(57)【要約】【課題】  ステータの振動を減少可能な電動機を提供する。【解決手段】  ８個の磁石を有するロータと、４８個のティース１，２，３，４，５，・・・を有するステータとを備える電動機において、回転磁界を生成するための交流電流に回転８次の周波数を有する高周波の交流電流ＡＣ＿Ｈを重畳したモータ制御電流をステータのコイルに供給し、各ティース１，２，３，４，５，・・・に印加される４８次の回転次数を有する加振力ＫＰ＿４８を電磁力ＥＭＦ＿ＦＴによって相殺する。【選択図】        図１０
2005253155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強磁性部材を含み、ｎ（ｎは自然数）個のロータ磁極部を有するロータと、
前記ｎ個の整数倍であるｍ個のティースと、ｓ（ｓは複数）相に対応して設けられ、かつ、前記ｍ個のティースに巻回されたｓ個のコイルとを有するステータと、
回転磁界を生成するための交流電流に高周波電流を重畳したモータ制御電流を発生して前記ｓ個のコイルの各々に供給し、前記ロータが前記ステータに対して回転するように制御する制御部とを備え、
前記高周波電流は、前記交流電流によって発生され、かつ、前記ステータに印加される加振力と反対方向の電磁力を前記ロータの強磁性部材との間で発生させるための交流電流である、電動機。
【請求項２】
前記高周波電流は、ｋ＝（ｍ／ｓ）／２によって決定される回転ｋ次の周波数を有する交流電流である、請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
前記制御部は、パルス幅変調方式により前記モータ制御電流を前記ｓ個のコイルの各々に供給する、請求項１または請求項２に記載の電動機。
【請求項４】
前記ロータは、回転軸を囲む円筒面を有するロータコアを含み、
前記ｍ個のティースおよび前記ｓ個のコイルは、前記ロータコアの前記円筒面に対向して配置される、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電動機。
【請求項５】
前記ｎ個のロータ磁極部の各々は、前記ロータコアを構成する前記強磁性部材と、磁石とからなる、請求項４に記載の電動機。
【請求項６】
前記磁石は、前記ロータの回転軸方向から前記強磁性部材に埋め込まれ、かつ、前記ロータの径方向に着磁される、請求項５に記載の電動機。
【請求項７】
前記磁石は、前記円筒面上に配置され、かつ、前記ロータの径方向に着磁される、請求項５に記載の電動機。
【請求項８】
前記ｎ個のロータ磁極部の各々は、前記ロータコアを構成する前記強磁性部材のみからなる、請求項４に記載の電動機。
【請求項９】
前記ｎ個のロータ磁極部の各々は、前記ロータの径方向に磁気的突極特性を有する強磁性体からなる、請求項８に記載の電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動機に関し、特に、ステータの振動を抑制可能な電動機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、電動機のトルクリプルを低減する方法として基本の矩形電流に一連の調波電流を加える方法を開示する。すなわち、特許文献１は、一連の調波電流によって未処理のトルクリプル波形と等しく、かつ、逆であるトルク成分を生成し、その生成したトルク成分によって、基本の矩形電流により発生するトルクリプルを低減する。
【０００３】
そして、特許文献１は、このトルクリプルの低減によって、振動の低減も可能である旨を開示する。
【特許文献１】特開２００２−１１９０８６号公報
【特許文献２】特開２００２−２５２９４７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、特許文献１は、トルクリプルを低減するように基本の矩形電流に加える調波電流を決定するので、電動機のステータに交流電流を供給することにより生じるステータの振動を減少することが困難であるという問題がある。
【０００５】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、ステータの振動を減少可能な電動機を提供することである。
【０００６】
また、この発明の別の目的は、ステータの振動を抑制可能な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】
【０００７】
この発明によれば、電動機は、ロータと、ステータと、制御装置とを備える。ロータは、強磁性部材を含み、ｎ（ｎは自然数）個のロータ磁極部を有する。ステータは、ｎ個の整数倍であるｍ個のティースと、ｓ（ｓは複数）相に対応して設けられ、かつ、ｍ個のティースに巻回されたｓ個のコイルとを有する。制御部は、回転磁界を生成するための交流電流に高周波電流を重畳したモータ制御電流を発生してｓ個のコイルの各々に供給し、ロータがステータに対して回転するように制御する。そして、高周波電流は、交流電流によって発生され、かつ、ステータに印加される加振力と反対方向の電磁力をロータの強磁性部材との間で発生させるための交流電流である。
【０００８】
好ましくは、高周波電流は、ｋ＝（ｍ／ｓ）／２によって決定される回転ｋ次の周波数を有する交流電流である。
【０００９】
