WO2024111373A1 - 回転電機 - Google Patents

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angle
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秀紀 加藤
祐司 山下
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Denso Corp
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Definitions

  • This disclosure relates to rotating electrical machines.
  • Patent Document 1 The rotating electric machine described in Patent Document 1 is known as an example of a rotating electric machine having concentrated winding coils.
  • Patent Document 1 describes a rotating electric machine having a specific number of magnetic poles in the rotor and a specific number of slots between the teeth in the stator, specifically, a rotating electric machine with 14 magnetic poles and 18 slots, a rotating electric machine with 22 magnetic poles and 18 slots, a rotating electric machine with 16 magnetic poles and 18 slots, and a rotating electric machine with 20 magnetic poles and 18 slots.
  • the phase difference of the magnetomotive force in each coil body between the phases is set within a predetermined phase range including 20 degrees in electrical angle, thereby canceling out the electrical 6th or electrical 12th harmonic components and suppressing torque ripple.
  • Patent Document 1 was an application filed by the applicant of the present application, but the applicant further discovered that in a rotating electric machine with the specific number of magnetic poles and slots as described above, the eighth-order electrical component and the tenth-order electrical component generate radial electromagnetic forces in a direction that causes the stator to deform into an ellipse, which in turn generates radial vibrations. In this case, there is concern that the rotating electric machine will produce noise and other inconveniences, and that its quietness will decrease. It has also been confirmed that such radial vibrations occur in rotating electric machines with a specific number of magnetic poles and slots, such as 14 poles and 18 slots, and are not a problem in rotating electric machines with, for example, 8 poles and 12 slots.
  • This disclosure was made in consideration of the above problems, and aims to improve quietness in rotating electrical machines that have a specific number of magnetic poles and slots.
  • the present disclosure relates to A rotor having a plurality of magnetic poles arranged in a circumferential direction;
  • a rotating electric machine including a stator having a stator core having a plurality of teeth in a circumferential direction and a multi-phase stator winding wound around the teeth by concentrated winding,
  • the number of magnetic poles of the rotor is (18 ⁇ 4) and the number of slots between the teeth is 18, or
  • the number of magnetic poles of the rotor is (18 ⁇ 2), and the number of slots between the teeth is 18;
  • the stator or the rotor is skewed to suppress radial vibrations of the eighth and tenth electrical components.
  • a skew is applied to at least one of the stator and rotor to suppress radial vibrations of the 8th and 10th electric components.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a motor
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a motor
  • FIG. 3 is a diagram showing an electrical configuration of the control device
  • FIG. 4 is a perspective view of a stator
  • FIG. 5 is a perspective view showing a configuration of a stator core
  • FIG. 6 is a winding configuration diagram of a stator winding
  • FIG. 7 is a diagram showing a correspondence relationship between each partial winding of a stator winding and a tooth
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a motor
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a motor
  • FIG. 3 is a diagram showing an electrical configuration of the control device
  • FIG. 4 is a perspective view of a stator
  • FIG. 5 is a perspective view showing a configuration of a stator core
  • FIG. 6 is a winding configuration diagram of a stator winding
  • FIG. 7 is a diagram showing a correspondence relationship between each partial wind
  • FIG. 8 is a diagram for explaining that radial acceleration is generated by the eighth-order component and the tenth-order component
  • FIG. 9 is a perspective view showing a row-to-row skew structure of a stator core
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the skew angle of the stator core
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the radial vibration acceleration of the eighth and tenth electrical orders and the skew angle
  • FIG. 12 is a perspective view showing a linear skew structure of a stator core
  • FIG. 13 is a perspective view showing the skew structure of the rotor.
  • a motor 10 will be used as an example of a rotating electric machine.
  • the motor 10 shown in FIG. 1 is of a permanent magnet field type, and specifically, is a permanent magnet field type synchronous machine with a three-phase winding. In other words, the motor 10 is a brushless motor. This three-phase winding may have two systems.
  • the motor 10 comprises a housing 20, a stator 30 fixed to the housing 20, a rotor 40 that rotates relative to the stator 30, and a rotating shaft 11 to which the rotor 40 is fixed.
  • the axial direction refers to the axial direction of the rotating shaft 11
  • the radial direction refers to the radial direction of the rotating shaft 11
  • the circumferential direction refers to the circumferential direction of the rotating shaft 11.
  • the housing 20 is formed in a cylindrical shape, and contains the stator 30, rotor 40, etc.
  • the housing 20 is provided with bearings 23, 24, which support the rotating shaft 11 so that it can rotate freely.
  • the axis of the inner circumferential surface of the housing 20 is coaxial with the rotating shaft 11.
  • An angle sensor 12 is provided on the tip side of the rotating shaft 11.
  • the angle sensor 12 may be a magnetic sensor or a resolver.
  • the stator 30 is cylindrically disposed along the inner circumference of the housing 20, approximately in the center of the housing 20 in the axial direction.
  • the stator 30 is fixed to the inner circumference of the housing 20, centered on the axis O of the rotating shaft 11.
  • the stator 30 constitutes part of the magnetic circuit, and has a ring-shaped stator core 31 that is arranged radially opposite the outer circumference of the rotor 40, and a stator winding 32 wound around the stator core 31.
  • the stator core 31 has a circular back yoke 33 and a plurality of teeth 34 that protrude radially inward from the back yoke 33 and are arranged at a predetermined distance in the circumferential direction, and a slot 35 is formed between adjacent teeth 34.
  • the teeth 34 are arranged at equal intervals in the circumferential direction in the stator core 31, and the stator winding 32 is wound around the teeth 34. As a result, the conductor of the stator winding 32 is accommodated in each slot 35.
  • the number of teeth 34 and the number of slots 35 are each "18".
  • the teeth 34 are assigned the symbols T1 to 18 in counterclockwise order in the circumferential arrangement order, and when it is necessary to indicate the tooth number, the teeth 34 are also described as teeth T1, T2, T3, ....
  • the stator winding 32 is held in a state where it is accommodated in the slot 35, and generates a magnetic flux when power (AC power) is supplied.
  • the stator core 31 is formed by using multiple steel plates (core sheets) that are thin magnetic plates, which are stacked in the axial direction of the stator core 31.
  • the steel plates may be formed, for example, by press-punching strip-shaped electromagnetic steel material.
  • the rotor 40 constitutes part of the magnetic circuit, has multiple magnetic poles in the circumferential direction, and is arranged so as to face the stator 30 in the radial direction.
  • the rotor 40 has 14 magnetic poles (i.e., seven magnetic pole pairs).
  • the rotor 40 includes a rotor core 41 made of a magnetic material, and multiple permanent magnets 42 fixed to the rotor core 41.
  • the rotor 40 includes a permanent magnet 42 as a magnet portion for each magnetic pole so that the polarity alternates in the circumferential direction, and the permanent magnets 42 are embedded in accommodation holes provided in the rotor core 41 along the axial direction.
  • the rotor 40 may have a known configuration, for example, it may be an IPM type (Interior Permanent Magnet) rotor or an SPM type (Surface Permanent Magnet) rotor. A rotor on the field winding side may also be used as the rotor 40. In this embodiment, an IPM type rotor is used.
  • the rotating shaft 11 is inserted into the rotor 40, and it is fixed to the rotating shaft 11 so as to rotate integrally with the rotating shaft 11 around the rotating shaft 11.
  • a control device 50 is connected to the motor 10.
