JP4172863B2

JP4172863B2 - 5-phase permanent magnet motor

Info

Publication number: JP4172863B2
Application number: JP36647598A
Authority: JP
Inventors: 博文里見
Original assignee: Oriental Motor Co Ltd
Current assignee: Oriental Motor Co Ltd
Priority date: 1998-12-24
Filing date: 1998-12-24
Publication date: 2008-10-29
Anticipated expiration: 2018-12-24
Also published as: JP2000197336A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定子に、１０個の固定子磁極を有する５相永久磁石型モータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、回転子に、多極に着磁されたリング状永久磁石を使用した永久磁石型モータとしては、例えば図８および図９に示すものが知られている。図８は、回転軸３に垂直な面で切断した横断面図であり、図９は、固定子１と回転子２の概略縦断面図である。
【０００３】
図８および図９において、固定子１のＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６は、放射状に等ピッチに配設された６個の固定子磁極であり、４はその固定子小歯、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５、Ｗ６は、該磁極Ｐ１〜Ｐ６に各別に巻装されている巻線である。回転子２は、回転子磁極５として、外周面に極対数Ｐ＝１６、すなわち、Ｎ、Ｓ極が交互に着磁された、３２極の永久磁極５ａがリング状に形成、配設されている。６は回転子ヨークである。
【０００４】
そして、巻線Ｗ１とＷ４が同極性となるように結線されて第I相を、巻線Ｗ２とＷ５が同極性に結線されて第II相を、巻線Ｗ３とＷ６が同様に結線されて第III相を構成し、全体として３相巻線を形成している。この種のモータを、ステッピングモータとして駆動した場合、基本ステップ角は３６０゜／（２×相数×極対数）であるから、相数３、極対数１６を代入すると、その基本ステップ角は、３．７５゜となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図８および図９に示す従来の前記モータにおいては、
(1) 前記固定子磁極数が６個と比較的少ないため、各固定子磁極Ｐ１〜Ｐ６に巻装された巻線Ｗ１〜Ｗ６のコイルエンドが高くなる傾向にあり、薄型化を考えた場合、不利となる。
(2) 回転子磁極数３２極（極対数Ｐ＝１６）とし、ステッピングモータとして駆動した場合、基本ステップ角は、３．７５゜となり、ステップ角が大きい。
【０００６】
(3) 極対数Ｐは、Ｐ＝１２ｎ±４（ただし、ｎは１以上の整数）を満足しなければならず、極対数１８や極対数１２などは実現できない。
(4) 固定子小歯ピッチを、回転子磁極ピッチと等しくせずに、若干ずらすことにより、低減できるホールディングトルクの高調波成分は、固定子小歯ピッチにより決まる１種類の次数であり、複数の次数の高調波成分の低減を同時に行うことはできない、などという問題点があった。
【０００７】
本発明はかかる点に鑑みなされたもので、その目的は前記問題点を解決し、従来のものより、サイズを薄型化するとともに、同じ回転子磁極数でも基本ステップ角を小さくでき、さらに、ホールディングトルクの複数の次数の高調波成分を低減できる５相永久磁石型モータを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明の構成は、固定子は、ひとつ置きに並んだ５個の固定子磁極Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７、Ｐ９およびＰ２、Ｐ４、Ｐ６、Ｐ８、Ｐ１０が、それぞれ等ピッチに放射状に配設された１０個の固定子磁極Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、‥‥Ｐ８、Ｐ９、Ｐ１０と、前記固定子磁極に各別に巻装された１０個の巻線Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、‥‥Ｗ８、Ｗ９、Ｗ１０を有し、回転子は、前記固定子磁極と空隙を介して対向する面に永久磁石を有し、回転方向に沿って極対数Ｐ＝５ｎ＋α（ただし、ｎは１以上の整数で、αは１以上で４以下の整数であって、ｎが奇数のときはαも奇数、ｎが偶数のときはαも偶数とする）の回転子磁極が、その極性が交互にして形成されており、前記固定子磁極の前記回転子と対向する面には固定子小歯ピッチ角度θｔが、θｔ＝３６０ｋ／Ｐ度（ただし、ｋは０．７５≦ｋ≦１）である２個以上の固定子小歯を有する永久磁石型モータであって、次のとおりである。
