(57)【要約】【課題】ステータの振動を抑制し、電磁騒音を低減可能な回転電機を提供する。【解決手段】毎極毎相２スロットの分布巻モータからなる回転電機において、ステータコア５２は、同相間ティース１，３，５の先端部とロータコア４１の外周面との間に一定幅ｄｇ１のエアギャップを有し、かつ、異相間ティース２，４，６の先端部とロータコア４１の外周面との間に、周方向に幅が不均一であって、幅ｄｇ２（＞ｄｇ１）を最大値とするエアギャップを有する。異相間ティース２には、同相間ティース１よりも高い磁気抵抗をもつ磁気回路が形成される。このとき、磁気抵抗の増加によって減少した異相間ティース２の磁束数と、同相間ティース１の磁束数とが略同じとなるようにエアギャップの幅に差を設けることにより、両者に互いに逆方向に印加される電磁加振力が均衡して互いに相殺され、ステータコア５２の振動が抑制される。【選択図】図７
2007166710.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｓ（ｓは複数）相の回転電機であって、
ｎ（ｎは自然数）個の磁極を有するロータと、
前記ｎ個の磁極の各々について、前記ｓ相の２倍となるように設けられた２ｎ×ｓ個のティースと、各々が隣接する前記ティース間に形成される前記２ｎ×ｓ個のスロットとからなるステータコアと、前記２ｎ×ｓ個のティースに巻回されたｎ×ｓ個のコイルとを有するステータとを備え、
前記ｎ×ｓ個のコイルは、各前記ｎ個の磁極について、毎相あたり１スロットだけずれて巻回されたコイル群を形成し、
前記２ｎ×ｓ個のティースは、前記ロータの回転軸方向に沿って両脇に形成される２個のスロットに互いに同相のコイルがそれぞれ挿入されてなる同相間ティースと、前記ロータの回転軸方向に沿って両脇に形成される２個のスロットに互いに異相のコイルがそれぞれ挿入されてなる異相間ティースとからなり、
前記ｎ×ｓ個のコイルに交流電流が供給されたときに前記同相間ティースおよび前記異相間ティースにそれぞれ形成される磁気回路について、通過する磁束数が互いに均衡するように、前記磁気回路の磁気抵抗に差を設ける磁気抵抗調整手段をさらに備える、回転電機。
【請求項２】
前記磁気抵抗調整手段は、前記異相間ティースに形成される磁気回路の磁気抵抗を、前記同相間ティースに形成される磁気回路の磁気抵抗よりも大きくなるように設定することを含む、請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記磁気抵抗調整手段は、前記異相間ティースの先端部と前記ロータの外周面との間に形成される空隙の幅を、前記同相間ティースの先端部と前記ロータの外周面との間に形成される空隙の幅よりも大きくなるように設定することを含む、請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記磁気抵抗調整手段は、前記同相間ティースの先端部と前記ロータの外周面との間に形成される空隙の幅と、前記異相間ティースの先端部と前記ロータの外周面との間に形成される空隙の幅とが、前記スロットの開口端部において連続するように設定することを含む、請求項３に記載の回転電機。
【請求項５】
前記磁気抵抗調整手段は、前記異相間ティースの磁路断面積を、前記同相間ティースの磁路断面積よりも小さくなるように設定することを含む、請求項２に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転電機に関し、特に、電磁騒音を低減可能な回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、環境に配慮した自動車として、ハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）および電気自動車（Electric Vehicle）が注目されている。ハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動される回転電機（モータ）とを動力源とする自動車である。つまり、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によりモータを回転することによって動力源を得るものである。
【０００３】
また、電気自動車は、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。
【０００４】
このようなハイブリッド自動車または電気自動車において、モータは低速から高速までの比較的広い回転域で駆動されることとなるが、駆動時に発生する電磁騒音が大きくなり、車両の搭乗者に不快感を与えてしまうという問題があった。特に、エンジン回転数が低いアイドリング状態から常用域における高調波の電磁騒音は、エンジンや補機による暗騒音とは周波数が異なり、人間の聴覚的に不快な騒音として聞こえる。
