JP2002191147A - ギャップワインディング形モータの回転子構造 - Google Patents

ギャップワインディング形モータの回転子構造

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JP2002191147A JP2000387718A JP2000387718A JP2002191147A JP 2002191147 A JP2002191147 A JP 2002191147A JP 2000387718 A JP2000387718 A JP 2000387718A JP 2000387718 A JP2000387718 A JP 2000387718A JP 2002191147 A JP2002191147 A JP 2002191147A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】自己インダクタンスを大きくし、PWM駆動時
のキャリア損失を低減することができ、安価なギャップ
ワインディング形モータの回転子構造を提供する。 【解決手段】固定子コア2の内周面に電機子巻線4を装
着し、固定子1と磁気的空隙を介して設けた回転子コア
7に磁極を有する永久磁石8を備えたギャップワインデ
ィング形モータにおいて、回転子コア7の磁極位置に永
久磁石8を挿入するための円弧状穴7Cを形成すること
で、永久磁石8と円弧状穴7C内面の接触面積が増え、
永久磁石8の固着力が向上する。また、円弧状穴7C間
に形成したティース7Aにより電機子巻線4の自己イン
ダクタンスが増加し、キャリア損失を低減することがで
きる。さらに、円弧状穴7Cを、回転子コア7の磁気的
空隙G部に面する位置から0.1mm〜1.0mmだけ
離れた位置に形成したことで、磁石表面に発生する電機
子反作用による渦電流を抑制することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、FAまたはOAな
どの産業分野に使用されるブラシレスDCモータに関
し、特に磁気的な突極(スロット)なしの円環状固定子
コアに回転磁界形成用の電機子巻線を装着してなる平滑
電機子巻線形モータ、いわゆるギャップワインディング
形モータの回転子構造に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、固定子スロットによる界磁磁
束の変調を抑制することができ、トルクリップルの小さ
い特性を有するものとして、ギャップワインディング形
モータが一般的に良く知られている。なお、図3は、従
来のギャップワインディングモータの回転子構造を示し
た正面図である。図において、10は回転子、11は回
転子コア、12は永久磁石、13はシャフトである。こ
のギャップワインディングモータの回転子10は軟磁性
体で構成された円筒型の回転子コア11の表面に円弧状
で、かつ、セグメント型の永久磁石12を所定の位置に
固着して構成されており、これらの回転子コア11の内
径部11Aにシャフト13に取り付けるようにしてあ
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが,従来技術に
よると、次のような問題点があった。 (1)軟磁性体で構成された円筒型の回転子ヨーク11
の表面に永久磁石12を固着したものでは磁気ギャップ
が広く、図示しない電機子巻線の自己インダクタンスが
小さくなる。このため、PWMアンプと組み合わせて駆
動すると電流波形に含まれる高調波成分が大きくなりキ
ャリア損失が増加した。 (2)円弧状セグメント形の永久磁石12を用いたもの
では、実用上、磁石の飛散防止のためガラステープなど
を磁石表面に巻きつける必要があることから、工数が増
加しコストがかかっていた。 本発明は、上記課題を解決するためのなされたものであ
り、電機子巻線の自己インダクタンスを大きくし、PW
M駆動時のキャリア損失を低減することのできる、低コ
ストのギャップワインディング形モータの回転子構造を
提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、円筒状の固定子コアの内周面または外周
面の何れか一方に回転磁界形成用のn個(nは自然数
で、且つ、mの倍数とする)の電機子巻線を装着してな
るm相(mは自然数)の固定子と、前記固定子と磁気的
空隙を介して同心円状に設けられた回転子コアに交互に
極性が異なるP個(Pは2以上の自然数とする偶数)の
磁極を有する永久磁石を備えた回転子よりなるギャップ
ワインディング形モータにおいて、前記回転子コアは、
コア材の円周方向に向かって各々の磁極の位置に前記永
久磁石を挿入するために設けた円弧状穴と、相隣り合う
前記円弧状穴間に所定の幅を有するように設けたティー
スとが形成されており、前記円弧状穴は、回転子コアの
磁気的空隙部に面する位置から径方向に向かって0.1
mm乃至1.0mmだけ離れた位置に形成されたことを
特徴とするものである。上記手段により、永久磁石と円
弧状穴の内面の接触面積が増加するため、永久磁石の固
着力が増加する。また、円弧状穴間に形成したティース
