JP2002300765A - 永久磁石モータ - Google Patents
永久磁石モータInfo
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Abstract
ングトルクの低減において満足できるものは無かった。 【解決手段】 本発明の永久磁石モータにおいては、ス
テータ小歯のピッチをロータ磁極ピッチの1±1/(2
ms)(ここでmは相数、sはステータ極の小歯数)倍と
する。また、ステータ小歯の幅を磁極対ピッチの37〜47
%とする。更に、小歯の溝深さを空隙長の15倍以上とす
る。
Description
に磁束量を向上し、コギングトルクを低減できる永久磁
石リングロータを用いた永久磁石モータに関するもので
ある。
永久磁石(PM)リングロータを装着した3相ステッピン
グモータは,特開平6−14514号あるいは特開平7−13196
8号公報などによって既知である。
ようなモータについて磁束量向上とコギングトルクの低
減のための効果的手段は得られていない。
磁石モータを得るにある。
生産されているHB形ステータの内部にPMリングロータを
装着したタイプのモータについて2次元磁場解析を行な
った結果、予想外の磁束流が観察され、最適磁極形状に
ついて検討したところ、まだ、かなり改良の余地がある
ことも判明した。
心構造を示す。この永久磁石式ステッピングモータは、
円筒状のステータヨークと、複数個の小歯3をその先端
に有し、上記ステータヨークの内周面から半径方向内方
に突出する6個の巻線磁極2を持つステータ鉄心1と、
この各巻線磁極に巻回した励磁コイル(図示されない)
と、上記小歯の内周面にエアギャップを介してその外周
面を対向配置せしめた円筒状の永久磁石5と、この永久
磁石5の内周面に密着せしめた磁性材料のバックヨーク
6を持つロータ4とより成る。そして、上記永久磁石5
には円周方向に交互に等ピッチでp個のN極とp個のS
極が着磁されている。
タ鉄心1とロータ4間空隙長は0.06mmである。
質はネオジボンド材である。なお、角形コアや局部的な
カットなどの形状は計算結果にあまり影響しないと思わ
れるので、計算効率向上のために省略した。
半分を対象とし、空隙部分はコギングトルクの精度を確
保するために3層を0.25°間隔で分割し、0.75°おきに
一周期22.5°まで回転して、コイル鎖交磁束及びコギン
グトルクを計算した。
を示す。これを見て次のことがわかる。
磁束が流れている。
る。
歯、残りの約25%が両側小歯より入っている。
がら蛇行して、両側小歯を再度通過する。
歯には略均等に有効磁束が流れるものとして磁気回路を
構成していると思われていたが、実際のモータは上記の
ように予期せぬ磁束の流れが発生していることがわかっ
た。なお、この状態の鎖交磁束計算値3.36E−5(Wb)
は、誘起電圧実測値から計算した鎖交磁束値3.18E−5
(Wb)と比較的良く一致しているので、本計算の妥当性
が検証されている。
第1案は、まず小歯間隔は現行の88.9%ショートピッチ
から磁極周期と同じフルピッチに変更し、小歯幅と溝深
さは溝部での磁束漏れを極小化すること、バックヨーク
および肩部厚さは飽和の影響をなくすことをねらったも
のである。
一方でコギングトルクが8倍近くに増加するので、この
案は好ましくないことがわかった。このときのコギング
トルク波形計算値を図3に示す。ここで〇は現流品、
は第1案、は第2案、は第3案である。
ングモータと同様に、コギングトルクは6倍調波の振動
を持つことがわかる。これは一般にm相モータの場合、
2m倍調波になる。従って、この場合に6倍調波を除去
する案として第6調波平面で各ベクトルが360°/s=1
20°でバランスする偏差角(120°/2m/p=1.25°)
を選び、第2、第3案では360°/p(1−1/2m
s)=21.25°のピッチとした。ここに、s:巻線極あ
たりの小歯数、m:相数=3、p:極対数=16である。
この結果、コギングトルクも現流品並で鎖交磁束を30数
%増加できることがわかった。トルクは磁束に比例する
ので、30%以上の出力アップが期待できる。また、小歯
幅は多少広くても良いことがわかった。なお、ここでは
ロータ磁極対ピッチ360°/pから偏差角だけ小さいピ
ッチを選んだが、偏差角だけ大きいピッチ360°/p
(1+1/2ms)=23.75°にしても同じ効果が得ら
