(57)【要約】【課題】電動機のトルクリップルを低減する。【解決手段】固定子のティース２４先端の隣接ティースに向けて張り出すつば部３０を磁歪材料で構成する。また、隣接するティースの互いに対向するつば部３０の間に、非磁性材料の橋渡し部材３６を配置する。つば部３０を磁束が通ると、つば部３０が周方向に伸びる。つば部３０は、ティースの幹部２８と橋渡し部材３６により周方向に拘束されているため、ティース２４の先端部分に圧縮応力が作用し、その部分の磁束密度の増加が抑制される。磁力のピークが低下して、トルクリップルが減少する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルが巻回される複数のティースを有するコアを含み移動磁界を形成する固定子と、
前記移動磁界と相互作用して移動する可動子と、
前記ティースの先端に配置されており、磁束が通過することにより変形して前記ティースの先端部分に圧縮応力を生じさせる磁歪部材と、
を有する電動機。
【請求項２】
請求項１に記載の電動機であって、
前記磁歪部材が、前記ティースの先端の、隣接する前記ティースに向けて張り出した部分に配置されており、
さらに、隣接する前記ティースの互いに対向する前記磁歪部材の間に配置される非磁性材料からなる橋渡し部材を有する、
電動機。
【請求項３】
請求項１に記載の電動機であって、前記磁歪部材が、前記ティースの先端の、前記ティースの配列方向における中央部分に配置されている、電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機に関し、特にその構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機は、移動磁界を形成する固定子と、移動磁界と相互作用して移動する可動子を有する。最も普及している電動機は、固定子が形成する移動磁界が回転し、可動子はこの回転する磁界と相互作用して回転する。以下においては、可動子が回転する電動機について説明し、可動子を回転子と記す。
【０００３】
固定子は、コイルが巻回されているティースを含むコアを有し、ティースは回転子の移動方向、つまり周方向に沿って配列されている。コアは、更にティース同士をつなぎ、磁路を形成するヨークを有する。複数のコイルに順に電気を流すことで、磁化したティースにより回転磁界が形成される。回転子の回転に伴い回転子とティースの位置関係が変化すると、ティースと回転子の間に作用する力も変化する。このため、回転子を回転させるトルクは、回転子の回転に伴って周期的に変化する。このトルクの変化分は、トルクリップルと呼ばれている。
【０００４】
下記引用文献１には、回転子のコアのヨーク部分に、磁歪部材によって応力を生じさせ、固定子が発生する磁力を制御する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２１９２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
トルクリップルは、回転子の回転速度の変動を生じさせる。例えば、車両の駆動用原動機として電動機を用いる場合、トルクリップルが生じると、車両が滑らかに駆動されず、乗り心地が悪化する場合がある。
【０００７】
本発明は、電動機のトルクリップルを減少させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る電動機は、ティースの先端部分に配置された磁歪部材を有する。磁歪部材は、磁束の通過によって歪んだとき、ティース先端部分に圧縮応力が発生するように配置される。磁歪部材を磁束が通過すると、磁歪部材が歪み、この歪みによってティース先端部分に圧縮応力が発生する。圧縮応力が発生すると、その部分を磁束が通りにくくなり、磁力が抑えられる。磁歪部材を通過する磁束が増えると、磁歪部材はより大きく歪み、応力も大きくなる。このため、磁歪部材を通過する磁束が増えると、磁束の増加が抑えらえ、固定子と回転子の間に作用する磁力の変動が小さくなる。つまり、トルクリップルが減少する。
【０００９】
磁歪材料は、ティース先端の隣接ティースに向けて張り出した部分に配置することができ、隣接ティースの互いに対応する磁歪部材の間に、非磁性材料の橋渡し部材を配置することができる。橋渡し部材を設けたことにより、磁歪部材が歪むことによってティース先端部分に圧縮応力を生じさせることができる。
【００１０】