【０００５】
そして、最近では、この高調波の電磁騒音は、モータの運転時に発生する６ｆの電磁加振力の影響が大きいことが明らかとなっている。なお、６ｆとは、モータに供給される交流電流の基本周波数ｆの６倍を意味する。
【０００６】
特許文献１は、かかるモータの６ｆの電磁加振力を低減する方法として、スロットが毎極毎相当たり２個の割合で形成された固定子鉄心（ステータコア）と、上記ステータコアに巻着された３相固定子巻線（ステータコイル）とを有する固定子（ステータ）と、ステータの内側に回転自在に設けられた回転子（ロータ）とからなる車両用交流回転電機において、上記３相固定子巻線を構成するＸ相巻線、Ｙ相巻線およびＺ相巻線をそれぞれ隣り合うスロット群に巻装された第１および第２の固定子巻線を直列接続して構成し、かつ、スロットを電気角でα°と（６０−α）°とを交互に採る不等ピッチ（α≠３０°）で形成する方法を開示する。
【０００７】
これによれば、スロットが電気角３０°の等角ピッチで毎極毎相当たり２個の割合で形成されていた従来の回転電機において問題となっていた６ｆの電磁加振力は、α°を最適化することによって低減される。その結果、６ｆの電磁加振力に起因する電磁騒音および電磁振動が低減される。
【特許文献１】特開２００３−３４８７８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の車両用交流回転電機によれば、巻回された３相固定子巻線に交流電流が供給されることによって、固定子鉄心に発生する磁束が複数の固定子櫛歯（ティース）間で一様でないことに起因して、６ｆの電磁加振力を確実に低減できないという問題がある。
【０００９】
すなわち、特許文献１の車両用交流回転電機によれば、３相固定子巻線はそれぞれ、隣り合うスロット群に巻装された第１および第２の固定子巻線を直列接続して構成される。具体的には、回転子の磁極数が９６の場合、４番、１０番、１６番、・・・９４番のスロットが第１のスロット群を形成し、５番、１１番、１７番、・・・９５番のスロットが第２のスロット群を形成する。そして、第１のスロット群と第２のスロット群とがＸ相巻線を収容する。
【００１０】
そのため、第１のスロット群に対応し、第１の固定子巻線が巻回される固定子櫛歯（ティース）と、第２のスロット群に対応し、第２の固定子巻線が巻回されるティースとでは、固定子巻線の巻回数が不均衡となる。そのため、固定子巻線に交流電流を供給することにより、ティースに印加される電磁加振力は、ティース間で不均衡となる。そして、この電磁加振力は、径方向にステータコアを振動させる成分と、周方向にステータコアを振動させる成分とに分解されるが、このうちの径方向の成分が不均衡となることによってステータコアに生じた径方向の振動が、ステータコアの外周面または内周面に接する空気を振動させ、大きな電磁騒音を生じさせることになる。
【００１１】
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、ステータの振動を抑制し、電磁騒音を低減可能な回転電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明によれば、ｓ（ｓは複数）相の回転電機は、ｎ（ｎは自然数）個の磁極を有するロータと、ｎ個の磁極の各々について、ｓ相の２倍となるように設けられた２ｎ×ｓ個のティースと、各々が隣接するティース間に形成される２ｎ×ｓ個のスロットとからなるステータコアと、２ｎ×ｓ個のティースに巻回されたｎ×ｓ個のコイルとを有するステータとを備える。ｎ×ｓ個のコイルは、各ｎ個の磁極について、毎相あたり１スロットだけずれて巻回されたコイル群を形成する。２ｎ×ｓ個のティースは、ロータの回転軸方向に沿って両脇に形成される２個のスロットに互いに同相のコイルがそれぞれ挿入されてなる同相間ティースと、ロータの回転軸方向に沿って両脇に形成される２個のスロットに互いに異相のコイルがそれぞれ挿入されてなる異相間ティースとからなる。回転電機は、ｎ×ｓ個のコイルに交流電流が供給されたときに同相間ティースおよび異相間ティースにそれぞれ形成される磁気回路について、通過する磁束数が互いに均衡するように、磁気回路の磁気抵抗に差を設ける磁気抵抗調整手段をさらに備える。
【００１３】
上記の回転電機によれば、従来、同相間ティースと異相間ティースとでは、磁気回路の磁気抵抗が等しいが故に通過する磁束数の差に起因してそれぞれに印加される電磁加振力に不均衡が生じていたところ、両者の磁気抵抗に差を設けることによって同相間ティースと異相間ティースとで磁束数が均衡することにより、径方向に沿って互いに逆方向に印加される同相間ティースの電磁加振力と異相間ティースの電磁加振力とが均等化される。これにより、同相間ティースの電磁加振力と異相間ティースの電磁加振力とが相殺し合うため、ステータ全体に印加される電磁加振力が略零となる。その結果、ステータの振動が抑制されるため、電磁騒音を低減することが可能となる。
