JP2004056897A - ギャップワインディングモータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】固定子コア5と固定子コア5の内周面に装着された回転磁界形成用の固定子コイル4とを備えた固定子と、回転子コア1と回転子コア1の外周面上に取り付けられた複数個の永久磁石2とを備え、かつ固定子コイル4に空隙を介して対向するように配置された回転子、とを有するギャプワインディングモータにおいて、モータの磁極数Npが、Np=0.11×d(ギャップ径:mm)+a(aの範囲は3〜7)の関係式で表される2の倍数となる整数であり、磁石数と固定子コイル数の組合せが4:3であり、磁極を形成する永久磁石の厚さLmと磁極面から固定子コアまでの空隙間隔Lgを足しあわせた値Lmgと、ギャップ径の周長を4倍して磁極数で割った値の比Asが9〜15の範囲とした。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、FA、OA用途に使用される平滑電機子巻線形ブラシレスDCモータ、いわゆるギャプワインディングモータの構成に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、スロットワインディングモータの設計では、基本となるスロットコンビネーションを決定すると、モータの外径が変化しても同じ構成で設計を進めるという手法を取っていた。
ギャプワインディングモータでも同じ手法を使用した場合、モータ外径が大きくなるにつれて、必要とされるマグネット量が必要以上に増加していく。
また、スロットコンビネーション(磁極数とスロット・コイル数の組合せ)、永久磁石厚さ等、各種の設計パラメータを変更しながら最適点を探るという手法を実施していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の設計手法では同一のスロットコンビネーションでモータをシリーズ展開した場合、モータ外径が変化するに従って永久磁石の無駄分が増加し、コストアップの要因となっていた。
また、検討するべき多くのパラメータがあり、最適点を決定するまでの検討に要する時間がかかっており、設計期間に占める基本検討時間の割合が非常に多く占めるという問題点があった。
本発明はこれらの課題を解決するためのもので、モータ外径が変化しても永久磁石の無駄分が増加しない、設計期間に占める基本検討時間の割合が多くならないギャップワインディングモータを提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1記載のギャップワインディングモータの発明は、固定子コアと該固定子コアの内周面に装着された回転磁界形成用の固定子コイルとを備えた固定子と、回転子コアと該回転子コアの外周面上に取り付けられた複数個の永久磁石とを備え、かつ前記固定子コイルに空隙を介して対向するように配置された回転子、とを有するギャプワインディングモータにおいて、(1)モータの磁極数Npが、Np=0.11×d(ギャップ径:mm)+a(aの範囲は3〜7)の関係式で表される2の倍数となる整数であり、(2)磁石数と固定子コイル数の組合せが4:3であり、(3)磁極を形成する永久磁石の厚さLmと磁極面から固定子コアまでの空隙間隔Lgを足しあわせた値Lmgと、ギャップ径の周長を4倍して磁極数で割った値であるLpの比Asが9〜15の範囲にあることを特徴とする。
請求項2記載の発明は、請求項1記載のギャプワインディングモータにおいて、前記永久磁石の厚さLmと、前記永久磁石と前記固定子コアの間の空隙間隔Lgとの比(Lg/Lm)が1.0以下であることを特徴とする。
請求項3記載の発明は、請求項2記載のギャプワインディングモータにおいて、固定子コイル対向面における隣接した磁極面間の極間寸法Lipと前記空隙間隔Lgの比率(Lg/Lip)が1.1以下となるように設定されることを特徴とする。
【0005】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面に基づいて詳細に説明する。
図1は本発明の実施の形態に係るギャップワインディングモータを示す正断面図であり、図2は図1の4極3コイル分について本発明の数値関係を示すギャップ部分の拡大図である。
図1において、1は回転子コア、2は永久磁石、3は樹脂、4は固定子コイル、5は固定子コアであり、図2において、Lmは永久磁石2の厚さ、Lgは永久磁石2と固定子コア5の空隙、Lmgは回転子コア1と固定子コア5の空隙、Lipは永久磁石2の空隙対向面における永久磁石の間隔、Lpは4極3コイル分の必要長をそれぞれ示している。
本発明によれば、まずギャップ径Dgによって磁極数Npが大まかに設計され、その結果とモータのスロットコンビネーションをm極p相とし、m=b×4,p=b×3(bは任意の整数)、Np=mを満足する任意の整数bと磁極数Npを決定する。この時、電磁部体積を最小にしたい場合には、磁極数の大きい構成とする。
磁極数Npの大きい構成とした場合、ヨークの鎖交磁束数が少ないためにヨーク厚さが薄くできる。そのため、電極部に必要とされる体積が抑制され、よりコンパクトな電磁部とすることが可能である。
磁極数Npが決定されることによって、前記4極3コイル分の必要長Lpが決定され、4極3コイル分の必要長Lpと比率As(=Lp/Lmg)で回転子コアと固定子コアの空隙Lmgが決定されることになる。
