JP2008263738A - Rotary electric machine - Google Patents

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Hiroyuki Kanazawa
宏至 金澤
Takayuki Koyama
貴之 小山
Yuji Enomoto
裕治 榎本
Shoichi Kawamata
昭一 川又
Shoji Oiwa
昭二 大岩
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Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Resonac Corp
Nidec Advanced Motor Corp
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Nidec Servo Corp
Hitachi Powdered Metals Co Ltd
Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotary electric machine having a structure hardly influenced by magnetic interference of each of phases and reducing cogging torque to cause torque ripple in order to solve the problem that a coupled core external circumference of a stator magnetic pole causes electric interference on each of the phases and a control constant of a controller to be driven is influenced by the other phases, resulting in less controllability in a conventional technique, and further, to reduce the cogging torque to cause torque ripple in the structure of a rotor. <P>SOLUTION: This rotary electric machine has a profile in which the magnetic poles can be separately disposed. In the electric machine, two magnets 3a, 3b of the rotor are disposed with a phase difference by an electric angle. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は回転電機に関する。   The present invention relates to a rotating electrical machine.

従来の回転電機において周方向に各相の巻線が配置されたものとして、特表2005−532775号公報に記載のように固定子磁極にコイルを巻いたステータ構造が開示されている。更に、今までのモータではコアバック外周部分を周方向に鎖交する磁束が有ったため磁極を分割することが出来なかった。   As a conventional rotating electrical machine in which windings of respective phases are arranged in the circumferential direction, a stator structure in which a coil is wound around a stator magnetic pole as disclosed in JP-T-2005-532775 is disclosed. Further, in the conventional motor, the magnetic poles could not be divided because there was a magnetic flux interlinking the outer periphery of the core back in the circumferential direction.

特表2005−532775号公報JP 2005-532775 A

従来の技術においては、固定子磁極のコア外周部が連結されているために、各相での磁気的な干渉が発生し駆動するコントローラの制御定数が他の相の影響を受けるため制御性に欠ける課題がある。更に、本発明の回転機の構造でさらにトルクリプルの要因となるコギングトルクを低減することが必要である。   In the conventional technology, since the core outer peripheral part of the stator magnetic pole is connected, magnetic interference occurs in each phase, and the control constant of the controller to be driven is influenced by other phases, so that the controllability is improved. There are missing issues. Furthermore, it is necessary to further reduce the cogging torque that causes torque ripple in the structure of the rotating machine of the present invention.

本発明の目的は、各相の磁気的な干渉を受けにくい構造でかつ、トルクリプルの要因となるコギングトルクを低減出来る回転電機を提供することである。   An object of the present invention is to provide a rotating electrical machine that is less susceptible to magnetic interference between phases and that can reduce the cogging torque that causes torque ripple.

本発明は、各相の磁極を分割配置できる形状とした。また、回転子の2列の磁石を電気角で位相差をもって配置することとした。   In the present invention, the magnetic poles of each phase can be divided and arranged. Further, the two rows of magnets of the rotor are arranged with an electrical angle and a phase difference.

各相の磁気的な干渉を受けにくい構造でかつ、トルクリプルの要因となるコギングトルクを低減出来る回転電機を提供することができる。   It is possible to provide a rotating electrical machine that has a structure that is difficult to receive magnetic interference of each phase and can reduce cogging torque that causes torque ripple.

本発明の実施例を図1〜図14により説明する。図1は本発明の一実施例であるステータ磁極を磁気的に3相独立に配置したもので、回転子磁極の永久磁石を2列で構成したものを示したものである。回転子の極数は24極である。この構造により、3相のステータ(固定子磁極)がそれぞれ分割されているため、各相の磁気的な干渉を受けにくい構造であり、各相での磁気的な干渉が発生し駆動するコントローラの制御定数が他の相の影響を受けるため制御性に欠ける課題点が解消することができる。   An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows one embodiment of the present invention in which stator magnetic poles are magnetically arranged in three phases independently, and the permanent magnets of rotor magnetic poles are configured in two rows. The rotor has 24 poles. With this structure, the three-phase stator (stator magnetic pole) is divided so that it is difficult to receive the magnetic interference of each phase. Since the control constant is affected by other phases, the problem of lack of controllability can be solved.