磁歪材料はまた、ティース先端の、ティース配列方向において中央部分に配置することができる。磁歪部材が歪むことによって、ティース先端の、ティース配列方向において端の部分に応力を生じさせることができる。
【発明の効果】
【００１１】
ティースの先端部分に配置された磁歪部材により、ティース先端部分において局所的な磁束密度の増加を抑制することができ、トルクリップルが減少する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態に係る電動機１０の中心軸線に直交する断面を示す図である。
【図２】内部応力を考慮した場合の磁束分布を示す図である。
【図３】内部応力を考慮しなかった場合の磁束分布を示す図である。
【図４】回転子の回転に伴うトルクの変動を示す図である。
【図５】つば部を磁歪材料で構成した場合と、鋼材で構成した場合のトルクリップルを比較した図である。
【図６】他の実施形態に係る電動機２０の中心軸線に直交する断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。図１は、本実施形態の電動機１０の断面の一部を示した図である。電動機１０は、略円柱形状の回転子１２と、回転子１２を取り囲むように同軸に配置される略円筒形状の固定子１４を含む。図１は、回転子１２と固定子１４の周方向の四分の１の軸直交断面を示す図である。回転子の円柱形状と、固定子の円筒形状の共通の中心軸線を以降、単に「中心軸線」と記す。中心軸線は、回転子の回転中心でもある。また、回転子の円柱形状、固定子の円筒形状の半径に沿う方向を「半径方向」と記し、周に沿う方向を「周方向」と記す。
【００１４】
回転子１２は、回転子コア１６と、回転子コア１６の外周近傍に埋め込まれた永久磁石１８を含む。回転子コア１６は、その外周近傍に中心軸線に平行な方向に延びて、永久磁石１８を収容する磁石収容孔２０を有する。
【００１５】
固定子１４は、略円筒形状のヨーク２２と、ヨーク２２の内周から半径方向内側に向けて延びるティース２４とを有する固定子コア２６を含む。ティース２４は、半径方向内側に向けて延びる幹部２８と、幹部２８の先端から周方向両側に向けてそれぞれ延びるつば部３０を有し、図１の断面において概略Ｔ字形状を有している。つば部３０は、幹部２８先端の周方向において端または縁から張り出している。ティース２４は、ヨーク２２の内周に周方向に沿って配列されている。それぞれのティース２４には、導線が巻かれてコイル３２が形成されている。周方向に並んだティース２４のコイルに順次電力を供給することで、回転する磁界が形成される。固定子コア２６、特にヨーク２２とティースの幹部２８は、中心軸線方向に積層される薄板の電磁鋼板から形成される。１枚の電磁鋼板は、ヨーク２２となる円環状の部分と、ティースの幹部２８になるヨーク内周から半径方向内側に延びる長方形の部分を有し、積層することによってヨーク２２とティースの幹部２８が形成される。周方向に隣接するティース２４の間の空間はスロット３４と呼ばれる。
【００１６】
ティース２４のつば部３０は、磁歪材料、つまり磁束が通ることによって、その形状が歪む材料から構成される磁歪部材である。さらに、隣接するティース２４の対向するつば部３０の間には、非磁性材料からなる橋渡し部材３６が配置される。つば部３０と橋渡し部材３６により、スロット３４の半径方向内側の開口が覆われる。橋渡し部材３６を非磁性材料とすることで、磁束が短絡することを防止できる。
【００１７】
つば部３０を磁束が通ると、磁束の強さ（磁束密度）に応じてつば部３０が歪み、その周方向寸法が伸びる。つば部３０は、幹部２８と橋渡し部材３６に挟まれて拘束されており、つば部３０の寸法が伸びると、つば部３０自身およびその周囲の部材内に圧縮応力が生じる。磁束が強くなるほど、大きな圧縮応力が生じる。そして、圧縮応力が生じた部分の透磁率は低下する。したがって、つば部３０を通過する磁束が強くなると、より大きな圧縮応力が生じ、磁束が弱められる。特に、つば部３０および幹部２８のつば部３０に隣接する領域の磁束密度が増加しようとすると、この領域に圧縮応力が生じ、磁束密度の増加を抑制する。これにより、つば部３０に隣接する幹部２８の領域、つまり幹部２８の周方向における縁近傍に局所的に磁束が集中することを抑制できる。
【００１８】
図２，３は、ティース２４の先端近傍の磁束分布を磁力線により示す図であり、図２は、つば部３０の歪みによる内部応力を考慮した演算結果、図３は比較のために内部応力を考慮しない演算結果を示している。また、図４は、磁束密度が回転子１２の回転により変動する様子を示す図であり、特に図２，３に示す点Ａの位置における磁束密度の変動を示している。ティースの幹部２８の先端の、周方向における端または縁の近傍の点Ａにおける磁束密度の変化が図４に示されている。
