JP3550971B2

JP3550971B2 - 電動機

Info

Publication number: JP3550971B2
Application number: JP26058297A
Authority: JP
Inventors: 敬一篠原; 康夫山口; 正広長谷部
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd
Priority date: 1997-09-25
Filing date: 1997-09-25
Publication date: 2004-08-04
Anticipated expiration: 2017-09-25
Also published as: JPH1198793A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動機、例えば、同期電動機は、磁極となる永久磁石を備えたロータ、及び該ロータの周囲に配設されたステータを有し、該ステータは、ステータコア、及び該ステータコアに巻装されたコイルから成る。そして、前記同期電動機において、前記コイルに電流を供給すると、該電流によって誘起された磁束により、ステータとロータとの間に反発力及び吸引力が発生させられ、前記反発力及び吸引力によってロータが回転するようになっている。
【０００３】
図２は従来の同期電動機の断面図、図３は従来の同期電動機に発生するトルク変動を説明する概念図である。
図において、１１５は電動機としての同期電動機、１２７はモータシャフト、１３７は該モータシャフト１２７に固定されたロータ、１３８は該ロータ１３７の外周側に配設されたステータである。そして、前記ロータ１３７の外周縁の近傍には、円周方向における複数箇所に永久磁石１５１が埋設され、該永久磁石１５１によって磁極が形成される。
【０００４】
前記ステータ１３８は、ステータコア１５２、及び該ステータコア１５２に巻装された図示しないコイルから成り、前記ステータコア１５２の円周方向における複数箇所にロータ１３７と対向させてティース１５３が形成され、該ティース１５３内に前記コイルが収容されるようになっている。
ところで、前記ステータコア１５２は複数の電磁鋼板を積層することによって形成され、該各電磁鋼板は、円周方向における６箇所に設定された固定部Ｐ１〜Ｐ６において溶接によって固定される。なお、溶接に代えて、各電磁鋼板をボルト、かしめ等によって固定することもできる。この場合、前記電磁鋼板は円周方向において厚さにばらつきがあるので、すべての電磁鋼板を同じ位相で積層すると、ステータコア１５２の全体の厚さが円周方向において大きく変化してしまう。そこで、電磁鋼板で構成される２個のステータ部を転積することによって、ステータコア１５２の全体の厚さを一様にしている。すなわち、該ステータコア１５２を半分の厚さに分けて第１、第２のステータ部を形成し、第１、第２のステータ部の電磁鋼板を１８０〔°〕の角度間隔ずつ異なる位相で積層するようにしている。
【０００５】
そして、第１、第２のステータ部の電磁鋼板を互いに異なる位相で積層した場合に、前記固定部Ｐ１〜Ｐ６に形成された溶接溝１５５が重なるように、前記固定部Ｐ１〜Ｐ６は円周方向において均等に設定される。なお、各電磁鋼板がボルトによって固定される場合には、前記固定部Ｐ１〜Ｐ６に図示しないボルト穴が形成され、各電磁鋼板がかしめによって固定される場合には、前記固定部Ｐ１〜Ｐ６がかしめられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の電動機においては、前記固定部Ｐ１〜Ｐ６に溶接溝、ボルト穴等が形成されると、磁路がその分小さくなり、前記固定部Ｐ１〜Ｐ６がかしめられると、電磁鋼板の歪（ひず）みによって磁気特性が劣化し、有効磁路が小さくなる。
【０００７】
