JP2006352961A - Ｐｍモータ - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＭモータを矩形波駆動方式にて運転すると、停止時や低速時にトルクリップルが発生する。
【解決手段】永久磁石のギャップ面側の略中央部に凹部を形成し、磁束密度分布の中央に凹みが生じるよう構成した。また、集中巻きの表面磁石構造のモータで、極数とスロット数ｑの差が０．２≦ｑ≦０．５であるモータに適用した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＰＭモータに係り、特に矩形波駆動で運転されるＰＭモータのトルクリップル低減に関するものである。

低速用途のＰＭモータは通常多極で構成され、その毎極毎相のスロット数ｑは１よりも小さく設計される。そして、トルクリッブル低減のために、８極９スロットや１０極９スロットなどのようにスロット数ｑが分数配置となるような巻線構造と、ＳＰＭ構造（表面磁石構造）を用いる場合が多い。

このように構成されたＰＭモータの駆動方式としては、大きく分けて正弦波駆動方式と、１２０°矩形波駆動方式の2通りがある。前者は、正弦波で駆動するためにトルクリップルを比較的小さく抑えることが可能であるが、駆動装置であるインバータのスイッチング素子によるＰＷＭ高調波の影響で損失が増大したり、起磁力相差角を正確に制御するためのエンコーダ等、回転角を正確に検出するための機器を設ける必要がある。

一方、後者の１２０°矩形波駆動方式の場合は、１２０°正方向通電→６０°非通電→１２０°逆方向通電→６０°非通電の繰り返しで駆動し、運転中は３相コイル中の何れか2つの相に通電された状態となる。この矩形波駆動方式は、正弦波駆動方式に比べ制御機構がシンプルで開発が容易であり、制御装置を安価にできる等のメリットを持っている。

なお、ＰＭモータのトルクリップルを低減するものとしては、特許文献１が公知となっている。この特許文献１のものは、永久磁石の厚さを中央で最大となるように形成したものである。
特開２００１−２７５２８５号公報

１２０°矩形波駆動方式は、前述のようなメリットを有する反面、正弦波駆動方式に比べてトルクリップルが増大する課題を有している。特にＰＭモータの停止時や低速時に、トルクリップルが障害となる用途で矩形波駆動方式にて運転すると、例えば、停止位置によって発生するモータのトルクが異なって正確なる所定位置での停止ができなくなるという問題が発生する。なお、特許文献１には、矩形波駆動方式に基づく課題解決についての記載はなされていない。

そこで、本発明が目的とするところは、矩形波駆動方式での運転時に発生するトルクリップルを低減するＰＭモータを提供することにある。

本発明の第１は、駆動装置を介して矩形波駆動される永久磁石式モータにおいて、
前記永久磁石のギャップに面した略中央部に凹部を形成し、磁束密度分布の中央に凹みが生じるよう構成したことを特徴とする。

本発明の第２は、前記ＰＭモータは集中巻きの表面磁石構造のモータで、極数とスロット数ｑの差が０．２≦ｑ≦０．５であることを特徴とする。

本発明の第３は、前記凹部を有する永久磁石はアウターロータ型に使用され、永久磁石の凹部は略中央部でロータ内径よりも小さい径で形成したことを特徴とする。

本発明の第４は、前記凹部を有する永久磁石はインナーロータ型に使用され、永久磁石の凹部は略中央部でロータ外径よりも大きな径で形成したことを特徴とする。

本発明の第５は、前記凹部を有する永久磁石は、極数の少ないモータ若しくはロータ外径の小さいモータに適用したことを特徴とする。

本発明の第６は、前記凹部を有する永久磁石はインナーロータ型に使用され、永久磁石の凹部は略中央部を平坦に形成したことを特徴とする。

本発明の第７は、前記凹部を有する永久磁石はインナーロータ型に使用され、永久磁石の凹部は略中央部を凹みで形成したことを特徴とする。

本発明の第８は、前記凹部を有する永久磁石は、極数の多いモータ若しくはロータ外径の大きなモータに適用したことを特徴とする。

以上のとおり、本発明によれば、ＰＭモータを矩形波駆動した際にトルクリップルを低減することが可能となる。

図１は、本発明の実施例を示すアウターロータ型のＰＭモータの部分図を示したものである。１はステータティース、２はコイル、３はロータヨークで、その内周面には所定数の永久磁石４が固着されている。この永久磁石４には、ステータとのギャップ面において、径方向の厚さが或る曲率をもって中央で最小となるような凹部５がそれぞれ形成されている。すなわち、ロータとステータとのギャップ間隔が、永久磁石４の一部で部分的に大きくなるように形成される。