【０００９】
(1)互いに隣接する２個の固定子磁極に設けられた前記小歯群の中心線の成す角度θｐは、θｐ＝３６０（ｍ＋β）／Ｐ度（ただし、ｍは、ｍ≦ｎを満足する整数であり、βは、０．４≦β≦０．６）であるとともに、前記２個の固定子磁極に巻装された２個の巻線は互いに逆極性となるように結線されて、１つの相巻線を構成する前記モータである。
【００１０】
(2)モータ回転軸を挟んで互いに対向する位置にある２個の前記固定子磁極に設けられた前記小歯群の中心線の成す角度θｐは、θｐ＝３６０（２ｎ＋ｍ＋γ）／Ｐ度（ただし、ｍはｍ≦ｎを満足する整数であり、γは０．９≦γ≦１．１）であるとともに、前記２個の固定子磁極に巻装された２個の巻線は互いに同極性となるように結線されて、１つの相巻線を構成する前記モータである。
【００１１】
本発明は以上のように構成されているので、前記固定子磁極を１０個とすることができるので、各固定子磁極に巻装される巻線あたりの巻数を少なくできる。その結果、コイルエンドの高さを低くすることができ、該モータの薄型化に有利となる。
回転子磁極が、極対数１６の場合には、基本スナップ角が２．２５゜になり、従来の３相ステッピングモータの場合の３．７５゜に比べ、３／５と小さくすることができる。また、極対数が１８の場合には基本ステップ角が２゜となり、従来例の３相ステッピングモータの場合の約１／２と、基本ステップ角を小さくすることができる。
【００１２】
また、固定子小歯ピッチ角度θｔにおける係数ｋ、および相を構成する固定子磁極の小歯群の中心線のなす角度θｐにおける係数β、またはγを最適に組合せて選択することにより、ホールディンクトルクの高調波の複数の次数の成分を低減することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。（第１実施例）
図１ないし図３、表１および表２は、本発明の第１実施例で、請求項１に係る５相永久磁石型モータＭ１の実施例を示す。図１は、前記永久磁石型モータＭ１の固定子１および回転子２を回転軸３に垂直な面で切断した横断面図で、図８および図９と同一部材には同一符号を付してその説明を省略する。
【００１４】
図１において、固定子１のＰ１、Ｐ２、Ｐ３、‥‥Ｐ８、Ｐ９、Ｐ１０は、内側に向かって放射状に配設された１０個の固定子磁極であり、回転子２と対向する面に、それぞれ２個の固定子小歯４が、所定の小歯ピッチ角度θｔで配設されている。ひとつ置きに並んだ前記固定子磁極Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７、Ｐ９およびＰ２、Ｐ４、Ｐ６、Ｐ８、Ｐ１０の各固定子磁極の小歯４の群の中心線は、それぞれ等ピッチ（７２゜）に配設されている。
【００１５】
前記回転子２の、前記各固定子磁極Ｐ１〜Ｐ１０と対向する面には、回転方向に沿って極対数１８（極対数を示す前式、Ｐ＝５ｎ＋αにおいて、ｎ＝３、α＝３とした場合、Ｐ＝１８）の回転子磁極５が、Ｎ、Ｓ極が交互に着磁、形成されている。すなわち、該回転子磁極５は、永久磁石５ａからなり、該永久磁石５ａは、回転子ヨーク６の外周にリング状に形成、配設されている。
【００１６】
また、互いに隣接して相を構成している前記固定子磁極Ｐ１とＰ２、Ｐ３とＰ４、Ｐ５とＰ６、Ｐ７とＰ８、Ｐ９とＰｌ０に、それぞれ巻装された巻線Ｗ１とＷ２、Ｗ３とＷ４、Ｗ５とＷ６、Ｗ７とＷ８、Ｗ９とＷｌ０は、図１に示すように、互いに逆極性となるように結線されて各相巻線を構成している。
【００１７】
そして、前記相をなす前記固定子磁極Ｐ１〜Ｐ１０に配設された固定子小歯４の群の中心線のなす角度θｐは、前記式のとおり、θｐ＝３６０（ｍ＋β）／Ｐ度（ただし、ｍは、ｍ≦ｎを満足する整数であり、βは、０．４≦β≦０．６）であるから、ｍ＝１、Ｐ＝１８とすると、
β＝０．４のとき、θｐ＝３６０（１＋０．４）／１８＝２８゜、
β＝０．５のとき、θｐ＝３６０（１＋０．５）／１８＝３０゜、
β＝０．６のとき、θｐ＝３６０（１＋０．６）／１８＝３２゜となる。
図１では、β＝０．６、すなわちθｐ＝３２゜を採用している。ここで、βの効果については、あとで説明する。
【００１８】
図１に示すように、前記固定子磁極Ｐ１の、図で左側の固定子小歯４ａが、前記回転子２のＮ極の磁石５ａと丁度対向しているとき、固定子磁極Ｐ３の前記に対応する固定子小歯４ａに対して、回転子２のＮ極磁石５ａは８゜進んだ位置にあり、Ｓ極磁石５ａは２゜遅れた位置にある。同様にして、固定子磁極Ｐ５ではＮ極磁石は４゜遅れた位置に、Ｓ極磁石は６゜進んだ位置にあり、固定子磁極Ｐ７ではＮ極磁石は４゜進んだ位置に、Ｓ極磁石は６゜遅れた位置にあり、固定子磁極Ｐ９ではＮ極磁石は８゜遅れた位置に、Ｓ極磁石は２゜進んだ位置にある。前述の関係を表１および図２に示す。
