(57)【要約】【課題】回転電機において、振動を防止ないし軽減する技術を提案する。【解決手段】回転自在に軸支したロータ１に永久磁石５を周方向に複数配設し、ステータ４にコイル磁極６を周方向に複数配設し、ロータ１が、空隙３を介して対設されたステータ４との間で磁気回路を形成することにより回転する回転電機において、コイル磁極６を、周方向接線と直角方向に複数個に分割する。分割したこれら直角方向一方のコイル磁極６ｇと直角方向他方のコイル磁極６ｎの周方向位置が異なるよう相互にずらす。また永久磁石５を、周方向接線と直角方向に複数個に分割し、分割したこれら直角方向一方の永久磁石５ｇと直角方向他方の永久磁石５ｎの周方向位置が異なるよう相互にずらす。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在に軸支したロータに永久磁石を周方向に複数配設し、ステータにコイル磁極を周方向に複数配設し、前記ロータが、空隙を介して対設されたステータとの間で磁気回路を形成することにより回転する回転電機において、
前記コイル磁極を、周方向接線と直角方向に複数個に分割し、分割したこれら直角方向一方のコイル磁極と直角方向他方のコイル磁極の周方向位置が異なるよう相互にずらし、
前記永久磁石を、周方向接線と直角方向に複数個に分割し、分割したこれら直角方向一方の永久磁石と直角方向他方の永久磁石の周方向位置が異なるよう相互にずらしたことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機において、前記コイル磁極の周方向磁極数をＳＬとし、永久磁石の周方向極数をＰとし、コイル磁極の周方向のずらし量を３６０°／（２｜ＳＬ−Ｐ｜）としたことを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項１または２記載の回転電機において、前記分割した永久磁石を永久磁石の周方向幅分ずらして、前記直角方向で隣り合う永久磁石同士の極性を相互に逆にし、これら隣り合う永久磁石同士が前記磁気回路の一部をなすことを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１に記載の回転電機において、
ロータとステータを軸方向に対設したアキシャルギャップ型とし、
前記コイル磁極および前記永久磁石を、周方向接線と直角になる径方向に２個にそれぞれ分割し、
外径側のコイル磁極および永久磁石が前記空隙に指向する面積になるギャップ面積を、内径側のコイル磁極および永久磁石のギャップ面積よりも小さくしたことを特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１に記載の回転電機において、
ロータとステータを軸方向に対設したアキシャルギャップ型とし、
前記コイル磁極および前記永久磁石を、周方向接線と直角になる径方向に３個にそれぞれ分割し、
外径側のコイル磁極および永久磁石が前記空隙に指向する面積になるギャップ面積を、内径側のコイル磁極および永久磁石のギャップ面積よりも小さくし、内径側のコイル磁極および永久磁石のギャップ面積を、径方向中間のコイル磁極および永久磁石のギャップ面積よりも小さくしたことを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に関し、ロータが軸線方向に変形する面モード振動を防止乃至軽減する制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車、ハイブリッド自動車および燃料電池自動車などの動力源として搭載される回転電機にあっては、回転電機の使用回転数領域が、低回転数領域から高回転数領域まで幅広いため、ロータ回転に伴うロータの振動が問題となる。このような問題を解消する発明としては従来、例えば特許文献１に記載のごときものが知られている。
特許文献１に記載の技術は、環状ヨークの内壁にティースを周方向等間隔に配設したしステータ（固定子）と、このステータ中心部の空間に、ティースと僅かな空隙を介して回転自在に支持されたロータとを具えた回転電機において、ティースをスキューさせ、ロータに設けた永久磁石を前記ティースと同方向にスキューさせたものである。
【特許文献１】特開２００６−２５４６２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記従来のような特許文献１に記載の回転電機にあって、以下に説明するような問題を生ずる。つまり上記従来の技術を採用しても、ロータとステータとが軸線方向に対向配置されたアキシャルギャップ型の回転電機の場合、アキシャルギャップモータ特有の面モード振動を解消することができない。面モード振動とはロータの内径側部位と外径側部位とが軸線方向で異なる位置となるよう変形する振動をいう。
