の２通りが考えられる。このどちらを採用するかについてはモータ効率、製作の容易さの観点から選択すればよい。
【００２８】
また、回転子１を６つの回転子ピースに分割した場合についても同様に軸長を決定することができる。これは、上述の３つの数式を満足するケースである図２のＣａｓｅＨに相当し、このとき図２中のａ、ｂ間には以下の関係式が成り立つ。
【数９】
2004357405.tif 000016
上式を満足する解としては例えばａ＝０．２５、ｂ＝０．７５が存在する。
分割されたピースについて配置された順序から見た軸長は、０．２５Ｌ、０．５０Ｌ、０．２５Ｌ、０．２５Ｌ、０．５０Ｌ、０．２５Ｌとなる。
【００２９】
例えば、有効な範囲として、磁石が装着された回転子と複数のスロットを有する固定子とで構成される電動機において、前記回転子または固定子を軸方向に６または６ｎ（ｎは整数。ただし６を一群とする）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一群の軸長２Ｌ、軸方向Ｘ軸、軸の中心をＸ＝０、半径方向の加振力をＦ（ｘ）とすると、次の３つの関係式
2004357405.tif 000017
に基づいて、相当長さおよび前記ピース間で円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、６個の一群の各ピースは、相当長さとして、０．２５Ｌ、０．５０Ｌ、０．２５Ｌ、０．２５Ｌ、０．５０Ｌ、０．２５Ｌの長さに設定され、相当電気角は、隣接ピース同士が０、π、０、π、０、πに相当する有効磁極開角の位置方向とされた電動機が構成される。
【００３０】
また、例えば、磁石が装着された回転子と複数のスロットを有する固定子とで構成される電動機において、前記回転子または固定子を軸方向に６または６ｎ（ｎは整数。ただし６を一群とする）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一群の軸長２Ｌ、軸方向Ｘ軸、軸の中心をＸ＝０、半径方向の加振力をＦ（ｘ）とすると、次の３つの関係式
2004357405.tif 000018
に基づいて、相当長さおよび前記ピース間で円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、６個の一群の各ピースは、相当長さとして、０．２５Ｌ、０．５０Ｌ、０．２５Ｌ、０．２５Ｌ、０．５０Ｌ、０．２５Ｌを基準として６個の一群のピースの全軸長の±５％の範囲のいずれかの長さに設定され、相当電気角は、隣接ピース同士が０、π、０、π、０、πに相当する有効磁極開角の位置方向とされた電動機が構成される。
【００３１】
また、軸長を２ｎＬとした場合、４ピース分割、６ピース分割を一群として上記４ピース分割、６ピース分割のｎ倍も同様の効果を得ることができる。４ピース分割および６ピース分割で前述したようにＣａｓｅＤ、ＣａｓｅＨが得られ、この分割個数が製作上望ましい。
【００３２】
図５に示す電動機１００の計算モデルを用いて、回転子１を分割しない場合の円環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振動速度の周波数応答を図６に示す。電動機１００の計算モデルは外表面がフロントブラケット、リアブラケット、フレームからなる。フレーム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電動機１００の内部に設けられている。本周波数応答には５６４５Ｈｚのピークが存在する。
【００３３】
電磁加振力のパターンを変更して円環０次の軸方向に振幅一定の半径方向加振力を固定子コア７に入力した場合の電動機１００の振動速度ピーク振幅を複数の節点について求め平均化した結果を図７に示す。これによると、図２のＣａｓｅＤで加振したときの振動速度は分割無しに対し約２５ｄＢ、回転子１を４等分割し、電気角の位相差を０、π、０、πとしたＣａｓｅＣに対し１５ｄＢ低減している。前述した４つのピースの集合体として形成し、理論式から求まる理想的な軸長、電気的な配列を基準にして軸長、電気的な配列を定めることによってもＣａｓｅＣあるいはＣａｓｅＧの場合よりもよい結果が得られる。それらは、１１．５ｄＢ以下、例えば１５あるいは２０ｄＢ低減することである。これらの低減は、本実施例の各例に示す相当長さの一群の各ピース長さに設定することによって達成される。
【００３４】
図８に電動機１００に減速機を取り付けたときの表面速度平均を計算した結果を示す。図８より、ＣａｓｅＤの加振力に対する表面平均速度が他の加振力パターンよりも小さな値となっており、減速機をつけても振動低減効果があることがわかる。
【００３５】
次に、位相の切り替え位置を数％変更したときの振動応答について検討する。
固定子コア軸方向断面メッシュ図８１のメッシュ分割数を２０（図９）とする。位相差０、πの切り替え位置を、ＣａｓｅＤを基準に軸方向に±０．１Ｌ変更したときの振動速度のピークを計算した結果を図１０、図１１、図１２に、切り替えのパターンを図９に示す。図９は、固定子コア軸方向断面のメッシュ図８１において位相差を切り替える位置を示す図である。図１０は、ＣａｓｅＤの電磁加振力の位相差を切り替える位置を変更して振動速度を計算した結果を示す図である。図１１は、ＣａｓｅＤの電磁加振力の位相差を切り替え位置Ｐ１（図１参照）をずらして振動速度を計算した結果を示す図である。図１２は、ＣａｓｅＤの電磁加振力の位相差を切り替え位置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１０、図１１、図１２よりＣａｓｅＤの電気角位相差０、πの切り替え位置が最適ポイントであることがわかる。また、位相差０、πの切り替え位置を軸長に対して±５％変更しても振動低減の効果があり、どの切り替えパターンでも分割なしの場合より振動速度が１１ｄＢ以上、低減している。位相差０、πの切り替え位置は少なくとも±５％変更を含む。