したがって、前記ロータ１３７の回転に伴って前記固定部Ｐ１〜Ｐ６を磁束が通過すると、モータトルクＴに、各固定部Ｐ１〜Ｐ６に対応してトルク変動ｘが発生してしまう。
そして、前記ロータ１３７の磁極のピッチ角をＡとし、固定部Ｐ１〜Ｐ６の各ピッチ角をＢとしたとき、
Ｂ＝ｎ×Ａ
ｎ：整数
である場合、前記ロータ１３７の回転に伴って、複数の磁極の磁束が周期的に固定部Ｐ１〜Ｐ６を同時に通過することになるので、トルク変動ｘが増幅されてしまう。なお、図２及び３の例においては、
Ｂ＝Ａ
であるので、一つの永久磁石１５１と固定部Ｐ１とが一致すると、他の永久磁石１５１と各固定部Ｐ２〜Ｐ６とが一致し、すべての磁極の磁束が固定部Ｐ１〜Ｐ６を同時に通過することになるので、同期電動機１１５の全体のトルク変動は６ｘになる。
【０００８】
そして、増幅されたトルク変動６ｘによって同期電動機１１５と他の構成部分との間で共振が起こると、電動車両の全体に振動及び騒音が発生してしまう。
本発明は、前記従来の電動機の問題点を解決して、トルク変動が発生するのを抑制し、電動車両の全体に振動及び騒音が発生するのを防止することができる電動機を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明の電動機においては、回転自在に配設され、円周方向における複数箇所に磁極を等ピッチで備えたロータと、該ロータと対向させて配設され、円周方向における複数箇所に設定された固定部において、複数の積層された電磁鋼板から成るＮ個（Ｎは２以上の整数）のステータ部を転積させて固定することによって形成されたステータコアと、該ステータコアに巻装されたコイルとを有する。
【００１０】
そして、前記磁極のピッチ角をＡとし、前記固定部の各固定部間角度をα_iとしたとき、
α_i≠ｎ×Ａ
ｎ：整数
にされる。また、前記磁極のピッチ角、各固定部間角度及び極対数に基づいて算出される振動次数は、極低車速領域で発生する振動の振動次数より大きくされて高次側に設定される。
【００１１】
本発明の他の電動機においては、さらに、前記各固定部は、互いに３６０〔°〕／Ｎの角度間隔を置いて設定された複数の固定部組から成る。
本発明の更に他の電動機においては、さらに、前記固定部組の各固定部組間角度をβ_ｊとしたとき、
β_ｊ≠ｋ×Ａ
ｋ：整数
にされる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、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。
図５は本発明の第１の実施の形態におけるモータ駆動装置の断面図である。
図において、１１はモータアッセンブリであり、該モータアッセンブリ１１においては、モータケース１４内に電動機として同期電動機１５が収容される。
【００１４】
前記モータケース１４は、ほぼ有底の円筒状部分１４ａ、及び該円筒状部分１４ａの一端を閉鎖して、密閉されたモータ収容室１８を形成する蓋（ふた）部分１４ｂから成る。また、前記円筒状部分１４ａの外周面には複数のフィン２４が形成される。
そして、前記円筒状部分１４ａの底部の中央、及び蓋部分１４ｂの中央にはそれぞれ穴が形成され、該穴を貫通させてモータシャフト２７が配設され、該モータシャフト２７はベアリング２９、３０によって回転自在に支持される。また、前記蓋部分１４ｂの穴に隣接させて凹部が形成され、該凹部は蓋部材３３によって閉鎖されることによりセンサ室３４を形成する。
【００１５】
そして、該センサ室３４にはレゾルバ３５が配設され、該レゾルバ３５は、前記モータシャフト２７の回転に基づいて同期電動機１５の磁極の位置を検出する。
前記同期電動機１５は、前記モータシャフト２７の軸方向におけるほぼ中央に取り付けられ、該モータシャフト２７と共に回転させられるロータ３７、及び前記円筒状部分１４ａの円筒部の内周面において前記ロータ３７と対向させて固定されたステータ３８を有し、該ステータ３８はステータコア３８ａ、及び該ステータコア３８ａに巻装された３相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）のコイル３９から成る。