好ましくは、制御部は、パルス幅変調方式によりモータ制御電流をｓ個のコイルの各々に供給する。
【００１０】
好ましくは、ロータは、回転軸を囲む円筒面を有するロータコアを含む。そして、ｍ個のティースおよびｓ個のコイルは、ロータコアの円筒面に対向して配置される。
【００１１】
好ましくは、ｎ個のロータ磁極部の各々は、ロータコアを構成する強磁性部材と、磁石とからなる。
【００１２】
好ましくは、磁石は、ロータの回転軸方向から強磁性部材に埋め込まれ、かつ、ロータの径方向に着磁される。
【００１３】
好ましくは、磁石は、円筒面上に配置され、かつ、ロータの径方向に着磁される。
【００１４】
好ましくは、ｎ個のロータ磁極部の各々は、ロータコアを構成する強磁性部材のみからなる。
【００１５】
好ましくは、ｎ個のロータ磁極部の各々は、ロータの径方向に磁気的突極特性を有する強磁性体からなる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、ｎ（ｎは自然数）個のロータ磁極部を有するロータと、ｎ個の整数倍であるｍ個のティースを有するステータとを備える電動機において、回転磁界を生成するための交流電流に高周波電流を重畳したモータ制御電流がｓ個のコイルの各々に供給される。そして、この高周波電流は、回転磁界を生成するための交流電流によって発生され、かつ、ステータに印加される加振力と反対方向の電磁力をロータの強磁性部材との間で発生させるための交流電流である。そうすると、ステータに印加される加振力が、高周波電流によって発生する電磁力によって弱められる。
【００１７】
したがって、この発明によれば、ステータの振動を減少できる。
【００１８】
また、この発明による電動機においては、回転磁界を生成するための交流電流に交流電流の周波数の回転ｋ（＝（ｍ／ｓ）／２）次の周波数を有する高周波電流を重畳したモータ制御電流がステータコイルに供給される。そうすると、回転磁界を生成するための交流電流によって発生するｍ個のティースに印加される加振力が、高周波電流によって発生する電磁力によって相殺される。
【００１９】
したがって、この発明によれば、ステータの振動を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２１】
図１は、この発明の実施の形態による電動機の断面図である。図１を参照して、この発明の実施の形態による電動機１００は、制御装置１０と、三相ケーブル２０と、シャフト３０と、ロータ４０と、ステータ５０とを備える。
【００２２】
ロータ４０は、ロータコア４１と、磁石４２とを含む。ステータ５０は、ステータコイル５１と、ステータコア５２とを含む。
【００２３】
制御装置１０は、電動機１００が出力すべきトルク指令値ＴＲを電動機１００の外部に設けられたＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）から受け、その受けたトルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを出力するとともに、ステータ５０の振動を抑制するためのモータ制御電流ＭＣＴＬＩを後述する方法によって生成し、その生成したモータ制御電流ＭＣＴＬＩを三相ケーブル２０を介してステータ５０のステータコイル５１へ供給する。
【００２４】
三相ケーブル２０は、制御装置１０とステータコイル５１とを接続する。そして、三相ケーブル２０は、Ｕ相ケーブル２１と、Ｖ相ケーブル２２と、Ｗ相ケーブル２３とからなる。シャフト３０は、回転軸方向ＤＲ１からロータ４０のロータコア４１に挿入され、ロータコア４１と連結される。ロータコア４１は、複数の電磁鋼板を回転軸方向ＤＲ１に積層した構造からなる。磁石４２は、回転軸方向ＤＲ１からロータコア４１に挿入される。
【００２５】
ステータ５０のステータコア５２は、複数の電磁鋼板を回転軸方向ＤＲ１に積層した構造からなる。ステータコイル５１は、ステータコア５２に巻回される。そして、ステータコイル５１は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルからなり、これらの３つのコイルの端子が三相ケーブル２０に接続される。
【００２６】
図２は、図１に示すＡ方向から見たステータ５０の平面図である。図２を参照して、ステータコア５２は、中空円筒形状からなり、周方向に配列された４８個のティース１を内周面に有する。コイル５１０〜５１７は、Ｕ相コイルを構成し、コイル５２０〜５２７は、Ｖ相コイルを構成し、コイル５３０〜５３７は、Ｗ相コイルを構成する。コイル５１０〜５１７，５２０〜５２７，５３０〜５３７の各々は、略円弧形状から成る。コイル５１０〜５１７は、最外周に配置される。コイル５２０〜５２７は、コイル５１０〜５１７の内側であって、それぞれ、コイル５１０〜５１７に対して円周方向に一定距離だけずれた位置に配置される。コイル５３０〜５３７は、コイル５２０〜５２７の内側であって、それぞれ、コイル５２０〜５２７に対して円周方向に一定距離だけずれた位置に配置される。
【００２７】
コイル５１０〜５１７，５２０〜５２７，５３０〜５３７の各々は、対応する複数のティースの各々に直列に巻回される。たとえば、コイル５１０は、ティース１〜５に対応する。そして、コイル５１０は、ティース１〜５の全体に外周から所定回数巻回されて形成される。
【００２８】