【００１４】
好ましくは、磁気抵抗調整手段は、異相間ティースに形成される磁気回路の磁気抵抗を、同相間ティースに形成される磁気回路の磁気抵抗よりも大きくなるように設定することを含む。
【００１５】
上記の回転電機によれば、磁気抵抗の増加によって減少した異相間ティースの磁束数と、同相間ティースの磁束数とが均衡することにより、両者に印加される電磁加振力が均等化される。
【００１６】
好ましくは、磁気抵抗調整手段は、異相間ティースの先端部とロータの外周面との間に形成される空隙の幅を、同相間ティースの先端部とロータの外周面との間に形成される空隙の幅よりも大きくなるように設定することを含む。
【００１７】
上記の回転電機によれば、空隙部分の磁気抵抗を増加したことにより、異相間ティースに形成される磁気回路の磁気抵抗が、同相間ティースに形成される磁気回路の磁気抵抗よりも大きくなる。これにより、磁気抵抗の増加によって減少した異相間ティースの磁束数と、同相間ティースの磁束数とが均衡することにより、両者に印加される電磁加振力が均等化される。
【００１８】
好ましくは、磁気抵抗調整手段は、同相間ティースの先端部とロータの外周面との間に形成される空隙の幅と、異相間ティースの先端部とロータの外周面との間に形成される空隙の幅とが、スロットの開口端部において連続するように設定することを含む。
【００１９】
上記の回転電機によれば、スロットの開口端部の形状が従来の回転電機と同等に保たれることから、ステータの製造工程の設計変更が不要となる。
【００２０】
好ましくは、磁気抵抗調整手段は、異相間ティースの磁路断面積を、同相間ティースの磁路断面積よりも小さくなるように設定することを含む。
【００２１】
上記の回転電機によれば、ティース部分の磁気抵抗を増加したことにより、異相間ティースに形成される磁気回路の磁気抵抗が、同相間ティースに形成される磁気回路の磁気抵抗よりも大きくなる。これにより、磁気抵抗の増加によって減少した異相間ティースの磁束数と、同相間ティースの磁束数とが均衡することにより、両者に印加される電磁加振力が均等化される。
【発明の効果】
【００２２】
この発明によれば、同相間ティースと異相間ティースとで磁束数が均衡することにより、径方向に沿って互いに逆方向に印加される同相間ティースの電磁加振力と異相間ティースの電磁加振力とが均等化される。これにより、同相間ティースの電磁加振力と異相間ティースの電磁加振力とが相殺し合うため、ステータ全体に印加される電磁加振力が略零となる。その結果、ステータの振動が抑制されるため、電磁騒音を低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。
【００２４】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による回転電機の断面図である。
【００２５】
図１を参照して、この発明による回転電機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。
【００２６】
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。
【００２７】
制御装置１０は、回転電機１００が出力すべきトルク指令値ＴＲを回転電機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に従ったトルクを出力するためのモータ制御電流ＭＣＴＬＩを生成し、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。
【００２８】
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。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。
【００２９】
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相コイル群、Ｖ相コイル群およびＷ相コイル群からなり、これら３つのコイル群の端子が三相ケーブル２０に接続される。
【００３０】
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。ステータコア５２には、１磁極ピッチに相当する６スロット離れた２つのスロットに、コイルがそれぞれ収容される。６スロット離れた２つのスロットに収容されたコイルを直列に接続して、ステータコア５２を一周する単位コイルが形成される。そして、この単位コイルを、コイルを収容するスロットを１スロットだけずらしながら、合計６本ステータコア５２に巻回してステータコイル５１が形成される。このとき、Ｕ相コイル群、Ｖ相コイル群およびＷ相コイル群は、それぞれ、１スロットだけずれた２個の単位コイルで構成される。
