JP2000197336A - 5相永久磁石型モータ - Google Patents
5相永久磁石型モータInfo
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Abstract
磁極数で基本ステップ角を小さく、さらに、ホールディ
ングトルクの高次の高調波成分を低減する。 【解決手段】 回転子2は、固定子磁極P1、P2、P
3、‥‥と対向する面に、極対数P=5n+α(nは1
以上の整数で、αは1以上で4以下の整数)の回転子磁
極5が形成されており、前記固定子磁極には小歯ピッチ
角度θtが、θt=360k/P度(kは、0.75≦
k≦1)である2個以上の固定子小歯4を有する永久磁
石型モータM1であって、互いに隣接する2個の固定子
磁極に設けられた前記小歯4の群の中心線の成す角度θ
pは、θp=360(m+β)/P度(mは、m≦nを
満足する整数であり、βは、0.4≦β≦0.6)であ
り、前記2個の固定子磁極に巻装された2個の巻線は互
いに逆極性となるように結線されて、1つの相巻線を構
成する。
Description
の固定子磁極を有する5相永久磁石型モータに関する。
グ状永久磁石を使用した永久磁石型モータとしては、例
えば図8および図9に示すものが知られている。図8
は、回転軸3に垂直な面で切断した横断面図であり、図
9は、固定子1と回転子2の概略縦断面図である。
1、P2、P3、P4、P5、P6は、放射状に等ピッ
チに配設された6個の固定子磁極であり、4はその固定
子小歯、W1、W2、W3、W4、W5、W6は、該磁
極P1〜P6に各別に巻装されている巻線である。回転
子2は、回転子磁極5として、外周面に極対数P=1
6、すなわち、N、S極が交互に着磁された、32極の
永久磁極5aがリング状に形成、配設されている。6は
回転子ヨークである。
うに結線されて第I相を、巻線W2とW5が同極性に結
線されて第II相を、巻線W3とW6が同様に結線されて
第III相を構成し、全体として3相巻線を形成してい
る。この種のモータを、ステッピングモータとして駆動
した場合、基本ステップ角は360゜/(2×相数×極
対数)であるから、相数3、極対数16を代入すると、
その基本ステップ角は、3.75゜となる。
よび図9に示す従来の前記モータにおいては、 (1) 前記固定子磁極数が6個と比較的少ないため、各
固定子磁極P1〜P6に巻装された巻線W1〜W6のコ
イルエンドが高くなる傾向にあり、薄型化を考えた場
合、不利となる。 (2) 回転子磁極数32極(極対数P=16)とし、ス
テッピングモータとして駆動した場合、基本ステップ角
は、3.75゜となり、ステップ角が大きい。
し、nは1以上の整数)を満足しなければならず、極対
数18や極対数12などは実現できない。 (4) 固定子小歯ピッチを、回転子磁極ピッチと等しく
せずに、若干ずらすことにより、低減できるホールディ
ングトルクの高調波成分は、固定子小歯ピッチにより決
まる1種類の次数であり、複数の次数の高調波成分の低
減を同時に行うことはできない、などという問題点があ
った。
その目的は前記問題点を解決し、従来のものより、サイ
ズを薄型化するとともに、同じ回転子磁極数でも基本ス
テップ角を小さくでき、さらに、ホールディングトルク
の複数の次数の高調波成分を低減できる5相永久磁石型
モータを提供することにある。
の本発明の構成は、固定子は、ひとつ置きに並んだ5個
の固定子磁極P1、P3、P5、P7、P9およびP
2、P4、P6、P8、P10が、それぞれ等ピッチに
放射状に配設された10個の固定子磁極P1、P2、P
3、‥‥P8、P9、P10と、前記固定子磁極に各別
に巻装された10個の巻線W1、W2、W3、‥‥W
8、W9、W10を有し、回転子は、前記固定子磁極と
空隙を介して対向する面に永久磁石を有し、回転方向に
沿って極対数P=5n+α(ただし、nは1以上の整数
で、αは1以上で4以下の整数であって、nが奇数のと
きはαも奇数、nが偶数のときはαも偶数とする)の回
転子磁極が、その極性が交互にして形成されており、前
記固定子磁極の前記回転子と対向する面には固定子小歯
ピッチ角度θtが、θt=360k/P度(ただし、k
は0.75≦k≦1)である2個以上の固定子小歯を有
する永久磁石型モータであって、次のとおりである。
