(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータとロータとを有する回転電機において、
前記ロータは外周面に溝を形成したものであり、
前記回転電機の発生トルクが大きくなるほど前記溝を深くするように前記溝の形状を変形させる変形部材を有する
ことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記ロータは、外周面に凹部を形成したロータ本体部と、前記凹部に埋設され、前記溝を形成した前記変形部材と、
を有し、前記変形部材は、前記ロータ本体部よりも低剛性の材料を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記変形部材は、前記ステータが発生する磁界によって変形する
ことを特徴とする請求項２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】
本技術分野の背景技術として、下記特許文献１には、モータ用ロータの外周面に溝を形成することにより、トルクリプルを軽減する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５５１６７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、モータ用ロータに溝が形成されると、その溝の形状（深さ、幅、断面形状等）によって、トルクリプルの軽減特性、すなわちトルクリプルを有意に軽減できるモータトルクの範囲が決定される。特許文献１に開示された技術では、溝の形状、幅、深さ等が固定であるため、トルクリプルを有意に軽減できるモータトルクの範囲が狭い範囲に限られてしまうという問題があった。
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、広範囲のトルクに対してトルクリプルを軽減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】
【０００５】
上記課題を解決するため本発明は、ステータとロータとを有する回転電機において、前記ロータは外周面に溝を形成したものであり、前記回転電機の発生トルクが大きくなるほど前記溝を深くするように前記溝の形状を変形させる変形部材を有することを特徴とする。
【０００６】
ここで、好ましくは、前記ロータは、外周面に凹部を形成したロータ本体部と、前記凹部に埋設され、前記溝を形成した前記変形部材と、を有し、前記変形部材は、前記ロータ本体部よりも低剛性の材料を含むようにするとよい。
変形部材として低剛性の材料を採用すると、変形部材は変形しやすくなる。
【０００７】
また、前記変形部材は、前記ステータが発生する磁界に対する磁気反発力によって変形するようにしてもよい。
これにより、ステータが発生する磁界に応じて、変形部材を変形させることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、広範囲のトルクに対して、トルクリプルを軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】比較例のモータに適用されるロータの要部の斜視図である。
【図２】トルクリプルの特性図である。
【図３】第１実施形態のモータに適用されるロータの要部の斜視図である。
【図４】第２実施形態のモータに適用されるロータの要部の斜視図である。
【図５】（ａ）は第３実施形態のモータに適用されるロータの要部の断面図であり、（ｂ）は該ロータの他の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［比較例］
本発明の実施形態について説明する前に、比較例のモータについて説明する。
比較例のモータは、ステータとロータとを有している。ここで、ステータについては図示を省略するが、周知のモータのステータと同様に構成されている。すなわち、本比較例のステータは、略円筒状のヨークと、ヨークの内周面から内側に突出した複数のティースと、これらティースに巻回された巻線とを有している。そして、巻線に三相交流が供給されると、ステータにて回転磁界が発生する。
【００１１】
また、図１は、比較例のモータに適用されるロータ１０の要部の斜視図である。