  • the control device 50 is mainly composed of a microcomputer equipped with a CPU, ROM, RAM, I/O, etc., and realizes various functions by the CPU executing programs stored in the ROM.
  • the various functions may be realized by electronic circuits, which are hardware, or at least a part of them may be realized by software, i.e., by processing executed on a computer.
  • the control device 50 has, for example, a function of converting electric power from an external source (e.g., a battery) and supplying it to the motor 10 to generate driving force.
  • the control device 50 has a function of controlling the motor 10 (current control, etc.) using information related to the rotation angle input from the angle sensor 12.
  • FIG. 3 shows the electrical configuration of the control device 50 in this embodiment.
  • the stator winding 32 is composed of a first stator winding 32a and a second stator winding 32b
  • the control device 50 is provided with a first inverter circuit 51 and a second inverter circuit 52 for each of the stator windings 32a, 32b.
  • Each of the inverter circuits 51, 52 is formed of a full bridge circuit having the same number of upper and lower arms as the number of phases.
  • the control device 50 controls the current in each phase by turning on and off the switching elements provided in each arm.
  • the first inverter circuit 51 has a series connection of upper arm switches Sp and lower arm switches Sn as switching elements in three phases consisting of U phase, V phase, and W phase.
  • voltage-controlled semiconductor switching elements specifically IGBTs, are used as the upper arm switches Sp and lower arm switches Sn in each phase.
  • MOSFETs may also be used as switching elements.
  • Freewheel diodes (freewheel diodes) Dp, Dn are connected in inverse parallel to the upper arm switches Sp and lower arm switches Sn in each phase.
  • the high potential terminal (collector) of the upper arm switch Sp of each phase is connected to the positive terminal of the battery.
  • the low potential terminal (emitter) of the lower arm switch Sn of each phase is connected to the negative terminal (ground) of the battery.
  • the intermediate connection point between the upper arm switch Sp and the lower arm switch Sn of each phase is connected to one end of the phase winding of each phase in the first stator winding 32a.
  • the first stator winding 32a has phase windings of U, V, and W phases, and in the first inverter circuit 51, one end of the phase winding of each phase is connected to the intermediate connection point of the upper and lower arm switches Sp, Sn.
  • the second inverter circuit 52 has a similar configuration to the first inverter circuit 51, so a detailed description is omitted here.
  • the second stator winding 32b has X-phase, Y-phase, and Z-phase windings, and in the second inverter circuit 52, one end of each of these phase windings is connected to the intermediate connection points of the upper and lower arm switches Sp and Sn, respectively.
  • the three-phase current supplied from the first inverter circuit 51 and the three-phase current supplied from the second inverter circuit 52 have a predetermined current phase difference from each other.
  • FIG. 4 is a perspective view showing the specific configuration of the stator 30, and FIG. 5 is a perspective view showing the configuration of the stator core 31. Note that the stator 30 shown in FIG. 4 corresponds to the stator 30 shown in FIG. 2.
  • the stator core 31 is composed of a plurality of split cores 61, which are arranged in a line in the circumferential direction to form the stator core 31 into a cylindrical shape.
  • Each split core 61 has teeth 34, and by lining up the split cores 61 in the circumferential direction, the teeth 34 and slots 35 are arranged alternately in the circumferential direction as shown in FIG. 2.
  • the stator core 31 is composed of 18 split cores 61.
  • the stator winding 32 is formed by winding conductive wire around each tooth 34 in a concentrated winding manner. Circumferentially adjacent split cores 61 may be joined to each other by adhesive or the like.
  • Each split core 61 has a core body 62 which is a laminated steel plate, and insulating members 63, 64 which are made of insulating resin material or the like.
  • the insulating members 63, 64 are attached to one axial end and the other axial end (upper and lower sides in the figure) of the teeth 34, and a partial winding is wound around the teeth 34 by winding a conductive wire in multiple layers across each insulating member 63, 64.
  • the winding ends are pulled out from each winding wound around each tooth 34, and these winding ends are connected in a predetermined order by a wiring module (not shown) that is attached to the coil end of the stator 30.
  • FIG. 6(a) shows the configuration of the U-phase, V-phase, and W-phase windings in the first stator winding 32a
  • Figure 6(b) shows the configuration of the X-phase, Y-phase, and Z-phase windings in the second stator winding 32b.
  • the phase windings of each of these stator windings 32a, 32b are connected to each other by a star connection (Y connection).
  • the first stator winding 32a has partial windings U1, U2, U3, and U4 as the U-phase winding, partial windings V1, V2, V3, and V4 as the V-phase winding, and partial windings W1, W2, W3, and W4 as the W-phase winding.
  • One end of the series-connected partial windings U1 and U2, one end of the series-connected partial windings V1 and V2, and one end of the series-connected partial windings W1 and W2 are connected to each other at a neutral point N1a, and one end of the series-connected partial windings U3 and U4, one end of the series-connected partial windings V3 and V4, and one end of the series-connected partial windings W3 and W4 are connected to each other at a neutral point N1b.
  • the second stator winding 32b has partial windings X1, X2, X3, and X4 as the X-phase winding, partial windings Y1, Y2, Y3, and Y4 as the Y-phase winding, and partial windings Z1, Z2, Z3, and Z4 as the Z-phase winding.
  • One end of the series-connected body of the partial windings X1 and X2, one end of the series-connected body of the partial windings Y1 and Y2, and one end of the series-connected body of the partial windings Z1 and Z2 are connected to each other at a neutral point N2a, and one end of the series-connected body of the partial windings X3 and X4, one end of the series-connected body of the partial windings Y3 and Y4, and one end of the series-connected body of the partial windings Z3 and Z4 are connected to each other at a neutral point N2b.
  • each stator winding 32a, 32b may be configured in such a way that, in addition to being divided into two parts and star-connected as described above, the four partial windings for each phase winding are connected in parallel and then star-connected.
  • the neutral points (N1a, N1b) of the first stator winding 32a are combined into one
  • the neutral points (N2a, N2b) of the second stator winding 32b are similarly combined into one.
  • the partial windings U1 to U4, V1 to V4, and W1 to W4 of each phase may be connected in series, and the three-phase series-connected bodies may be connected by a star connection
  • the partial windings X1 to X4, Y1 to Y4, and Z1 to Z4 of each phase may be connected in series, and the three-phase series-connected bodies may be connected by a star connection.
  • the total of 18 teeth 34 are grouped into three consecutive teeth 34 in the circumferential direction, and partial windings of two mutually different phases are wound by concentrated winding on each of the three teeth 34 in each group.
  • two partial windings of the partial windings U1-U4, V1-V4, and W1-W4 of the first stator winding 32a and two partial windings of the partial windings X1-X4, Y1-Y4, and Z1-Z4 of the second stator winding 32b are wound in a distributed manner on each group of three teeth.
  • the partial winding of the first stator winding 32a is wound on one of the teeth 34 on both sides in the circumferential direction
  • the partial winding of the second stator winding 32b is wound on the other of each tooth 34.
  • the partial windings of both the first and second stator windings 32a, 32b are wound around the central tooth 34 of each tooth group.
  • FIG. 7 is a diagram showing the correspondence between each partial winding of the stator windings 32a, 32b and each of the teeth T1 to T18.
  • four partial windings are wound for each tooth group (three consecutive teeth) such as teeth T1 to T3, T4 to T6, T7 to T9, ....
  • the partial winding W1 of the second stator winding 32b is wound around the teeth T1.