【００３１】
詳細には、コイル５１０〜５１７は、第１のＵ相コイルを構成し、コイル５２０〜５２７は、第２のＵ相コイルを構成する。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１スロットだけずれた位置に配置される。コイル５１０〜５１７とコイル５２０〜５２７とは、Ｕ相コイル群を構成する。
【００３２】
コイル５３０〜５３７は、第１のＶ相コイルを構成し、コイル５４０〜５４７は、第２のＶ相コイルを構成する。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１スロットだけずれた位置に配置される。コイル５４０〜５４７は、コイル５３０〜５３７の内側であって、それぞれ、コイル５３０〜５３７に対して、円周方向に１スロットだけずれた位置に配置される。コイル５３０〜５３７とコイル５４０〜５４７とは、Ｖ相コイル群を構成する。
【００３３】
コイル５５０〜５５７は、第１のＷ相コイルを構成し、コイル５６０〜５６７は、第２のＷ相コイルを構成する。コイル５５０〜５５７は、コイル５４０〜５４７の内側であって、それぞれ、コイル５４０〜５４７に対して、円周方向に１スロットだけずれた位置に配置される。コイル５６０〜５６７は、コイル５５０〜５５７の内側であって、それぞれ、コイル５５０〜５５７に対して、円周方向に１スロットだけずれた位置に配置される。
コイル５５０〜５５７とコイル５６０〜５６７とは、Ｗ相コイル群を構成する。
【００３４】
コイル５１０〜５１７，５２０〜５２７，５３０〜５３７，５４０〜５４７，５５０〜５５７，５６０〜５６７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、連続する５個のティースの全体に外周から所定回数巻回されて形成される。他のコイルもそれぞれ対応する５個の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。
【００３５】
コイル５１０〜５１７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５２０〜５２７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。
【００３６】
コイル５３０〜５３７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５４０〜５４７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。
【００３７】
コイル５５０〜５５７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５６０〜５６７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。
【００３８】
中性点ＵＮ１，ＵＮ２，ＶＮ１，ＶＮ２，ＷＮ１，ＷＮ２は、一点に共通接続され、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、三相ケーブル２０のＶ相ケーブル２２に接続され、端子Ｗ１，Ｗ２は、三相ケーブル２０のＷ相ケーブル２３に接続される。
【００３９】
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（４２Ａ〜４２Ｈ）は、ロータ４０の径方向に着磁され、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５１０〜５１７，５２０〜５２７，５３０〜５３７，５４０〜５４７，５５０〜５５７，５６０〜５６７は、８個の磁石４２（４２Ａ〜４２Ｈ）に対向して配置される。
【００４０】
ステータコア５２は、４８個のティース１を含むが、ティース１の個数は、ロータ４０に含まれる磁石４２（４２Ａ〜４２Ｈ）の磁極数の６倍（整数倍）になるように決定される。
【００４１】
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。
【００４２】
なお、以上のように、スロットが毎極毎相当たり２個の割合で設けられたステータコア５２と、１スロットだけずれたスロットに巻回された各相の第１および第２のコイルを接続して構成されたステータコイル５１とを備えた回転電機は、一般的に、「毎極毎相２スロットの分布巻モータ」とも称される。
【００４３】
