JP2002084695A - 永久磁石形モータ - Google Patents
永久磁石形モータInfo
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Abstract
減を抑え得る永久磁石形モータを提供する。 【解決手段】 環状に等配した複数の永久磁石1を界磁
手段とする回転子を備えた永久磁石形モータにおいて、
永久磁石1の横断面は、内周縁が、半径R3、中心角T
1の第1円弧で形成され、外周縁が、第2円弧と、第2
円弧の一端に接合する第3円弧と、第2円弧の他端に接
合する第4円弧とで形成されている。第2円弧は、第1
円弧111と同一の中心Aと、半径R3より大きな半径
R1と、中心角T1よりも小さな中心角T2とを有して
いる。第3円弧は、第2円弧の一端と第2円弧の中心と
を結ぶ線分上に位置する中心Bと、半径R1より小さい
半径R2とを有している。第4円弧は、第2円弧の他端
と第2円弧の中心とを結ぶ線分上に位置する中心Cと、
半径R2とを有する。
Description
に関し、特に、コギングトルクを低減し且つモータ出力
の低減を抑え得る永久磁石を具備するモータに関する。
転軸と、該回転軸に取り付けれた回転子鉄心と、該回転
子鉄心の外周面に環状に等配された界磁手段としての複
数の永久磁石とを具備する回転子を備えている。また、
所定の空隙を介して前記回転子を取り囲むように配設さ
れ、固定子鉄心と巻線とを具備する固定子を備えてい
る。このように、回転子の外方に固定子が配設された構
成を有するモータをインナーロータ型と称する。また、
永久磁石形モータには、回転子鉄心の内周面に環状に等
配された複数の永久磁石を具備する回転子と、当該回転
子の内方に配設された固定子とを有するアウターロータ
型も知られている。
ングトルク(固定子と回転子との間に発生する磁気吸引
力に基づくトルクの回転角に対する変化)、すなわち所
謂トルクむらは、回転子を構成する各永久磁石と、固定
子を構成する固定子鉄心との間に発生する空隙磁束密度
分布に影響されることが知られている。斯かるコギング
トルクは、モータの振動や騒音を生じさせる要因となる
という点で問題とされている。
ーロータ型)に使用されている第1従来例に係る永久磁
石の横断面図である。図3に示すように、第1従来例の
永久磁石2は、内周縁21及び外周縁22が、同一の中
心Aを有する円弧で形成されている。従って、外周縁2
2を形成する円弧の半径をR1、内周縁21を形成する
円弧の半径をR2とすれば、永久磁石2の径方向の厚さ
は、一定の値であるR1−R2となる。斯かる永久磁石
2は、内周縁21及び外周縁22が同心の円弧とされて
いるため、製造が容易であるという利点を有する。
2における磁束密度分布は、方形波に近い波形となり、
高調波成分が含まれることから、斯かる永久磁石2を使
用した永久磁石形モータのコギングトルクが大きくなる
という問題がある。
用した場合に発生するコギングトルクを抑制するべく改
良を施した、第2従来例に係る永久磁石の横断面図であ
る。図4に示すように、第2従来例の永久磁石3は、第
1従来例の永久磁石と異なり、径方向の厚さが中央部か
ら端部に向かって小さくなるように形成されている。具
体的には、内周縁31を形成する半径R2の円弧の中心
Aに対し、外周縁32を形成する半径R1の円弧の中心
Bが、永久磁石3の中心線Lに沿って外周方向に所定量
(W)だけシフトして位置するように形成されている。
斯かる永久磁石3における磁束密度分布は、正弦波に近
づき、高調波成分が減少することになるため、コギング
トルクをある程度低減することができるという利点を有
する。
央部から端部に向かって単調に小さくなるように形成さ
れていることにより、コギングトルクの低減のみなら
ず、モータ出力も低減されるという問題がある。
技術における問題点を解決するべくなされたもので、コ
ギングトルクを低減し且つモータ出力の低減を抑え得る
永久磁石形モータを提供することを目的とする。