コイル５１１〜５１７，５２０〜５２７，５３０〜５３７についても、それぞれ対応するティースに巻回され、コイル５１０と同じようにして形成される。
【００２９】
コイル５１０〜５１３は、直列に接続され、一方端が端子Ｕ１であり、他方端が中性点ＵＮ１である。コイル５１４〜５１７は、直列に接続され、一方端が端子Ｕ２であり、他方端が中性点ＵＮ２である。
【００３０】
コイル５２０〜５２３は、直列に接続され、一方端が端子Ｖ１であり、他方端が中性点ＶＮ１である。コイル５２４〜５２７は、直列に接続され、一方端が端子Ｖ２であり、他方端が中性点ＶＮ２である。
【００３１】
コイル５３０〜５３３は、直列に接続され、一方端が端子Ｗ１であり、他方端が中性点ＷＮ１である。コイル５３４〜５３７は、直列に接続され、一方端が端子Ｗ２であり、他方端が中性点ＷＮ２である。
【００３２】
中性点ＵＵ１，ＵＮ２，ＶＮ１，ＶＮ２，ＷＮ１，ＷＮ２は、１点に共通接続され、端子Ｕ１，Ｕ２は、三相ケーブル２０のＵ相ケーブル２１に接続され、端子Ｖ１，Ｖ２は、Ｖ相ケーブル２２に接続され、端子Ｗ１，Ｗ２は、Ｗ相ケーブル２３に接続される。
【００３３】
図３は、図１に示すＡ方向から見たロータ４０およびステータ５０の平面図である。図３を参照して、ロータ４０は、ステータ５０の内周側に配置される。そして、磁石４２は、周方向ＤＲ２に沿って８個配置される。磁石４２Ａ，４２Ｃ，４２Ｅ，４２Ｇは、ロータコア４１の外周側がＮ極になるように配置され、磁石４２Ｂ，４２Ｄ，４２Ｆ，４２Ｈは、ロータコア４１の外周側がＳ極になるように配置される。このように、８個の磁石４２は、ロータ４０の径方向ＤＲ３に着磁され、磁石の極性が隣接する磁石間で反転するように周方向ＤＲ２に配置される。そして、図２に示すコイル５１０〜５１７，５２０〜５２７，５３１〜５３７は、８個の磁石４２（４２Ａ〜４２Ｈ）に対向して配置される。
【００３４】
ステータコア５２は、４８個のティース１を含むが、この４８個は、ロータ４０に含まれる磁石４２（４２Ａ〜４２Ｈ）の個数の６倍（整数倍）になるように決定される。
【００３５】
図４は、図１に示すロータ４０の斜視図である。図４を参照して、ロータ４０のロータコア４１は、略円筒形状からなり、円筒面４１Ａを有する。そして、磁石４２は、回転軸方向ＤＲ１からロータコア４１に埋め込まれる。したがって、ロータ４０は、ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ）からなる。
【００３６】
図５は、加振力ゲインと回転次数成分との関係図である。図５において、縦軸は加振力ゲインを表し、横軸は加振力の回転次数成分を表わす。なお、加振力は、ステータ５０のステータコイル５１に交流電流を供給することによりティース１に加えられるティース１を振動させようとする力である。
【００３７】
図５を参照して、電動機１００においては、ロータ４０は、８個の磁石４２を含むので、８の整数倍の回転次数を有する加振力が生じる。すなわち、８次、１６次、２４次、３２次、４０次、４８次および５６次の回転次数を有する加振力が生じる。このうち、８次の回転次数を有する加振力が最も大きい加振力ゲインを有し、回転次数が大きくなるとともに、加振力ゲインは小さくなる。
【００３８】
図６は、ステータコア５２のティース１，２，３，４，５，・・・と、加振力との関係を示す図である。なお、図６においては、ティースは、展開図により表されている。図６を参照して、４８次の回転次数を有する加振力は、時間とともに、加振力ＫＰ１，ＫＰ２，ＫＰ３のように変化する。また、８次の回転次数を有する加振力は、時間とともに、加振力ＫＰ４，ＫＰ５，ＫＰ６のように変化する。
【００３９】
この場合、加振力ＫＰ１，ＫＰ２，ＫＰ３の各々は、ティース１，２，３，４，５，・・・の１つ１つに印加される成分を有する。そして、ティース１，２，３，４，５，・・・の各々に加えられる加振力は、全て同じ方向である。加振力ＫＰ１は、ティース１，２，３，４，５，・・・にプラス方向の加振力を加え、加振力ＫＰ３は、ティース１，２，３，４，５，・・・にマイナス方向の加振力を加える。なお、加振力ＫＰ２は、加振力ＫＰ１から加振力ＫＰ３への遷移過程であり、ティース１，２，３，４，５，・・・にプラス方向の加振力とマイナス方向の加振力とが混在した力を加える。そして、この混在した力は、同方向および同じ大きさで各ティースに加えられる。
【００４０】
一方、加振力ＫＰ４，ＫＰ５，ＫＰ６の各々は、３個のティース毎に逆方向に加えられる成分を有する。たとえば、加振力ＫＰ４は、ティース３，４，５にマイナス方向の力を加える成分ＣＰ１と、ティース３，４，５に隣接する３つのティースにプラス方向の力を加える成分ＣＰ２とを有する。
【００４１】
図７は、ステータコア５２に加えられる８次の回転次数を有する加振力の概念図である。また、図８は、ステータコア５２に加えられる４８次の回転次数を有する加振力の概念図である。図７を参照して、８次の回転次数を有する加振力ＫＰ＿８は、上述したように３つのティース毎に逆方向に加えられる成分を有するので、ステータコア５２の周方向ＤＲ２に周期的に変化する。そして、加振力ＫＰ＿８は、成分ＳＳ１〜ＳＳ１６を有する。その結果、ステータコア５２は、成分ＳＳ１，ＳＳ３，ＳＳ５，ＳＳ７，ＳＳ９，ＳＳ１１，ＳＳ１３，ＳＳ１５によって外周方向へ引かれ、成分ＳＳ２，ＳＳ４，ＳＳ６，ＳＳ８，ＳＳ１０，ＳＳ１２，ＳＳ１４，ＳＳ１６によって内周方向へ引かれる。そして、成分ＳＳ１，ＳＳ３，ＳＳ５，ＳＳ７は、それぞれ、成分ＳＳ９，ＳＳ１１，ＳＳ１３，ＳＳ１５と打ち消し合い、成分ＳＳ２，ＳＳ４，ＳＳ６，ＳＳ８は、それぞれ、成分ＳＳ１０，ＳＳ１２，ＳＳ１４，ＳＳ１６と打ち消し合う。