により電機子巻線の自己インダクタンスが増加するの
で、PWM駆動時のキャリア損失を低減できる。さら
に、円弧状穴を回転子コアの磁気的空隙部に面する位置
から0.1mm乃至1.0mmだけ離れた位置に形成し
たことで、磁石表面に発生する電機子反作用による渦電
流を抑制できる。
【0005】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図に基づ
いて説明する。図1は本発明の実施例を示すギャップワ
インディング形モータであって、(a)はその正断面
図、(b)は回転子の円弧状穴とつなぎ部を示した部分
拡大図である。なお、本実施例では磁極数を8、電機子
巻線数を6とした内部回転子形のギャップワインディン
グ形モータの例を用いて説明する。図において、1は固
定子、2は固定子コア、3は絶縁層、4は電機子巻線、
5は樹脂モールド、6は回転子、7は回転子コアで、7
Aはティース、7Bはつなぎ部、8は永久磁石、9はシ
ャフトである。このような構成において、スロットを有
しない円筒形でケイ素鋼板を積層してなる固定子コア2
の内面には、所要の絶縁耐圧を確保するための薄い絶縁
層3を設け、絶縁層3を介して集中巻して成る回転磁界
形成用の電機子巻線4が6個等間隔で配設されている。
この電機子巻線4は8極を構成するよう結線されると共
に、樹脂モールド5により、固定子コア2と一体に固着
される。また、樹脂モ―ルド5により固着された電機子
巻線4の内周には磁気的空隙Gを介して、回転子6が固
定子1と同心円状に配置されている。回転子6は図示し
ない軸受により固定子1に対し回転自在に支承されてい
る。この回転子6において、回転子コア7は、コア材の
円周方向に向かって各々の磁極の位置に希土類系の永久
磁石8を挿入するための円弧状穴7Cが設けられ、相隣
り合う円弧状穴7C間は所定の幅を有したティース7A
を形成してある。円弧状穴7Cは、ケイ素鋼板を積層し
た回転子コア7の磁気的空隙G部に面する位置からシャ
フト9の径方向に向かって0.1mm乃至1.0mmだ
け離れた位置に同心円状に形成されている。そして、永
久磁石8は、各々の円弧状穴7Cの内部に交互に異極と
なるように等間隔に接着等により固着されている。それ
から、シャフト9は回転子コア7の内周に嵌合されてい
る。
【0006】次に、本発明の原理について図1を用いて
説明する。従来のギャップワインディング形モータをP
WM駆動した場合において、一般に相電流波形を観測し
た際に電流リップルを含んだ波形が観測される。これ
は、該電流リップルがPWMのキャリア周波数に起因す
るもので、損失の増加を引き起こす。また、相電流波形
におけるピーク付近でのリップルが大であることがわか
る。しかしながら、電流リップルは電機子巻線の自己イ
ンダクタンスを大きくすることで低減できる。該自己イ
ンダクタンスは巻回数の2乗に比例し、磁気抵抗に反比
例するので、自己インダクタンスを増加するには電機子
巻線の巻回数を増すか、あるいは、電機子巻線の磁気抵
抗を小さくすれば良い。ここで、本発明の回転子構造は
電機子巻線の磁気抵抗を小さくすることで自己インダク
タンスの増加を図るようにしたものである。第1図に示
すように、回転子6と固定子1の位置関係を見ると、電
機子巻線のうち、U相コイルの中心とティース7Aの中
心が対向している。このためU相コイルの磁気抵抗は最
小となり、U相の自己インダクタンスは最大となる。こ
の時U相コイルの電流値は最大となるので、電流最大値
付近の電流リップルを低減できる。また、図2は本発明
と従来技術のモータ容量とキャリア損をグラフにして比
較した説明図である。これによると、電流リップルを低
減することで、結果的にはPWM駆動時のキャリア損を
最大3分の1程度まで減らせることがわかった。次に、
円弧状穴7Cとつなぎ部7Bの働きについて述べる。電
機子反作用により回転子6の表面には渦電流損が発生す
る。永久磁石8の抵抗率はケイ素鋼板の1.5〜3倍程
度であるが、ケイ素鋼板が積層して使用するのに対し、
永久磁石は一般的に塊状で用いるため、従来の表面磁石
形モータでは永久磁石表面で渦電流損が発生するという
問題があった。このことから、積層鋼板で構成した回転
子の内部に永久磁石を配置した。こうして、内磁形回転
子にすることで回転子表面渦電流損を低減できるもの
の、ギャップワインディング形モータに適用した場合、
磁気的空隙が広いため、表面磁石形回転子に比べ、漏れ
磁束が大きくなり誘起電圧が低下してしまう。さらに誘
起電圧が低下すると、所定のトルクを得るために必要な
電流が増加するので銅損が増えるという問題があった。
この点についてコンピュータによるシミュレーションを
行った結果、円弧状穴つなぎ部7Bの厚さを0.1mm
乃至1.0mmとすることで損失を最も低減できること
がわかった。
【0007】したがって、円筒状の固定子コア2の内周
面または外周面の何れか一方に回転磁界形成用のn個
(nは自然数で、且つ、mの倍数とする)の電機子巻線
4を装着してなるm相(mは自然数)の固定子1と、固
定子1と磁気的空隙を介して同心円状に設けられた回転
子コア7に交互に極性が異なるP個(Pは2以上の自然