【００１９】
【表１】

【００２０】
【表２】

【００２１】
表２は、表１の角度に、極対数１８を掛けて電気角に変換したものである。この電気角の関係を、ベクトル図で示したものが図３である。ここで、Ｐ１（Ｎ）とは、固定子磁極Ｐ１の前記固定子小歯４ａと回転子２のＮ極磁石５ａのなす角度を示すベクトルであり、固定子磁極Ｐ１の小歯４ａに対して前記Ｎ極磁石５ａが何度ずれているかを示している。同様にＰ３（Ｓ）は固定子磁極Ｐ３の固定子小歯４ａに対し回転子２のＳ極磁石５ａが何度ずれているかを示している。角度は、図３の縦方向の上側をゼロとして、右回り（時計方向）が遅れ方向、左回り（反時計方向）が進み方向としている。
【００２２】
これから、固定子磁極Ｐ１をＳ極に励磁したのち、Ｐ３をＮ極に励磁すると、回転子２は電気角で３６゜（機械角で２゜）右回りに回転することが分かる。同様にして、固定子磁極Ｐ５をＳ極、Ｐ７をＮ極、Ｐ９をＳ極、Ｐ１をＮ極、Ｐ３をＳ極、Ｐ５をＮ極、Ｐ７をＳ極、Ｐ９をＮ極となるように、順番に励磁を切り替えでいけば、２゜（機械角）ずつ右回りに回転していくことが分かる。すなわち、前記モータＭ１をステッピングモータとして動作させた場合、基本ステップ角が２゜の５相ステッピングモータが構成できる。
【００２３】
このとき、前記各固定子磁極Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７、Ｐ９と、それぞれ前記θｐの角度をなして隣接している固定子磁極Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６、Ｐ８、Ｐ１０とに、それぞれ巻装された巻線Ｗ１とＷ２、Ｗ３とＷ４、Ｗ５とＷ６、Ｗ７とＷ８、Ｗ９とＷ１０は、図１に示すように互いに逆極性（異極性）となるように結線されて１つの相巻線をなしているので、例えば、固定子磁極Ｐ１がＳ極に励磁されるときには、固定子磁極Ｐ２はＮ極に励磁されることになる。そして、それぞれの相を構成している隣接固定子磁極の小歯群の中心線のなす角度θｐは、前記のように、θｐ＝３６０（ｍ＋β）／Ｐ度であり、β＝０．５とした場合には、前記固定子磁極Ｐ１の前記小歯４ａと回転子磁石５ａのＮ極が丁度対向しているとき、固定子磁極Ｐ２の前記小歯４ａと回転子磁石５ａのＳ極とが丁度対向することになる。
【００２４】
ここで、β＝０．６とすると、固定子磁極Ｐ２の小歯４ａと回転子磁石５ａのＳ極とは、電気色で３６０×（０．６−０．５）＝３６゜ずれることになり、ホールディングトルクの５次（１８０／３６＝５）の高調波成分を低減できる。β＝０．４の場合も、電気角で３６゜ずれることになり同様の効果がある。
β＝０．５５、または０．４５とすると、電気角で１８゜ずれることになり、１０次（１８０／１８＝１０）の高調波成分を低減できる。すなわち、βの値を０．４から０．６の範囲で、適宜選択することにより、ホールディングトルクの任意の高調波成分を低減することができる。
【００２５】
また、回転子磁極ピッチθｒは、θｒ＝３６０／Ｐ度であるので、前記固定子磁極の小歯４のピッチ角度の前記式、θｔ＝３６０ｋ／Ｐ度（ただし、ｋは、０．７５≦ｋ≦１）において、ｋ＝０．９とすると、θｒ−θｔ＝３６／Ｐ度となる。これを電気角に直すと３６度であり、ホールディングトルクの５次（１８０／３６＝５）の高調波成分を低減できることが分かる、
また、ｋ＝０．９５とすることで、１０次の高調波成分を低減できる。すなわち、前記のβとｋの値を、最適に選択組合せることにより、前記ホールディングトルクの５次と１０次の高調波成分を同時に低減することができる。
【００２６】
（第２実施例）
図４ないし図６、表３および表４は、本発明の第２実施例で、請求項１にかかる５相永久磁石型モータＭ１の他の実施例を示す。図４は、第１実施例の図１に対応する図で、回転子２の磁極５が、極対数Ｐ＝１６（すなわち、極対数を示す前記式、Ｐ＝５ｎ＋αにおいて、ｎ＝３、α＝１とした場合、Ｐ＝１６）であり、隣接して相をなす固定子磁極Ｐ１〜Ｐ１０のそれぞれのなす角度、θｐ＝３６゜（すなわち、前記式θｐ＝３６０（ｍ＋β）／Ｐにおいて、ｍ＝１、β＝０．６）、前記固定子小歯４の小歯ピッチ角度、θｔ＝２１．３８゜（すなわち、前記式、θｔ＝３６０ｋ／Ｐにおいて、ｋ＝０．９５）とした場合の例である。
【００２７】
ひとつ置きに並んだ前記固定子磁極Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７、Ｐ９およびＰ２、Ｐ４、Ｐ６、Ｐ８、Ｐｌ０の各固定子小歯４の群の中心線は、それぞれ等ピッチ（７２゜）に配設されている。また、相をなす隣接した固定子磁極Ｐ１〜Ｐ１０の小歯４の群の中心線のなす角度θｐは、前記のように３６゜となっている。
【００２８】
【表３】

【００２９】
【表４】

【００３０】