【００４２】
したがって、ステータコア５２は、８次の回転次数を有する加振力ＫＰ＿８によって振動しない。
【００４３】
図８を参照して、４８次の回転次数を有する加振力ＫＰ＿４８は、上述したようにティース１，２，３，４，５，・・・の１つ１つに同じ方向に加えられる成分を有するので、ステータコア５２を径方向ＤＲ３に振動させる。
【００４４】
したがって、図５に示す８次、１６次、２４次、３２次、４０次、４８次、および５６次の回転次数を有する加振力のうち、ステータコア５２を振動させる加振力は、４８次の回転次数を有する加振力ＫＰ＿４８である。
【００４５】
そこで、制御装置１０は、この４８次の回転次数を有する加振力ＫＰ＿４８によるステータコア５２の振動を抑制するようにモータ制御電流ＭＣＴＬＩを生成する。
【００４６】
図９は、交流電流の波形図である。図９を参照して、ステータコイル５１には、回転磁界を生成するための交流電流ＡＣが供給される。この場合、交流電流ＡＣ＿Ｕは、Ｕ相コイル（図２に示すコイル５１０〜５１７）に供給され、交流電流ＡＣ＿Ｖは、Ｖ相コイル（図２に示すコイル５２０〜５２７）に供給され、交流電流ＡＣ＿Ｗは、Ｗ相コイル（図２に示すコイル５３０〜５３７）に供給される。交流電流ＡＣ＿Ｕ，ＡＣ＿Ｖ，ＡＣ＿Ｗは、１２０度の位相だけ相互にずれている。
【００４７】
高周波の交流電流ＡＣ＿Ｈは、４８次の回転次数を有する加振力ＫＰ＿４８を打ち消す力を生成するための交流電流である。交流電流ＡＣ＿Ｈは、交流電流ＡＣ＿ＨＵ，ＡＣ＿ＨＶ，ＡＣ＿ＨＷからなる。そして、交流電流ＡＣ＿ＨＵ，ＡＣ＿ＨＶ，ＡＣ＿ＨＷは、１２０度の位相だけ相互にずれている。交流電流ＡＣ＿ＨＵは、交流電流ＡＣ＿Ｕの半周期Ｔ／２において１周期分の成分を有する。したがって、交流電流ＡＣ＿Ｈの周波数は、交流電流ＡＣの周波数の２倍である。すなわち、交流電流ＡＣは、回転４次の周波数を有するので、交流電流ＡＣ＿Ｈは、回転８次の周波数を有する。
【００４８】
そして、交流電流ＡＣ＿ＨＵ，ＡＣ＿ＨＶ，ＡＣ＿ＨＷがそれぞれ交流電流ＡＣ＿Ｕ，ＡＣ＿Ｖ，ＡＣ＿Ｗに重畳される。その結果、モータ制御電流ＭＣＴＬＩ＿Ｕ，ＭＣＴＬＩ＿Ｖ，ＭＣＴＬＩ＿Ｗからなるモータ制御電流ＭＣＴＬＩが生成される。
【００４９】
図１０は、高周波の交流電流ＡＣ＿Ｈにより４８次の加振力ＫＰ＿４８を打ち消すことを説明するための概念図である。図１０を参照して、４８次の加振力ＫＰ＿４８は、ティース１，２，３，４，５，・・・に対して同じ方向に印加される。交流電流ＡＣ＿Ｈが交流電流ＡＣに重畳されたとき、電磁力ＥＭＦ＿Ｆが発生する。この電磁力ＥＭＦ＿Ｆは、交流電流ＡＣ＿Ｈがステータコイル５１に流れることによって発生するロータ４０のロータコア４１（電磁鋼板からなる）に対する電磁力である。そして、電磁力ＥＭＦ＿Ｆは、Ｕ相の電磁力ＥＭＦ＿ＦＵ、Ｖ相の電磁力ＥＭＦ＿ＦＶおよびＷ相の電磁力ＥＭＦ＿ＦＷからなる。Ｕ相の電磁力ＥＭＦ＿ＦＵ、Ｖ相の電磁力ＥＭＦ＿ＦＶおよびＷ相の電磁力ＥＭＦ＿ＦＷは、それぞれ、交流電流ＡＣ＿ＨＵ，ＡＣ＿ＨＶ，ＡＣ＿ＨＷが流れたことにより発生する。
【００５０】
ロータコア４１を構成する電磁鋼板に対する電磁力は、ステータコイル５１に流れる交流電流ＡＣ＿Ｈ（３つの交流電流ＡＣ＿ＨＵ，ＡＣ＿ＨＶ，ＡＣ＿ＨＷからなる）のプラス側およびマイナス側の両方において吸引力になるので、Ｕ相の電磁力ＥＭＦ＿ＦＵ、Ｖ相の電磁力ＥＭＦ＿ＦＶおよびＷ相の電磁力ＥＭＦ＿ＦＷの各々は、３つのティース毎に同じ力が加えられるように周期的に変化する。そして、Ｖ相の電磁力ＥＭＦ＿ＦＶは、Ｕ相の電磁力ＥＭＦ＿ＦＵと２個のティース分だけ位相がずれ、Ｗ相の電磁力ＥＭＦ＿ＦＷは、Ｖ相の電磁力ＥＭＦ＿ＦＶと２個のティース分だけ位相がずれ、Ｕ相の電磁力ＥＭＦ＿ＦＵは、Ｗ相の電磁力ＥＭＦ＿ＦＷと２個のティース分だけ位相がずれる。
【００５１】
その結果、Ｕ相の電磁力ＥＭＦ＿ＦＵ、Ｖ相の電磁力ＥＭＦ＿ＦＶおよびＷ相の電磁力ＥＭＦ＿ＦＷを加算した電磁力ＥＭＦ＿ＦＴは、ティース１，２，３，４，５，・・・の１つ１つに同じ方向から印加される力になる。そして、電磁力ＥＭＦ＿ＦＴは、４８次の回転次数を有する加振力ＫＰ＿４８と反対方向の力であり、加振力ＫＰ＿４８を相殺する。
【００５２】
すなわち、交流電流ＡＣ＿ＨＵ，ＡＣ＿ＨＶ，ＡＣ＿ＨＷの各々のプラス側およびマイナス側において吸引力からなる電磁力（それぞれ電磁力ＥＭＦ＿ＦＵ，ＥＭＦ＿ＦＶ，ＥＭＦ＿ＦＷ）が発生するので、３つの交流電流ＡＣ＿ＨＵ，ＡＣ＿ＨＶ，ＡＣ＿ＨＷからなる交流電流ＡＣ＿Ｈは、交流電流ＡＣ＿Ｈの周波数である回転８次の周波数に２と３とを乗じた８×２×３＝４８次の周波数を有する電磁力ＥＭＦ＿ＦＴを発生する。
【００５３】
そして、この”２”は、交流電流ＡＣ＿Ｈのプラス側およびマイナス側で電磁力が発生することに起因した電磁力ＥＭＦ＿ＦＴの周波数決定因子であり、”３”は、３相の交流電流ＡＣ＿ＨＵ，ＡＣ＿ＨＶ，ＡＣ＿ＨＷにより電磁力が発生することに起因した電磁力ＥＭＦ＿ＦＴの周波数決定因子である。