れる。
案と第3案の付近に最適値のあることがうかがえるが、
次のような疑問点を検討して最適設計値を決める必要が
ある。
にすべきか。
いくらにすべきか。
響を磁場解析で究明することにした。ここでは、表1で
最も良好な第3案の形状を基準にして上記の諸元を変更
して、鎖交磁束を計算した結果を以下に示す。
の鎖交磁束とコギングトルクの計算値を図4に示す。
さは1.0mm、巻線極肩部厚さは1.5mm、バックヨーク厚さ
は1.75mmである。
になっている。これは、磁極ピッチ22.5°に対して0.43
1の比率になる。また、コギングトルクはあまり歯幅の
影響を受けない。
変化させた場合の鎖交磁束の計算値と現流品(表1)に
対する比率を図5に示す。
mm、巻線極肩部厚さは1.5mm、バックヨーク厚さは1.75m
mである。
に増加することがわかる。溝深さが大きくなると、その
効果は飽和気味になるので、1.0mmあたりが適当であ
る。1.0mmの場合でも、現流品に対しては35%程度増加
する値になっている。
響)
クコア厚さの鎖交磁束に対する影響を、夫々図6及び図
7に示す。図の範囲ではこれらの影響はほとんど見られ
ないことがわかる。バックヨーク厚さは、0.75mmでは磁
束がわずかに低下するので、0.9mm以上が必要である。
に示した諸元が適当であるということができる。このと
きの誘起電圧波形を現流品と比較して図8に示す。振幅
が約37%大きくなり、波形も正弦波に近くなっているこ
とがわかる。
Bの現流品と比較して、各小歯の磁束分配が改善され、
溝部を通って蛇行する磁束が減少している。なお、巻線
極肩部厚さは磁気回路的には0.9mmでよいが、機械的に
薄すぎるようならば、現流品と同程度まで多少厚くする
ことも考えられる。
ある。
は、ステータ小歯のピッチがロータ磁極ピッチの1±1
/(2ms)(ここでmは相数、sはステータ極の小歯
数)倍であることを特徴とする。
47%であることを特徴とする。
タ間の空隙長の15倍以上であることを特徴する。
を説明する。
る。
0.4)
88.9%)
(現流:1.1)
(現流:1.0)
をロータ磁極ピッチの1±1/(2ms)(ここでmは
相数、sはステータ極の小歯数)倍とする。
〜47%とする。
の空隙長の15倍以上とする。
とコギングトルク低減を実現できる。
示す線図である。
る。
る。
である。
4)
は、円周方向に交互に等ピッチでN極とS極が着磁され
た永久磁石ロータと、それに対向して、s個の小歯をそ
の先端に有し、回転子周面に向かって半径方向に突出し
た巻線磁極を有するステータとより成るm相永久磁石モ
ータにおいて、ステータ小歯のピッチがロータ磁極対ピ
ッチの1±1/(2ms)倍であることを特徴とする。
また、本発明の永久磁石モータは、円周方向に交互に等
ピッチでN極とS極が着磁された永久磁石ロータと,そ
れに対向して、s個の小歯をその先端に有し、回転子周
面に向かって半径方向に突出した巻線磁極を有するステ
ータとより成る3相永久磁石モータにおいて、ステータ
小歯のピッチがロータ磁極対ピッチの1±1/6s倍で
あることを特徴とする。
Claims (4)
- 【請求項1】 円周方向に交互に等ピッチでN極とS極
が着磁された永久磁石ロータと、それに対向して、s個
の小歯をその先端に有し、回転子周面に向かって半径方
向に突出した巻線磁極を有するステータとより成るm相
永久磁石モータにおいて、ステータ小歯のピッチがロー
タ磁極対ピッチの1±1/(2ms)倍であることを特
徴とする永久磁石モータ。 - 【請求項2】 円周方向に交互に等ピッチでN極とS極
が着磁された永久磁石ロータと,それに対向して、s個
の小歯をその先端に有し、回転子周面に向かって半径方
向に突出した巻線磁極を有するステータとより成るm相
永久磁石モータにおいて、ステータ小歯のピッチがロー
タ磁極対ピッチの1±1/6s倍であることを特徴とす
る永久磁石モータ。 - 【請求項3】 ステータ小歯の幅が磁極ピッチの37〜47
%であることを特徴とする請求項1または請求項2記載
の永久磁石モータ。 - 【請求項4】 小歯の溝深さがステータとロータ間の空
隙長の15倍以上であることを特徴する請求項1、請求項
2または請求項3記載の永久磁石モータ。
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