次に、構成について詳細に説明する。回転子100は中心部分にシャフト1が配置され、シャフト1の外周部に回転子ヨーク2が配置されている。回転子ヨーク2の外周部に永久磁石3が配置されている。この永久磁石3は永久磁石3aと3bの2つのリング磁石で構成されている。この永久磁石3aと3bは図に示したように着磁磁極の位相が電気角で位相差を持って構成されている。本来モータとしてはケースやベアリング等の支持機構が必要であるが、この図では省略している。次に、固定子200について説明する。固定子磁極は3相の位相差を持つように3個の磁極が、回転子の永久磁石3の外周部に僅かな空隙を介して配置されている。3相の固定子磁極はU相磁極4U,V相磁極4V,W相磁極4Wで、前記回転子の磁石3にほぼ重なるように配置されている。各相磁極の中心部には固定子コイルが配置され、U相コイルは5U、V相コイルは5V、W相磁極は5Wで示している。更に各相コイルは固定子磁極の端部でU字状にコイルエンド部を構成し、コイルエンド部から引き出し線10U,10V(図示せず),10Wが外部の駆動回路(図示せず)に接続される。この様な固定子構成において、各固定子磁極は連結材(図示せず)により、電気角で120度の位相差を持って、ロータ外周部に配置されている。この連結材は各相の固定子磁極を機械的に固定できるものであればどのような構造であっても良く、好ましくは非磁性体の金属で構成されるのが望ましい。更に、連結された後、樹脂により円筒型にモールドしても良い。   Next, the configuration will be described in detail. In the rotor 100, the shaft 1 is disposed at the center, and the rotor yoke 2 is disposed on the outer periphery of the shaft 1. A permanent magnet 3 is disposed on the outer periphery of the rotor yoke 2. The permanent magnet 3 is composed of two ring magnets, permanent magnets 3a and 3b. As shown in the figure, the permanent magnets 3a and 3b are configured such that the phase of the magnetized magnetic pole has an electrical angle and a phase difference. Originally, a support mechanism such as a case and a bearing is necessary as a motor, but it is omitted in this figure. Next, the stator 200 will be described. Three magnetic poles are arranged on the outer peripheral portion of the permanent magnet 3 of the rotor via a slight gap so that the stator magnetic pole has a phase difference of three phases. The three-phase stator magnetic poles are a U-phase magnetic pole 4U, a V-phase magnetic pole 4V, and a W-phase magnetic pole 4W, and are arranged so as to substantially overlap the magnet 3 of the rotor. A stator coil is arranged at the center of each phase magnetic pole, the U phase coil is indicated by 5 U, the V phase coil is indicated by 5 V, and the W phase magnetic pole is indicated by 5 W. Furthermore, each phase coil forms a coil end portion in a U shape at the end of the stator magnetic pole, and lead wires 10U, 10V (not shown) and 10W are connected to an external drive circuit (not shown) from the coil end portion. Connected. In such a stator configuration, each stator magnetic pole is arranged on the outer periphery of the rotor with a phase difference of 120 degrees in electrical angle by a connecting material (not shown). The connecting material may have any structure as long as it can mechanically fix the stator magnetic poles of each phase, and is preferably composed of a nonmagnetic metal. Further, after being connected, it may be molded into a cylindrical shape by resin.

図2を用いて図1で説明した固定子磁極4Uの詳細を説明する。他の相である4V及び4Wは同一構造であるため説明は省略する。先に説明したようにU相磁極4Uは、5つの部品から構成されている。固定子磁極4Uは、4Uaと4Ubの2列の磁極列からなっている。例えば、4Uaの磁極列は内周側に向かって配置される磁極歯4Ua1と外向きに向かって配置される4Ua2から構成され、その4Ua1と4Ua2の中心部にU相コイル5Uの片側のコイルが挟み込まれるように構成されている。更に、もう1列の磁極列
4Ubを構成する4Ub1と4Ub2の中心部にU相コイル5Uのもう一方のコイルが挟まれている。U相コイル5Uの口出し線10Uは、磁極に挟まれていないU型のコイルエンド部から取り出されている。
Details of the stator magnetic pole 4U described in FIG. 1 will be described with reference to FIG. Since the other phases, 4V and 4W, have the same structure, description thereof is omitted. As described above, the U-phase magnetic pole 4U is composed of five parts. The stator magnetic pole 4U is composed of two magnetic pole rows of 4Ua and 4Ub. For example, the 4Ua magnetic pole array is composed of magnetic pole teeth 4Ua1 arranged toward the inner peripheral side and 4Ua2 arranged outwardly. It is comprised so that it may be inserted | pinched. Furthermore, the other coil of the U-phase coil 5U is sandwiched between the central portions of 4Ub1 and 4Ub2 constituting another magnetic pole row 4Ub. The lead wire 10U of the U-phase coil 5U is taken out from a U-shaped coil end portion that is not sandwiched between magnetic poles.

図3(a)は、先に説明したU相磁極の4Ub列にU相コイル5Uが挟まれた構造を示したものである。紙面手前のコイル部分に、4Ua列の磁極が配置される。図3(b)はU相コイル5Uが巻装されるコイル中心部の磁極を示したものである。U相コイル5Uは図示した、外向き磁極歯4Ua2と4Ub2に直巻きするか、コイルを予めリング状に成形したものを配置しても良い。また、4Ua2と4Ub2を一体的に作製することも可能である。   FIG. 3 (a) shows a structure in which a U-phase coil 5U is sandwiched between 4Ub rows of U-phase magnetic poles described above. The 4Ua row of magnetic poles are arranged in the coil portion in front of the page. FIG. 3B shows a magnetic pole at the center of the coil around which the U-phase coil 5U is wound. The U-phase coil 5U may be wound directly around the illustrated outward-facing magnetic pole teeth 4Ua2 and 4Ub2, or a coil formed in advance in a ring shape may be disposed. It is also possible to manufacture 4Ua2 and 4Ub2 integrally.