【００５４】
図１１は、高周波の交流電流ＡＣ＿Ｈにより発生する電磁力のロータ４０の磁石４２に対する影響を説明するための概念図である。図１１を参照して、交流電流ＡＣ＿Ｈが交流電流ＡＣに重畳されたとき、電磁力ＥＭＦ＿Ｍが発生する。この電磁力ＥＭＦ＿Ｍは、交流電流ＡＣ＿Ｈがステータコイル５１に流れることによって発生するロータ４０の磁石４２に対する電磁力である。そして、電磁力ＥＭＦ＿Ｍは、Ｕ相の電磁力ＥＭＦ＿ＭＵ、Ｖ相の電磁力ＥＭＦ＿ＭＶおよびＷ相の電磁力ＥＭＦ＿ＭＷからなる。Ｕ相の電磁力ＥＭＦ＿ＭＵ、Ｖ相の電磁力ＥＭＦ＿ＭＶおよびＷ相の電磁力ＥＭＦ＿ＭＷは、それぞれ、交流電流ＡＣ＿ＨＵ，ＡＣ＿ＨＶ，ＡＣ＿ＨＷが流れたことにより発生する。
【００５５】
Ｕ相の電磁力ＥＭＦ＿ＭＵ、Ｖ相の電磁力ＥＭＦ＿ＭＶおよびＷ相の電磁力ＥＭＦ＿ＭＷの各々は、Ｓ極側で最大になるポイントと、Ｎ極側で最大になるポイントとを有し、Ｕ相の電磁力ＥＭＦ＿ＭＵ、Ｖ相の電磁力ＥＭＦ＿ＭＶおよびＷ相の電磁力ＥＭＦ＿ＭＷは、相互に２個のティース分だけずれているので、Ｕ相の電磁力ＥＭＦ＿ＭＵ、Ｖ相の電磁力ＥＭＦ＿ＭＶおよびＷ相の電磁力ＥＭＦ＿ＭＷを加算した電磁力ＥＭＦ＿ＭＴは、零になる。つまり、高周波の交流電流ＡＣ＿Ｈを流すことにより、ロータ４０の磁石４２には、力が及ばない。
【００５６】
したがって、高周波の交流電流ＡＣ＿Ｈを交流電流ＡＣに重畳することによって、４８次の回転次数を有する加振力ＫＰ＿４８を打ち消す電磁力ＥＭＦ＿ＦＴのみがロータコア４１との間で生じる。その結果、ステータコア５２の振動を抑制できる。
【００５７】
このように、この発明においては、高周波の交流電流ＡＣ＿Ｈを交流電流ＡＣに重畳することによって、４８次の回転次数を有する加振力ＫＰ＿４８と反対方向の電磁力ＥＭＦ＿ＦＴをロータコア４１との間で生じさせ、その生じさせた電磁力ＥＭＦ＿ＦＴによって４８次の回転次数を有する加振力ＫＰ＿４８を相殺する。
【００５８】
図１２は、図１に示す制御装置１０の回路図および機能ブロック図である。図１２を参照して、制御装置１０は、バッテリＢと、コンデンサＣ１と、インバータ１１と、電圧センサー１２と、電流センサー１３と、モータ制御用相電圧演算部１４と、インバータ用ＰＷＭ信号変換部１５とを含む。
【００５９】
コンデンサＣ１は、バッテリＢの正母線ＬＮ１と負母線ＬＮ２との間に接続される。インバータ１１は、Ｕ相アーム３１と、Ｖ相アーム３２と、Ｗ相アーム３３とを含む。Ｕ相アーム３１、Ｖ相アーム３２、およびＷ相アーム３３は、正母線ＬＮ１と負母線ＬＮ２との間に並列に設けられる。
【００６０】
Ｕ相アーム３１は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２から成り、Ｖ相アーム３２は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４から成り、Ｗ相アーム３３は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６から成る。また、各ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ６のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１〜Ｄ６がそれぞれ接続されている。
【００６１】
各相アームの中間点は、三相ケーブル２０を介してステータコイル５１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、Ｕ相コイルの他端がＵ相ケーブル２１を介してＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２の中間点に、Ｖ相コイルの他端がＶ相ケーブル２２を介してＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４の中間点に、Ｗ相コイルの他端がＷ相ケーブル２３を介してＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６の中間点にそれぞれ接続されている。
【００６２】
バッテリＢは、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池から成る。コンデンサＣ１は、バッテリＢからの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ１１へ供給する。
【００６３】
インバータ１１は、インバータ用ＰＷＭ信号変換部１５からの信号ＰＷＭによって、コンデンサＣ１から供給された直流電圧を交流電圧に変換してステータコイル５１のＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルにそれぞれモータ制御電流ＭＣＴＬＩ＿Ｕ，ＭＣＴＬＩ＿Ｖ，ＭＣＴＬＩ＿Ｗを供給する。
【００６４】
電圧センサー１２は、コンデンサＣ１の両端の電圧Ｖｍを検出し、その検出した電圧Ｖｍをモータ制御用相電圧演算部１４へ出力する。電流センサー１３は、Ｕ相ケーブル２１、Ｖ相ケーブル２２およびＷ相ケーブル３３に設置され、ステータコイル５１に流れるモータ電流ＭＣＲＴを検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴをモータ制御用相電圧演算部１４へ出力する。