く、本発明は、環状に等配した複数の永久磁石を界磁手
段とする回転子を備えた永久磁石形モータにおいて、前
記永久磁石の横断面は、内周縁が、半径R3、中心角T
1の第1円弧で形成され、外周縁が、第2円弧と、該第
2円弧の一端に接合する第3円弧と、前記第2円弧の他
端に接合する第4円弧とで形成されており、前記第2円
弧は、前記第1円弧と同一の中心と、前記半径R3より
大きな半径R1と、前記中心角T1よりも小さな中心角
T2とを有し、前記第3円弧は、前記第2円弧の一端と
該第2円弧の中心とを結ぶ線分上、又は、前記線分を前
記第2円弧の中心を支点として0°〜10°だけ前記第
2円弧の他端側に向かって回転させた場合の当該線分上
に位置する中心と、前記半径R1より小さい半径R2と
を有し、前記第4円弧は、前記第2円弧の他端と該第2
円弧の中心とを結ぶ線分上、又は、前記線分を前記第2
円弧の中心を支点として0°〜10°だけ前記第2円弧
の前記一端側に向かって回転させた場合の当該線分上に
位置する中心と、前記半径R2とを有することを特徴と
する永久磁石形モータを提供するものである。
ータが提供され、中心角T2の範囲、すなわち第1円弧
と第2円弧で区画される領域では、永久磁石の径方向の
厚さは一定の値であるR1−R3となり、モータ出力の
低減を抑制することができる。一方、中心角T2を越え
る範囲、すなわち第1円弧と第3円弧及び第1円弧と第
4円弧で区画される領域では、径方向の厚さが端部に向
かって小さくなり、コギングトルクを低減することがで
きる。従って、永久磁石全体としてみれば、コギングト
ルクを低減し且つモータ出力の低減を抑えることが可能
である。
は、環状に等配した複数の永久磁石を界磁手段とする回
転子を備えた永久磁石形モータにおいて、前記永久磁石
の横断面は、外周縁が、半径R3、中心角T1の第1円
弧で形成され、内周縁が、第2円弧と、該第2円弧の一
端に接合する第3円弧と、前記第2円弧の他端に接合す
る第4円弧とで形成されており、前記第2円弧は、前記
第1円弧と同一の中心と、前記半径R3より小さな半径
R1と、前記中心角T1よりも小さな中心角T2とを有
し、前記第3円弧は、前記第2円弧の一端と該第2円弧
の中心とを結ぶ直線上、又は、前記直線を前記第2円弧
の中心を支点として0°〜10°だけ前記第2円弧の他
端側に向かって回転させた場合の当該直線上であって、
前記第2円弧より外方に位置する中心を有し、前記第4
円弧は、前記第2円弧の他端と該第2円弧の中心とを結
ぶ直線上、又は、前記直線を前記第2円弧の中心を支点
として0°〜10°だけ前記第2円弧の前記一端側に向
かって回転させた場合の当該直線上であって、前記第2
円弧より外方に位置する中心を有することを特徴とする
永久磁石形モータを提供するものである。
ータが提供され、前記インナーロータ型と同様に、中心
角T2の範囲、すなわち第1円弧と第2円弧で区画され
る領域では、永久磁石の径方向の厚さは一定の値である
R1−R3となり、モータ出力の低減を抑制することが
できる。一方、中心角T2を越える範囲、すなわち第1
円弧と第3円弧及び第1円弧と第4円弧で区画される領
域では、径方向の厚さが端部に向かって小さくなり、コ
ギングトルクを低減することができる。従って、永久磁
石全体としてみれば、コギングトルクを低減し且つモー
タ出力の低減を抑えることが可能である。
参照しつつ、本発明の第1の実施形態について説明す
る。図1は、本発明の第1の実施形態に係るインナーロ
ータ型の永久磁石形モータの横断面図である。図1に示
すように、本実施形態の永久磁石形モータ10は、回転
軸20と、回転軸20に取り付けれた回転子鉄心30
と、回転子鉄心30の外周面に環状に等配された界磁手
段としての4個の永久磁石1とを具備する回転子を備え
ている。また、所定の空隙を介して前記回転子を取り囲
むように配設され、固定子鉄心40と巻線50とを具備
する固定子を備えている。
す横断面図である。本実施形態の永久磁石1は、内周縁