また、ロータとステータとを内径側と外径側にそれぞれ配置した上記従来のようなラジアルギャップ型の回転電機の場合にあってもなお、振動を充分に解消することができない。
【０００４】
本願出願人は、回転電機の振動を効果的に防止することができる技術を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的のため本発明によるアキシャルギャップ型回転電機の交流制御装置は、請求項１に記載のごとく、回転自在に軸支したロータに永久磁石を周方向に複数配設し、ステータにコイル磁極を周方向に複数配設し、前記ロータが、空隙を介して対設されたステータとの間で磁気回路を形成することにより回転する回転電機において、前記永久磁石を、周方向接線と直角方向に複数個に分割し、分割したこれら直角方向一方の永久磁石と直角方向他方の永久磁石の周方向位置が異なるよう相互にずらしたことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【０００６】
かかる本発明の構成によれば、永久磁石の周方向位置が、一方と他方とで異なるよう相互にずらしたことから、アキシャルギャップ型にあっては、上述した面モード振動を効果的に抑制することができる。また、ラジアルギャップ型にあっても、ステータのコイル磁極をスキューさせることなく、振動を軽減することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の第1実施例になる１ロータ１ステータのアキシャルギャップ型回転電機を、軸線Ｏとともに模式的に示す斜視図である。また図２は、軸線と直角なII−II平面でステータを切断し、背面側から見たステータの断面図である。また図３は、軸線と直角なIII−III平面でロータを切断し、前面側から見たロータの断面図である。
【０００８】
円盤形状のロータ１は一点鎖線で示す軸線Ｏに沿って延在するロータ軸２に相対回転不能に結合する。回転自在に支持されるロータ軸２は、ロータ１の両面から垂直方向に延在する。このうち、るロータ１の前面から延びるロータ軸は、ステータ４の中心に設けた孔４ｈを貫通する。ロータ１の前面は、軸線方向に開いた空隙になるエアギャップ（アキシャルギャップ）３を介して、図示しないモータケースに固定されたステータ４と対向する。
【０００９】
回転自在に軸支したロータ１に永久磁石５を周方向に複数配設する。ステータ４にコイル磁極６を周方向に複数配設する。ロータ１は、空隙３を介して対設されたステータ４との間で磁気回路を形成することにより回転する。
【００１０】
この第1実施例ではコイル磁極６を、周方向接線と直角方向に複数個に分割する。そして、分割したこれら直角方向一方のコイル磁極と直角方向他方のコイル磁極の周方向位置が異なるよう相互にずらす。具体的には、コイル磁極６を径方向に２個に分割する。そして、２分割したこれら外径側のコイル磁極６ｇと内径側のコイル磁極６ｎの周方向位置を図２に示すように相互にずらす。なおこれらコイル磁極６ｇとコイル磁極６ｎは同時に通電される同相のコイルである。そして、このずらし量を４５°とし、すべてのコイル磁極６につき内径側と外径側で４５°ずつ、ずらして配設する。
【００１１】
また、永久磁石５を、周方向接線と直角方向に複数個に分割し、分割したこれら直角方向一方の永久磁石と直角方向他方の永久磁石の周方向位置が異なるよう相互にずらす。具体的には、永久磁石５を径方向に２個に分割する。そして、２分割したこれら外径側の永久磁石５ｇと内径側の永久磁石５ｎの周方向位置を図３に示すように相互にずらす。そして、永久磁石５ｎ、５ｇ間に接着剤１ｍを充填し、これら永久磁石５をロータ１に固着させる。
【００１２】
永久磁石５は、軸線Ｏ方向に着磁される。周方向で隣り合う永久磁石５は、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極、・・・と逆の極性を有する。
第1実施例では、永久磁石５をその周方向幅分ずらして、周方向接線と直角方向、すなわち径方向で隣り合う永久磁石同士の極性を相互に逆にする（図３）。これら径方向で隣り合う永久磁石同士は、ロータ１を回転駆動する磁気回路の一部をなす。
【００１３】
回転電機のコイル磁極の周方向磁極数をＳＬとし、永久磁石の周方向極数をＰとする。第1実施例の回転電機でコイル磁極６の周方向磁極数は１２個であるからＳＬ＝１２となる。また、永久磁石の周方向極数は８個であるからＰ＝８となる。
第1実施例では、コイル磁極６ｇとコイル磁極６ｎの周方向のずらし量を３６０°／（２｜ＳＬ−Ｐ｜）＝４５°とする（図２）。
【００１４】