ロータ１０は、全体として略円筒状に構成されている。比較例のモータは１２極のモータであり、ロータ１０は１２個の磁極を有している。図１には、そのうち１極の磁極１２を示す。図１において、磁極１２の外周面には、略Ｖ字状の溝１４ａ，１４ｂが形成されている。
【００１２】
磁極１２の内部には、断面略矩形状の空洞である一対の磁石挿入部１３が形成されている。そして、各磁石挿入部１３には、図示せぬ磁石が挿入される。例えば、１２極のそれぞれの溝にて微妙に形状を異ならせることで、磁束の流れを調整し、モータ全体として、トルクリプルを低下させることができる。但し、モータの各部に生じる磁束の流れは、モータが発生するトルクすなわちモータトルクの大きさによって変化するため、あらゆるモータトルクにおいてトルクリプルを有意に低下させることは困難である。
【００１３】
図２は、溝１４ａ，１４ｂの深さ（以下、「溝深さ」と呼ぶ）が異なる３種類のモータについて、トルクリプルを計算した結果を示す特性図であり、横軸がモータトルク、縦軸がトルクリプルである。図中の特性Ｌ１は溝深さが１ｍｍであるときの特性であり、特性Ｌ２は溝深さが２ｍｍであるときの特性であり、特性Ｌ３は溝深さが３．５ｍｍであるときの特性である。特性Ｌ１，Ｌ２によれば、溝深さを１〜２ｍｍにすると、モータトルクが比較的低い領域において、トルクリプルが比較的小さくなるが、モータトルクが比較的高い領域において、トルクリプルが比較的大きくなる。一方、特性Ｌ３は、特性Ｌ１，Ｌ２と比較すると、モータトルクが比較的低い領域において、トルクリプルが比較的大きくなり、モータトルクが比較的高い領域において、トルクリプルが比較的小さくなる。
【００１４】
また、図２に示す特性ＬＰは、モータトルクが大きくなるほど、溝深さを１ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲で深くしたと仮定した場合の特性である。この特性ＬＰによれば、幅広いモータトルクの範囲内で、トルクリプルを有意に抑制できる。後述する各実施形態は、なるべく、この特性ＬＰに近い特性を実現するように、溝深さを制御しようとするものである。
【００１５】
［第１実施形態］
次に、図３を参照し、本発明の第１実施形態によるモータ（回転電機）について説明する。本実施形態のモータは、ステータとロータ１００とを有しており、図３は、ロータ１００の要部の斜視図である。なお、図３において図１の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
本実施形態のモータは１２極のモータであり、ロータ１００は、全体として略円筒状に構成されている。ロータ１００は、１２個の磁極を有している。図３には、そのうち１個の磁極１１２を示す。また、ロータ１００は、電磁鋼板を積層したロータ本体部１１０と、変形部材２０ａ，２０ｂとを有している。磁極１１２の内部には、比較例（図１参照）のものと同様に、一対の磁石挿入部１３が形成され、各磁石挿入部１３には、図示せぬ磁石が挿入される。また、ロータ本体部１１０の磁極１１２の外周面には、略台形状に切り欠かれた凹部１５ａ，１５ｂが形成されている。
【００１６】
変形部材２０ａ，２０ｂは、これら凹部１５ａ，１５ｂに嵌めこまれる。但し、図３において変形部材２０ｂは、溝１５ｂから取り外した状態のものを示す。変形部材２０ａ，２０ｂは、断面視が略台形状に形成されているが、凹部１５ａ，１５ｂから露出する外周面には、略Ｖ字状の溝２１ａ，２１ｂが形成されている。
【００１７】
変形部材２０ａ，２０ｂの周辺は、図示せぬステータによって磁界が形成される。ステータによって形成される磁界は、モータトルク（図２参照）が大きくなるほど大きくなる。ところで、本実施形態のモータを電気自動車等の車両に適用することを想定すると、特に暗騒音の小さい低速駆動時において、トルクリプルによる騒音、振動が問題になりやすい。低速駆動時には、モータは、弱め界磁制御等を伴わない直交領域で駆動される傾向が強いため、ステータが発生する電流磁界の位相は一定であり、電流磁界の大きさは、モータトルクに比例すると考えることができる。
【００１８】