けられた前記小歯群の中心線の成す角度θpは、θp=
360(m+β)/P度(ただし、mは、m≦nを満足
する整数であり、βは、0.4≦β≦0.6)であると
ともに、前記2個の固定子磁極に巻装された2個の巻線
は互いに逆極性となるように結線されて、1つの相巻線
を構成する前記モータである。
位置にある2個の前記固定子磁極に設けられた前記小歯
群の中心線の成す角度θpは、θp=360(2n+m
+γ)/P度(ただし、mはm≦nを満足する整数であ
り、γは0.9≦γ≦1.1)であるとともに、前記2
個の固定子磁極に巻装された2個の巻線は互いに同極性
となるように結線されて、1つの相巻線を構成する前記
モータである。
で、前記固定子磁極を10個とすることができるので、
各固定子磁極に巻装される巻線あたりの巻数を少なくで
きる。その結果、コイルエンドの高さを低くすることが
でき、該モータの薄型化に有利となる。回転子磁極が、
極対数16の場合には、基本スナップ角が2.25゜に
なり、従来の3相ステッピングモータの場合の3.75
゜に比べ、3/5と小さくすることができる。また、極
対数が18の場合には基本ステップ角が2゜となり、従
来例の3相ステッピングモータの場合の約1/2と、基
本ステップ角を小さくすることができる。
係数k、および相を構成する固定子磁極の小歯群の中心
線のなす角度θpにおける係数β、またはγを最適に組
合せて選択することにより、ホールディンクトルクの高
調波の複数の次数の成分を低減することができる。
適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。 (第1実施例)図1ないし図3、表1および表2は、本
発明の第1実施例で、請求項1に係る5相永久磁石型モ
ータM1の実施例を示す。図1は、前記永久磁石型モー
タM1の固定子1および回転子2を回転軸3に垂直な面
で切断した横断面図で、図8および図9と同一部材には
同一符号を付してその説明を省略する。
3、‥‥P8、P9、P10は、内側に向かって放射状
に配設された10個の固定子磁極であり、回転子2と対
向する面に、それぞれ2個の固定子小歯4が、所定の小
歯ピッチ角度θtで配設されている。ひとつ置きに並ん
だ前記固定子磁極P1、P3、P5、P7、P9および
P2、P4、P6、P8、P10の各固定子磁極の小歯
4の群の中心線は、それぞれ等ピッチ(72゜)に配設
されている。
P10と対向する面には、回転方向に沿って極対数18
(極対数を示す前式、P=5n+αにおいて、n=3、
α=3とした場合、P=18)の回転子磁極5が、N、
S極が交互に着磁、形成されている。すなわち、該回転
子磁極5は、永久磁石5aからなり、該永久磁石5a
は、回転子ヨーク6の外周にリング状に形成、配設され
ている。
記固定子磁極P1とP2、P3とP4、P5とP6、P
7とP8、P9とPl0に、それぞれ巻装された巻線W
1とW2、W3とW4、W5とW6、W7とW8、W9
とWl0は、図1に示すように、互いに逆極性となるよ
うに結線されて各相巻線を構成している。
〜P10に配設された固定子小歯4の群の中心線のなす
角度θpは、前記式のとおり、θp=360(m+β)
/P度(ただし、mは、m≦nを満足する整数であり、
βは、0.4≦β≦0.6)であるから、m=1、P=
18とすると、β=0.4のとき、θp=360(1+
0.4)/18=28゜、β=0.5のとき、θp=3
60(1+0.5)/18=30゜、β=0.6のと
き、θp=360(1+0.6)/18=32゜とな
る。図1では、β=0.6、すなわちθp=32゜を採
用している。ここで、βの効果については、あとで説明
する。
の、図で左側の固定子小歯4aが、前記回転子2のN極
の磁石5aと丁度対向しているとき、固定子磁極P3の
前記に対応する固定子小歯4aに対して、回転子2のN
極磁石5aは8゜進んだ位置にあり、S極磁石5aは2
゜遅れた位置にある。同様にして、固定子磁極P5では
N極磁石は4゜遅れた位置に、S極磁石は6゜進んだ位
置にあり、固定子磁極P7ではN極磁石は4゜進んだ位
置に、S極磁石は6゜遅れた位置にあり、固定子磁極P
9ではN極磁石は8゜遅れた位置に、S極磁石は2゜進
んだ位置にある。前述の関係を表1および図2に示す。
て電気角に変換したものである。この電気角の関係を、