  • the partial winding W2 of the second stator winding 32b and the partial winding X2 of the first stator winding 32a are wound around the teeth T2,
  • the partial winding X1 of the first stator winding 32a is wound around the tooth T3.
  • each partial winding is wound in a similar manner, and each partial winding is wound around the first to third teeth of each teeth group as shown in the figure.
  • Torque ripple is mainly composed of sixth-order electrical harmonic components or twelfth-order electrical harmonic components, so it is desirable to suppress these. Therefore, using the motor 10 configured as described above, it is recommended that the following control be performed in the control device 50.
  • the U-phase, V-phase, and W-phase partial windings (first coil bodies) of the first stator winding 32a are wound around the first teeth (T1, T4, T7, T10, T13, and T16) of each tooth group
  • a partial winding (second coil body) of one phase of each of the first and second stator windings 32a and 32b is wound around the second teeth (T2, T5, T8, T10, T14, T17) of each tooth group
  • the X-phase, Y-phase, and Z-phase partial windings (third coil bodies) of the second stator winding 32b are wound around the third teeth (T3, T6, T9, T12, T15, T18) of each tooth group.
  • the control device 50 sets the combined phase difference between the magnetomotive force generated by the partial winding of the first stator winding 32a wound around the second teeth and the magnetomotive force generated by the partial winding of the second stator winding 32b wound around the second teeth so that the phase differences of the magnetomotive force of the second coil body of each phase relative to the magnetomotive force of the first coil body of each phase and the phase differences of the magnetomotive force of the third coil body of each phase relative to the magnetomotive force of the second coil body of each phase are within a predetermined phase range including 20 degrees in electrical angle, or so that the phase differences of the magnetomotive force of the third coil body of each phase relative to the magnetomotive force of the first coil body of each phase and the phase differences of the magnetomotive force of the second coil body of each phase relative to the magnetomotive force of the third coil body of each phase are within a predetermined phase range including 20 degrees in electrical angle.
  • the combined phase difference may be set, for example, in the range of 72 to 88 degrees in electrical angle.
  • the control device 50 sets the combined phase difference between the current flowing through the partial winding of the first stator winding 32a wound around the second tooth and the current flowing through the partial winding of the second stator winding 32b wound around the second tooth. Details of this control are described in detail in Japanese Patent No. 7103299, filed by the applicant of the present application.
  • the motor 10 of this embodiment has a stator 30 with a concentrated winding structure, the rotor 40 has 14 magnetic poles, and the stator 30 has 18 slots. This combination of magnetic poles and slots may cause radial vibrations of the 8th and 10th electrical harmonic components.
  • Figure 8(a) is a perspective view showing the stator core structure before the countermeasures in this embodiment are implemented
  • Figure 8(b) is a diagram showing the range in which radial acceleration due to the 8th and 10th components occurs in the stator core of Figure 8(a).
  • each tooth 34 in the stator core 31 extends parallel to the axial direction, and the flanges provided at the tips of the teeth are equal on both sides in the circumferential direction.
  • the radial acceleration shown in Figure 8(b) is based on the results of analysis by the present inventor, and shows that a radially inward acceleration occurs at a position approximately 180° away in the circumferential direction, and a radially outward acceleration occurs at a position approximately 180° away in the circumferential direction and approximately 90° away from the radially inward acceleration, and a radially outward acceleration occurs at a position approximately 90° away from the radially inward acceleration.
  • a radial electromagnetic force is generated in the stator core 31 in a direction that causes it to deform into an ellipse, and there is a concern that noise of the same order will be generated.
  • FIG. 9 is a perspective view showing the step-skew structure of the stator core 31.
  • Figure 9 shows a configuration in which the insulating members 63 and 64 have been removed from the configuration of Figure 5 (i.e., an assembly of the core body 62).
  • the core body 62 has teeth 34 extending in the radial direction and a yoke portion 62a provided on one radial end of the teeth 34, and a flange portion 62b extending in the circumferential direction is provided at the tip of the teeth 34.
  • the yoke portion 62a is a portion that corresponds to the back yoke 33 of the stator core 31 shown in FIG. 2.
  • the core body 62 is formed by joining multiple blocks in the axial direction (the vertical direction in the figure).
  • the core body 62 is formed by joining four blocks in the axial direction, and the shape of the flange portion 62b at the tip of the teeth is different in each block adjacent to each other in the vertical direction.
  • the protruding amount of the flange portion 62b on both sides (left and right sides) in the circumferential direction with respect to the circumferential center position of the tooth 34 is different, and the protruding amount is reversed in each block adjacent to each other in the vertical direction.
  • each teeth block B1, B2 has the same shape and is stacked with the axial direction reversed.
  • each core body 62 corresponds to a skew portion with step skew.
  • the coil winding portion (excluding the flange portion 62b) of each teeth block has the same circumferential center position.
  • the number of skew stages in the axial direction of the stator 30 is four, but it is preferable that the number of skew stages in the axial direction be three or more.
  • FIG. 10 is a diagram explaining the skew angle of the stator core 31.
  • FIG. 10 is a plan view of the core body 62, showing the first teeth block B1 and the second teeth block B2 overlapping in the axial direction.
  • the line connecting the circumferential center position of the teeth and the axis O (center point of the stator) is L
  • the circumferential center position of the first teeth block B1 at the tip of the teeth is P1
  • the circumferential center position of the second teeth block B2 is P2.
  • the angle ⁇ e obtained by adding the angles ⁇ 1 and ⁇ 2 is the skew angle.
  • the skew angle ⁇ e is the deviation angle of the circumferential center point of the flange portion 62b.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the radial vibration acceleration and the skew angle ⁇ e for the portion of the stator core 31 where the radial vibration acceleration of the 8th and 10th electrical components is at its maximum.
  • Figure 11 shows that there is a correlation between the skew angle ⁇ e and the magnitude of the radial vibration acceleration, and that adjusting the skew angle ⁇ e makes it possible to reduce the radial vibration acceleration.
  • the radial vibration acceleration is reduced by setting the skew angle ⁇ e in the range of 14 to 23°.
  • the stator 30 is skewed to suppress radial vibrations of the eighth and tenth electrical components.
  • adding a skew structure reduces the radial electromagnetic force caused by the eighth and tenth electrical components, and suppresses deformation of the stator 30.
  • quietness can be improved in a motor 10 with a specific number of magnetic poles and slots.
  • the offset angle of the circumferential center point of the flange portion 62b at the tip of the teeth is the skew angle ⁇ e, and the skew angle ⁇ e is set in the range of 14 to 23° in electrical angle. This makes it possible to effectively suppress radial vibrations of the eighth electrical component and the tenth electrical component.
  • the desired configuration can be achieved simply by changing the core sheet, which can provide cost benefits.
  • the bias direction of the flanges 62b at the teeth tips can be changed, minimizing the increase in cost required to achieve a skewed structure.
  • the number of skew stages in the axial direction of the stator 30 is set to three or more, specifically four stages. In this case, the robustness of the radial vibration suppression effect against dimensional variations can be improved compared to, for example, a case in which the number of skew stages is set to two.
  • the stator 30 may have a linear skew structure in which the stator 30 is skewed continuously in the axial direction.
  • the teeth 34 are arranged to extend in a direction that is inclined with respect to the axial direction, and the center position P11 on one axial end side of the tip of the teeth and the center position P12 on the other axial end side are offset in the circumferential direction.