ここで、再び図２を参照して、ステータコア５２において、周方向に配列された４８個のティース１は、両脇に配された２個のスロットに互いに同じ相のコイルが収容されてなるティース（以下、同相間ティースとも称する）と、両脇に配された２個のスロットに互いに異なる相のコイルが収容されてなるティース（以下、異相間ティースとも称する）とに分別される。
【００４４】
具体的には、図２において、１個の磁極に着目すると、周方向に連続的に配列された６個のティース１〜６のうち、ティース１は、両脇のスロットにＵ相コイル５１１，５２１がそれぞれ収容されることから、同相間ティースを構成する。同様に、ティース３は、Ｖ相コイル５３１，５４１がそれぞれ収容された２個のスロットに挟まれることにより、同相間ティースを構成する。また、ティース５は、Ｗ相コイル５５１，５６１がそれぞれ収容された２個のスロットに挟まれることにより、同相間ティースを構成する。
【００４５】
一方、ティース２は、両脇のスロットにＵ相コイル５２１とＶ相コイル５３１とがそれぞれ収容されていることから、異相間ティースを構成する。同様に、ティース４は、両脇のスロットにＶ相コイル５４１とＷ相コイル５５１とがそれぞれ収容されているため、異相間ティースを形成する。また、ティース６は、両脇のスロットにＷ相コイル５６１とＵ相コイル５１０とがそれぞれ収容されていることから、異相間ティースを構成する。
【００４６】
このように、図２の毎極毎相２スロットの分布巻モータにおいては、同相間ティースと異相間ティースとは、ステータコア５２に周方向に沿って交互に配列されるように形成されることになる。そして、ステータコイル５１に交流電流からなるモータ制御電流ＭＬＴＩが供給されると、ステータコア５２の内部には磁束が発生する。その発生した磁束は、同相間ティース（たとえばティース１，３，５）および異相間ティース（たとえばティース２，４，６）をそれぞれ通過し、ステータコア５２の内周面とロータコア（図示せず）の外周面との間に形成されるエアギャップを介して、ロータ４０の内部へと流れ込む。
【００４７】
このとき、同相間ティースおよび異相間ティースにはそれぞれ、図５に示すような電磁加振力が発生する。なお、電磁加振力とは、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。
【００４８】
図５は、ティース１に印加される電磁加振力を説明するための図である。
図５を参照して、回転電機１００においては、ロータ４０は、８個の磁石４２を含み、４対のＮＳ磁極対を形成するため、４の整数倍の回転次数を有する電磁加振力が発生する。すなわち、４次、８次、１２次、１６次、２０次、２４次、・・・の回転次数を有する電磁加振力が生じる。このうち、６ｆ（ｆ：モータ制御電流ＭＴＬＩの基本周波数）の電磁加振力に相当する２４次の回転次数を有する電磁加振力（以下、回転２４次の電磁加振力とも称する）が、モータの電磁騒音および振動に最も影響の大きいことが知られている。
【００４９】
この回転２４次の電磁加振力は、図５に示すように、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、各ティース１において、電磁加振力は、ティース１の先端部分に集中的に印加される。
【００５０】
さらに、ティース１，２，３，４，５，６，・・・の各々に加えられる電磁加振力は、隣り合うティース間で互いに逆方向となる関係を有する。具体的には、ティース１，３，５の各々に印加される電磁加振力Ｆ１は、図中の黒矢印で示すように、径方向外方に向かう成分と、周方向の一方向に向かう成分とで表わされる。一方、ティース２，４，６の各々に印加される電磁加振力Ｆ２は、図中の白矢印で示すように、径方向内方に向かう成分と、周方向の他方向に向かう成分とで表わされる。したがって、毎極毎相２スロットの分布巻モータにおいては、周方向に交互に配列される同相間ティース１，３，５，・・・と異相間ティース２，４，６，・・・とでは、互いに逆方向の電磁加振力が印加されることとなる。
【００５１】
このように、電磁加振力は、ティース１の先端部分に径方向に印加される成分と、周方向に印加される成分とで表わされ、径方向の成分が周方向の成分に対して相対的に大きいという性質を持つ。すなわち、回転２４次の電磁加振力によって、モータには径方向の振動と周方向の振動との合成振動が誘起される。このうち、電磁騒音の発生要因となるモータの振動については、径方向の振動が支配的とされる。したがって、この発明では、電磁騒音低減の観点から、ティース１の先端部分に径方向に印加される電磁加振力に着目する。
【００５２】
なお、各ティース１に印加される電磁加振力そのものは、交流電流であるモータ制御電流ＭＴＬＩに応じて時間とともに大きさおよび向きが遷移するが、隣り合うティース間で電磁加振力が互いに逆方向となる関係については常に保たれている。
【００５３】