【００６５】
モータ制御用相電圧演算部１４は、外部ＥＣＵからトルク指令値ＴＲを受け、電圧センサー１２から電圧Ｖｍを受け、電流センサー１３からモータ電流ＭＣＲＴを受ける。そして、モータ制御用相電圧演算部１４は、これらの入力される信号に基づいて、ステータコイル５１の各相のコイルに印加する電圧を計算し、その計算した結果をインバータ用ＰＷＭ信号変換部１５へ供給する。
【００６６】
インバータ用ＰＷＭ信号変換部１５は、モータ制御用相電圧演算部１４から供給された演算結果に基づいて、図９に示すモータ制御電流ＭＣＴＬＩをステータコイル５１のＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルに流すための信号ＰＷＭを生成し、その生成した信号ＰＷＭをインバータ１１へ出力する。
【００６７】
図１３は、信号ＰＷＭの生成を説明するための図である。図１３を参照して、回転磁界を生成するための交流電流ＡＣ＿Ｕをパルス幅変調方式によってステータコイル５１のＵ相コイルに流すとき、信号ＰＷＭ０が生成される。
【００６８】
そして、高周波の交流電流ＡＣ＿ＨＵが交流電流ＡＣ＿Ｕに重畳されたモータ制御電流ＭＣＴＬＩ＿Ｕをパルス幅変調方式によってステータコイル５１のＵ相コイルに流すための信号ＰＷＭＵは、信号ＰＷＭ０に基づいて生成される。
【００６９】
すなわち、期間Ｔ１において、信号ＰＷＭ０は、成分ＰＷＭ０＿１，ＰＷＭ０＿２によって交流電流ＡＣ＿Ｕの電流成分ＡＣ＿Ｕ１を流す。そして、この期間Ｔ１において、モータ制御電流ＭＣＴＬＩ＿Ｕは、電流成分ＭＣＴＬＩ＿Ｕ１を有する。この電流成分ＭＣＴＬＩ＿Ｕ１は、電流成分ＡＣ＿Ｕ１よりも減少する。
【００７０】
したがって、電流成分ＭＣＴＬＩ＿Ｕ１を実現するには、成分ＰＷＭ０＿１のオンデューティーＤ１，Ｄ２を小さくすればよい。
【００７１】
そこで、オンデューティーＤ１よりも小さいオンデューティーＤ３を有する成分ＰＷＭ１＿１と、オンデューティーＤ２よりも小さいオンデューティーＤ４を有する成分ＰＷＭ１＿２を生成する。他の期間においても同様にして信号ＰＷＭ０の成分に基づいて各成分を生成し、信号ＰＷＭＵ１を生成する。そして、信号ＰＷＭＵ１を反転して信号ＰＷＭＵ２を生成する。この信号ＰＷＭＵ１は、モータ制御電流ＭＣＴＬＩ＿Ｕをステータコイル５１のＵ相コイルに流すためにインバータ１１の上アーム（ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ３，Ｑ５）をオン／オフする信号であり、信号ＰＷＭＵ２は、モータ制御電流ＭＣＴＬＩ＿Ｕをステータコイル５１のＵ相コイルに流すためにインバータ１１の下アーム（ＮＰＮトランジスタＱ２，Ｑ４，Ｑ６）をオン／オフする信号である。
【００７２】
これにより、信号ＰＷＭＵ１，ＰＷＭＵ２からなる信号ＰＷＭＵが生成される。
【００７３】
なお、モータ制御電流ＭＣＴＬＩ＿Ｖ，ＭＣＴＬＩ＿Ｗをそれぞれステータコイル５１のＶ相コイルおよびＷ相コイルに流すための信号ＰＷＭＶ，ＰＷＭＷも、上述した方法と同じ方法によって生成される。
【００７４】
再び、図１２を参照して、インバータ用ＰＷＭ信号変換部１５は、モータ制御用相電圧演算部１４からの演算結果に基づいて、信号ＰＷＭ０を生成し、その生成した信号ＰＷＭ０に基づいて、高周波の交流電流ＡＣ＿Ｈを交流電流ＡＣに重畳するための信号ＰＷＭＵ，ＰＷＭＶ，ＰＷＭＷを生成する。そして、インバータ用ＰＷＭ信号変換部１５は、信号ＰＷＭＵ，ＰＷＭＶ，ＰＷＭＷからなる信号ＰＷＭをインバータ１１へ出力する。
【００７５】
これによって、インバータ１１のＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ６は、スイッチング制御され、インバータ１１は、モータ制御電流ＭＣＴＬＩ＿Ｕ，ＭＣＴＬＩ＿Ｖ，ＭＣＴＬＩ＿Ｗをそれぞれステータコイル５１のＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルに流す。
【００７６】
その結果、ステータコア５２に印加される４８次の回転次数を有する加振力ＫＰ＿４８は、高周波の交流電流ＡＣ＿Ｈによって生成される電磁力ＥＭＦ＿ＦＴにより相殺され、ステータコア５２の振動は抑制される。
【００７７】
図１４は、ロータの他の斜視図である。この発明による電動機１００は、図４に示すロータ４０に代えて図１４に示すロータ４０Ａを備えていてもよい。図１４を参照して、ロータ４０Ａは、ロータコア６０と、磁石６１とを含む。
【００７８】
ロータコア６０は、複数の電磁鋼板を回転軸方向ＤＲ１に積層して作製される。そして、ロータコア６０は、略円筒形状を有し、シャフト３０に固定される。８個の磁石６１は、周方向ＤＲ２に沿ってロータコア６０の円筒面６０Ａに所定間隔で配置される。そして、各磁石６１は、径方向ＤＲ３に着磁されている。
【００７９】
このように、ロータ４０Ａは、ロータコア６０の円筒面６０Ａに８個の磁石を配置することによって作製されるので、ＳＰＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ）からなる。
【００８０】
ロータ４０Ａが用いられた場合にも、高周波の交流電流ＡＣ＿Ｈを交流電流ＡＣに重畳することによってステータコア５２の振動を抑制できる。