変形部材２０ａ，２０ｂは、主として超磁歪材料によって構成されている。超磁歪材料として、例えば、ＥＴＲＥＭＡ  Ｔｅｒｆｅｎｏｌ−Ｄ（登録商標。組成は、Ｔｂ：０．２７，Ｄｙ：０．７３，Ｆｅ：１．９）を採用してもよい。超磁歪材料は、ロータ本体部１１０に用いる電磁鋼板よりも低剛性の材料を適用することが好ましく、透磁率の高いものを適用することが好ましい。変形部材２０ａ，２０ｂは、磁界が大きくなるほど、溝２１ａ，２１ｂが深くなるように変形する。また、上述のように、電流磁界の大きさがモータトルクに比例する場合は、モータトルクが大きくなるほど溝２１ａ，２１ｂが深くなる。
【００１９】
以上のように、本実施形態によれば、モータトルクが大きくなるほど溝２１ａ，２１ｂが深くなるように変形部材２０ａ，２０ｂが変形するため、発生するトルクリプルの特性は、図２に示す特性ＬＰに近いものになり、広範囲のモータトルクに対して、トルクリプルを軽減できる。
【００２０】
［第２実施形態］
次に、図４を参照し、本発明の第２実施形態によるモータ（回転電機）について説明する。本実施形態のモータは、ステータとロータ２００とを有しており、図４は、ロータ２００の要部の斜視図である。なお、図４において図１〜図３の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
本実施形態のモータは１２極のモータであり、ロータ２００は、全体として略円筒状に構成されている。ロータ２００は、１２個の磁極を有している。図４には、そのうち１個の磁極２１２を示す。また、ロータ２００は、電磁鋼板を積層したロータ本体部２１０と、アクチュエータ２４ａ，２４ｂ（変形部材）とを有している。
【００２１】
図４に示す磁極２１２には、比較例の磁極１２（図１参照）と同様に、溝１４ａ，１４ｂが形成されている。さらに、本実施形態において、ロータ本体部２１０の内部には、溝１４ａ，１４ｂと内周面２１０ａとの間に、略直方体に切り欠かれた凹部１６ａ，１６ｂが形成されている。そして、これら凹部１６ａ，１６ｂには、略直方体状のアクチュエータ２４ａ，２４ｂが嵌めこまれる。但し、図４においてアクチュエータ２４ｂは、凹部１６ｂから取り外した状態のものを示す。
【００２２】
制御部３０は、アクチュエータ２４ａ，２４ｂに接続され、アクチュエータ２４ａ，２４ｂの長手方向の長さを制御する。アクチュエータ２４ａ，２４ｂには、例えば透磁率の高い圧電素子を採用するとよい。この場合、制御部３０は、アクチュエータ２４ａ，２４ｂにおいて実現しようとする長手方向の長さに応じた電圧をアクチュエータ２４ａ，２４ｂに印加する。
【００２３】
制御部３０は、モータトルクが大きくなるほど、長手方向の長さが短くなるように、アクチュエータ２４ａ，２４ｂを制御する。これにより、モータトルクが小さい場合には、アクチュエータ２４ａ，２４ｂが長くなるため、アクチュエータ２４ａ，２４ｂが溝１４ａ，１４ｂを裏側から押圧し、溝１４ａ，１４ｂが浅くなる。一方、モータトルクが大きい場合は、アクチュエータ２４ａ，２４ｂが短くなるため、アクチュエータ２４ａ，２４ｂの溝１４ａ，１４ｂに対する押圧力が弱まり、溝１４ａ，１４ｂが深くなる。
【００２４】
以上のように、本実施形態によれば、モータトルクが大きくなるほど溝１４ａ，１４ｂが深くなるようにアクチュエータ２４ａ，２４ｂが変形するため、発生するトルクリプルの特性は、図２に示す特性ＬＰに近いものになり、広範囲のモータトルクに対して、トルクリプルを軽減できる。
【００２５】
［第３実施形態］
次に、図５（ａ），（ｂ）を参照し、本発明の第３実施形態によるモータ（回転電機）について説明する。本実施形態のモータは、ステータとロータ３００とを有しており、図５（ａ），（ｂ）はロータ３００の要部の断面図である。但し、図５（ａ）は、ステータによって発生される磁界がΦ1であるときの断面図であり、図５（ｂ）は、同磁界がΦ2（但し、Φ1＜Φ2）であるときの断面図である。なお、図５（ａ），（ｂ）において、図１〜図４の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
【００２６】
本実施形態のモータは１２極の突極型のモータであり、ロータ３００は、全体として略円筒状に構成されている。ロータ３００は、１２個の磁極を有している。図５（ａ），（ｂ）には、そのうち１個の磁極３１２を示す。また、ロータ３００は、電磁鋼板を積層したロータ本体部３１０と、変形部材２６ａ，２６ｂとを有している。ロータ本体部３１０の磁極３１２の外周面には、略台形状に切り欠かれた凹部１５ａ，１５ｂが形成されている。また、磁極３１２の内部には、断面略Ｖ字状の空胴である磁石挿入部１７が形成されており、磁石挿入部１７には、一対の磁石１８ａ，１８ｂが挿入される。また、ロータ本体部３１０の磁極３１２の外周面には、略台形状に切り欠かれた凹部１５ａ，１５ｂが形成されている。