ベクトル図で示したものが図3である。ここで、P1
(N)とは、固定子磁極P1の前記固定子小歯4aと回
転子2のN極磁石5aのなす角度を示すベクトルであ
り、固定子磁極P1の小歯4aに対して前記N極磁石5
aが何度ずれているかを示している。同様にP3(S)
は固定子磁極P3の固定子小歯4aに対し回転子2のS
極磁石5aが何度ずれているかを示している。角度は、
図3の縦方向の上側をゼロとして、右回り(時計方向)
が遅れ方向、左回り(反時計方向)が進み方向としてい
る。
たのち、P3をN極に励磁すると、回転子2は電気角で
36゜(機械角で2゜)右回りに回転することが分か
る。同様にして、固定子磁極P5をS極、P7をN極、
P9をS極、P1をN極、P3をS極、P5をN極、P
7をS極、P9をN極となるように、順番に励磁を切り
替えでいけば、2゜(機械角)ずつ右回りに回転してい
くことが分かる。すなわち、前記モータM1をステッピ
ングモータとして動作させた場合、基本ステップ角が2
゜の5相ステッピングモータが構成できる。
P5、P7、P9と、それぞれ前記θpの角度をなして
隣接している固定子磁極P2、P4、P6、P8、P1
0とに、それぞれ巻装された巻線W1とW2、W3とW
4、W5とW6、W7とW8、W9とW10は、図1に
示すように互いに逆極性(異極性)となるように結線さ
れて1つの相巻線をなしているので、例えば、固定子磁
極P1がS極に励磁されるときには、固定子磁極P2は
N極に励磁されることになる。そして、それぞれの相を
構成している隣接固定子磁極の小歯群の中心線のなす角
度θpは、前記のように、θp=360(m+β)/P
度であり、β=0.5とした場合には、前記固定子磁極
P1の前記小歯4aと回転子磁石5aのN極が丁度対向
しているとき、固定子磁極P2の前記小歯4aと回転子
磁石5aのS極とが丁度対向することになる。
P2の小歯4aと回転子磁石5aのS極とは、電気色で
360×(0.6−0.5)=36゜ずれることにな
り、ホールディングトルクの5次(180/36=5)
の高調波成分を低減できる。β=0.4の場合も、電気
角で36゜ずれることになり同様の効果がある。β=
0.55、または0.45とすると、電気角で18゜ず
れることになり、10次(180/18=10)の高調
波成分を低減できる。すなわち、βの値を0.4から
0.6の範囲で、適宜選択することにより、ホールディ
ングトルクの任意の高調波成分を低減することができ
る。
60/P度であるので、前記固定子磁極の小歯4のピッ
チ角度の前記式、θt=360k/P度(ただし、k
は、0.75≦k≦1)において、k=0.9とする
と、θr−θt=36/P度となる。これを電気角に直
すと36度であり、ホールディングトルクの5次(18
0/36=5)の高調波成分を低減できることが分か
る、また、k=0.95とすることで、10次の高調波
成分を低減できる。すなわち、前記のβとkの値を、最
適に選択組合せることにより、前記ホールディングトル
クの5次と10次の高調波成分を同時に低減することが
できる。
び表4は、本発明の第2実施例で、請求項1にかかる5
相永久磁石型モータM1の他の実施例を示す。図4は、
第1実施例の図1に対応する図で、回転子2の磁極5
が、極対数P=16(すなわち、極対数を示す前記式、
P=5n+αにおいて、n=3、α=1とした場合、P
=16)であり、隣接して相をなす固定子磁極P1〜P
10のそれぞれのなす角度、θp=36゜(すなわち、
前記式θp=360(m+β)/Pにおいて、m=1、
β=0.6)、前記固定子小歯4の小歯ピッチ角度、θ
t=21.38゜(すなわち、前記式、θt=360k
/Pにおいて、k=0.95)とした場合の例である。
P3、P5、P7、P9およびP2、P4、P6、P
8、Pl0の各固定子小歯4の群の中心線は、それぞれ
等ピッチ(72゜)に配設されている。また、相をなす
隣接した固定子磁極P1〜P10の小歯4の群の中心線
のなす角度θpは、前記のように36゜となっている。
例の表1、表2および図2、図3に対応するもので、固
定子磁極P1〜P10の小歯4aと、回転子磁極5の永
久磁石5aとの位置関係を示したものである。これから
固定子磁極P1をS極に励磁したのちに、P7をN極に
励磁すると、回転子2は電気角で36゜(機械角で2.