図3は、4極3コイル分の必要長Lp/回転子コア5と固定子コア5の空隙Lmgの比率Asと、誘起電圧およびMg質量の関係を示している。図3において、横軸は回転子コア5と固定子コア5の空隙Lmgの比率As、縦軸は実線が誘起電圧(V)、および点線がMg質量をそれぞれ表している。
図3から解るように、永久磁石2の投入量が最適点近傍となるのは比率Asの範囲が9〜15の範囲であり、その範囲を外れると、永久磁石2のMg質量(投入量)に対して誘起電圧の出力が飽和してしまい理想的ではない。
また、回転子コアと固定子コアの空隙Lmgは、
Lmg=Lm+Lg(ただし、Lmは永久磁石の厚さ、Lgは永久磁石と固定子コアの空隙)であり、Lg/Lm≦1.0となる様に永久磁石の厚さLmを決定する。永久磁石の厚さLmが決定されると、永久磁石と固定子コアの空隙Lgが求められ、
Lg/Lip≦1.1
となるように永久磁石2の極弧率を決定する。
この結果、永久磁石2の投入量は、ほぼ最適化されており、コストアップは十分に抑制される。
また、検討項目が大幅に簡略化され、設計時間の短縮が可能となった。
【0006】
以下、1実施例として、図1のギャップワインディングモータにおける具体的な寸法について説明する。図1において、ギャップ径Dgはφ115mmであり、磁極数はNp=0.11×115+a=16〜20となる。
ここで、モータ電磁部の径方向厚さを抑制したいため、磁極数Npは20と選択されている。また、スロットコンビネーションは20極15コイルである。
図2は各部の関係を示すために4極3コイル分を拡大したものであり、図2において、
Lm:Lgは1.0、と設定されており、
Lip:Lgは0.95、
Lmg:Lpは10.05、となっている。
【0007】
【発明の効果】
以上のように、ギャプワインディングモータにおいて、(1)モータの磁極数Npが、Np=0.11×d(ギャップ径:mm)+a(aの範囲は3〜7)の関係式で表される2の倍数となる整数であり、(2)磁石数と固定子コイル数の組合せが4:3であり、(3)磁極を形成する永久磁石の厚さLmと磁極面から固定子コアまでの空隙間隔Lgを足しあわせた値Lmgと、ギャップ径の周長を4倍して磁極数で割った値であるLpの比Asが9〜15の範囲にくるようにし、また、上記ギャプワインディングモータにおいて、永久磁石の厚さLmと、前記永久磁石と前記固定子コアの間の空隙間隔Lgとの比(Lg/Lm)が1.0以下であり、さらに、上記ギャプワインディングモータにおいて、固定子コイル対向面における隣接した磁極面間の極間寸法Lipと前記空隙間隔Lgの比率(Lg/Lip)が1.1以下となるように設定されるので、モータ外径が変化しても永久磁石の無駄分が増加せず、したがってコストアップとならないギャプワインディングモータが得られる。
また、本発明によれば、まずギャップ径Dgによって磁極数Npが大まかに設計され、その結果とモータのスロットコンビネーションをm極p相とし、m=b×4,p=b×3(bは任意の整数)、Np=mを満足する任意の整数bと磁極数Npを決定するようにしているので、検討すべきパラメータが少なくなり、最適点を決定するまでの検討に要する時間が少なくてすみ、したがって設計期間に占める基本検討時間の割合が非常に少なくできるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係るギャップワインディングモータを示す正断面図である。
【図2】図1の4極3コイル分について本発明の数値関係を示すギャップ部分の拡大図である。
【図3】本発明におけるLmgとLpの比Asの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 回転子コア
2 永久磁石
3 樹脂
4 固定子コイル
5 固定子コア
Lm : 永久磁石の厚さ
Lg : 永久磁石と固定子コアの空隙
Lmg: 回転子コアと固定子コアの空隙
Lip: 永久磁石の空隙対向面における、永久磁石の間隔
Lp : 4極3コイル分の必要長
Claims (3)
- 固定子コアと該固定子コアの内周面に装着された回転磁界形成用の固定子コイルとを備えた固定子と、回転子コアと該回転子コアの外周面上に取り付けられた複数個の永久磁石とを備え、かつ前記固定子コイルに空隙を介して対向するように配置された回転子、とを有するギャプワインディングモータにおいて、
(1)モータの磁極数Npは、Np=0.11×d(ギャップ径:mm)+a(aの範囲は3〜7)の関係式で表される2の倍数となる整数であり、
(2)磁石数と固定子コイル数の組合せが4:3であり、
(3)磁極を形成する永久磁石の厚さLmと磁極面から固定子コアまでの空隙間隔Lgを足しあわせた値Lmgと、ギャップ径の周長を4倍して磁極数で割った値であるLpの比Asが9〜15の範囲にあること
を特徴とするギャップワインディングモータ。 - 前記永久磁石の厚さLmと、前記永久磁石と前記固定子コアの間の空隙間隔Lgとの比(Lg/Lm)が1.0以下であることを特徴とする請求項1記載のギャプワインディングモータ。
- 固定子コイル対向面における隣接した磁極面間の極間寸法Lipと前記空隙間隔Lgの比率(Lg/Lip)が1.1以下となるように設定されることを特徴とする請求項2記載のギャプワインディングモータ。
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