【００２７】
変形部材２６ａ，２６ｂは、これら凹部１５ａ，１５ｂに嵌めこまれる。変形部材２６ａ，２６ｂは、断面略台形状に形成されているが、凹部１５ａ，１５ｂから露出する外周面には、略Ｖ字状の溝２７ａ，２７ｂが形成されている。
【００２８】
変形部材２６ａ，２６ｂの周辺は、図示せぬステータによって磁界が形成される。ステータによって形成される磁界は、モータトルク（図２参照）が大きくなるほど大きくなる。
変形部材２６ａ，２６ｂは、ステータが発生する磁界に対する磁気反発力によって変形する材質を有している。ここで、変形部材２６ａ，２６ｂは、透磁率が高く、低剛性の磁性材料によって構成することが好ましい。例えば、炭素・ケイ素添加量を減らし、剛性を低くした電磁鋼板を変形部材２６ａ，２６ｂとして用いることができる。
【００２９】
また、溝２７ａ，２７ｂの周辺部分を板バネ状に形成し、磁気反発力によって弾性変形させるようにすると、変形部材２６ａ，２６ｂとして、ロータヨーク用の通常の電磁鋼板をそのまま適用することも可能である。変形部材２６ａ，２６ｂは、磁界が大きくなるほど、溝２７ａ，２７ｂが深くなるように変形する。上述のように、電流磁界の大きさがモータトルクに比例する場合は、モータトルクが大きくなるほど溝２７ａ，２７ｂが深くなる。
【００３０】
以上のように、本実施形態によれば、モータトルクが大きくなるほど溝２７ａ，２７ｂが深くなるように、磁気反発力によって変形部材２６ａ，２６ｂが変形するため、発生するトルクリプルの特性は、図２に示す特性ＬＰに近いものになり、広範囲のモータトルクに対して、トルクリプルを軽減できる。
【００３１】
［変形例］
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上述した実施形態は本発明を理解しやすく説明するために例示したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について削除し、若しくは他の構成の追加・置換をすることが可能である。上記実施形態に対して可能な変形は、例えば以下のようなものである。
【００３２】
（１）上記各実施形態においては、磁歪材料、圧電素子、低剛性の磁性材料等によって、溝２１ａ，２１ｂ，１４ａ，１４ｂ，２７ａ，２７ｂの溝深さを変化させたが、例えば熱膨張等、他の手段を用いて溝深さを変化させてもよい。
【００３３】
（２）また、上記各実施形態に適用されるモータには、種々のモータを用いることができるが、インホイールモータ（車輪の中にモータを組み込むモータ）等、低回転モータに適用することが好ましい。これは、遠心力による変形の影響が少なくなるためである。
【００３４】
（３）上記各実施形態に適用されるモータには、埋込磁石型同期モータ等、リラクタンストルクを積極的に利用するモータを適用することが好ましい。この種のモータでは、磁極近傍に働く電磁力は、反発力が主になるため、変形部材２０ａ，２０ｂ，２６ａ，２６ｂ等を変形させやすくなるためである。
【００３５】
（４）また、上記各実施形態は、溝２１ａ，２１ｂ，１４ａ，１４ｂ，２７ａ，２７ｂの溝深さを変化させるものであったが、「溝深さ」以外の形状（例えば、溝の幅、断面形状等）を変化させてもよい。
【００３６】
（５）また、第１〜第３実施形態のモータは、車両のみならず、種々の電気機器に適用してもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１４ａ，１４ｂ，２１ａ，２１ｂ，２７ａ，２７ｂ  溝
１５ａ，１５ｂ  凹部
２０ａ，２０ｂ，２６ａ，２６ｂ
２４ａ，２４ｂ  アクチュエータ（変形部材）
１００，２００，３００  ロータ
１１０，２１０，３１０  ロータ本体部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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