  • the protruding dimension of the flange portion 62b at the tip of the teeth on both sides in the circumferential direction is uniform when viewed in the axial direction, and it is preferable that the protruding dimension is the same on one circumferential side and the other circumferential side, for example.
  • the skew angle ⁇ e is the angle between a line connecting the center position P11 at one axial end of the tooth tip and the center point of the stator (not shown) and a line connecting the center position P12 at the other axial end of the tooth tip and the center point of the stator.
  • the skew angle ⁇ e is preferably set in the range of 28 to 46° in electrical angle.
  • the skew angle ⁇ e corresponds to the circumferential deviation angle caused by linear skew.
  • the skew angle ⁇ e is preferably set in the range of 28 to 46° in electrical angle. Even in the case of the above linear skew structure, the radial vibration of the eighth electrical component and the tenth electrical component can be suitably suppressed. Even in the case of a linear skew structure, there is a correlation between the skew angle ⁇ e and the magnitude of the radial vibration acceleration (see FIG. 11), and the radial vibration acceleration can be reduced to a desired level within a specified angle range (electrical angle 28 to 46°).
  • the rotor 40 can also be made a skew structure. Specifically, as shown in FIG. 13(a), in the rotor 40, the magnetic pole center positions of the magnetic poles arranged in the circumferential direction are shifted in the axial direction in a stepped manner, and the skew angle ⁇ e, which is the angle of the shift, is preferably set in the range of 14 to 23° in electrical angle.
  • a plurality of permanent magnets 42 are fixed to the outer circumferential surface of the rotor core 41, and each magnetic pole is formed by the permanent magnets 42.
  • the positions of the permanent magnets 42 arranged in the axial direction are shifted in a stepped manner, resulting in a stepped skew structure.
  • the skew angle ⁇ e is the angle formed by a straight line connecting the magnet center position and the rotation center point at one axial end side and a straight line connecting the magnet center position and the rotation center point at the other axial end side.
  • the number of axial steps is two, but it is also possible to make it three or more steps (for example, four steps).
  • the rotor 40 may have a linear skew structure in which the rotor is skewed continuously in the axial direction.
  • the permanent magnets 42 of each magnetic pole are arranged to extend in a direction inclined with respect to the axial direction, and the skew angle ⁇ e, which is the circumferential deviation angle, is preferably set in the range of 28 to 46° in electrical angle.
  • the motor 10 it is also possible to use a rotating electric machine in which the number of magnetic poles of the rotor 40 and the number of slots of the stator 30 are determined as follows.
  • the number of magnetic poles is set to "22" and the number of slots is set to "18".
  • the motor 10 has 16 magnetic poles and 18 slots.
  • the number of magnetic poles is set to "20” and the number of slots is set to "18".
  • the stator 30 or the rotor 40 is skewed so as to suppress radial vibrations of the eighth electrical component and the tenth electrical component.
  • each split core 61 may have multiple teeth 34 in the circumferential direction.
  • the split core 61 may have three teeth 34.
  • the stator core 31 may also have a structure that does not have a split core structure, that is, a structure that forms an integral ring shape that cannot be divided in the circumferential direction.