図６は、ステータコア５２のティース１，２，３，４，５，６，・・・と、回転２４次の電磁加振力との関係を示す図である。なお、図６において、ティースは展開図により表わされている。
【００５４】
図６を参照して、回転２４次の電磁加振力は、同相間ティース１，３，５にプラス方向の電磁加振力Ｆ１を加える。また、異相間ティース２，４，６にマイナス方向の電磁加振力Ｆ２を加える。なお、各ティース１に加えられる電磁加振力の周方向成分については、上述したように電磁騒音への影響が小さいことから、図示およびその説明を省略する。
【００５５】
ここで、同相間ティース１，３，５と異相間ティース２，４，６とにおいて、印加される電磁加振力の大きさには差が生じる。すなわち、両者には、同相間ティース１，３，５に印加される電磁加振力よりも、異相間ティース２，４，６に印加される電磁加振力がより大きいという関係が成り立つ。このため、ステータコア５２には、隣り合うティース１に互いに逆方向に印加される電磁加振力が不均衡となり、両者の電磁加振力の差に相当する成分がステータコア５２全体に径方向に作用する。その結果、ステータコア５２が径方向に振動して電磁騒音を発生させる。
【００５６】
このように同相間ティースと異相間ティースとの間で電磁加振力の大きさに差が生じる要因としては、両者の間で、ティースを通過する磁束数Φが互いに異なることが挙げられる。したがって、同相間ティースと異相間ティースとで通過する磁束数Φを互いに等しくすれば、印加される電磁加振力の大きさを互いに等しくなるため、その差を解消することができる。そして、電磁加振力が互いに等しくなると、同相間ティースと異相間ティースとの間では、逆方向に印加される電磁加振力が相殺し合うため、ステータコア５２全体に印加される回転２４次の電磁加振力を略零とすることができる。その結果、ステータコア５２の振動を抑制することができる。
【００５７】
そこで、本実施の形態による回転電機１００は、同相間ティースおよび異相間ティースを通過する磁束数を等しくする方法として、ティースごとに形成される磁気回路の磁気抵抗において、同相間ティースと異相間ティースとの間で差を設ける構成とする。これは、起磁力がモータ制御電流ＭＴＬＩとステータコイル５１の巻数とに基づいて所定の値に固定されることから、２つのティース間で磁気抵抗に差を設けることによって、磁束数を等しくしようとするものである。
【００５８】
詳細には、モータ制御電流ＭＴＬＩによって形成される磁気回路において、磁気抵抗は、ティース部分の磁気抵抗とエアギャップ部分の磁気抵抗との和で表わされる。なお、磁気抵抗は、周知のように、磁気抵抗＝平均磁路長さ／（透磁率×磁路断面積）で表わされる。本実施の形態では、以下に述べるように、同相間ティースと異相間ティースとでエアギャップの幅（上記平均磁路長さに相当）を異ならせることにより、両者の磁気抵抗に差を設けることとする。
【００５９】
図７は、この発明の実施の形態１によるステータコア５２を説明するための図である。
図７を参照して、ステータコア５２は、同相間ティース１（または３，５）の先端部とロータコア４１の外周面との間に、幅（図中の矢印ｄｇ１に相当）が周方向に略均一となるように設定されたエアギャップを有する。
【００６０】
さらに、ステータコア５２は、異相間ティース２（または４，６）の先端部とロータコア４１の外周面との間に、幅が周方向に不均一となるように設定されたエアギャップをさらに有する。
【００６１】
具体的には、異相間ティース２は、図７に示すように、先端部に径方向外方に凹となるように形成された円弧状の窪みを有する。なお、この窪みは、両隣に配される同相間ティース１，３との間にそれぞれ形成されるスロットの開口端部（図中の領域ＲＧＮに相当）を含まないように形成される。すなわち、円弧がティース２の先端部分の略中央部分に位置し、周方向の両端にかからないように窪みが設けられる。そして、この窪みの最も凹んだ部分において、エアギャップの幅は、上記の幅ｄｇ１よりも大きい幅ｄｇ２に設定される。
【００６２】
このような構成としたことにより、同相間ティース１と異相間ティース２とでは、エアギャップの磁気抵抗に差が生じる。すなわち、エアギャップの磁気抵抗はその幅に比例するところ、異相間ティース２は、エアギャップの幅が相対的に大きいため、同相間ティース１と比較して、より高いエアギャップの磁気抵抗を有することになる。これにより、エアギャップ部の磁気抵抗が増加したことによって、異相間ティース２における磁気回路の磁気抵抗は、同相間ティース１における磁気回路の磁気抵抗よりも高くなる。
【００６３】