【００８１】
図１５は、ロータのさらに他の斜視図である。この発明による電動機１００は、図４に示すロータ４０に代えて図１５に示すロータ４０Ｂを備えていてもよい。図１５を参照して、ロータ４０Ｂは、ロータコア７０からなる。ロータコア７０は、空隙７１〜７４を内部に有する。
【００８２】
空隙７１，７２は、空隙７３と空隙７４との間で回転軸方向ＤＲ１に沿ってロータコア７０の円筒面７０Ａよりも内周側に設けられる。そして、空隙７１，７２は、円筒面７０Ａ（ロータコア７０の外周面）に対して略コの字形状を有し、円筒面７０Ａの近くに配置される。
【００８３】
空隙７３，７４は、円筒面７０Ａから内周側へ向かってそれぞれ円筒端面７０Ｂ，７０Ｃに略平行に設けられ、回転軸方向ＤＲ１に設けられた空隙７１，７２に連結される。そして、空隙７３は、円筒端面７０Ｂから円筒端面７０Ｃの方向へ所定の距離だけ離れた位置に形成され、空隙７４は、円筒端面７０Ｃから円筒端面７０Ｂの方向へ所定の距離だけ離れた位置に形成される。その結果、空隙７１，７２は、回転軸方向ＤＲ１において空隙７３と空隙７４との間に設けられ、円筒端面７０Ｂ，７０Ｃまで到達しない。つまり、円筒端面７０Ｂの下側には、空隙７１〜７４が形成されていない領域が存在し、円筒端面７０Ｃの上側にも、空隙７１〜７４が形成されていない領域が存在する。
【００８４】
空隙７１，７２は、径方向ＤＲ３において突極特性を実現するために設けられる。すなわち、磁束が空隙７１，７２を径方向ＤＲ３に横切るときのインダクタンスをＬｑ（＝ｑ軸方向のインダクタンス）とし、周方向ＤＲ２において空隙７１，７２が形成されていない領域（すなわち、略コの字形状の空隙７１，７２と空隙７１，７２との間）を磁束が通過するときのインダクタンスをＬｄ（＝ｄ軸方向のインダクタンス）とした場合、Ｌｄ＞Ｌｑとなる磁気特性を実現するために空隙７１，７２が設けられる。
【００８５】
空隙７１，７２は、径方向ＤＲ３における磁束が短絡するのを抑制し、空隙７１，７２が設けられていない領域は、磁束を径方向ＤＲ３に通過させるので、Ｌｄ＞Ｌｑとなる磁気特性が得られる。
【００８６】
また、空隙７３，７４は、径方向ＤＲ３における磁束が漏れるのを防止するために設けられる。
【００８７】
このように、ロータ４０Ｂにおいては、径方向ＤＲ３において磁気的な突極特性が得られるので、周方向ＤＲ２に所定の間隔で配置された複数の空隙７１〜７４は、径方向ＤＲ３に着磁された磁石と同じ機能を果たす。そして、磁石を用いずに、突極特性を実現する磁極部を「ＳｙｎＲ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ）」という。
【００８８】
したがって、ロータ４０Ｂは、ＳｙｎＲからなる。
【００８９】
ロータ４０Ｂにおいては、ロータコア７０は、複数の電磁鋼板を回転軸方向ＤＲ１に積層して形成される。そして、ロータコア７０は、磁石を含まず、電磁鋼板のみからなるので、高周波の交流電流ＡＣ＿Ｈを交流電流ＡＣに重畳することによって、４８次の回転次数を有する加振力ＫＰ＿４８を相殺するための電磁力ＥＭＦ＿ＦＴが発生する。
【００９０】
したがって、ロータ４０Ｂを用いた場合にも、高周波の交流電流ＡＣ＿Ｈを交流電流ＡＣに重畳することによってステータコア５２の振動を抑制できる。
【００９１】
上記においては、８個のロータ磁極部（磁石４２）を有するロータ４０と、４８個のティースを有するステータコア５２とを備える電動機１００において、回転磁界を生成するための交流電流ＡＣに回転８（＝（４８／３）／２）次の周波数を有する高周波の交流電流ＡＣ＿Ｈを重畳することにより、ステータコア５２の振動を抑制することを説明したが、この発明は、これに限らず、ｎ（ｎは自然数）個のロータ磁極部を有するロータと、ｎの整数倍であるｍ個のティースを有するステータコアと、ｓ（ｓは自然数）相に対応して設けられ、かつ、ｍ個のティースに巻回されたｓ個のステータコイルとを備える電動機において、回転磁界を生成するための交流電流ＡＣに回転ｋ（＝（ｍ／ｓ）／２）次の周波数を有する高周波の交流電流ＡＣ＿Ｈを重畳することにより、ステータコアの振動を抑制するものであればよい。
【００９２】
また、上記においては、パルス幅変調方式によってモータ制御電流ＭＣＴＬＩを発生すると説明したが、この発明においては、これに限らず、パルス幅変調方式以外の方式によってモータ制御電流ＭＣＴＬＩを発生させてもよい。たとえば、交流電流ＡＣを発生するインバータと、高周波の交流電流ＡＣ＿Ｈを発生するインバータとを設け、それぞれのインバータによって発生された交流電流ＡＣおよび高周波の交流電流ＡＣ＿Ｈを合成してモータ制御電流ＭＣＴＬＩを発生するようにしてもよい。
【００９３】
さらに、上記においては、三相コイルを備える電動機について説明したが、この発明においては、これに限らず、電動機は、一般に複数の相に対応する複数のコイルを備えていればよい。
【００９４】
さらに、この発明による電動機は、回転磁界を生成するための交流電流ＡＣによって発生され、かつ、ステータ５０に印加される加振力と反対方向の電磁力をロータ４０のロータコア４１，６０，７０（電磁鋼板）との間で発生させるための高周波電流を交流電流ＡＣに重畳することにより、ステータコアの振動を減少するものであればよい。つまり、この発明による電動機は、回転磁界を生成するための交流電流ＡＣによって発生される加振力を相殺するための高周波電流を交流電流ＡＣに重畳するものに限らず、回転磁界を生成するための交流電流ＡＣによって発生される加振力を減少させるための高周波電流を交流電流ＡＣに重畳するものであればよい。これによって、ステータの振動を減少できる。