【００１９】
図２，３を比較すると、点Ａの付近の磁力線の間隔、つまり磁束密度に差があることが分かる。内部応力を考慮した場合（図２）の方が磁力線の間隔が広く、つば部３０に磁歪部材を配置したことにより、磁束密度の増加が抑制されている。また、つば部３０に配置される磁歪部材によって生じる内部応力は、ティースの幹部２８先端の、つば部３０近傍の縁で大きく、したがって、この部分に磁力線が集中することが防止される。これにより、局所的に大きな電磁力が発生することが抑制される。
【００２０】
図４は、図２，３に示す点Ａの位置における磁束密度の変化を示し、実線が内部応力を考慮した場合の磁束密度の変化を示し、破線が内部応力を考慮しない場合の磁束密度の変化を示している。磁束密度は、内部応力を考慮しない場合の最大値を１としたときの相対的な値として表されている。内部応力を考慮した場合は、考慮しない場合に比べてピークの磁束密度が低下し、磁束密度の変化が抑えられていることが分かる。したがって、トルク変動が抑えられ、トルクリップルが減少することが理解できる。
【００２１】
図５は、つば部３０を幹部２８と同じ鋼板で形成した場合と、磁歪材料で形成した場合のトルクリップルを比較した図である。トルクリップルは、平均トルクに対する最大トルクと最小トルクの差の割合であるリップル割合として示されている。
リップル割合＝｛(最大トルク−最小トルク)／平均トルク｝×１００
図５からも、つば部３０に磁歪部材を配置することでトルクリップルが減少することが示される。
【００２２】
図６は、他の実施形態の電動機５０を示す図である。前述の電動機１０と同様の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する。電動機５０は、回転子１２と、回転子１２を取り囲むように同軸に配置される略円筒形状の固定子５２を含む。図６は、回転子１２と固定子５２の周方向の四分の１の軸直交断面を示す図である。
【００２３】
電動機５０は、固定子コアの構成が電動機１０と相違している。固定子５２は、略円筒形状のヨーク５４と、ヨーク５４の内周から半径方向内側に向けて延びるティース５６とを有する固定子コア５８を含む。ティース５６は、半径方向内側に向けて延びる幹部６０と、幹部６０の先端から周方向両側に向けてそれぞれ延びるつば部６２を有し、図６の断面において概略Ｔ字形状を有している。つば部６２は、幹部６０先端の周方向において端または縁から張り出している。ティース５６は、ヨーク５４の内周に周方向に沿って配列されている。それぞれのティース５６には、導線が巻かれてコイル３２が形成されている。固定子コア５８も、電磁鋼板を積層して形成される。
【００２４】
ティース５６先端の、周方向における中央部分に磁歪材料で構成された磁歪部材６４が配置される。磁歪部材６４を磁束が通ると、磁歪部材６４は周方向に延びて、ティース５６先端の両側の縁部分に互いが離れようとする方向に力を及ぼす。これにより、ティースの幹部６０の周方向における端または縁の部分、つまりつば部６２の根元の部分に曲げによる応力が発生する。曲げの場合、圧縮応力が作用する領域と引張応力が作用する領域が生じるが、透磁率への影響は圧縮応力が大きく、全体としては磁束密度の増加を抑制するよう作用する。
【００２５】
以上の説明においては、回転運動を行う電動機を例に挙げて説明したが、本発明は、回転子に相当する可動子が、直線に沿って、または円周以外の曲線に沿って移動するいわゆるリニアモータに適用することもできる。また、永久磁石を用いた電動機以外の電動機、例えばリラクタンスモータにも適用することができる。
【符号の説明】
【００２６】
１０，５０  電動機、１２  回転子、１４，５２  固定子、１６  回転子コア、１８  永久磁石、２０  磁石収容孔、２２  ヨーク、２４，５６  ティース、２６，５８  固定子コア、２８，６０  幹部、３０  つば部（磁歪部材）、３２  コイル、６２  つば部、６４  磁歪部材。
【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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【図６】
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