11が、半径R3、中心角T1の第1円弧111で形成
され、外周縁12が、第2円弧121と、第2円弧12
1の一端に接合する第3円弧122と、第2円弧121
の他端に接合する第4円弧123とで形成されている。
の中心Aと、前記半径R3より大きな半径R1と、前記
中心角T1よりも小さな中心角T2とを有している。ま
た、第3円弧122は、第2円弧121の一端と第2円
弧121の中心Aとを結ぶ線分上に位置する中心Bと、
前記半径R1より小さい半径R2とを有している。第4
円弧123は、第2円弧121の他端と第2円弧121
の中心Aとを結ぶ線分上に位置する中心Cと、前記半径
R2とを有する。
久磁石1の中心角T1が略90°とされており、4個の
永久磁石1が環状に等配されて回転子を構成している
が、本発明はこれに限るものではない。すなわち、中心
角T1>中心角T2を満足する限りにおいて、種々の中
心角T1とすることができ、中心角T1に応じて6個、
8個等の永久磁石を環状に等配して回転子を構成すれば
よい。また、これ以外の構成についても、図1に示すも
のに限らず、形状、極数、スロット数等について種々の
形態をとることが可能である。
で、中心角T2の範囲、すなわち第1円弧111と第2
円弧121で区画される領域(ハッチングを施した領
域)では、永久磁石1の径方向の厚さは一定の値である
R1−R3となり、モータ出力の低減を抑制することが
できる。一方、中心角T2を越える範囲、すなわち第1
円弧111と第3円弧122及び第1円弧111と第4
円弧123で区画される領域では、径方向の厚さが端部
に向かって小さくなり、コギングトルクを低減すること
ができる。従って、永久磁石全体としてみれば、コギン
グトルクを低減し且つモータ出力の低減を抑えることが
可能である。
タと従来の永久磁石形モータとのコギングトルクを2次
元磁界解析により算出した結果を示す。ここで、図中
(a)は、本実施形態に係る永久磁石形モータのコギン
グトルクの解析結果を示す。解析に際しては、図2に示
す永久磁石1をフェライト焼結(最大エネルギー積BH
max=4kJ/m3)とし、中心角T1=90°、中心角
T2=45°、半径R1=27mm、半径R2=14m
m、半径R3=17.55mm、固定子鉄心30との間
の最大空隙長1.75mm及び最小空隙長0.5mmと
して計算した。また、図中(b)は、前述した第1従来
例に係る永久磁石2を使用した永久磁石形モータのコギ
ングトルクの解析結果である。解析に際しては、(a)
と同様に、図3に示す永久磁石2をフェライト焼結と
し、中心角T1=90°、半径R1=27mm、半径R
2=17.55mm及び空隙長0.5mmとして計算し
た。さらに、図中(c)は、前述した第2従来例に係る
永久磁石3を使用した永久磁石形モータのコギングトル
クの解析結果である。解析に際しては、(a)と同様
に、図4に示す永久磁石3をフェライト焼結とし、中心
角T1=90°、半径R1=19mm、半径R2=1
7.55mm、シフト量W=8mm、最大空隙長3mm
及び最小空隙長0.5mmとして計算した。
磁石形モータ(図5の(a))は、回転子1回転当たりの
平均又は最大コギングトルクでみれば、従来の永久磁石
形モータ(図5の(b)、(c))に比べてコギングトルクが
低下することが分かる。なお、図6は、以上のようにし
て算出した本実施形態、従来例1及び従来例2について
の最大コギングトルクを整理した結果を、図7は、従来
例1を基準とした最大コギングトルクの減衰率をそれぞ
れ示す。
クの算出と同様の条件として、本実施形態、従来例1及
び従来例2についての誘起電圧(実効値)を算出した結
果を示す。なお、誘起電圧の算出に際し、回転子の回転
速度や固定子に関する諸条件について、本発明、従来例
1及び従来例2を全て同一の条件とした。また、図9
は、図8に示す従来例1を基準として誘起電圧の減衰率
を整理した結果を示す。図9に示すように、本発明に係