図4はU相磁極4Uの完成図を示したものである。先に説明したように、2列で構成される磁極列の中心部にU相コイル5Uは配置されている。図からも分かるように磁極列
4Uaを構成する各磁極歯は同一形状で構成されている。また、もう一方の磁極列4Ubも同様にほぼ同じ形状のもので構成されている。
FIG. 4 shows a completed view of the U-phase magnetic pole 4U. As described above, the U-phase coil 5U is arranged at the center of the magnetic pole array composed of two rows. As can be seen from the figure, the magnetic pole teeth constituting the magnetic pole row 4Ua are formed in the same shape. Similarly, the other magnetic pole row 4Ub is formed of substantially the same shape.

図5(a)に先に説明したU相磁極4Uの外向き磁極歯4Ua2と4Ub2の先端部分と重なり合う磁極間部に切り欠き部7を設けた図を示したものである。切り欠き部7の形状は円形や長方形等の形状で構成され、磁極間部の幅W1に対して切り欠き部7の幅W2は狭く、好ましくは磁極歯の先端幅W3に等しい程度が良い。ここで、切り欠き部7を設ける理由としては爪先端部から磁極間部との距離が長くなるため、爪先端部からの漏れ磁束の低減の他、コイルインダクタンスの低減効果があるため、発電機の場合には発電電流の増加、モータの場合にはモータ電圧の低減が可能になる。図5(b)は同様の効果が期待できる他の実施例を示したものである。図5(b)は磁極間部にくり抜き部8を設けたものである。効果としては爪先端部からの漏れ磁束低減効果は期待できないが、コイルインダクタンスの低減及び、磁極間の内周側が繋がっているため機械的な強度は強くできる。更に、この2つを組み合わせて構成しても良い。これらの切り欠き部7やくり抜き部8の他の使用方法について説明する。先にも説明したように、3相磁極は磁気的に分離されているため径方向及び周方向に固定する必要がある。更に、3相回転電機として電気的な位相差を精度良く確保する必要もある。そこで、これらの切り欠き部7とくり抜き部8を位置決めに利用して固定することも出来る。くり抜き部8の大きさは先に述べた切り欠き部と同様にくり抜き部の幅をW4とすれば大きくても磁極幅間W1程度が好ましい。   FIG. 5 (a) shows a view in which a notch 7 is provided in the portion between the magnetic poles that overlaps the tip portions of the outward magnetic pole teeth 4Ua2 and 4Ub2 of the U-phase magnetic pole 4U described above. The shape of the notch 7 is a circle or a rectangle, and the width W2 of the notch 7 is narrower than the width W1 between the magnetic poles, and preferably equal to the tip width W3 of the magnetic pole teeth. Here, the reason why the notch portion 7 is provided is that the distance from the claw tip portion to the portion between the magnetic poles is increased, and therefore, in addition to the reduction of the leakage magnetic flux from the claw tip portion, there is an effect of reducing the coil inductance. In this case, the generated current can be increased, and in the case of a motor, the motor voltage can be reduced. FIG. 5B shows another embodiment in which the same effect can be expected. FIG. 5B is a view in which a hollow portion 8 is provided between the magnetic poles. Although the effect of reducing leakage magnetic flux from the claw tip cannot be expected as an effect, the mechanical strength can be increased because the coil inductance is reduced and the inner peripheral side between the magnetic poles is connected. Furthermore, you may comprise combining these two. Other methods of using these notches 7 and cutouts 8 will be described. As described above, since the three-phase magnetic poles are magnetically separated, it is necessary to fix them in the radial direction and the circumferential direction. Furthermore, it is necessary to ensure an electrical phase difference with high accuracy as a three-phase rotating electrical machine. Therefore, it is possible to fix the cutout portion 7 and the cutout portion 8 by using them for positioning. The size of the cut-out portion 8 is preferably about W1 between the magnetic pole widths even if it is large if the width of the cut-out portion is W4 as in the above-described notch portion.