25゜)右回りに回転することが分かる。同様にして、
P3をS極、P9をN極、P5をS極、P1をN極、P
7をS極、P3をN極、P9をS極、P5をN極となる
ように、順番に励磁を切り替えていけば、前記回転子2
は、2.25゜(機械角)ずつ右回りに回転していくこ
とが分かる。
ステッピングモータとして動作させた場合には、基本ス
テップ角2.25゜の5相ステッピングモータが構成で
きる。ここでは、β=0.6、k=0.95としている
ので、ホールディングトルクの5次と10次の高調波成
分の低減をはかることができる。
施例で、請求項2に係る5相永久磁石型モータM2の実
施例を示し、第1実施例の図1に対応する図である。回
転子2の磁極が、極対数P=18(すなわち、極対数を
示す前記式、P=5n+αにおいて、n=3、α=3と
した場合、P=18)であり、互いに対向して配設され
た位置にある固定子磁極P1とP6、P3とP8、P5
とP10、P7とP2、P9とP4に配設された固定子
小歯4の群の中心線のなす角度は、θp=179゜(す
なわち、前記式、θp=360(2n+m+γ)/P
度、ただし、mはm≦nを満足する整数であり、γは
0.9≦γ≦1.1において、n=3、m=2、γ=
0.95)とした場合の例である。
3、P5、P7、P9およびP2、P4、P6、P8、
P10の各固定子小歯4の群の中心線は、それぞれ等ピ
ッチ(72゜)に配設されており、回転子磁極5の極対
数は、P=18であるため、前記5個の固定子磁極P
1、P3、P5、P7、P9と回転子磁石5aとの位置
関係は、前記第1実施例の表1、表2および図2、図3
と全く同じとなる。
゜の5相ステッピングモータが構成できる。ただし、前
記固定子磁極P1、P3、P5、P7、P9と対をなす
固定子磁極はP6、P8、P10、P2、P4であり、
相をなす巻線W1とW6、W3とW8、W5とW10、
W7とW2、W9とW4は、互いに同極性となるように
結線されている点が、第1実施例および第2実施例とは
異なっている。
れるときは、固定子磁極P6もS極に励磁されることに
なる。ただし、図7では結線の様子を見やすくするため
巻線W1とW6の結線のみを示しているが、他の巻線W
3とW8、W5とW10、W7とW2、W9とW4も同
様に、結線されている。そして、前記対向位置に配設さ
れた固定子磁極P1〜P10の小歯4の群の中心線のな
す角度θpは、前記のように、θp=360(2n+m
+γ)/P度であり、前記固定子磁極P1と回転子のN
極磁石とが丁度対向しているとき、γ=1とした場合に
は、固定子磁極P6と回転子磁極5のN極磁石5aとが
丁度対向することになり、γ=0.9では、電気角で3
60×(1−0.9)=36゜ずれることになり、前記
ホールディングトルクの5次高調波成分が低減されるこ
とになる。
ずれることになり同様である。また、γ=0.95、ま
たは1.05とすると、電気角で18゜ずれることにな
り、前記ホールディングトルクの10次の高調波成分が
低減できる。すなわち、γの値を0.9から1.1の範
囲で適宜選択することにより、任意の次数の高調波成分
を低減することができる。その他は、前記第1実施例ま
たは第2実施例と、ほぼ同じである。
れるものではなく、例えば、相巻線の結線方法は2個の
巻線の直列結線ではなく並列結線でももちろん可能であ
る。また、本明細書では、動作原理を、ステッピングモ
ータとして1相励磁を例に説明したが、励磁方式はこれ
に限定されるものではなく、多相励磁方式やマイクロス
テップ駆動にて使用されるものであってもかまわない。
また、回転子磁極は、棒状永久磁石を2P個リング状に
配設する代わりに、リング状永久磁石を多極着磁して使
用することも、もちろん可能である。また、ここではス
テッピングモータとして説明しているが、これに回転子
の位置検出器を付加することにより、5相ブラシレスD
Cモータを構成することや、サーボモータを構成するこ
とももちろん可能である。
の5相永久磁石型モータによれば、固定子磁極を10個
とすることができるので、前記固定子磁極巻線あたりの
巻数を少なくすることができ、その結果コイルエンドの
高さを低くすることができ、該モータの薄型化に有利と
なる。また、前記回転子磁極が、極対数16の場合に
は、基本スナップ角が2.25゜になり、同じ回転子磁
極数を有する、従来例の3相ステッピングモータの場合
の3.75゜に比べ3/5と小さくすることができる。
極対数が18の場合には基本ステップ角が2゜となり、
従来例の3相ステッピングモータの場合の約1/2と基
本ステップ角を小さくすることができる。
る係数k、および相を構成する固定子磁極の小歯群の中
心線の成す角度θpにおける係数βまたはγを最適に組
合せて選択することにより、ホールディンクトルクの高
調波の複数の次数の成分を低減することができる。
次、72゜ずつ回転させながら積層して構成することが
できるので、該鉄板の磁気異方性を低減できる。このた
め、前記モータの高精度化が図られる。