る永久磁石形モータは、従来例1のモータに比べると誘
起電圧が若干減衰するものの、従来例2のモータほどで
はなく、従って、モータ出力の低減を抑制できるといえ
る。
久磁石1における第3円弧122の中心Bと、第4円弧
123の中心Cとを、第2円弧の中心Aを支点として、
それぞれ内側に2.5°、5°、7.5°及び10°だ
け回転させた形状とした場合における、永久磁石形モー
タのコギングトルク及び誘起電圧を2次元磁界解析によ
り算出した。なお、解析に際し、半径R2等の諸条件
は、前述した図5等に示す結果が得られた解析の場合と
同一とした。
施形態の各回転角度、従来例1及び従来例2についての
最大コギングトルクを、図12は、従来例1を基準とし
た最大コギングトルクの減衰率をそれぞれ示す。図11
及び図12に示すように、中心B及び中心Cの回転角度
を増加させるにしたがって、コギングトルクの減衰率は
低下するものの、10°までの回転角度であれば、少な
くとも従来例1に比べてコギングトルクが低下すること
が分かる。
度、従来例1及び従来例2についての誘起電圧(実効
値)を算出した結果を、図14は、従来例1を基準とし
た誘起電圧の減衰率を整理した結果をそれぞれ示す。図
13及び図14に示すように、中心B及び中心Cの回転
角度を増加させるにしたがって、誘起電圧は減衰するも
のの、10°までの回転角度であれば、従来例2よりも
減衰を抑制することができ、従って、モータ出力の低減
を抑制できるといえる。
中心Bと、第4円弧123の中心Cの回転角度が0°〜
10°の範囲内にあれば、コギングトルクを低減し且つ
モータ出力の低減を抑えるという本発明の課題を解決す
ることが可能である。
形態について説明する。図15は、本発明の第2の実施
形態に係るアウターロータ型の永久磁石形モータの横断
面図である。図15に示すように、本実施形態の永久磁
石形モータ10’は、回転軸20’と、回転子鉄心3
0’と、回転子鉄心30’の内周面に環状に等配された
界磁手段としての8個の永久磁石1’とを具備する回転
子を備えている。また、所定の空隙を介して前記回転子
の内方に配設され、固定子鉄心40’と巻線50’とを
具備する固定子を備えている。
細に示す横断面図である。本実施形態の永久磁石1’
は、外周縁11’が、半径R3、中心角T1の第1円弧
111’で形成され、内周縁12’が、第2円弧12
1’と、第2円弧121’の一端に接合する第3円弧1
22’と、第2円弧121’の他端に接合する第4円弧
123’とで形成されている。
同一の中心Aと、前記半径R3より小さな半径R1と、
前記中心角T1よりも小さな中心角T2とを有してい
る。また、第3円弧122’は、第2円弧121’の一
端と第2円弧121’の中心Aとを結ぶ直線上であっ
て、第2円弧121’より外方に位置する中心Bを有し
ている。第4円弧123’は、第2円弧121’の他端
と第2円弧121’の中心Aとを結ぶ直線上であって、
第2円弧121’より外方に位置する中心Cを有する。
ようであるので、第1の実施形態と同様に、中心角T2
の範囲、すなわち第1円弧111’と第2円弧121’
で区画される領域(ハッチングを施した領域)では、永
久磁石1’の径方向の厚さは一定の値であるR1−R3
となり、モータ出力の低減を抑制することができる。一
方、中心角T2を越える範囲、すなわち第1円弧11
1’と第3円弧122’及び第1円弧111’と第4円
弧123’で区画される領域では、径方向の厚さが端部
に向かって小さくなり、コギングトルクを低減すること
ができる。従って、永久磁石全体としてみれば、コギン
グトルクを低減し且つモータ出力の低減を抑えることが
可能である。
磁石形モータについても、コギングトルク及び誘起電圧
を2次元磁界解析により算出したが、第1の実施形態に
ついて得られた図5〜図14に示す結果と同様の結果が
得られ、本発明の有効性を確認することができた。
値とすることができる点、つまり、永久磁石の1’の配
置個数を種々に変更できる点や、第3円弧122’の中