  • the stator winding 32 has a first stator winding 32a and a second stator winding 32b, and is configured to have a total of six phase windings, but this may be modified so that the stator winding 32 has a three-phase winding.
  • the rotating electric machine may be an outer rotor type rotating electric machine instead of an inner rotor type rotating electric machine.

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Abstract

回転電機は、周方向に並ぶ複数の磁極を有する回転子と、周方向に複数のティースを有する固定子コアと、集中巻により前記ティースに巻回される多相の固定子巻線とを有する固定子と、を備える。回転電機において、回転子の磁極数が（１８±４）であって、かつティース間のスロット数が１８であるか、又は、回転子の磁極数が（１８±２）であって、かつティース間のスロット数が１８であり、電気８次成分及び電気１０次成分の径方向振動を抑制するように固定子又は回転子にスキューが施されている。

Description

回転電機 関連出願の相互参照
　本出願は、２０２２年１１月２５日に出願された日本出願番号２０２２－１８８６９０号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、回転電機に関するものである。
　集中巻コイルを有する回転電機として、例えば特許文献１に記載の回転電機が知られている。この特許文献１には、回転子の磁極数として特定の磁極数を有し、かつ固定子におけるティース間のスロット数として特定のスロット数を有する回転電機が記載されており、具体的には、磁極数が１４であり、かつスロット数が１８である回転電機や、磁極数が２２であり、かつスロット数が１８である回転電機、磁極数が１６であり、かつスロット数が１８である回転電機、磁極数が２０であり、かつスロット数が１８である回転電機が開示されている。そして、これらの回転電機において、相間の各コイル体における起磁力の位相差が電気角で２０度を含む所定の位相範囲内となるようにすることで、電気６次又は電気１２次の高調波成分を打ち消し、トルクリプルを抑制できるものとしていた。
特許第７１０３２９９号公報
　上記特許文献１は、本願出願人によりなされた出願であったが、本願出願人によればさらに、上記のごとく特定の磁極数及びスロット数とした回転電機では、電気８次成分及び電気１０次成分により固定子に楕円状に変形する向きの径方向電磁力が生じ、それに起因して径方向振動が生じることが見出された。この場合、回転電機に騒音等の不都合が生じ、静粛性が低下することが懸念される。なお、こうした径方向振動は、１４極、１８スロットのような特定の磁極数及びスロット数を有する回転電機にて生じ、例えば８極、１２スロットとした回転電機では問題にならないことも確認されている。
　本開示は、上記課題に鑑みてなされたものであり、特定の磁極数及びスロット数を有する回転電機において静粛性を向上させることを目的とするものである。
　本開示は、
　周方向に並ぶ複数の磁極を有する回転子と、
　周方向に複数のティースを有する固定子コアと、集中巻により前記ティースに巻回される多相の固定子巻線とを有する固定子と、を備える回転電機において、
　前記回転子の磁極数が（１８±４）であって、かつ前記ティース間のスロット数が１８であるか、又は、
　前記回転子の磁極数が（１８±２）であって、かつ前記ティース間のスロット数が１８であり、
　電気８次成分及び電気１０次成分の径方向振動を抑制するように前記固定子又は前記回転子にスキューが施されている。
　集中巻構造の固定子を有する回転電機において、回転子の磁極数が（１８±４）、かつ固定子のスロット数が１８である構成、又は回転子の磁極数が（１８±２）、かつ固定子のスロット数が１８である構成とする場合には、電気８次成分及び電気１０次成分に起因して、固定子に楕円状に変形する向きの径方向電磁力が生じ、静粛性が低下することが懸念される。この点、上記回転電機において、電気８次成分及び電気１０次成分の径方向振動を抑制するように固定子及び回転子の少なくともいずれかにスキューを施す構成とした。この場合、スキュー構造を付加することで、電気８次成分及び電気１０次成分に起因する径方向電磁力を低減でき、固定子の変形を抑制できる。その結果、特定の磁極数及びスロット数を有する回転電機において静粛性を向上させることができる。
　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、モータの縦断面図であり、 図２は、モータの横断面図であり、 図３は、制御装置の電気的構成を示す図であり、 図４は、固定子の斜視図であり、 図５は、固定子コアの構成を示す斜視図であり、 図６は、固定子巻線の巻線構成図であり、 図７は、固定子巻線の各部分巻線についてティースとの対応関係を示す図であり、 図８は、８次成分及び１０次成分により径方向加速度が生じることを説明する図であり、 図９は、固定子コアの段スキュー構造を示す斜視図であり、 図１０は、固定子コアのスキュー角度を説明する図であり、 図１１は、電気８次、１０次の径方向振動加速度とスキュー角度との関係を示す図であり、 図１２は、固定子コアのリニアスキュー構造を示す斜視図であり、 図１３は、回転子のスキュー構造を示す斜視図である。
　以下、各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。本実施形態では、回転電機としてのモータ１０を例示して説明する。
　図１に示すモータ１０は、永久磁石界磁型のものであり、具体的には３相巻線を有する永久磁石界磁型同期機である。つまり、モータ１０は、ブラシレスモータである。この３相巻線は２系統有していてもよい。モータ１０は、ハウジング２０と、ハウジング２０に固定される固定子３０と、固定子３０に対して回転する回転子４０と、回転子４０が固定される回転軸１１と、を備える。以下、本実施形態において、軸方向とは回転軸１１の軸方向のことを示し、径方向とは回転軸１１の径方向のことを示し、周方向とは回転軸１１の周方向のことを示す。
　ハウジング２０は円筒形状に形成されており、ハウジング２０内には、固定子３０及び回転子４０等が収容されている。ハウジング２０には、軸受２３，２４が設けられており、この軸受２３，２４により回転軸１１が回転自在に支持されている。ハウジング２０の内周面の軸心は回転軸１１と同軸となっている。回転軸１１の先端側には、角度センサ１２が設けられている。角度センサ１２は、磁気センサでもレゾルバでもよい。
　固定子３０は、ハウジング２０の軸方向略中央において、ハウジング２０の内周に沿って円筒状に設けられている。そして、固定子３０は、回転軸１１の軸心Ｏを中心にして、ハウジング２０の内周面に固定されている。固定子３０は、磁気回路の一部を構成するものであり、円環状をなし回転子４０の外周側において径方向に対向して配置される固定子コア３１と、固定子コア３１に巻回された固定子巻線３２とを有している。
　図２に示すように、固定子コア３１は、円環状のバックヨーク３３と、バックヨーク３３から径方向内側に向けて突出し、周方向に所定距離を隔てて配列された複数のティース３４とを有し、隣り合うティース３４の間にスロット３５が形成されている。固定子コア３１においてティース３４は周方向に等間隔に設けられ、そのティース３４に固定子巻線３２が巻回されている。これにより、各スロット３５内に固定子巻線３２の導体が収容されている。本実施形態では、ティース３４の数、スロット３５の数をそれぞれ「１８」としている。説明の都合上、各ティース３４には、周方向の配列順で反時計回りに符号Ｔ１～１８を付しており、ティース番号を示す必要のある場合には、ティース３４をティースＴ１，Ｔ２，Ｔ３・・・としても記載する。固定子巻線３２は、スロット３５に収容された状態で保持されており、電力（交流電力）が供給されることで磁束を発生する。
　固定子コア３１は、薄板状の磁性体である複数の鋼板（コアシート）を用い、その複数の鋼板が固定子コア３１の軸方向に積層されることで形成されている。鋼板は、例えば帯状の電磁鋼板材をプレス打ち抜きすることで形成されているとよい。