数とする偶数)の磁極を有する永久磁石8を備えた回転
子6よりなるギャップワインディング形モータにおい
て、回転子コア7に、コア材の円周方向に向かって各々
の磁極の位置に永久磁石8を挿入するために設けた円弧
状穴7Cと、相隣り合う円弧状穴7C間に所定の幅を有
するように形成したティース7Aとを形成することで、
永久磁石8と円弧状穴7C内面の接触面積が増え、永久
磁石8の固着力が向上する。その結果、工数が減るの
で、低コストのギャップワインディング形モータの回転
子を提供することができる。また、円弧状穴7C間に形
成したティース7Aにより電機子巻線4の自己インダク
タンスが増加するので、PWM駆動時のキャリア損失を
低減することができる。さらに、円弧状穴7Cを、回転
子コア7の磁気的空隙G部に面する位置から径方向に向
かって0.1mm乃至1.0mmだけ離れた位置に形成
したことで、起磁力損失を抑え、磁石表面に発生する電
機子反作用による渦電流を抑制することができる。
【0008】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、円
筒状の固定子コアの内周面または外周面の何れか一方に
回転磁界形成用のn個(nは自然数で、且つ、mの倍数
とする)の電機子巻線を装着してなるm相(mは自然
数)の固定子と、固定子と磁気的空隙を介して同心円状
に設けられた回転子コアに交互に極性が異なるP個(P
は2以上の自然数とする偶数)の磁極を有する永久磁石
を備えた回転子よりなるギャップワインディング形モー
タにおいて、回転子コアに、コア材の円周方向に向かっ
て各々の磁極の位置に永久磁石を挿入するために設けた
円弧状穴と、相隣り合う前記円弧状穴間に所定の幅を有
するように形成したティースとを形成することで、永久
磁石と円弧状穴内面の接触面積が増え、永久磁石の固着
力が向上する。その結果、工数が減るので、低コストの
ギャップワインディング形モータの回転子を提供するこ
とができる。また、円弧状穴間に形成したティースによ
り電機子巻線の自己インダクタンスが増加するので、P
WM駆動時のキャリア損失を低減することができる。さ
らに、前記円弧状穴を、回転子コアの磁気的空隙部に面
する位置から径方向に向かって0.1mm乃至1.0m
mだけ離れた位置に形成したことで、起磁力損失を抑
え、磁石表面に発生する電機子反作用による渦電流を抑
制できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示すギャップワインディング
形モータであって、(a)はその正面図、(b)は回転
子の円弧状穴とつなぎ部を示した部分拡大図である。
【図2】本発明と従来技術のモータ容量とキャリア損を
グラフにして比較した説明図である。
【図3】従来のギャップワインディングモータの回転子
構造を示した正面図である。
【符号の説明】
1:固定子 2:固定子コア 3:絶縁層 4:電機子巻線 5:樹脂モールド 6:回転子 7:回転子コア 7A:ティース 7B:つなぎ部 7C:円弧状穴 8:永久磁石 9:シャフト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H02K 3/47 H02K 3/47 21/14 21/14 M // H02K 3/44 3/44 B

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 円筒状の固定子コアの内周面または外周
    面の何れか一方に回転磁界形成用のn個(nは自然数
    で、且つ、mの倍数とする)の電機子巻線を装着してな
    るm相(mは自然数)の固定子と、前記固定子と磁気的
    空隙を介して同心円状に設けられた回転子コアに交互に
    極性が異なるP個(Pは2以上の自然数とする偶数)の
    磁極を有する永久磁石を備えた回転子よりなるギャップ
    ワインディング形モータにおいて、 前記回転子コアは、コア材の円周方向に向かって各々の
    磁極の位置に前記永久磁石を挿入するために設けた円弧
    状穴と、相隣り合う前記円弧状穴間に所定の幅を有する
    ように設けたティースとが形成してあり、 前記円弧状穴は、回転子コアの磁気的空隙部に面する位
    置から径方向に向かって0.1mm乃至1.0mmだけ
    離れた位置に形成されたことを特徴とするギャップワイ
    ンディングモータの回転子構造。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH05191936A (ja) * 1992-01-10 1993-07-30 Toshiba Corp 永久磁石式回転子
JP2000245124A (ja) * 1999-02-23 2000-09-08 Yaskawa Electric Corp 平滑電機子巻線形モータ
JP2000350393A (ja) * 1999-03-29 2000-12-15 Shin Etsu Chem Co Ltd 永久磁石モータ

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