第1実施例が例えば３相交流の場合、周方向にＵ相、Ｖ相、Ｗ相と順番にグループ分けされたコイル磁極６に順次通電して、ステータ４のコイル磁極６とロータ１の永久磁石５との間で磁気回路を形成することによりロータ１を回転する。
【００１５】
アキシャルギャップ型の回転電機にあっては、大きな面モード振動が発生する潜在モードは｜ＳＬ−Ｐ｜次モードである。従来のＳＬ＝１２、Ｐ＝８の回転電機にあっては、コイル磁極および永久磁石の周方向位置が全くずれておらず、あるいは、スキューさせたにすぎないため、４次モードの振動が顕著になる。４次モードの振動は、周方向で４箇所が面モード振動の山、４箇所が面モード振動の谷となり、山と谷の偏角は４５°となる。
【００１６】
コイル磁極および永久磁石を周方向接線と直角方向に分割し、分割した一方と他方との周方向位置が異なるよう相互にずらした第1実施例によれば、磁気回路を形成時に潜在モードの振動を打ち消すため、面モード振動を効果的に防止することができる。
【００１７】
次に本発明になる第2実施例について説明する。
図４は、第2実施例になる回転電機のロータの、図１（および図５）におけるII−IIの横断面図である。また図５は、図４におけるＶ−Ｖ面の縦断面図であって、ステータの縦断面とともに示す。
この実施例の基本構成は、上述した図２に示す実施例と共通するため、同一部材については、共通する符号を付して説明を省略し、異なる構成について説明する。
【００１８】
第2実施例では、内径側と外径側とで永久磁石５の周方向位置をずらす。そして、逆の極性になる内径側と外径側の永久磁石５，５同士をバックヨーク２１で結合する。さらに、周方向で隣り合う永久磁石５，５間には、強度に優れ非磁性体からなる高強度非磁性部材２２を充填する。これにより、バックヨーク２１で結合した永久磁石５，５が磁気回路の一部をなし、周方向で隣り合う永久磁石同士で磁束が短絡することを回避し、ロータの強度を高くする。
【００１９】
そして好ましくは図４に示すように、バックヨーク２１および高強度非磁性部材２２を、軸線Ｏを中心とする渦巻状に形成する。
【００２０】
軸線Ｏ方向に延在する各コイル磁極６の中程にはコイル７を巻回する。コイル磁極６の先端は、空隙３を介してロータ１と対向する。コイル磁極６の根元は、ロータ１から遠いステータ４の背面側に埋め込まれたヨーク８と結合する。コイル７に通電すると、図５に示すように、コイル磁極６の磁束が、ヨーク８と、空隙３と、永久磁石５とヨーク２１とを通過して、磁気回路αを形成する。
【００２１】
このような第２実施例によれば、磁気回路αの形成時に潜在モードの振動を打ち消すため、面モード振動を効果的に防止することができる。
【００２２】
次に本発明の第３実施例について説明する。
図６は、第３実施例になる回転電機のステータの、図１におけるII−II平面の横断面図である。また図７は、ロータの、図１におけるIII−III平面の横断面図である。
この第３実施例もステータとロータとを軸方向に対設したアキシャルギャップ型の回転電機に係る。ステータ４では、コイル磁極６を、周方向接線と直角になる径方向に２個に分割する。そして、外径側のコイル磁極６ｇが空隙３に指向する面積になるギャップ面積と、内径側のコイル磁極６ｎが空隙３に指向する面積になるギャップ面積とを図６に示すように規定する。つまり、コイル磁極６ｇのギャップ面積を、コイル磁極６ｎのギャップ面積よりも小さくする。さらに永久磁石５およびコイル磁極６を渦巻状に形成する。
【００２３】
また外径側の永久磁石５ｇが空隙３に指向する面積になるギャップ面積を、内径側の永久磁石５ｎが空隙３に指向する面積になるギャップ面積よりも小さくする。
【００２４】
アキシャルギャップ型の回転電機では、振動の感度であるモードシェープｆ(r)が、図８の特性図に示すように半径が大きいほど、大きくなる。
【００２５】
このような第3実施例によれば、外径側のコイル磁極６ｇのギャップ面積を、内径側のコイル磁極６ｎのギャップ面積よりも小さくしたことから、モードシェープの影響を少なくすることが可能となって、面モード振動を防止ないし軽減することが可能になる。
また外径側の永久磁石５ｇのギャップ面積を、内径側の永久磁石５ｎのギャップ面積よりも小さくしたことから、モードシェープの影響を少なくすることが可能となって、面モード振動を防止ないし軽減することが可能になる。
【００２６】
具体的には、これら外径側のコイル磁極６ｇおよび外径側の永久磁石５ｇの半径はｒ２である。これら内径側のコイル磁極６ｎおよび内径側の永久磁石５ｎの半径はｒ１である。このためモードシェープｆ(r)は、外径側のコイル磁極６ｇおよび永久磁石５ｇの方が大きい。
しかし、外径側のコイル磁極６ｇおよび永久磁石５ｇのギャップ面積は小さいため、これら６ｇ、５ｇの磁束は、内径側のコイル磁極６ｎおよび永久磁石５ｎの磁束よりも小さい。