表３、表４および図５、図６は、第１実施例の表１、表２および図２、図３に対応するもので、固定子磁極Ｐ１〜Ｐ１０の小歯４ａと、回転子磁極５の永久磁石５ａとの位置関係を示したものである。これから固定子磁極Ｐ１をＳ極に励磁したのちに、Ｐ７をＮ極に励磁すると、回転子２は電気角で３６゜（機械角で２．２５゜）右回りに回転することが分かる。同様にして、Ｐ３をＳ極、Ｐ９をＮ極、Ｐ５をＳ極、Ｐ１をＮ極、Ｐ７をＳ極、Ｐ３をＮ極、Ｐ９をＳ極、Ｐ５をＮ極となるように、順番に励磁を切り替えていけば、前記回転子２は、２．２５゜（機械角）ずつ右回りに回転していくことが分かる。
【００３１】
すなわち、前述と同様に、該モータＭ１をステッピングモータとして動作させた場合には、基本ステップ角２．２５゜の５相ステッピングモータが構成できる。ここでは、β＝０．６、ｋ＝０．９５としているので、ホールディングトルクの５次と１０次の高調波成分の低減をはかることができる。
【００３２】
（第３実施例）
図７は、本発明の第３の実施例で、請求項２に係る５相永久磁石型モータＭ２の実施例を示し、第１実施例の図１に対応する図である。回転子２の磁極が、極対数Ｐ＝１８（すなわち、極対数を示す前記式、Ｐ＝５ｎ＋αにおいて、ｎ＝３、α＝３とした場合、Ｐ＝１８）であり、互いに対向して配設された位置にある固定子磁極Ｐ１とＰ６、Ｐ３とＰ８、Ｐ５とＰ１０、Ｐ７とＰ２、Ｐ９とＰ４に配設された固定子小歯４の群の中心線のなす角度は、θｐ＝１７９゜（すなわち、前記式、θｐ＝３６０（２ｎ＋ｍ＋γ）／Ｐ度、ただし、ｍはｍ≦ｎを満足する整数であり、γは０．９≦γ≦１．１において、ｎ＝３、ｍ＝２、γ＝０．９５）とした場合の例である。
【００３３】
ひとつ置きに並んだ固定子磁極Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７、Ｐ９およびＰ２、Ｐ４、Ｐ６、Ｐ８、Ｐ１０の各固定子小歯４の群の中心線は、それぞれ等ピッチ（７２゜）に配設されており、回転子磁極５の極対数は、Ｐ＝１８であるため、前記５個の固定子磁極Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７、Ｐ９と回転子磁石５ａとの位置関係は、前記第１実施例の表１、表２および図２、図３と全く同じとなる。
【００３４】
したがって、この場合も基本ステップ角２゜の５相ステッピングモータが構成できる。ただし、前記固定子磁極Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７、Ｐ９と対をなす固定子磁極はＰ６、Ｐ８、Ｐ１０、Ｐ２、Ｐ４であり、相をなす巻線Ｗ１とＷ６、Ｗ３とＷ８、Ｗ５とＷ１０、Ｗ７とＷ２、Ｗ９とＷ４は、互いに同極性となるように結線されている点が、第１実施例および第２実施例とは異なっている。
【００３５】
すなわち、固定子磁極Ｐ１がＳ極に励磁されるときは、固定子磁極Ｐ６もＳ極に励磁されることになる。ただし、図７では結線の様子を見やすくするため巻線Ｗ１とＷ６の結線のみを示しているが、他の巻線Ｗ３とＷ８、Ｗ５とＷ１０、Ｗ７とＷ２、Ｗ９とＷ４も同様に、結線されている。そして、前記対向位置に配設された固定子磁極Ｐ１〜Ｐ１０の小歯４の群の中心線のなす角度θｐは、前記のように、θｐ＝３６０（２ｎ＋ｍ＋γ）／Ｐ度であり、前記固定子磁極Ｐ１と回転子のＮ極磁石とが丁度対向しているとき、γ＝１とした場合には、固定子磁極Ｐ６と回転子磁極５のＮ極磁石５ａとが丁度対向することになり、γ＝０．９では、電気角で３６０×（１−０．９）＝３６゜ずれることになり、前記ホールディングトルクの５次高調波成分が低減されることになる。
【００３６】
前記γ＝１．１の場合も、電気角で３６゜ずれることになり同様である。また、γ＝０．９５、または１．０５とすると、電気角で１８゜ずれることになり、前記ホールディングトルクの１０次の高調波成分が低減できる。すなわち、γの値を０．９から１．１の範囲で適宜選択することにより、任意の次数の高調波成分を低減することができる。
その他は、前記第１実施例または第２実施例と、ほぼ同じである。
【００３７】
なお、本発明の技術は前記実施例に限定されるものではなく、例えば、相巻線の結線方法は２個の巻線の直列結線ではなく並列結線でももちろん可能である。また、本明細書では、動作原理を、ステッピングモータとして１相励磁を例に説明したが、励磁方式はこれに限定されるものではなく、多相励磁方式やマイクロステップ駆動にて使用されるものであってもかまわない。また、回転子磁極は、棒状永久磁石を２Ｐ個リング状に配設する代わりに、リング状永久磁石を多極着磁して使用することも、もちろん可能である。
また、ここではステッピングモータとして説明しているが、これに回転子の位置検出器を付加することにより、５相ブラシレスＤＣモータを構成することや、サーボモータを構成することももちろん可能である。