図２は、図１のように構成されたＰＭモータの解析結果によるギャップ磁束密度の分布（空間分布）図である。これによると、正負両方向において中央部が共に凹んだ分布となっているが、ティース先端の磁気飽和の影響によって、コイル２に鎖交する磁束は一定（すなわち、誘起電圧が一定）となり、トルク脈動を小さくすることができる。

図３はトルク波形の比較図で、波形Ａが本発明による永久磁石に凹部５を形成した場合、波形Ｂが凹部のない従来の場合を示したもので、永久磁石のギャップ面に凹みを形成したことによりトルクリップルが低減していることが判る。

図４は無負荷時の誘起電圧波形の比較図で、波形Ｃが本発明による凹部を形成した場合、波形Ｄが凹部のない従来の場合を示したもので、永久磁石４に凹みを形成して無負荷時の誘起電圧波形を台形とすることによりトルクリップルが低減されることが判る。

図１で示すように永久磁石４に凹部５を形成した構造とすることにより、毎極毎相のスロット数ｑが、例えば、０．２≦ｑ≦０．５のように近い場合に特に有効となる。その理由は、１極分の永久磁石のほとんどが１つのティースを通る場合に、ティース先端で起こる磁気飽和を考慮して磁石中央部の磁束を弱め、磁石両端の磁束を強めた構造となることで、ロータが回転したときにティース１本を通る磁束の変動が小さくなるためである。

図５はインナーロータ型に適用した場合の他の実施例を示したものである。この実施例における永久磁石４の中央部に形成される凹部５ａは、ロータ外径よりも大きな径となるようにして形成されている。このように形成することによってステータ側とのギャップ間隔が大きくなり、磁束密度の分布も中央部が凹んだ状態となる。この実施例は極数が比較的少ない場合や、ロータ外形の小さいものに適用でき、図１で示した実施例と同様の効果が生じる。ここで、ロータ外形よりも大きい、或いは小さい径とは、磁極極数が１２極以上をロータ外形より大きいとし、磁極極数が１０極以下をロータ外形より小さいと区分している。

図６はインナーロータ型に適用した場合の他の実施例を示したものである。この実施例における永久磁石４の中央部に形成される凹部５ｂは、中央部を平坦とすることによって当該部分とステータ側とのギャップ間隔を大としたものである。これによって、磁束密度の分布も中央部が凹んだ状態となり、図１で示した実施例と同様の効果が生じる。

図７はインナーロータ型に適用した場合の他の実施例を示したものである。この実施例における永久磁石４の中央部に形成される凹部５ｃは、中央部で厚みが最小となるような凹みを設けて形成したものである。このように形成することによってステータ側とのギャップ間隔が大きくなり、磁束密度の分布も中央部が凹んだ状態となる。この実施例は極数が比較的多い場合や、ロータ外形の大きいものに適用でき、図１で示した実施例と同様の効果を生じる。

本発明の第１の実施形態を示すＰＭモータの部分構成図。 ギャップ磁束密度分布図。 トルク波形図。 電圧は系図。 本発明の第２の実施形態を示すＰＭモータの部分構成図。 本発明の第３の実施形態を示すＰＭモータの部分構成図。 本発明の第４の実施形態を示すＰＭモータの部分構成図。

符号の説明

１… ステータティース
２… コイル
３… ロータヨーク
４… 永久磁石
５… 凹部

Claims (8)

1. 駆動装置を介して矩形波駆動される永久磁石式モータにおいて、
   前記永久磁石のギャップに面した略中央部に凹部を形成し、磁束密度分布の中央に凹みが生じるよう構成したことを特徴としたＰＭモータ。
2. 前記ＰＭモータは集中巻きの表面磁石構造のモータで、極数とスロット数ｑの差が０．２≦ｑ≦０．５であることを特徴とした請求項１記載のＰＭモータ。
3. 前記凹部を有する永久磁石はアウターロータ型に使用され、永久磁石の凹部は略中央部でロータ内径よりも小さい径で形成したことを特徴とした請求項１又は２記載のＰＭモータ。
4. 前記凹部を有する永久磁石はインナーロータ型に使用され、永久磁石の凹部は略中央部でロータ外径よりも大きな径で形成したことを特徴とした請求項１又は２記載のＰＭモータ。
5. 前記凹部を有する永久磁石は、極数の少ないモータ若しくはロータ外径の小さいモータに適用したことを特徴とした請求項４記載のＰＭモータ。
6. 前記凹部を有する永久磁石はインナーロータ型に使用され、永久磁石の凹部は略中央部を平坦に形成したことを特徴とした請求項１又は２記載のＰＭモータ。
7. 前記凹部を有する永久磁石はインナーロータ型に使用され、永久磁石の凹部は略中央部を凹みで形成したことを特徴とした請求項１又は２記載のＰＭモータ。
8. 前記凹部を有する永久磁石は、極数の多いモータ若しくはロータ外径の大きなモータに適用したことを特徴とした請求項７記載のＰＭモータ。

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