したがって、ロータ１およびステータ４間の吸引力でバランスを取ることができ、面モード振動を防止ないし軽減することが可能になる。
【００２７】
次に本発明の第４実施例について説明する。
図９は、第４実施例になる回転電機のステータの、図１におけるII−II平面の横断面図である。この第４実施例もステータとロータとを軸方向に対設したアキシャルギャップ型の回転電機に係る。ステータ４では、コイル磁極６を、周方向接線と直角になる径方向に３個に分割する。そして、外径方向にあるコイル磁極６が空隙３に指向する面積になるギャップ面積を、内径方向にあるコイル磁極６および永久磁石のギャップ面積よりも小さくする。
【００２８】
具体的には、外径側（ステータ中心から×で示すコイル磁極６ｃの略中央までの距離が半径ｒ５）にあるコイル磁極６ｃのギャップ面積を、内径側（半径ｒ３）にあるコイル磁極６ａのギャップ面積よりも小さくする。さらに、内径側（半径ｒ３）にあるコイル磁極６ａのギャップ面積よりも径方向中間（半径ｒ４）にあるコイル磁極６ｂのギャップ面積よりも小さくする（ｒ５＞ｒ４＞ｒ３）。この第４実施例では、振動の感度であるモードシェープｆ(r)が、図１０の特性図に示すように半径が大きいほど、大きくなる。
【００２９】
また、コイル磁極６を渦巻状に形成し、径方向中間のコイル磁極６ｂの周方向位置を、内径側のコイル磁極６ａの周方向位置よりも４５°ずらす。さらに外径側のコイル磁極６ｃの周方向位置を、径方向中間のコイル磁極６ｂの周方向位置よりも４５°ずらす。
【００３０】
このような第４実施例によれば、外径側のコイル磁極６ａのギャップ面積を、内径側のコイル磁極６ｃのギャップ面積よりも小さくしたことから、モードシェープの影響を少なくすることが可能となって、面モード振動を防止ないし軽減することが可能になる。
【００３１】
さらに内径側のコイル磁極６ｃのギャップ面積を、径方向中間のコイル磁極６ｂのギャップ面積よりも小さくしたことから、３個のコイル磁極のなかで中間のコイル磁極６ｂのギャップ面積が最大となって、ロータ１およびステータ４間の吸引力でバランスを容易に取ることができ、面モード振動を防止ないし軽減することが可能になる。
【００３２】
なお、図示はしなかったが、永久磁石５についても、径方向で３個に分割し、外径側の永久磁石のギャップ面積を、内径側のギャップ面積よりも小さくし、内径側の永久磁石のギャップ面積を、径方向中間の永久磁石のギャップ面積よりも小さくしても、上述の効果を奏する。
【００３３】
これら第１〜第４実施例は本発明の例示であって、本発明はその主旨に逸脱しない範囲において種々変更が加えられうるものである。本発明は、外径方向と内径方向に、ステータとロータを配置したラジアルギャップ型の回転電機にも適用可能である。つまり図１１（ａ）（ｂ）の斜視図に模式的に示すように、コイル磁極６および永久磁石５を、周方向接線βと直角方向γに複数個に分割することは、図１１（ａ）に示すように径方向γにｇとｎと分割することを意味する。また図１１（ｂ）に示すように軸方向Ｏにｇとｎと分割することを意味する。
【００３４】
本発明は、ロータ１の表面に永久磁石５を配置してもよいし、内部に永久磁石５を埋め込んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第1実施例になる回転電機を示す斜視図である。
【図２】同実施例のステータの断面図である。
【図３】同実施例のロータの断面図である。
【図４】本発明の第2実施例になる回転電機のロータの横断面図である。
【図５】同実施例の縦断面図である。
【図６】本発明の第３実施例になる回転電機のステータの断面図である。
【図７】同実施例のロータの断面図である。
【図８】同実施例のモードシェープの特性図である。
【図９】本発明の第４実施例になる回転電機のステータの断面図である。
【図１０】同実施例のモードシェープの特性図である。
【図１１】周方向接線と直角方向に複数個に分割することを説明するための斜視図であり、（ａ）はアキシャルギャップ型回転電機を、（ｂ）はラジアルギャップ型回転電機である。
【符号の説明】
【００３６】
１  回転電機ロータ
２  ロータ軸
３  空隙（エアギャップ）
４  回転電機ステータ
５  永久磁石
６  コイル磁極
７  コイル
８  ヨーク
２１  バックヨーク
２２  高強度非磁性部材
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
2009219194.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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