【００１６】
したがって、該各コイル３９に、図示しないインバータにおいて発生させられた３相の交流電流を供給することによって、ロータ３７を回転させることができる。
該ロータ３７は、複数の電磁鋼板を積層した状態でモータシャフト２７に嵌（かん）合される。そして、前記ロータ３７の外周には、円周方向における複数箇所に永久磁石５５が等ピッチで配設される。該永久磁石５５は、両端に配設されたストッパ５６、５７によって押さえられた状態で固定され、前記磁極を形成する。
【００１７】
また、前記円筒状部分１４ａの底部にはリヤケース８１が取り付けられ、前記円筒状部分１４ａの底部とリヤケース８１との間にトルク伝動室８３が形成される。そして、該トルク伝動室８３においては、前記モータシャフト２７とスプライン嵌合させてスリーブ状の伝動軸６１が同軸的に配設され、該伝動軸６１はベアリング６２、６３によって回転自在に支持され、また、前記伝動軸６１と平行にカウンタシャフト８４が配設され、該カウンタシャフト８４はベアリング６４、６５によって回転自在に支持される。
【００１８】
さらに、前記伝動軸６１にカウンタドライブギヤ８７が、前記カウンタシャフト８４にパーキングギヤ８５及びカウンタドリブンギヤ８８がそれぞれ固定されるとともに、前記カウンタドライブギヤ８７とカウンタドリブンギヤ８８とが噛（し）合させられる。
また、前記カウンタシャフト８４に出力ギヤ８９が配設され、該出力ギヤ８９の回転がディファレンシャル装置９０に伝達される。
【００１９】
該ディファレンシャル装置９０は、外周にリングギヤ９１を備えるとともに、ベアリング７９、８０を介して回転自在に支持されたディファレンシャルケース９２、該ディファレンシャルケース９２に固定されたピニオン軸９３、該ピニオン軸９３に回転自在に支持されたピニオン９４、及び該ピニオン９４と噛合させられる左右のサイドギヤ９５、９６から成る。したがって、前記ディファレンシャル装置９０は、前記リングギヤ９１に伝達された回転を左右の駆動軸９７、９８に分割して伝達する。
【００２０】
次に、前記同期電動機１５について説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態における同期電動機の断面図、図４は本発明の第１の実施の形態における同期電動機に発生するトルク変動を説明する概念図である。
図において、１５は同期電動機、２７はモータシャフト、３７は該モータシャフト２７に固定されたロータ、３８は該ロータ３７の外周側に配設されたステータである。そして、前記ロータ３７の外周縁の近傍には、円周方向における複数箇所に永久磁石５５が埋設され、該永久磁石５５によって磁極が形成される。
【００２１】
前記ステータ３８は、ステータコア３８ａ、及び該ステータコア３８ａに巻装されたコイル３９（図５）から成り、前記ステータコア３８ａの円周方向における複数箇所にロータ３７と対向させてティース５３が形成され、該ティース５３内に前記コイル３９が収容されるようになっている。
ところで、前記ステータコア３８ａは複数の電磁鋼板を積層することによって形成され、該各電磁鋼板は、円周方向における４箇所に設定された固定部Ｐ１１〜Ｐ１４において溶接によって固定される。なお、溶接に代えて、各電磁鋼板を図示しないボルト、かしめ等によって固定することもできる。この場合、前記電磁鋼板は円周方向において厚さにばらつきがあるので、すべての電磁鋼板を同じ位相で積層すると、ステータコア３８ａの全体の厚さが円周方向において大きく変化してしまう。そこで、電磁鋼板で構成されるＮ（Ｎは２以上の整数）個のステータ部を転積することによって、ステータコア３８ａの全体の厚さを一様にしている。すなわち、ステータコア３８ａを１／Ｎの厚さに分けてＮ個のステータ部を形成し、該各ステータ部の電磁鋼板を互いに３６０〔°〕／Ｎの角度間隔ずつ異なる位相で積層するようにしている。例えば、本実施の形態において、２個のステータ部が転積され、第１のステータ部の電磁鋼板と第２のステータ部の電磁鋼板とは１８０〔°〕の角度間隔ずつ異なる位相で積層される。