【００９５】
なお、磁石４２または磁石６１は、「ロータ磁極部」を構成する。
【００９６】
また、空隙７１〜７４も、「ロータ磁極部」を構成する。
【００９７】
さらに、インバータ１１、モータ制御用相電圧演算部１４およびインバータ用ＰＷＭ信号変換部１５は、回転磁界を生成するための交流電流に高周波電流を重畳したモータ制御電流を発生してｓ個のコイルの各々に供給し、ロータがステータに対して回転するように制御する「制御部」を構成する。そして、この場合、高周波電流は、交流電流によって発生され、かつ、ステータに印加される加振力と反対方向の電磁力をロータの強磁性部材との間で発生させるための交流電流である。
【００９８】
さらに、インバータ１１、モータ制御用相電圧演算部１４およびインバータ用ＰＷＭ信号変換部１５は、回転磁界を生成するための交流電流ＡＣに回転ｋ（＝（ｍ／ｓ）／２）次の周波数を有する高周波電流ＡＣ＿Ｈを重畳したモータ制御電流ＭＣＴＬＩをｓ個のコイルの各々に供給し、ロータがステータに対して回転するように制御する「制御部」を構成する。
【００９９】
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、上記した実施の形態の説明ではなくて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。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
この発明は、ステータの振動を減少可能な電動機に適用される。また、この発明は、ステータの振動を抑制可能な電動機に適用される。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】この発明の実施の形態による電動機の断面図である。
【図２】図１に示すＡ方向から見たステータの平面図である。
【図３】図１に示すＡ方向から見たロータおよびステータの平面図である。
【図４】図１に示すロータの斜視図である。
【図５】加振力ゲインと回転次数成分との関係図である。
【図６】ステータコアのティースと、加振力との関係を示す図である。
【図７】ステータコアに加えられる８次の回転次数を有する加振力の概念図である。
【図８】ステータコアに加えられる４８次の回転次数を有する加振力の概念図である。
【図９】交流電流の波形図である。
【図１０】高周波の交流電流ＡＣ＿Ｈにより４８次の加振力ＫＰ＿４８を打ち消すことを説明するための概念図である。
【図１１】高周波の交流電流ＡＣ＿Ｈにより発生する電磁力のロータの磁石に対する影響を説明するための概念図である。
【図１２】図１に示す制御装置の回路図および機能ブロック図である。
【図１３】信号ＰＷＭの生成を説明するための図である。
【図１４】ロータの他の斜視図である。
【図１５】ロータのさらに他の斜視図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１〜５  ティース、１０  制御装置、１１  インバータ、１２  電圧センサー、１３  電流センサー、１４  モータ制御用相電圧演算部、１５  インバータ用ＰＷＭ信号変換部、２０  三相ケーブル、２１  Ｕ相ケーブル、２２  Ｖ相ケーブル、２３  Ｗ相ケーブル、３０  シャフト、３１  Ｕ相アーム、３２  Ｖ相アーム、３３  Ｗ相アーム、４０，４０Ａ，４０Ｂ  ロータ、４１，６０，７０  ロータコア、４１Ａ，６０Ａ  円筒面、４２，４２Ａ〜４２Ｈ，６１  磁石、５０  ステータ、５１  ステータコイル、５２  ステータコア、７１〜７４  空隙、１００  電動機、５１０〜５１７，５２０〜５２７，５３０〜５３７  コイル、Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２  端子、ＵＮ１，ＵＮ２，ＶＮ１，ＶＮ２，ＷＮ１，ＷＮ２  中性点、Ｂ  バッテリ、Ｃ１  コンデンサ、ＬＮ１  正母線、ＬＮ２  負母線、Ｑ１〜Ｑ６  ＮＰＮトランジスタ、Ｄ１〜Ｄ６  ダイオード。
【図１】
2005253155.tif 000003
【図２】
2005253155.tif 000004
【図３】
2005253155.tif 000005
【図４】
2005253155.tif 000006
【図５】
2005253155.tif 000007
【図６】
2005253155.tif 000008
【図７】
2005253155.tif 000009
【図８】
2005253155.tif 000010
【図９】
2005253155.tif 000011
【図１０】
2005253155.tif 000012
【図１１】
2005253155.tif 000013
【図１２】
2005253155.tif 000014
【図１３】
2005253155.tif 000015
【図１４】
2005253155.tif 000016
【図１５】
2005253155.tif 000017