示し、該モータの、回転軸に垂直な面における固定子お
よび回転子の横断面図である。
P7、P9と、回転子磁極のそれぞれの永久磁石との関
係位置を示す図である。
である。
示し、該モータの、回転軸に垂直な面における固定子お
よび回転子の横断面図である。
P7、P9と、回転子磁極のそれぞれの永久磁石との関
係位置を示す図である。
である。
示し、該モータの、回転軸に垂直な面における固定子お
よび回転子の横断面図である。
における固定子および回転子を示す横断面図である。
の概略縦断面図である。
極 W1、W2、W3、‥‥W8、W9、W10 巻線(固
定子磁極巻線)
Claims (2)
- 【請求項1】 固定子は、ひとつ置きに並んだ5個の固
定子磁極P1、P3、P5、P7、P9およびP2、P
4、P6、P8、P10が、それぞれ等ピッチに放射状
に配設された10個の固定子磁極P1、P2、P3、‥
‥P8、P9、P10と、該固定子磁極に各別に巻装さ
れた10個の巻線W1、W2、W3、‥‥W8、W9、
W10を有し、回転子は、前記固定子磁極と空隙を介し
て対向する面に永久磁石を有し、回転方向に沿って極対
数P=5n+α(ただし、nは1以上の整数で、αは1
以上で4以下の整数であって、nが奇数のときはαも奇
数、nが偶数のときはαも偶数とする)の回転子磁極
が、その極性を交互にして形成されており、前記固定子
磁極の前記回転子と対向する面には固定子小歯ピッチ角
度θtが、θt=360k/P度(ただし、kは、0.
75≦k≦1)である2個以上の固定子小歯を有する永
久磁石型モータであって、互いに隣接する2個の固定子
磁極に設けられた前記小歯群の中心線の成す角度θp
は、θp=360(m+β)/P度(ただし、mは、m
≦nを満足する整数であり、βは、0.4≦β≦0.
6)であるとともに、前記2個の固定子磁極に巻装され
た2個の巻線は互いに逆極性となるように結線されて、
1つの相巻線を構成することを特徴とする5相永久磁石
型モータ。 - 【請求項2】 固定子は、ひとつ置きに並んだ5個の固
定子磁極P1、P3、P5、P7、P9およびP2、P
4、P6、P8、P10が、それぞれ等ピッチに放射状
に配設された10個の固定子磁極P1、P2、P3、‥
‥P8、P9、P10と、前記固定子磁極に各別に巻装
された10個の巻線W1、W2、W3、‥‥W8、W
9、W10を有し、回転子は、前記固定子磁極と空隙を
介して対向する面に永久磁石を有し、回転方向に沿って
極対数P=5n+α(ただし、nは1以上の整数で、α
は1以上で4以下の整数であって、nが奇数のときはα
も奇数、nが偶数のときはαも偶数とする)の回転子磁
極が、その極性が交互にして形成されており、前記固定
子磁極の前記回転子と対向する面には固定子小歯ピッチ
角度θtが、θt=360k/P度(ただし、kは0.
75≦k≦1)である2個以上の固定子小歯を有する永
久磁石型モータであって、モータ回転軸を挟んで互いに
対向する位置にある2個の前記固定子磁極に設けられた
前記小歯群の中心線の成す角度θpは、θp=360
(2n+m+γ)/P度(ただし、mはm≦nを満足す
る整数であり、γは0.9≦γ≦1.1)であるととも
に、前記2個の固定子磁極に巻装された2個の巻線は互
いに同極性となるように結線されて、1つの相巻線を構
成することを特徴とする5相永久磁石型モータ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP36647598A JP4172863B2 (ja) | 1998-12-24 | 1998-12-24 | 5相永久磁石型モータ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP36647598A JP4172863B2 (ja) | 1998-12-24 | 1998-12-24 | 5相永久磁石型モータ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000197336A true JP2000197336A (ja) | 2000-07-14 |
JP4172863B2 JP4172863B2 (ja) | 2008-10-29 |
Family
ID=18486878
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP36647598A Expired - Fee Related JP4172863B2 (ja) | 1998-12-24 | 1998-12-24 | 5相永久磁石型モータ |
Country Status (1)
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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1998
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