次に、本発明の目的であるコギングトルク低減手法について説明する。図6は図1で示したクローポール型回転電機のU相磁極4Uを省略して示した図である。回転子には2列で配置されたリング状の永久磁石3が配置されている。永久磁石3aと3bのそれぞれの磁石は、固定子磁極4Vaと4Vbに重なり合っている。永久磁石3aと3bは着磁に位相差を持たせている。永久磁石のN極とS極で電気的に360度となるため本実施例では電気角で30度の位相差を持たせた。その理由は、3相モータの場合、1回転に6回のコギングトルクが発生する。すなわち、電気角で60度周期の力の変動となる。この力の変動がコギングトルクで磁極形状によって発生するものである。このコギングトルクはモータ駆動時の外乱トルクとして作用し速度変動やトルク脈動を引き起こす。このコギングトルクが大きいと、制御系のチューニングが難しく更にセンサレス駆動を行う場合の初期励磁モードで位置決め不能となる問題点が発生し、回転不能になる場合が発生する。本発明のモータ構造は、図6にも示したように永久磁石と固定子磁極が2列で構成され軸中心で左右対称形状となっている。この構造に着目して、片側のコギングトルクの位相と反対側の列で発生するコギングトルクの位相を打ち消す位相で配置することで実現するものである。先にも述べたように本構造では、電気角で60度のコギングトルクが発生することから、反対列のコギングトルクを30度の位相差が付くように、永久磁石の位相を30度ずらしたものである。更に、2列で構成される本構造のモータでは、左右が磁気的に独立しているため磁石3aと3bの境目と固定子磁極間に空間部や連結部等の非磁性部材(図示せず)を配置することが可能である。また、コギングトルクの周期が電気角で60度でない場合には、片側で発生するコギングトルクの電気的位相の1/2で永久磁石の位相をずらして対応できる。   Next, a cogging torque reduction method that is an object of the present invention will be described. FIG. 6 is a view in which the U-phase magnetic pole 4U of the claw pole type rotating electric machine shown in FIG. 1 is omitted. Ring-shaped permanent magnets 3 arranged in two rows are arranged on the rotor. The permanent magnets 3a and 3b overlap the stator magnetic poles 4Va and 4Vb, respectively. The permanent magnets 3a and 3b have a phase difference in magnetization. Since the N pole and S pole of the permanent magnet are electrically 360 degrees, in this embodiment, a phase difference of 30 degrees was given in terms of electrical angle. The reason is that in the case of a three-phase motor, six cogging torques are generated per rotation. That is, the force changes with an electrical angle of a cycle of 60 degrees. This force variation is caused by the cogging torque and the magnetic pole shape. This cogging torque acts as a disturbance torque when the motor is driven and causes speed fluctuations and torque pulsations. If this cogging torque is large, it is difficult to tune the control system, and there is a problem that positioning is impossible in the initial excitation mode when performing sensorless driving, and rotation may be impossible. In the motor structure of the present invention, as shown in FIG. 6, the permanent magnets and the stator magnetic poles are composed of two rows and are symmetrical in the center of the axis. By paying attention to this structure, it is realized by arranging in a phase that cancels the phase of the cogging torque generated in the opposite row to the phase of the cogging torque on one side. As described above, in this structure, a cogging torque of 60 degrees in electrical angle is generated. Therefore, the phase of the permanent magnet is shifted by 30 degrees so that the cogging torque in the opposite row has a phase difference of 30 degrees. Is. Further, in the motor of this structure constituted by two rows, since the left and right are magnetically independent, a nonmagnetic member (not shown) such as a space portion or a connecting portion is provided between the boundary between the magnets 3a and 3b and the stator magnetic pole. ) Can be arranged. Further, when the period of the cogging torque is not 60 degrees in electrical angle, it is possible to cope with the phase of the permanent magnet being shifted by 1/2 of the electrical phase of the cogging torque generated on one side.

次に、従来の固定子磁極は隙間なく構成されることから各相磁極間の隙間に磁極位置センサを配置することは出来なかったため、センサ専用の磁石を軸方向に配置していた。そのために、軸長が長くなる課題があった。そこで、本実施例では、図7のように固定子磁極4Uと4Wの隙間に磁極位置センサ6を設けたものを示す。磁極位置センサ6は回転子の磁石に電気的な位相差があることから、それぞれの磁石に対して配置し2組とした。永久磁石3aに対しては磁極位置センサは6Ua,6Va,6Waが対応し、また、永久磁石3bに対しては6Ub,6Vb,6Wbがそれぞれ3相の位置検出器として動作するようにしたものである。図面では磁極位置センサ6は独立した図で示したが、各センサは電気角で120度の位相差を持って配置されることが重要であるため、樹脂で3個のセンサを一体的に構成しても良い。また、2列で配置される6個の磁極位置センサを1つの部品として纏めても良い。このように、本実施例によると磁極位置センサを配置しても従来の回転電機よりも軸長の短い回転電機を提供することができるという効果がある。   Next, since the conventional stator magnetic poles are configured without gaps, the magnetic pole position sensor could not be arranged in the gaps between the respective phase magnetic poles. Therefore, magnets dedicated to the sensors were arranged in the axial direction. For this reason, there is a problem that the axial length becomes long. In this embodiment, therefore, a magnetic pole position sensor 6 is provided in the gap between the stator magnetic poles 4U and 4W as shown in FIG. Since the magnetic pole position sensor 6 has an electrical phase difference between the magnets of the rotor, two magnetic pole position sensors 6 are arranged for each magnet. For the permanent magnet 3a, the magnetic pole position sensors correspond to 6Ua, 6Va and 6Wa, and for the permanent magnet 3b, 6Ub, 6Vb and 6Wb respectively operate as a three-phase position detector. is there. In the drawing, the magnetic pole position sensor 6 is shown as an independent figure. However, since it is important that each sensor is arranged with a phase difference of 120 degrees in electrical angle, three sensors are integrally formed of resin. You may do it. Further, six magnetic pole position sensors arranged in two rows may be combined as one component. Thus, according to this embodiment, there is an effect that it is possible to provide a rotating electrical machine having a shorter axial length than a conventional rotating electrical machine even if a magnetic pole position sensor is arranged.