【００２２】
また、前記各ステータ部を転積したときに、前記固定部Ｐ１１〜Ｐ１４に形成された溶接溝８５が重なるように、前記固定部Ｐ１１〜Ｐ１４の位置が設定される。すなわち、該固定部Ｐ１１〜Ｐ１４は、固定部Ｐ１１、Ｐ１３から成る第１の固定部組、及び固定部Ｐ１２、Ｐ１４から成る第２の固定部組を備える。そして、第１の固定部組において、各固定部Ｐ１１、Ｐ１３は３６０〔°〕／Ｎの角度間隔で配設されるとともに、第２の固定部組において、各固定部Ｐ１２、Ｐ１４は３６０〔°〕／Ｎの角度間隔で配設される。本実施の形態において、第１の固定部組の各固定部Ｐ１１、Ｐ１３、及び第２の固定部組の各固定部Ｐ１２、Ｐ１４は、いずれも１８０〔°〕の間隔で、すなわち、円周方向においてステータ３８の中心Ｏに対して点対称の位置に設定される。なお、各電磁鋼板がボルトによって固定される場合には、前記固定部Ｐ１１〜Ｐ１４に図示しないボルト穴が形成され、各電磁鋼板がかしめによって固定される場合には、前記固定部Ｐ１１〜Ｐ１４がかしめられる。
【００２３】
この場合、前記固定部Ｐ１１〜Ｐ１４に溶接溝８５、ボルト穴等が形成されると磁路がその分小さくなり、前記固定部Ｐ１１〜Ｐ１４がかしめられると電磁鋼板の歪みによって磁気特性が劣化し、有効磁路が小さくなる。
したがって、前記ロータ３７の回転に伴って磁束が前記固定部Ｐ１１〜Ｐ１４を通過すると、モータトルクＴに、各固定部Ｐ１１〜Ｐ１４に対応してトルク変動ｘが発生してしまう。
【００２４】
そこで、前記ロータ３７の磁極のピッチ角をＡとし、固定部Ｐ１１〜Ｐ１４の各ピッチ角、すなわち、固定部間角度をα_ｉ（ｉ＝１、２、３、４）としたとき、
α_ｉ≠ｎ×Ａ
ｎ：整数
にされる。なお、α_１は固定部Ｐ１１、Ｐ１２が成す固定部間角度、α_２は固定部Ｐ１２、Ｐ１３が成す固定部間角度、α_３は固定部Ｐ１３、Ｐ１４が成す固定部間角度、α_４は固定部Ｐ１４、Ｐ１１が成す固定部間角度であり、本実施の形態においては、

である。
【００２５】
したがって、前記ロータ３７の回転に伴って、複数の磁極の磁束が周期的に固定部Ｐ１１〜Ｐ１４を同時に通過するのを抑制することができるので、トルク変動ｘが発生するのを抑制することができる。
また、前記第１の固定部組と第２の固定部組との固定部組間角度をβ_ｊ（ｊ＝１、２）としたとき、
β_ｊ≠ｋ×Ａ
ｋ：整数
にされる。なお、本実施の形態においては、

である。
【００２６】
図４の例においては、一つの永久磁石５５と固定部Ｐ１１とが一致するときに、永久磁石５５と固定部Ｐ１３とは一致するが、他の永久磁石５５と固定部Ｐ１２、Ｐ１４とは一致しない。したがって、２個の磁極の磁束だけが同時に固定部Ｐ１１〜Ｐ１４を通過することになるので、同期電動機１５の全体のトルク変動は２ｘになる。
【００２７】
そして、増幅されたトルク変動２ｘによって同期電動機１５と他の構成部分、例えば、懸下系との間で共振が起こることがないように、同期電動機１５における電流周期に対する次数、すなわち、振動次数ρを設定値より大きくするとともに、振動次数ρを高次側に設定する。
すなわち、値ｍ１、ｍ２を、
ｍ１＝２π／Ａ
ｍ２＝２π／α_ｉ
とし、値ｍ１、ｍ２の最小公倍数をηとし、極対数をｐとすると、振動次数ρは、
ρ＝η／ｐ
になる。
【００２８】
そして、本実施の形態においては、モータケース１４の固有振動数ｆが１４〔Ｈｚ〕であり、振動次数ρが６であると、１〜２〔ｋｍ／ｈ〕の低車速領域で電動車両を走行させたときに振動を感じるが、振動次数ρが１２であると、０．２〜０．３〔ｋｍ／ｈ〕の極低車速領域で振動を感じるようになる。この場合、電動車両を加速する際には、０．２〜０．３〔ｋｍ／ｈ〕の極低車速領域で発生する振動を無視することができるので、本実施の形態においては、前記設定値を１２とする。また、固定部間角度α_ｉが、