【００３８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の５相永久磁石型モータによれば、固定子磁極を１０個とすることができるので、前記固定子磁極巻線あたりの巻数を少なくすることができ、その結果コイルエンドの高さを低くすることができ、該モータの薄型化に有利となる。
また、前記回転子磁極が、極対数１６の場合には、基本スナップ角が２．２５゜になり、同じ回転子磁極数を有する、従来例の３相ステッピングモータの場合の３．７５゜に比べ３／５と小さくすることができる。極対数が１８の場合には基本ステップ角が２゜となり、従来例の３相ステッピングモータの場合の約１／２と基本ステップ角を小さくすることができる。
【００３９】
そして、固定子小歯ピッチ角度θｔにおける係数ｋ、および相を構成する固定子磁極の小歯群の中心線の成す角度θｐにおける係数βまたはγを最適に組合せて選択することにより、ホールディンクトルクの高調波の複数の次数の成分を低減することができる。
【００４０】
さらに、固定子鉄心は、固定子鉄板を、順次、７２゜ずつ回転させながら積層して構成することができるので、該鉄板の磁気異方性を低減できる。このため、前記モータの高精度化が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の５相永久磁石型モータの第１実施例を示し、該モータの、回転軸に垂直な面における固定子および回転子の横断面図である。
【図２】図１における、固定子磁極Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７、Ｐ９と、回転子磁極のそれぞれの永久磁石との関係位置を示す図である。
【図３】図１における、電気角の関係を示すベクトル図である。
【図４】本発明の５相永久磁石型モータの第２実施例を示し、該モータの、回転軸に垂直な面における固定子および回転子の横断面図である。
【図５】図４における、固定子磁極Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７、Ｐ９と、回転子磁極のそれぞれの永久磁石との関係位置を示す図である。
【図６】図４における、電気角の関係を示すベクトル図である。
【図７】本発明の５相永久磁石型モータの第３実施例を示し、該モータの、回転軸に垂直な面における固定子および回転子の横断面図である。
【図８】従来の永久磁石型モータの、回転軸に垂直な面における固定子および回転子を示す横断面図である。
【図９】図８の回転子軸の中心線を含む固定子と回転子の概略縦断面図である。
【符号の説明】
１固定子
２回転子
３回転軸
４，４ａ固定子小歯
５回転子磁極
５ａ永久磁石
６回転子ヨーク
Ｍ１，Ｍ２５相永久磁石型モータ
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、‥‥Ｐ８、Ｐ９、Ｐ１０固定子磁極
Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、‥‥Ｗ８、Ｗ９、Ｗ１０巻線（固定子磁極巻線）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a 5-phase permanent magnet type motor having 10 stator poles in a stator.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a permanent magnet type motor using a ring-shaped permanent magnet magnetized with multiple poles as a rotor, for example, those shown in FIGS. 8 and 9 are known. FIG. 8 is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the rotary shaft 3, and FIG. 9 is a schematic vertical cross-sectional view of the stator 1 and the rotor 2.
[0003]
8 and 9, P1, P2, P3, P4, P5, and P6 of the stator 1 are six stator magnetic poles radially arranged at an equal pitch, and 4 is a stator small tooth, W1, W2, W3, W4, W5 and W6 are windings wound around the magnetic poles P1 to P6, respectively. In the rotor 2, as the rotor magnetic pole 5, the number of pole pairs P = 16 on the outer peripheral surface, that is, the 32-pole permanent magnetic pole 5a in which N and S poles are alternately magnetized is formed and arranged in a ring shape. Yes. 6 is a rotor yoke.