そして、異相間ティース２においては、磁気抵抗の増加によって、通過する磁束数が減少する。この磁束の減少は、異相間ティース２に印加される電磁加振力を低下させる。このとき、減少後の異相間ティース２の磁束数が、同相間ティース１の磁束数と略同じとなるようにエアギャップの幅に差を設けることによって、異相間ティース２に印加される電磁加振力と同相間ティース１に印加される電磁加振力とは互いに等しい大きさとなる。これにより、図８に示すように、両者の間で互いに逆方向に印加される電磁加振力Ｆ１，Ｆ２が相殺し合うことから、ステータコア５２全体に印加される回転２４次の電磁加振力は略零とされる。その結果、ステータコア５２の振動が抑制されることとなり、回転電機１００の電磁騒音を低減することができる。
【００６４】
なお、本実施の形態では、図７で述べたように、異相間ティース２の窪みを、隣接する同相間ティース１，３との間でスロット開口端部のエアギャップの幅が連続するように設けたことによって、ステータ５０の製造工程に設計変更が不要となる。例えばスロットの開口端部には、ステータコイル５１とティース１との電気的絶縁を確保するために、通常、絶縁紙などの電気絶縁部材が挿入される。この発明によれば、スロット開口端部の形状は従来どおりに維持されていることから、絶縁紙を設計変更する必要が生じない。
【００６５】
図９は、この発明による回転電機１００の駆動時に発生する電磁騒音を説明するための模式図である。
【００６６】
図９を参照して、従来の回転電機では、モータ回転数が相対的に低い低周波数および中周波数において、音圧レベルが相対的に高くなり、電磁騒音が顕著となっていた。これは、上述したように回転２４次の電磁加振力の影響による。
【００６７】
これに対して、この発明による回転電機１００によれば、回転２４次の電磁加振力が略零に抑制されるため、この低周波数および中周波数における音圧レベルの増加が抑えられ、電磁騒音が著しく低減されていることが分かる。
【００６８】
なお、この発明による回転電機１００は、鉄損の低減という更なる効果を奏する。詳細には、鉄損は、磁束密度の増加に従って増加し、モータ効率を低下させる要因となる。従来の回転電機では、異相間ティースは、同相間ティースに対して相対的に磁束数が多く、高い磁束密度（＝磁束数／断面積）を有するため、同相間ティースよりも鉄損が多く生じていた。
【００６９】
これに対し、この発明による回転電機１００は、異相間ティースと同相間ティースとで磁束数を等しくしたことによって、磁束密度についても略同一に調整される。したがって、異相間ティースに発生する鉄損は、同相間ティースにおける鉄損と略同等レベルまで低減される。これにより、ステータコア５２全体で発生する鉄損が従来の回転電機に対して減少する。その結果、モータ効率が向上する。
【００７０】
［変更例］
図１０は、この発明の実施の形態１の変更例による回転電機のステータコアを説明するための図である。
【００７１】
図１０を参照して、ステータコア５２Ａは、同相間ティース１（または３，５）の先端部とロータコア４１の外周面との間に、幅（図中の矢印ｄｇ１に相当）が周方向に略均一となるように設定されたエアギャップを有する。なお、同相間ティース１，３，５の先端部は、回転電機の回転軸を中心として半径Ｒ１の同一円周上に位置する。
【００７２】
さらに、ステータコア５２は、異相間ティース２（または４，６）の先端部とロータコア４１の外周面との間に、幅（図中の矢印ｄｇ２Ａに相当）が周方向に略均一となるように設定されたエアギャップをさらに有する。なお、異相間ティース２，４，６の先端部は、回転電機の回転軸を中心として半径Ｒ２（Ｒ２＞Ｒ１）の同一円周上に位置する。
【００７３】
すなわち、本変更例において、異相間ティース２は、エアギャップの幅ｄｇ２Ａが、同相間ティース１，３，５のエアギャップの幅ｄｇ１よりも大きくなるように設定される。これにより、異相間ティース２，４，６に形成される磁気回路の磁気抵抗は、同相間ティース１，３，５の磁気回路の磁気抵抗よりも高い値を示す。このとき、異相間ティース２の磁束数と同相間ティース１の磁束数とが略同じとなるように、エアギャップの幅ｄｇ２Ａを設定することによれば、異相間ティース２に印加される加振力と同相間ティース１に印加される加振力とを略等しい大きさとすることができる。そして、同相間ティース１および異相間ティース２に互いに逆方向に印加される電磁加振力Ｆ１，Ｆ２が相殺し合うことによって、ステータコア５２全体に印加される回転２４次の電磁加振力は略零とされる。その結果、ステータコア５２の振動が抑制されることとなり、回転電機１００の電磁騒音を低減することができる。
【００７４】
以上のように、この発明の実施の形態１によれば、回転電機のステータコアに印加される６ｆの電磁加振力を略零とすることができる。その結果、ステータコアの振動を抑制でき、電磁騒音を低減することができる。
【００７５】
［実施の形態２］
図１１は、この発明の実施の形態２による回転電機のステータコアを説明するための図である。
【００７６】