にされるので、振動次数ρは４８にされる。したがって、同期電動機１５と懸下系との間に共振が起こるのを防止することができるので、電動車両の全体に振動及び騒音が発生するのを防止することができる。
【００２９】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
図６は本発明の第２の実施の形態における同期電動機の断面図、図７は本発明の第２の実施の形態における同期電動機に発生するトルク変動を説明する概念図である。
図において、２１５は電動機としての同期電動機、２２７はモータシャフト、２３７は該モータシャフト２２７に固定されたロータ、２３８は該ロータ２３７の外周側に配設されたステータである。そして、前記ロータ２３７の外周縁の近傍には、円周方向における複数箇所に永久磁石２５５が埋設され、該永久磁石２５５によって磁極が形成される。
【００３０】
前記ステータ２３８は、ステータコア２３８ａ、及び該ステータコア２３８ａに巻装されたコイル３９（図５）から成り、前記ステータコア２３８ａの円周方向における複数箇所にロータ２３７と対向させてティース２５３が形成され、該ティース２５３内に前記コイル３９が収容されるようになっている。
ところで、前記ステータコア２３８ａの各電磁鋼板は、円周方向における６箇所に設定された固定部Ｐ２１〜Ｐ２６において溶接によって固定される。なお、溶接に代えて、各電磁鋼板を図示しないボルト、かしめ等によって固定することもできる。そして、電磁鋼板で構成される３個のステータ部を転積することによって、ステータコア２３８ａの全体の厚さを一様にしている。すなわち、ステータコア２３８ａを１／３の厚さに分けて第１〜第３のステータ部を形成し、各ステータ部の電磁鋼板を互いに１２０〔°〕の角度間隔ずつ異なる位相で積層するようにしている。
【００３１】
また、前記各ステータ部を転積したときに、前記固定部Ｐ２１〜Ｐ２６に形成された溶接溝２８５が重なるように、前記固定部Ｐ２１〜Ｐ２６の位置が設定される。すなわち、該固定部Ｐ２１〜Ｐ２６は、固定部Ｐ２１、Ｐ２３、Ｐ２５から成る第１の固定部組、及び固定部Ｐ２２、Ｐ２４、Ｐ２６から成る第２の固定部組を備える。そして、第１の固定部組において、各固定部Ｐ２１、Ｐ２３、Ｐ２５は１２０〔°〕の角度間隔で配設されるとともに、第２の固定部組において、各固定部Ｐ２２、Ｐ２４、Ｐ２６は１２０〔°〕の角度間隔で配設される。
【００３２】
また、前記ロータ２３７の磁極のピッチ角をＡとし、固定部Ｐ２１〜Ｐ２６の各ピッチ角、すなわち、固定部間角度をγ_ｋ（ｋ＝１、２、…、６）としたとき、
γ_ｋ≠ｎ×Ａ
ｎ：整数
にされる。なお、γ_１は固定部Ｐ２１、Ｐ２２が成す固定部間角度、γ_２は固定部Ｐ２２、Ｐ２３が成す固定部間角度、γ_３は固定部Ｐ２３、Ｐ２４が成す固定部間角度、γ_４は固定部Ｐ２４、Ｐ２５が成す固定部間角度、γ_５は固定部Ｐ２５、Ｐ２６が成す固定部間角度、γ_６は固定部Ｐ２６、Ｐ２１が成す固定部間角度であり、本実施の形態においては、

である。
【００３３】
したがって、前記ロータ２３７の回転に伴って、複数の磁極の磁束が周期的に固定部Ｐ２１〜Ｐ２６を同時に通過するのを抑制することができるので、トルク変動ｘが発生するのを抑制することができる。
また、前記第１の固定部組と第２の固定部組との固定部組間角度をδ_ｈ（ｈ＝１、２）としたとき、
δ_ｈ≠ｋ×Ａ
ｋ：整数
にされる。なお、本実施の形態においては、

である。
【００３４】
図７の例においては、一つの永久磁石２５５と固定部Ｐ２１とが一致するときに、永久磁石２５５と固定部Ｐ２３、Ｐ２５は一致するが、他の永久磁石２５５と固定部Ｐ２２、Ｐ２４、Ｐ２６とは一致しない。したがって、３個の磁極の磁束だけが同時に固定部Ｐ２１〜Ｐ２６を通過することになるので、同期電動機２１５の全体のトルク変動は３ｘになる。