従って、回転子ピース３、４、５、６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ＣａｓｅＤに基づいている限り、ＣａｓｅＤの加振力は振動低減効果があることになる。
【００３６】
以上のように、磁石が装着された回転子と複数のスロットを有する固定子とで構成される電動機において、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。ただし４を一群とする）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一群の軸長２Ｌ、軸方向Ｘ軸、軸の中心をＸ＝０、半径方向の加振力をＦ（ｘ）とすると、次の３つの関係式
2004357405.tif 000019
に基づいて、相当長さおよび前記ピース間で円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、４個の一群の各ピースは、相当長さとして、０．２９Ｌ、０．７１Ｌ、０．７１Ｌ、０．２９Ｌを基準として、４個の一群のピースの全軸長±５％の範囲のいずれかの長さに設定され、相当電気角は、隣接ピース同士が０、π、０、πに相当する有効磁極開角の位置方向とされた電動機が提供される。
【００３７】
これまで、円環０次の電磁力高調波成分についてＣａｓｅＤの加振力パターンの振動低減効果について見てきたが、その他の円環次数の電磁力高調波成分についても同様の効果を得ることができる。
【００３８】
図１４に別の実施例を示す。これは、前述した３つの数式を満足することを前提に、回転子１を軸長が同一（１／３Ｌ）の回転子パーツ３、４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ、６の６パーツに分割し、回転子パーツ３の有効磁極開角θを持つ永久磁石２ａ、回転子パーツ４ａ、４ｂの有効磁極開角θを持つ永久磁石２ｂ、回転子パーツ５ａ、５ｂの有効磁極開角θを持つ永久磁石２ｃ、回転子パーツ６の有効磁極開角θを持つ永久磁石２ｄ間の電気角位相差０、π、０、πに設定したものである。本構成にすることにより、回転子パーツ３、４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ、６を同じ軸長で作成することができ、作成コストを低減することが可能である。また、振動低減効果がある軸方向分割範囲内の構成である。
【００３９】
以上、半径方向に振幅一定の加振力を加えた場合について述べてきた。この考え方は、分割幅を一定にして、加振力の振幅を変化させる場合についても適用できる。例えば、図１５に示すように軸長２Ｌの回転子１は４つの回転子ピースに等分割され、それぞれのピースの電気角位相差が０、π、０、πで、軸長をｘ軸方向、−Ｌ≦ｘ≦Ｌの範囲とすると、ｘ軸中心点Ｏに近いほうの−Ｌ／２≦ｘ≦０、０≦ｘ≦Ｌ／２の２つの回転子ピースへの加振力振幅がその外側の固定子ピースへの加振力振幅の３倍（設定の基準加振力に対する倍数）である構成は数式１、数式２、および数式３を満足する。
【００４０】
従って、総合的には、磁石が装着された回転子と複数のスロットを有する固定子とで構成される電動機において、前記回転子または固定子を軸方向に４個以上の偶数個のピースに分割し、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、半径方向の加振力をＦ（ｘ）とすると、次の３つの関係式
2004357405.tif 000020
に基づいて、相当長さおよび前記ピース間で円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電動機が構成される。
【００４１】
上記の例のいずれかにおいて、各ピースの有効磁極開角は、各ピース間で１／２スロット分ずつずれた角度で配置される電動機が構成される。
【００４２】
実際的で実態的な例として、磁石が装着された回転子と複数のスロットを有する固定子とで構成される電動機において、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。ただし４を一群とする）個以上のピースに分割し、回転子または固定子の一群の軸長を２Ｌとするときに、それぞれのピースに、半径方向の実質的に同一の加振力を付与する構成となし、４個の一群の各ピースは、相当長さとして、０．１９Ｌ、０．８１Ｌ、０．８１Ｌ、０．１９Ｌから０．３９Ｌ、０．６１Ｌ、０．６１Ｌ、０．３９Ｌの範囲のいずれかの長さに設定され、相当電気角は、隣接ピース同士が０、π、０、πに相当する有効磁極開角の位置方向とされた電動機が構成される。
【００４３】
また、磁石が装着された回転子と複数のスロットを有する固定子とで構成される電動機において、前記回転子または／および固定子を軸方向に４または４ｎ（ｎは整数。ただし４を一群とする）個以上のピースに分割し、それぞれのピースに、半径方向の実質的に同一の加振力を付与する構成となし、４個の一群の各ピースは、相当長さとして、１：２：２：１を基準として、４個の一群のピースの全軸長の±５％範囲のいずれかの長さに設定され、相当電気角は、隣接ピース同士が０、π、０、πに相当する有効磁極開角の位置方向とされた電動機が構成される。
【００４４】