　回転子４０は、磁気回路の一部を構成するものであり、周方向に複数の磁極を有し、固定子３０に対して径方向に対向するように配置されている。本実施形態において、回転子４０は、１４個の磁極（すなわち７個の磁極対）を有する。回転子４０は、磁性体からなる回転子コア４１と、回転子コア４１に固定される複数の永久磁石４２と、を備える。具体的には、図２に示すように、回転子４０は、周方向に極性が交互となるように磁極ごとに磁石部としての永久磁石４２を備えており、回転子コア４１に軸方向に沿って設けられた収容孔に永久磁石４２が埋め込まれている。
　回転子４０は、周知の構成でよく、例えば、ＩＰＭ型（Interior Permanent Magnet：埋め込み磁石型）の回転子であっても、ＳＰＭ型（Surface Permanent Magnet：表面磁石側）の回転子であってもよい。また、回転子４０として、界磁巻線側の回転子を採用してもよい。本実施形態では、ＩＰＭ型の回転子を採用している。回転子４０には、回転軸１１が挿通され、回転軸１１を中心にして回転軸１１と一体回転するように回転軸１１に固定されている。
　モータ１０には、制御装置５０が接続されている。制御装置５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＩ／Ｏ等を備えたマイクロコンピュータを主体として構成されており、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することにより、各種機能を実現する。なお、各種機能は、ハードウェアである電子回路によって実現されてもよく、あるいは、少なくとも一部をソフトウェア、すなわちコンピュータ上で実行される処理によって実現されてもよい。
　制御装置５０が備える機能としては、例えば、外部（例えばバッテリ）からの電力を変換し、モータ１０に供給して駆動力を発生させる機能を有する。また、例えば、制御装置５０は、角度センサ１２から入力された回転角度に関する情報を利用して、モータ１０の制御（電流制御など）を行う機能を備える。
　図３は、本実施形態における制御装置５０の電気的構成を示す図である。
　本実施形態では、固定子巻線３２が第１固定子巻線３２ａと第２固定子巻線３２ｂとから構成されており、制御装置５０には、固定子巻線３２ａ，３２ｂごとに第１インバータ回路５１及び第２インバータ回路５２が設けられている。各インバータ回路５１，５２は、それぞれ３相の相数と同数の上下アームを有するフルブリッジ回路により構成されている。制御装置５０は、各アームに設けられたスイッチング素子のオンオフにより、各相における電流を制御する。
　詳しく説明すると、第１インバータ回路５１は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相からなる３相において、スイッチング素子としての上アームスイッチＳｐと下アームスイッチＳｎとの直列接続体をそれぞれ備えている。本実施形態では、各相における上アームスイッチＳｐ及び下アームスイッチＳｎとして、電圧制御形の半導体スイッチング素子を用いており、具体的にはＩＧＢＴを用いている。なお、スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを用いてもよい。各相における上アームスイッチＳｐ及び下アームスイッチＳｎには、それぞれフリーホイールダイオード（還流ダイオード）Ｄｐ，Ｄｎが逆並列に接続されている。
　各相の上アームスイッチＳｐの高電位側端子（コレクタ）は、バッテリの正極端子に接続されている。また、各相の下アームスイッチＳｎの低電位側端子（エミッタ）は、バッテリの負極端子（グランド）に接続されている。各相の上アームスイッチＳｐと下アームスイッチＳｎとの間の中間接続点は、それぞれ第１固定子巻線３２ａにおける各相の相巻線の一端に接続されている。第１固定子巻線３２ａはＵ相、Ｖ相、Ｗ相の相巻線を有しており、第１インバータ回路５１では、それら各相の相巻線の一端がそれぞれ上下アームのスイッチＳｐ，Ｓｎの中間接続点に接続されている。
　第２インバータ回路５２は、第１インバータ回路５１と同様の構成を有するものであるため、ここでは詳細な説明を省略する。第２固定子巻線３２ｂは、Ｘ相、Ｙ相、Ｚ相の相巻線を有しており、第２インバータ回路５２では、それら各相の相巻線の一端がそれぞれ上下アームのスイッチＳｐ，Ｓｎの中間接続点に接続されている。
　第１インバータ回路５１から供給される３相の電流と、第２インバータ回路５２から供給される３相の電流とは、互いに所定の電流位相差を有するものとなっている。
　図４は、固定子３０について具体的な構成を示す斜視図であり、図５は、固定子コア３１の構成を示す斜視図である。なお、図４に示す固定子３０は、図２に示す固定子３０に相当する。
　固定子３０において、固定子コア３１は複数の分割コア６１により構成されており、各分割コア６１が周方向に並べて配置されることで固定子コア３１が円筒状に形成されている。各分割コア６１はティース３４を有しており、各分割コア６１が周方向に並ぶことにより、図２に示すとおりティース３４とスロット３５とが周方向に交互に配置されるようになっている。本実施形態では、１８個の分割コア６１により固定子コア３１が構成されている。固定子巻線３２は、各ティース３４に導線材が集中巻により巻回されることで構成されている。周方向に隣り合う分割コア６１は接着等により互いに接合されているとよい。
　なお、分割コア６１はそれぞれ、鋼板積層体であるコア本体６２と、絶縁性の樹脂材料等により構成された絶縁部材６３，６４とを有している。絶縁部材６３，６４は、ティース３４の軸方向一端側及び他端側（図の上側及び下側）に装着されており、各絶縁部材６３，６４に架け渡すようにして導線材が多重に巻かれることで、ティース３４に部分巻線が巻回されている。
　図４に示す構成では、各ティース３４に巻回された各巻線から巻線端部が引き出されており、それら各巻線端部が、固定子３０のコイルエンドに組み付けられる不図示の配線モジュールによって所定順序で接続されるようになっている。
　固定子巻線３２の電気的な構成について一例を図６に示す。図６（ａ）は、第１固定子巻線３２ａにおいてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の相巻線の構成を示し、図６（ｂ）は、第２固定子巻線３２ｂにおいてＸ相、Ｙ相、Ｚ相の相巻線の構成を示している。これら各固定子巻線３２ａ，３２ｂは、星形結線（Ｙ結線）により各相の相巻線が互いに接続されている。
　図６（ａ）に示すように、第１固定子巻線３２ａは、Ｕ相の相巻線として部分巻線Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４を有し、Ｖ相の相巻線として部分巻線Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４を有し、Ｗ相の相巻線として部分巻線Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４を有している。そして、部分巻線Ｕ１，Ｕ２の直列接続体の一端と、部分巻線Ｖ１，Ｖ２の直列接続体の一端と、部分巻線Ｗ１，Ｗ２の直列接続体の一端とが中性点Ｎ１ａにて互いに接続されるとともに、部分巻線Ｕ３，Ｕ４の直列接続体の一端と、部分巻線Ｖ３，Ｖ４の直列接続体の一端と、部分巻線Ｗ３，Ｗ４の直列接続体の一端とが中性点Ｎ１ｂにて互いに接続されている。
　また、図６（ｂ）に示すように、第２固定子巻線３２ｂは、Ｘ相の相巻線として部分巻線Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４を有し、Ｙ相の相巻線として部分巻線Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４を有し、Ｚ相の相巻線として部分巻線Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４を有している。そして、部分巻線Ｘ１，Ｘ２の直列接続体の一端と、部分巻線Ｙ１，Ｙ２の直列接続体の一端と、部分巻線Ｚ１，Ｚ２の直列接続体の一端とが中性点Ｎ２ａにて互いに接続されるとともに、部分巻線Ｘ３，Ｘ４の直列接続体の一端と、部分巻線Ｙ３，Ｙ４の直列接続体の一端と、部分巻線Ｚ３，Ｚ４の直列接続体の一端とが中性点Ｎ２ｂにて互いに接続されている。
　なお、各固定子巻線３２ａ，３２ｂにおける相巻線ごとの４つの部分巻線は、上記のごとく２つずつに分けてそれぞれ星形結線される構成以外に、相巻線ごとの４つの部分巻線が２並列に接続された上で星形結線される構成であってもよい。この場合、第１固定子巻線３２ａでは中性点（Ｎ１ａ，Ｎ１ｂ）が１つにまとめられ、第２固定子巻線３２ｂでも同様に中性点（Ｎ２ａ，Ｎ２ｂ）が１つにまとめられる。