次に図8を用いて、図7で示した磁極位置センサの信号処理について説明する。図8は先に説明した磁極位置センサの各信号をタイムチャートとして示したものである。磁極位置センサの6Ua,6Va,6Waのグループをホールセンサ1信号とし、ホールセンサ2信号は6Ub,6Vb,6Wbの3つの信号とした。磁極位置センサには光式や磁気式のものがあるが、本発明では回転子の磁石の磁束を利用するため磁界で動作するホールセンサを採用した。ホールセンサは磁界のN極とS極で交流の出力信号を出すため、回転子の回転に伴い図8のチャートのように信号が出力される。交流電圧信号の大きさは、センサと磁石までの距離で決まるため、各相のセンサの取り付けは一定の隙間である必要がある。各磁石に対して6個のホールセンサ信号は、磁石の着磁位相に相当する30度の位相差で交流電圧が発生する。モータとして駆動するためには、インバータは1つのため磁極位置センサの信号が2つ有っても処理できないため、本発明ではホールセンサ1のU相信号は、ホールセンサ2のU相信号とアナログ的に加算することで、電気角で30度ずれていた2つの信号の中心の位相で3相の磁極位置センサ信号を得ることが出来る。図8の合成信号がホールセンサ1とホールセンサ2の同相信号をそれぞれ加え合わせたものである。更に、コンパレータで交流電圧のゼロクロスポイントでディジタル信号に変換すれば、図8に示したU相信号,V相信号,W相信号を作ることが出来る。この様に、磁極位置センサを2組用いてそれぞれの信号を加え合わせて3相信号を作ることで、1組の磁極位置センサで発生する取り付け誤差を低減することが出来る。それにより、良好な制御が可能になる。特に、今回のように極数が多い場合、機械的な取り付け誤差が電気的な角度では大きくなるため、取り付け誤差を小さくするためには良い手段である。   Next, signal processing of the magnetic pole position sensor shown in FIG. 7 will be described with reference to FIG. FIG. 8 shows each signal of the magnetic pole position sensor described above as a time chart. The group of magnetic pole position sensors 6Ua, 6Va, and 6Wa is a Hall sensor 1 signal, and the Hall sensor 2 signal is three signals of 6Ub, 6Vb, and 6Wb. There are optical and magnetic types of magnetic pole position sensors, but in the present invention, a Hall sensor that operates with a magnetic field is employed in order to use the magnetic flux of the rotor magnet. Since the Hall sensor outputs an AC output signal at the N and S poles of the magnetic field, a signal is output as shown in the chart of FIG. 8 as the rotor rotates. Since the magnitude of the AC voltage signal is determined by the distance between the sensor and the magnet, the sensor for each phase needs to be attached at a certain gap. The six Hall sensor signals for each magnet generate an AC voltage with a phase difference of 30 degrees corresponding to the magnetized phase of the magnet. In order to drive as a motor, since there is only one inverter, it cannot be processed even if there are two signals of the magnetic pole position sensor. Therefore, in the present invention, the U-phase signal of the Hall sensor 1 Thus, a three-phase magnetic pole position sensor signal can be obtained with the phase of the center of the two signals that are shifted by 30 degrees in electrical angle. The composite signal of FIG. 8 is obtained by adding the in-phase signals of the hall sensor 1 and the hall sensor 2 respectively. Further, if the digital signal is converted at the zero cross point of the AC voltage by the comparator, the U-phase signal, V-phase signal, and W-phase signal shown in FIG. 8 can be produced. In this way, by using two sets of magnetic pole position sensors and adding the respective signals to create a three-phase signal, it is possible to reduce mounting errors that occur in one set of magnetic pole position sensors. Thereby, good control becomes possible. In particular, when the number of poles is large as in the present case, the mechanical attachment error becomes large at an electrical angle, which is a good means for reducing the attachment error.

図9は本発明の第二の実施例を説明する図である。今までの説明では、回転子の永久磁石3は2列で構成されていたが、本実施例では永久磁石は1列のリング磁石とした。そのために、コギングトルクを繰り返し電気角度分に相当するスキューを設けたものである。コギングトルクが基本波の6次成分の場合、電気角で60度の周期で発生するため、永久磁石の着磁ピッチを電気角で60度ずらして着磁したものである。   FIG. 9 is a diagram for explaining a second embodiment of the present invention. In the description so far, the permanent magnets 3 of the rotor are configured in two rows, but in this embodiment, the permanent magnets are one row of ring magnets. Therefore, a skew corresponding to the electrical angle is repeatedly provided for the cogging torque. When the cogging torque is the sixth-order component of the fundamental wave, it is generated with a period of 60 degrees in electrical angle, so the magnetization pitch of the permanent magnet is magnetized by shifting by 60 degrees in electrical angle.

このようにすると、モータ軸方向の磁石の端部から端部へのコギングトルクの合成波形がうまく打ち消される。本発明では使用する永久磁石にリング磁石を用いたが、焼結磁石を複数貼り付ける構造でも良い。また、回転子のヨーク2に穴を開けて永久磁石を埋め込む構造でも同様の効果が得られる。ここで、スキューとは、図9に示す通りに永久磁石の磁極を斜めに着磁又は配置したことである。   In this way, the combined waveform of the cogging torque from the end to the end of the magnet in the motor axis direction is successfully canceled out. In the present invention, a ring magnet is used as the permanent magnet to be used. Further, a similar effect can be obtained even in a structure in which a permanent magnet is embedded by making a hole in the rotor yoke 2. Here, the skew means that the magnetic poles of the permanent magnet are obliquely magnetized or arranged as shown in FIG.