また、磁石が装着された回転子と複数のスロットを有する固定子とで構成される電動機において、前記回転子または／および固定子を軸方向に６または６ｎ（ｎは整数。ただし６を一群とする）個以上のピースに分割し、回転子または固定子の一群の軸長を２Ｌとするときに、それぞれのピースに、半径方向の実質的に同一の加振力を付与する構成となし、６個の一群の各ピースは、相当長さとして、０．２５Ｌ、０．５０Ｌ、０．２５Ｌ、０．２５Ｌ、０．５０Ｌ、０．２５Ｌを基準として６個の一群のピースの全軸長の±５％範囲のいずれかの長さに設定され、相当電気角は、隣接ピース同士が０、π、０、π、０、πに相当する有効磁極開角の位置方向とされた電動機が構成される。
また、この加振力パターンは永久磁石モータのほか、図１８に示すシンクロナスリラクタンスモータ、図１７に示すスイッチトリラクタンスモータ、図１９に示すブラシレスＤＣモータに対しても同様に適用可能である。従って、磁石としては永久磁石以外の磁石の使用が可能であり、例えば電磁石であってもよい。
【００４５】
さらには図１９のブラシレスＤＣモータの場合、磁石２が配置されているのは固定子コア７である。固定子コア７は固定子コアピース７１、７２、７３、７４の４つのピースに分割されている。このように、固定子コア７の方を分割しても同様の効果を得ることができる。
【００４６】
また、図２０に示すようにリニアモータに対しても本発明は適用可能である。このとき、回転子１を１点にて切断し、円筒面を展開して平面にしたものと考えられる。このとき半径方向の加振力は円環モードの一部を１点にて切断し、円筒面を展開して平面にしたものと考えればよい。
【００４７】
【発明の効果】
本発明になる電動機は、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・騒音を低減する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる電動機の回転子の一実施例を示す図である。
【図２】本発明になる電動機の加振力パターンと電磁加振力が満足する必要がある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】回転子コアを４ピースに分解した場合の回転子ピースの加振力パターンを示す図である。
【図５】解析に用いた電動機の図である。
【図６】回転子を分割しない場合の円環０次の半径方向加振力を入力したときの振動速度の周波数応答図である。
【図７】電磁加振力を変えて電動機の振動速度を計算した結果を示す図である。
【図８】電動機に減速機を取り付けたときの表面速度平均を計算した結果を示す図である。
【図９】固定子コア軸方向断面のメッシュ図において位相差を切り替える位置を示す図である。
【図１０】ＣａｓｅＤの電磁加振力の位相差を切り替える位置を変更して振動速度を計算した結果を示す図である。
【図１１】ＣａｓｅＤの電磁加振力の位相差を切り替え位置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１２】ＣａｓｅＤの電磁加振力の位相差を切り替え位置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１３】図１の発明のもう一つの別の実施例を示す構成図である。
【図１４】図１の発明のもう一つの別の実施例を示す構成図である。
【図１５】回転子コアを４ピースに分解した場合の回転子ピースの加振力パターンのもう一つの別の実施例を示す構成図である。
【図１６】図１の発明の表面磁石モータへの適用例を示す図である。
【図１７】図１の発明のスイッチトリラクタンスモータへの適用例を示す図である。
【図１８】図１の発明のシンクロナスリラクタンスモータへの適用例を示す図である。
【図１９】図１の発明のブラシレスモータへの適用例を示す図である。
【図２０】図１の発明のリニアモータへの適用例を示す図である。
【符号の説明】
１…回転子、２（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）…有効磁極開角θを持つ永久磁石、３、４、５、６、４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ…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、８１…固定子コア軸方向断面メッシュ図、１００…電動機、７１、７２、７３、７４…固定子ピース。
【図１】
2004357405.tif 000027
【図２】
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【図３】
2004357405.tif 000029
【図４】
2004357405.tif 000030
【図５】
2004357405.tif 000031
【図６】
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【図７】
2004357405.tif 000033
【図８】
2004357405.tif 000034
【図９】
2004357405.tif 000035
【図１０】
2004357405.tif 000036
【図１１】
2004357405.tif 000037
【図１２】
2004357405.tif 000038
【図１３】
2004357405.tif 000039
【図１４】
2004357405.tif 000040
【図１５】
2004357405.tif 000041
【図１６】
2004357405.tif 000042
【図１７】
2004357405.tif 000043
【図１８】
2004357405.tif 000044
【図１９】
2004357405.tif 000045
【図２０】
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