　その他、第１固定子巻線３２ａにおいて、各相の部分巻線Ｕ１～Ｕ４，Ｖ１～Ｖ４，Ｗ１～Ｗ４をそれぞれ直列接続し、それら３相の直列接続体を星形結線により接続するとともに、第２固定子巻線３２ｂにおいても同様に、各相の部分巻線Ｘ１～Ｘ４，Ｙ１～Ｙ４，Ｚ１～Ｚ４をそれぞれ直列接続し、それら３相の直列接続体を星形結線により接続する構成としてもよい。各固定子巻線３２ａ，３２ｂにおいて、星形結線（Ｙ結線）に代えて、Δ結線により各相の相巻線を接続することも可能である。
　固定子コア３１では、全１８個のティース３４において周方向に連続する３つずつを一組として、各組３つのティース３４に、互いに異相となる２つの相巻線の部分巻線がそれぞれ集中巻により巻回されている。この場合、３つを一組とする各ティース群には、第１固定子巻線３２ａの部分巻線Ｕ１～Ｕ４，Ｖ１～Ｖ４，Ｗ１～Ｗ４のうち２つの部分巻線と、第２固定子巻線３２ｂの部分巻線Ｘ１～Ｘ４，Ｙ１～Ｙ４，Ｚ１～Ｚ４のうち２つの部分巻線とが振り分けられた状態で巻回されている。具体的には、各ティース群において、周方向の両側となる各ティース３４の一方には、第１固定子巻線３２ａの部分巻線が巻回されるとともに、各ティース３４の他方には、第２固定子巻線３２ｂの部分巻線が巻回されている。また、各ティース群の中央となるティース３４には、第１，第２固定子巻線３２ａ，３２ｂにおける両方の部分巻線が巻回されている。
　図７は、固定子巻線３２ａ，３２ｂの各部分巻線について各ティースＴ１～Ｔ１８との対応関係を示す図である。図７では、ティースＴ１～Ｔ３，Ｔ４～Ｔ６，Ｔ７～Ｔ９，・・・といったティース群（３連ティース）ごとに、４つ分の部分巻線が巻回されている。例えば、
・ティースＴ１には、第２固定子巻線３２ｂの部分巻線Ｗ１が巻回され、
・ティースＴ２には、第２固定子巻線３２ｂの部分巻線Ｗ２と第１固定子巻線３２ａの部分巻線Ｘ２とが巻回され、
・ティースＴ３には、第１固定子巻線３２ａの部分巻線Ｘ１が巻回されている。
その他のティース群については説明を省くが、同様の態様で各部分巻線が巻回されており、各ティース群の第１～第３ティースにおいて図示のごとく各部分巻線が巻回されている。
　回転電機では、トルクリプルに基づく騒音や振動が問題となりうる。トルクリプルは、主に電気６次の高調波成分又は電気１２次の高調波成分が主要成分となるため、これらの抑制することが望ましい。そこで、上記構成のモータ１０を用い、制御装置５０において以下のような制御が行われるとよい。
　上記構成のモータ１０では、
・各ティース群の第１ティース（Ｔ１，Ｔ４，Ｔ７，Ｔ１０，Ｔ１３，Ｔ１６）に、第１固定子巻線３２ａにおけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各部分巻線（第１コイル体）が巻回され、
・各ティース群の第２ティース（Ｔ２，Ｔ５，Ｔ８，Ｔ１０，Ｔ１４，Ｔ１７）に、第１，第２固定子巻線３２ａ，３２ｂにおけるいずれか１相ずつの部分巻線（第２コイル体）が巻回され、
・各ティース群の第３ティース（Ｔ３，Ｔ６，Ｔ９，Ｔ１２，Ｔ１５，Ｔ１８）に、第２固定子巻線３２ｂにおけるＸ相、Ｙ相、Ｚ相の各部分巻線（第３コイル体）が巻回されている。
　そしてかかる構成において、制御装置５０が、各相の第１コイル体の起磁力に対する各相の第２コイル体の起磁力の各位相差と、各相の第２コイル体の起磁力に対する各相の第３コイル体の起磁力の各位相差と、が電気角で２０度を含む所定の位相範囲内となるように、又は、各相の第１コイル体の起磁力に対する各相の第３コイル体の起磁力の各位相差と、各相の第３コイル体の起磁力に対する各相の第２コイル体の起磁力の各位相差と、が電気角で２０度を含む所定の位相範囲内となるように、第２ティースに巻回される第１固定子巻線３２ａの部分巻線により発生する起磁力と当該第２ティースに巻回される第２固定子巻線３２ｂの部分巻線により発生する起磁力との合算位相差を設定する。合算位相差は、例えば電気角で７２～８８度の範囲で設定されるとよい。若しくは、制御装置５０は、第２ティースに巻回される第１固定子巻線３２ａの部分巻線に流れる電流と当該第２ティースに巻回される第２固定子巻線３２ｂの部分巻線に流れる電流との合算位相差を設定する。なお、本制御の詳細は、本願出願人の出願による特許第７１０３２９９号公報に詳細に記載されている。
　上述したとおり本実施形態のモータ１０では、集中巻構造の固定子３０を有し、かつ回転子４０の磁極数を「１４」、固定子３０のスロット数を「１８」としており、こうした磁極数及びスロット数のコンビネーションに起因して電気８次の高調波成分及び電気１０次の高調波成分の径方向振動が生じることが懸念される。図８（ａ）は、本実施形態における対策前の固定子コア構造を示す斜視図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）の固定子コアにおいて８次成分及び１０次成分による径方向加速度が生じる範囲を示す図である。なお、図８（ａ）では、固定子コア３１において各ティース３４は軸方向に平行に延び、かつティース先端部に設けられた鍔部は、周方向両側で均等となっている。
　図８（ｂ）に示す径方向加速度は、本願開示者の解析により得られた結果に基づくものであり、周方向に概ね１８０°離れた位置において径方向内側に向けて径方向内側加速度が生じるとともに、同じく周方向に概ね１８０°離れ、かつ径方向内側加速度とは約９０°ずれた位置において径方向外側に向けて径方向外側加速度が生じるものとなっている。この場合、固定子コア３１に楕円状に変形する向きの径方向電磁力が生じ、同次数の騒音が生じることが懸念される。
　そこで本実施形態では、電気８次及び電気１０次の径方向振動の対策を講じるものとしている。以下には、径方向振動の対策として、固定子コア３１のティース先端部にスキュー構造とした構成を説明する。図９は、固定子コア３１の段スキュー構造を示す斜視図である。図９には、図５の構成から絶縁部材６３，６４を取り除いた構成（つまり、コア本体６２の集合体）が示されている。
　コア本体６２は、径方向に延びるティース３４と、その径方向一端側に設けられたヨーク部６２ａとを有し、ティース３４の先端部には、周方向に延びる鍔部６２ｂが設けられている。ヨーク部６２ａは、図２に示す固定子コア３１のバックヨーク３３に相当する部位である。
　また、コア本体６２は、軸方向（図の上下方向）に複数のブロックが結合された状態で形成されている。本実施形態では、コア本体６２を、軸方向に４ブロックを結合することで形成しており、上下に隣り合う各ブロックにおいて、ティース先端部の鍔部６２ｂの形状が相違するものとなっている。具体的には、各ブロックにおいて、ティース３４における周方向中心位置に対して、周方向両側（左右両側）の鍔部６２ｂの突出量が相違しており、かつ、上下に隣り合う各ブロックで突出量の大小が左右逆になっている。つまり、図９の構成では、鍔部６２ｂが周方向一方の側に偏っている第１ティースブロックＢ１と、鍔部６２ｂが周方向他方の側に偏っている第２ティースブロックＢ２とが含まれ、これら各ティースブロックＢ１，Ｂ２が軸方向に交互に配置されるものとなっている。なお、各ティースブロックＢ１，Ｂ２は、同形状のものを用い、軸方向の向きを互いに逆にして重ねられたものであるとよい。
　各コア本体６２の鍔部６２ｂが、段スキューが施されたスキュー部に相当する。なお、各ティースブロックにおいてコイル巻回部分（鍔部６２ｂを除く部分）では、いずれも周方向中心位置が同一位置となっている。本実施形態では、固定子３０の軸方向のスキュー段数を４段とするが、スキュー段数は軸方向に３段以上であるとよい。
　図１０は、固定子コア３１のスキュー角度を説明する図である。図１０は、コア本体６２の平面図であり、第１ティースブロックＢ１と第２ティースブロックＢ２とが軸方向に重なった状態が示されている。
　ここでは、周方向のティース中心位置と軸心Ｏ（固定子中心点）とを結ぶ直線をＬ、ティース先端部において、第１ティースブロックＢ１の周方向中心位置をＰ１、第２ティースブロックＢ２の周方向中心位置をＰ２としている。この場合、直線Ｌに対して、第１ティースブロックＢ１側のＯ－Ｐ１の直線により形成される角度θ１と、直線Ｌに対して、第２ティースブロックＢ２側のＯ－Ｐ２の直線により形成される角度θ２とは同じ角度であり（θ１＝θ２）、角度θ１，θ２を加算した角度θｅがスキュー角度となっている。
　スキュー角度θｅは、鍔部６２ｂの周方向中央点のずれ角度であり、具体的には、電気８次成分、電気１０次成分の径方向振動を抑制すべく、以下のようにスキュー角度θｅが設定されているとよい。すなわち、電気８次成分の対策としては、電気角１８０°／８＝２２．５°がスキュー角度θｅの理想角度であり、電気１０次成分の対策としては、電気角１８０°／１０＝１８°がスキュー角度θｅの理想角度である。これらを鑑みて、スキュー角度θｅは、電気角で１４～２３°の範囲に設定されているとよい。