【００３５】
本実施の形態において、ステータコア２３８ａを１／３の厚さに分けて第１〜第３のステータ部を形成するようにしているが、ステータコア２３８ａの全体の厚さが許容される場合には、ステータコア２３８ａを必ずしも正確に３分割する必要はない。
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、電動機においては、回転自在に配設され、円周方向における複数箇所に磁極を等ピッチで備えたロータと、該ロータと対向させて配設され、円周方向における複数箇所に設定された固定部において、複数の積層された電磁鋼板から成るＮ個（Ｎは２以上の整数）のステータ部を転積させて固定することによって形成されたステータコアと、該ステータコアに巻装されたコイルとを有する。
【００３７】
そして、前記磁極のピッチ角をＡとし、前記固定部の各固定部間角度をα_iとしたとき、
α_i≠ｎ×Ａ
ｎ：整数
にされる。また、前記磁極のピッチ角、各固定部間角度及び極対数に基づいて算出される振動次数は、極低車速領域で発生する振動の振動次数より大きくされて高次側に設定される。
【００３８】
この場合、ロータの回転に伴って、複数の磁極の磁束が周期的に固定部を同時に通過するのを抑制することができるので、トルク変動が発生するのを抑制することができる。
また、増幅されたトルク変動によって電動機と他の構成部分、例えば、懸下系との間で共振が起こるのを防止することができるので、電動車両の全体に振動及び騒音が発生するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における同期電動機の断面図である。
【図２】従来の同期電動機の断面図である。
【図３】従来の同期電動機に発生するトルク変動を説明する概念図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における同期電動機に発生するトルク変動を説明する概念図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態におけるモータ駆動装置の断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態における同期電動機の断面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態における同期電動機に発生するトルク変動を説明する概念図である。
【符号の説明】
１５、２１５同期電動機
３７、２３７ロータ
３８ａ、２３８ａステータコア
３９コイル
５５、２５５永久磁石
Ａ磁極のピッチ角
Ｐ１１〜Ｐ１４、Ｐ２１〜Ｐ２６固定部
α_１〜α_４、γ_１〜γ_６固定部間角度

Claims

（ａ）回転自在に配設され、円周方向における複数箇所に磁極を等ピッチで備えたロータと、
（ｂ）該ロータと対向させて配設され、円周方向における複数箇所に設定された固定部において、複数の積層された電磁鋼板から成るＮ個（Ｎは２以上の整数）のステータ部を転積させて固定することによって形成されたステータコアと、
（ｃ）該ステータコアに巻装されたコイルとを有するとともに、
（ｄ）前記磁極のピッチ角をＡとし、前記固定部の各固定部間角度をα_iとしたとき、
α_i≠ｎ×Ａ
ｎ：整数
にされ、
（ｅ）前記磁極のピッチ角、各固定部間角度及び極対数に基づいて算出される振動次数は、極低車速領域で発生する振動の振動次数より大きくされて高次側に設定されることを特徴とする電動機。
前記各固定部は、互いに３６０〔°〕／Ｎの角度間隔を置いて設定された複数の固定部組から成る請求項１に記載の電動機。
前記固定部組の各固定部組間角度をβ_jとしたとき、
β_j≠ｋ×Ａ
ｋ：整数
にされる請求項２に記載の電動機。