図１１を参照して、ステータコア５２Ｂは、同相間ティース１（または３，５）と、異相間ティース２（または４，６）とで、ティースの周方向長さが異なるように構成される。詳細には、異相間ティース２の周方向長さ（図中のｌ２に相当）が同相間ティース１の周方向長さ（図中のｌ１に相当）よりも長くなるように形成される。このとき、各ティースの回転軸方向の長さは等しいため、結果的に、異相間ティース２の断面積は、同相間ティース１の断面積よりも小さくなる。
【００７７】
そして、ティース部分の磁気抵抗はティースの断面積に反比例することに従えば、異相間ティース２のティース部分の磁気抵抗は、同相間ティース１のティース部分の磁気抵抗に対して大きくなる。
【００７８】
これにより、異相間ティース２には、ティース部分の磁気抵抗が同相間ティース１を上回ることに起因して、同相間ティース１よりも高い磁気抵抗を有する磁気回路が形成される。
【００７９】
そして、異相間ティース２においては、磁気抵抗の増加によって、通過する磁束数が減少する。この磁束の減少は、異相間ティース２に印加される電磁加振力を低下させる。このとき、減少後の異相間ティース２の磁束数が、同相間ティース１の磁束数と略同じとなるようにティースの周方向長さに差を設けることによって、異相間ティース２に印加される電磁加振力と同相間ティース１に印加される電磁加振力とは互いに等しい大きさとなる。これにより、両者の間で互いに逆方向に印加される電磁加振力が相殺し合うことから、ステータコア５２全体に印加される回転２４次の電磁加振力は略零とされる。その結果、ステータコア５２の振動が抑制されることとなり、回転電機１００の電磁騒音を低減することができる。
【００８０】
以上のように、この発明の実施の形態２によれば、回転電機のステータコアに印加される６ｆの電磁加振力を略零とすることができる。その結果、ステータコアの振動を抑制でき、電磁騒音を低減することができる。
【００８１】
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説明ではなく、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】
【００８２】
この発明は、スロットが毎極毎相当たり２個の割合で形成されたステータコアを有する回転電機に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】この発明の実施の形態１による回転電機の断面図である。
【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】ティースに印加される回転２４次の電磁加振力を説明するための図である。
【図６】ステータコアのティースと、電磁加振力との関係を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態１によるステータコアを説明するための図である。
【図８】この発明の実施の形態１による回転電機のティースに印加される回転２４次の電磁加振力を説明するための図である。
【図９】この発明による回転電機の駆動時に発生する電磁騒音を説明するための模式図である。
【図１０】この発明の実施の形態１の変更例による回転電機のステータコアを説明するための図である。
【図１１】この発明の実施の形態２による回転電機のステータコアを説明するための図である。
【符号の説明】
【００８４】
１〜６  ティース、１０  制御装置、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、４０  ロータ、４１  ロータコア、４１Ａ  円筒面、４２，４２Ａ〜４２Ｈ  磁石、５０  ステータ、５１  ステータコイル、５２，５２Ａ，５２Ｂ  ステータコア、１００  回転電機、５１０〜５１７，５２０〜５２７，５３０〜５３７，５４０〜５４７，５５０〜５５７，５６０〜５６７  コイル、Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２  端子、ＵＮ１，ＵＮ２，ＶＮ１，ＶＮ２，ＷＮ１，ＷＮ２  中性点。
【図１】
2007166710.tif 000003
【図２】
2007166710.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2007166710.tif 000008
【図７】
2007166710.tif 000009
【図８】
2007166710.tif 000010
【図９】
2007166710.tif 000011
【図１０】
2007166710.tif 000012
【図１１】
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