　上記のスキュー構造によれば、固定子３０に生じる電気８次及び電気１０次の径方向電磁力が打ち消され、ひいては径方向振動が抑制されるものとなっている。図１１は、固定子コア３１において電気８次、１０次成分の径方向振動加速度が最大となる部位について、径方向振動加速度とスキュー角度θｅとの関係を示す図である。図１１によれば、スキュー角度θｅと径方向振動加速度の大きさとには相関があり、スキュー角度θｅの調整により径方向振動加速度の低減が可能となることが分かる。本実施形態では、スキュー角度θｅを１４～２３°の範囲に設定することにより、径方向振動加速度を軽減するものとしている。
　以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。
　回転子４０の磁極数を「１４」、かつ固定子３０のスロット数を「１８」とした集中巻構造のモータ１０において、電気８次成分及び電気１０次成分の径方向振動を抑制するように固定子３０にスキューを施す構成とした。この場合、スキュー構造を付加することで、電気８次成分及び電気１０次成分に起因する径方向電磁力を低減でき、固定子３０の変形を抑制できる。その結果、特定の磁極数及びスロット数を有するモータ１０において静粛性を向上させることができる。
　なお、固定子３０において径方向振動が生じる回転電機では、その対策として例えば樹脂含浸による構造強化が行われることが考えられるが、上記のとおり径方向振動を抑制した構成によれば、樹脂含浸等による構造強化が不要となり、コスト低減の効果を見込むこともできる。
　固定子３０の段スキュー構造において、ティース先端部における鍔部６２ｂの周方向中央点のずれ角度をスキュー角度θｅとし、そのスキュー角度θｅを、電気角で１４～２３°の範囲に設定した。これにより、電気８次成分及び電気１０次成分の径方向振動を好適に抑制することができる。
　固定子コア３１のティース先端部に段スキューを施した構成によれば、コアシートの変更のみで所望の構成を実現でき、コスト面でのメリットが考えられる。この場合、軸方向に重ねられるティースブロック（又はコアシート）を裏返すことで、ティース先端部の鍔部６２ｂの偏り方向を変更でき、スキュー構造を実現する上でのコストアップを最小限にすることができる。
　固定子３０の軸方向のスキュー段数を３段以上にすることとし、具体的には４段とした。この場合、例えばスキュー段数を２段にする場合に比べて、径方向振動抑制効果の寸法ばらつきに対するロバスト性を向上できる。
　（他の実施形態）
　上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。
　・図１２に示すように、固定子３０を、軸方向に連続的に傾斜するスキューが施されたリニアスキュー構造としてもよい。この場合、固定子コア３１において、ティース３４が軸方向に対して傾斜する向きに延びるよう設けられており、ティース先端部における軸方向一端側の中心位置Ｐ１１と、軸方向他端側の中心位置Ｐ１２とが周方向にずれた構成となっている。なお本構成では、ティース先端部の鍔部６２ｂおいて、周方向の両側の突出寸法は軸方向で見て均一であり、例えば周方向一方側及び他方側で突出寸法が同じであるとよい。
　スキュー角度θeは、ティース先端部における軸方向一端側の中心位置Ｐ１１及び固定子中心点（不図示）を結ぶ直線と、ティース先端部における軸方向他端側の中心位置Ｐ１２及び固定子中心点を結ぶ直線とがなす角度である。リニアスキュー構造では、スキュー角度θeは電気角で２８～４６°の範囲に設定されているとよい。スキュー角度θｅは、リニアスキューにより生じる周方向のずれ角度に相当する。すなわち、電気８次成分の対策としては、電気角３６０°／８＝４５°がスキュー角度θｅの理想角度であり、電気１０次成分の対策としては、電気角３６０°／１０＝３６°がスキュー角度θｅの理想角度である。これらを鑑みて、スキュー角度θｅは、電気角で２８～４６°の範囲に設定されているとよい。上記のリニアスキュー構造とした場合でもあっても、電気８次成分及び電気１０次成分の径方向振動を好適に抑制することができる。なお、リニアスキュー構造とする場合にも、スキュー角度θｅと径方向振動加速度の大きさとには相関があり（図１１参照）、所定角度範囲（電気角２８～４６°）において径方向振動加速度を所望レベルに低減できるものとなっている。
　・固定子３０をスキュー構造とすることに代えて、回転子４０をスキュー構造とすることも可能である。具体的には、図１３（ａ）に示すように、回転子４０において、周方向に並ぶ磁極ごとに磁極中心位置が軸方向に段差状にずれており、そのずれ角度であるスキュー角度θｅが、電気角で１４～２３°の範囲に設定されているとよい。図１３（ａ）では、回転子コア４１の外周面に複数の永久磁石４２が固定され、その永久磁石４２により各磁極が構成されている。各磁極では、軸方向に並ぶ各永久磁石４２の位置が段差状にずれることで段スキュー構造となっている。スキュー角度θeは、軸方向一端側における磁石中心位置及び回転中心点を結ぶ直線と、軸方向他端側における磁石中心位置及び回転中心点を結ぶ直線とがなす角度である。なお、図示の構成では、軸方向の段数が２段であるが、３段以上（例えば４段）にすることも可能である。
　又は、図１３（ｂ）に示すように、回転子４０を、軸方向に連続的に傾斜するスキューが施されたリニアスキュー構造としてもよい。この場合、各磁極の永久磁石４２は、軸方向に対して傾斜する向きに延びるよう設けられており、周方向のずれ角度であるスキュー角度θｅが、電気角で２８～４６°の範囲に設定されているとよい。
　・モータ１０として、回転子４０の磁極数、及び固定子３０のスロット数を以下のように定めた回転電機を用いることも可能である。
・モータ１０において、磁極数を「２２」、スロット数を「１８」とする。
・モータ１０において、磁極数を「１６」、スロット数を「１８」とする。
・モータ１０において、磁極数を「２０」、スロット数を「１８」とする。
これら各回転電機においても、上記同様、電気８次成分及び電気１０次成分の径方向振動を抑制するように固定子３０又は回転子４０にスキューが施されているとよい。
　・固定子コア３１において、各分割コア６１は周方向に複数個ずつのティース３４を有するものであってもよい。例えば、分割コア６１は３つのティース３４を有するものであるとよい。また、固定子コア３１は、分割コア構造でない構成、すなわち周方向に分割不可な一体の円環状をなす構成であってもよい。
　・上記実施形態では、固定子巻線３２が、第１固定子巻線３２ａと第２固定子巻線３２ｂとを有し、合計６相の相巻線を有する構成としたが、これを変更し、固定子巻線３２が３相の相巻線を有する構成であってもよい。
　・回転電機は、インナロータ式の回転電機に代えて、アウタロータ式の回転電機であってもよい。
　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (4)

  1. 　周方向に並ぶ複数の磁極を有する回転子（４０）と、
    　周方向に複数のティース（３４）を有する固定子コア（３１）と、集中巻により前記ティースに巻回される多相の固定子巻線（３２）とを有する固定子（３０）と、を備える回転電機（１０）において、
    　前記回転子の磁極数が（１８±４）であって、かつ前記ティース間のスロット数が１８であるか、又は、
    　前記回転子の磁極数が（１８±２）であって、かつ前記ティース間のスロット数が１８であり、
    　電気８次成分及び電気１０次成分の径方向振動を抑制するように前記固定子又は前記回転子にスキューが施されている、回転電機。
  2. 　前記固定子又は前記回転子は、軸方向において段差状のスキューが施された段スキュー構造により構成されており、
    　前記固定子において、前記ティースの先端部に設けられ周方向に延びる鍔部（６２ｂ）がスキュー部であり、前記鍔部の周方向中央点のずれ角度であるスキュー角度が、電気角で１４～２３°の範囲に設定されているか、又は、
    　前記回転子において、周方向に並ぶ磁極ごとに磁極中心位置が軸方向に段差状にずれており、そのずれ角度であるスキュー角度が、電気角で１４～２３°の範囲に設定されている、請求項１に記載の回転電機。
  3. 　軸方向に３段以上でスキューが設けられている、請求項２に記載の回転電機。
  4. 　前記固定子又は前記回転子は、軸方向に連続的に傾斜するスキューが施されたリニアスキュー構造により構成されており、
    　周方向のずれ角度であるスキュー角度が、電気角で２８～４６°の範囲に設定されている、請求項１に記載の回転電機。
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