更に、固定子磁極4Uaと4Waの隙間に磁極位置センサ6を設けたものを図10に示す。この場合には、先に説明したような2組の磁極位置センサは不要となるため、永久磁石3の中心部分に各相の1組のセンサを配置すれば磁極位置を検出できる。この場合も、各相の磁極間の隙間は磁極の電流による磁束変動を受けにくい場所であり回転子の永久磁石3の磁束を外乱無しに検出できる。   Further, a magnetic pole position sensor 6 provided in the gap between the stator magnetic poles 4Ua and 4Wa is shown in FIG. In this case, since the two sets of magnetic pole position sensors as described above are not necessary, the magnetic pole position can be detected by arranging one set of sensors for each phase in the central portion of the permanent magnet 3. Also in this case, the gap between the magnetic poles of each phase is a place where it is difficult to receive the magnetic flux fluctuation due to the magnetic pole current, and the magnetic flux of the permanent magnet 3 of the rotor can be detected without disturbance.

次に、第三の実施例について図11と図12を用いて説明する。図11は永久磁石を2列で構成し、それぞれの磁石の位相は同相としている。各部の構成に関しては今までに説明してきたものと同符号は同一部品を示しているため詳細な説明は省略する。この場合、2列にしたことから軸中心部に非磁性体の漏れ防止用磁気絶縁板を設けることが可能な構造である。また、設けない場合には磁石の着磁位相が同相であることから1つの磁石で構成しても良い。このような構造で先に述べたようなコギングトルクを打ち消すためには、永久磁石を同相としたため、固定子磁極で位相差を設けることで実現する。その図を図
12に示す。図12は、固定子磁極4Uaと4Ubの磁極歯4Ua1と4Ub1に電気角で30度の位相差を持たせたものである。更に、磁極端面部10a,10b,11a,
11bが同一面となるようになっている。先に説明した図5(a)を単純にずらした場合には、磁極端面部に段差が発生し各相磁極を連結する連結部の形状が複雑になる欠点がある。そこで、本実施例では磁極歯の位相差に係わらず磁極端面の形状は一致するようにしたものである。この様に、磁極端面の形状を単純化することで組み立ての工数低減が可能となる。
Next, a third embodiment will be described with reference to FIGS. In FIG. 11, the permanent magnets are configured in two rows, and the phases of the respective magnets are the same. Regarding the configuration of each part, the same reference numerals as those described above indicate the same parts, and detailed description thereof will be omitted. In this case, since it is arranged in two rows, it is possible to provide a magnetic insulating plate for preventing leakage of nonmagnetic material at the center of the shaft. If not provided, the magnets may be composed of one magnet because the magnets are in phase. In order to cancel the cogging torque as described above with such a structure, since the permanent magnet is in phase, it is realized by providing a phase difference between the stator magnetic poles. The figure is shown in FIG. FIG. 12 shows the magnetic pole teeth 4Ua1 and 4Ub1 of the stator magnetic poles 4Ua and 4Ub having a phase difference of 30 degrees in terms of electrical angle. Furthermore, the magnetic pole end face portions 10a, 10b, 11a,
11b becomes the same surface. When the above-described FIG. 5A is simply shifted, there is a drawback that a step is generated on the magnetic pole end face portion and the shape of the connecting portion connecting the phase magnetic poles becomes complicated. Therefore, in this embodiment, the shapes of the magnetic pole end faces are matched regardless of the phase difference of the magnetic pole teeth. Thus, the man-hours for assembly can be reduced by simplifying the shape of the magnetic pole end face.

なお、この場合も、図13に示すように永久磁石3が同相着磁であるため磁極位置センサ6は3個の1組で構成できる。   In this case as well, the permanent magnet 3 is in-phase magnetized as shown in FIG. 13, so that the magnetic pole position sensor 6 can be composed of one set of three.

今まで説明してきた各磁極は図2に示した磁極形状は、磁性粉末をプレス加工(圧縮成形)することで実現するようにしたものであるが、鉄板を曲げて作製することや磁性体の焼結材で作製することも可能である。更には、リング状に磁極歯を作製したものを、必要な個数でカットして組み合わせることで実現することも可能である。   The magnetic pole shape shown in FIG. 2 is realized by pressing magnetic powder (compression molding), but it can be made by bending an iron plate or using magnetic materials. It is also possible to produce with a sintered material. Furthermore, it is also possible to realize a structure in which magnetic pole teeth made in a ring shape are combined by cutting in a necessary number.

図14に実際に図6で示した形状でコギングトルクを計算したものを示す。横軸は回転角度で、点線で示した波形は永久磁石に位相差がない場合、実線は2列で配置される永久磁石に電気角で30度の位相差を設けた場合の値である。グラフからも分かるように1/5程度まで低減することが可能になっている。理想的には更に小さくなっても良いと考えるが、実際には磁石と磁極間での漏れ磁束の影響があるためこの様な結果になったものだと考えられる。また、先にも述べたように2列で配置される永久磁石と磁極間に非磁性体の磁気絶縁効果を持たせれば更に、コギングトルクを小さくできるものと考えられる。   FIG. 14 shows the actual cogging torque calculated in the shape shown in FIG. The horizontal axis is the rotation angle, the waveform shown by the dotted line is the value when there is no phase difference in the permanent magnets, and the solid line is the value when the phase difference of 30 degrees in electrical angle is provided for the permanent magnets arranged in two rows. As can be seen from the graph, it can be reduced to about 1/5. Ideally, it may be even smaller, but in reality it is thought that this result was due to the influence of leakage magnetic flux between the magnet and the magnetic pole. Further, as described above, it is considered that the cogging torque can be further reduced by providing a non-magnetic magnetic insulation effect between the permanent magnets arranged in two rows and the magnetic poles.