心Bと第4円弧123’の中心Cの回転角度を0°〜1
0°の範囲内で変更できる点、その他モータの形状、極
数、スロット数等を種々の形態とすることができる点
は、第1の実施の形態の場合と同様である。
久磁石形モータによれば、中心角T2の範囲、すなわち
第1円弧と第2円弧で区画される領域では、永久磁石の
径方向の厚さは一定の値であるR1−R3となり、モー
タ出力の低減を抑制することができる。一方、中心角T
2を越える範囲、すなわち第1円弧と第3円弧及び第1
円弧と第4円弧で区画される領域では、径方向の厚さが
端部に向かって小さくなり、コギングトルクを低減する
ことができる。従って、永久磁石全体としてみれば、コ
ギングトルクを低減し且つモータ出力の低減を抑え得る
という優れた効果を奏する。
形モータの横断面図である。
断面図である。
ている第1従来例に係る永久磁石の横断面図である。
図である。
来の永久磁石形モータとのコギングトルクを比較した結
果を示す。
を整理した結果を示す。
大コギングトルクの減衰率を示す。
来の永久磁石形モータとの誘起電圧を比較した結果を示
す。
起電圧の減衰率を整理した結果を示す。
3円弧と第4円弧の中心を回転させた場合の形状の変化
を示す説明図である。
るコギングトルクの最大値を従来例と比較して整理した
結果を示す。
した最大コギングトルクの減衰率を示す。
る誘起電圧を従来例と比較した結果を示す。
して誘起電圧の減衰率を整理した結果を示す。
永久磁石形モータの横断面図である。
示す横断面図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 環状に等配した複数の永久磁石を界磁手
段とする回転子を備えた永久磁石形モータにおいて、 前記永久磁石の横断面は、 内周縁が、半径R3、中心角T1の第1円弧で形成さ
れ、 外周縁が、第2円弧と、該第2円弧の一端に接合する第
3円弧と、前記第2円弧の他端に接合する第4円弧とで
形成されており、 前記第2円弧は、前記第1円弧と同一の中心と、前記半
径R3より大きな半径R1と、前記中心角T1よりも小
さな中心角T2とを有し、 前記第3円弧は、前記第2円弧の一端と該第2円弧の中
心とを結ぶ線分上、又は、前記線分を前記第2円弧の中
心を支点として0°〜10°だけ前記第2円弧の他端側
に向かって回転させた場合の当該線分上に位置する中心
と、前記半径R1より小さい半径R2とを有し、 前記第4円弧は、前記第2円弧の他端と該第2円弧の中
心とを結ぶ線分上、又は、前記線分を前記第2円弧の中
心を支点として0°〜10°だけ前記第2円弧の前記一
端側に向かって回転させた場合の当該線分上に位置する
中心と、前記半径R2とを有することを特徴とする永久
磁石形モータ。 - 【請求項2】 環状に等配した複数の永久磁石を界磁
手段とする回転子を備えた永久磁石形モータにおいて、 前記永久磁石の横断面は、 外周縁が、半径R3、中心角T1の第1円弧で形成さ
れ、 内周縁が、第2円弧と、該第2円弧の一端に接合する第
3円弧と、前記第2円弧の他端に接合する第4円弧とで
形成されており、 前記第2円弧は、前記第1円弧と同一の中心と、前記半
径R3より小さな半径R1と、前記中心角T1よりも小
さな中心角T2とを有し、 前記第3円弧は、前記第2円弧の一端と該第2円弧の中
心とを結ぶ直線上、又は、前記直線を前記第2円弧の中
心を支点として0°〜10°だけ前記第2円弧の他端側
に向かって回転させた場合の当該直線上であって、前記
第2円弧より外方に位置する中心を有し、 前記第4円弧は、前記第2円弧の他端と該第2円弧の中
心とを結ぶ直線上、又は、前記直線を前記第2円弧の中
心を支点として0°〜10°だけ前記第2円弧の前記一
端側に向かって回転させた場合の当該直線上であって、
前記第2円弧より外方に位置する中心を有することを特
徴とする永久磁石形モータ。
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