上記説明では、固定子磁極の配置に関して3相モータを例に説明したが、各相磁極の配置のみで単相,2相,5相等の多相配置が容易に対応出来る効果が有る。また、説明ではU,V,W相の3個の磁極を回転子全周に配置したが、3相では6,9,12分割といった、3の整数倍に分割して配置しても良い。つまりモータ相数の整数倍に分割してもよい。   In the above description, the arrangement of the stator magnetic poles has been described by taking a three-phase motor as an example. In the description, the three magnetic poles of the U, V, and W phases are arranged on the entire circumference of the rotor. However, in the case of the three phases, the magnetic poles may be divided into integer multiples of 3, such as 6, 9, and 12 divisions. That is, it may be divided into an integral multiple of the number of motor phases.

更に、それぞれの相コイルを直列に接続したり、並列接続することで多種多様なモータ構造を構成できる。また、3相が2組以上偶数組の場合、同極が機械的に180度の位相で配置されるため、固定子磁極と回転子間に働く吸引力を緩和できる効果が有るため、磁気的な騒音の低減が可能になる。   Furthermore, various motor structures can be configured by connecting the respective phase coils in series or in parallel. In addition, when the number of three phases is an even number or more, the same pole is mechanically arranged at a phase of 180 degrees, so that there is an effect that the attractive force acting between the stator magnetic pole and the rotor can be reduced. Noise can be reduced.

また、本実施例では、内転型の回転電機について述べたが外転型の回転電機であってもよく、同様の効果を奏する。さらに、本発明の回転電機はクローポール型モータの一種であると考えられる。   In the present embodiment, the inner rotating type rotating electric machine has been described. However, an outer rotating type rotating electric machine may be used, and the same effect can be obtained. Furthermore, the rotating electrical machine of the present invention is considered to be a kind of claw pole type motor.

本発明の第一実施例のモータ構造斜視図。The motor structure perspective view of the 1st example of the present invention. 本発明の固定子磁極を構成する部品を示した部品図。The component figure which showed the components which comprise the stator magnetic pole of this invention. 本発明の固定子磁極の分割図。The division figure of the stator magnetic pole of this invention. 本発明の固定子磁極1相分の斜視図。The perspective view for the stator magnetic pole 1 phase of this invention. 本発明の固定子磁極1相分の斜視図。The perspective view for the stator magnetic pole 1 phase of this invention. 本発明の第一の実施例のモータの説明図。Explanatory drawing of the motor of the 1st Example of this invention. 本発明の第一の実施例のモータに磁極位置センサを配置した説明図。Explanatory drawing which has arrange | positioned the magnetic pole position sensor to the motor of the 1st Example of this invention. 本発明の磁極位置センサの波形処理タイミングチャート。The waveform processing timing chart of the magnetic pole position sensor of this invention. 本発明の第二の実施例の斜視図。The perspective view of the 2nd Example of this invention. 本発明の第二の実施例のモータに磁極位置センサを配置した説明図。Explanatory drawing which has arrange | positioned the magnetic pole position sensor to the motor of the 2nd Example of this invention. 本発明の第三の実施例の斜視図。The perspective view of the 3rd Example of this invention. 本発明の第三の実施例の斜視図。The perspective view of the 3rd Example of this invention. 本発明の第三の実施例モータに磁極位置センサを配置した説明図。Explanatory drawing which has arrange | positioned the magnetic pole position sensor to the motor of the 3rd Example of this invention. 本発明の第一の実施例の効果を説明するグラフ。The graph explaining the effect of the 1st Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 シャフト
2 回転子ヨーク
3 永久磁石
4 固定子磁極
5 コイル
7 切り欠き部
8 くり抜き部
10 磁極端面
100 回転子
200 固定子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Shaft 2 Rotor yoke 3 Permanent magnet 4 Stator magnetic pole 5 Coil 7 Notch part 8 Cut-out part 10 Magnetic pole end surface 100 Rotor 200 Stator

Claims (20)

外周面に永久磁石による複数の磁極を有する回転子と、
複数相の固定子磁極と固定子巻き線とで構成され、
周方向に複数相の固定子磁極を配置し、
各相とも周方向中心として固定子巻き線が2列で構成されている固定子磁極に巻き回され、
かつ、前記複数相の固定子磁極が磁気的に分割されている固定子とを有する回転電機であって、分割された固定子磁極の間に、磁極位置センサを有することを特徴とする回転電機。
A rotor having a plurality of magnetic poles of permanent magnets on the outer peripheral surface;
Consists of multi-phase stator poles and stator windings,
Place multiple-phase stator poles in the circumferential direction,
Each phase is wound around a stator pole composed of two rows of stator windings as the center in the circumferential direction,
A rotating electric machine having a stator in which the stator poles of the plurality of phases are magnetically divided and having a magnetic pole position sensor between the divided stator magnetic poles .
請求項1において、
前記固定子磁極は磁性粉末により構成されていることを特徴とする回転電機。
In claim 1,
The rotating electric machine characterized in that the stator magnetic pole is made of magnetic powder.
請求項1において、
前記複数相は3相であることを特徴とする回転電機。
In claim 1,
The rotating electric machine characterized in that the plurality of phases are three phases.
請求項1において、
前記固定子磁極は、モータ相数の整数倍に分割されていることを特徴とする回転電機。
In claim 1,
The rotating electric machine is characterized in that the stator magnetic pole is divided into an integral multiple of the number of motor phases.
請求項1において、
前記磁極は、着磁により作製されることを特徴とする回転電機。
In claim 1,
The rotating electric machine, wherein the magnetic pole is produced by magnetization.
請求項1において、
前記磁極は、着磁された永久磁石を埋め込むことにより作製されることを特徴とする回転電機。
In claim 1,
The rotating electric machine is characterized in that the magnetic pole is produced by embedding a magnetized permanent magnet.
2列に配置された外周面に永久磁石による複数の磁極を有する回転子と、
固定子磁極と固定子巻き線とで構成され、
周方向に複数相の固定子磁極を配置し、
各相とも周方向中心として固定子巻き線が2列で構成されている固定子磁極に巻き回され、
かつ、前記複数相の固定子磁極が磁気的に分割されている固定子とを有する回転電機であって、前記2列に配置された永久磁石は、電気角で位相差を持っていることを特徴とする回転電機。
A rotor having a plurality of magnetic poles of permanent magnets on the outer circumferential surface arranged in two rows;
It consists of a stator pole and a stator winding,
Place multiple-phase stator poles in the circumferential direction,
Each phase is wound around a stator pole composed of two rows of stator windings as the center in the circumferential direction,
In addition, the rotating electric machine has a stator in which the stator poles of the plurality of phases are magnetically divided, and the permanent magnets arranged in the two rows have a phase difference in electrical angle. A rotating electrical machine that is characterized.
請求項7において、
前記位相差は電気角で30度であることを特徴とする回転電機。
In claim 7,
The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the phase difference is 30 degrees in electrical angle.
請求項7において、
前記固定子磁極は磁性粉末により構成されていることを特徴とする回転電機。
In claim 7,
The rotating electric machine characterized in that the stator magnetic pole is made of magnetic powder.
請求項7において、
前記複数相は3相であることを特徴とする回転電機。
In claim 7,
The rotating electric machine characterized in that the plurality of phases are three phases.
請求項7において、
前記固定子磁極は、モータ相数の整数倍に分割されていることを特徴とする回転電機。
In claim 7,
The rotating electric machine is characterized in that the stator magnetic pole is divided into an integral multiple of the number of motor phases.
請求項7において、
前記磁極は、着磁により作製されることを特徴とする回転電機。
In claim 7,
The rotating electric machine, wherein the magnetic pole is produced by magnetization.
請求項7において、
前記磁極は、着磁された永久磁石を埋め込むことにより作製されることを特徴とする回転電機。
In claim 7,
The rotating electric machine is characterized in that the magnetic pole is produced by embedding a magnetized permanent magnet.
外周面に永久磁石による複数の磁極を有する回転子と、
固定子磁極と固定子巻き線とで構成され、
周方向に複数相の固定子磁極を配置し、
各相とも周方向中心として固定子巻き線が2列で構成されている固定子磁極に巻き回され、
かつ、前記複数相の固定子磁極が磁気的に分割されている固定子とを有する回転電機であって、前記回転子の磁石はスキューを持たせて配置されていることを特徴とする回転電機。
A rotor having a plurality of magnetic poles of permanent magnets on the outer peripheral surface;
It consists of a stator pole and a stator winding,
Place multiple-phase stator poles in the circumferential direction,
Each phase is wound around a stator pole composed of two rows of stator windings as the center in the circumferential direction,
And a rotating electric machine having a stator in which the magnetic poles of the plurality of phases are magnetically divided, wherein the magnets of the rotor are arranged with a skew. .
請求項14において、
前記スキューは電気角で60度の位相差を持たせていることを特徴とする回転電機。
In claim 14,
The rotating electrical machine characterized in that the skew has a phase difference of 60 degrees in electrical angle.
請求項14において
前記固定子磁極は磁性粉末により構成されていることを特徴とする回転電機。
The rotating electric machine according to claim 14, wherein the stator magnetic pole is made of magnetic powder.
請求項14において、
前記複数相は3相であることを特徴とする回転電機。
In claim 14,
The rotating electric machine characterized in that the plurality of phases are three phases.
請求項14において、
前記固定子磁極は、モータ相数の整数倍に分割されていることを特徴とする回転電機。
In claim 14,
The rotating electric machine is characterized in that the stator magnetic pole is divided into an integral multiple of the number of motor phases.
請求項14において、
前記磁極は、着磁により作製されることを特徴とする回転電機。
In claim 14,
The rotating electric machine, wherein the magnetic pole is produced by magnetization.
請求項14において、
前記磁極は、着磁された永久磁石を埋め込むことにより作製されることを特徴とする回転電機。
In claim 14,
The rotating electric machine is characterized in that the magnetic pole is produced by embedding a magnetized permanent magnet.
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