[0004]
Then, the windings W1 and W4 are connected to have the same polarity, the first phase is connected, the windings W2 and W5 are connected to the same polarity, the second phase is connected, and the windings W3 and W6 are connected similarly. Phase III is formed, and a three-phase winding is formed as a whole. When this type of motor is driven as a stepping motor, the basic step angle is 360 ° / (2 × number of phases × number of pole pairs). Therefore, when the number of phases 3 and the number of pole pairs 16 are substituted, the basic step angle is 3.75 °.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional motor shown in FIGS. 8 and 9,
(1) Since the number of the stator magnetic poles is relatively small as six, the coil ends of the windings W1 to W6 wound around the stator magnetic poles P1 to P6 tend to be high, and when thinning is considered , Disadvantageous.
(2) When the rotor has 32 magnetic poles (pole pair number P = 16) and is driven as a stepping motor, the basic step angle is 3.75 ° and the step angle is large.
[0006]
(3) The number P of pole pairs must satisfy P = 12n ± 4 (where n is an integer of 1 or more), and the number of pole pairs 18, the number of pole pairs 12, etc. cannot be realized.
(4) The harmonic component of the holding torque that can be reduced by slightly shifting the stator small tooth pitch without making it equal to the rotor magnetic pole pitch is one kind of order determined by the stator small tooth pitch. There is a problem that it is not possible to simultaneously reduce the higher order harmonic components.
[0007]
The present invention has been made in view of the above points, and its object is to solve the above-mentioned problems, to make the size thinner and to reduce the basic step angle even with the same number of rotor magnetic poles as compared with the conventional one. An object of the present invention is to provide a five-phase permanent magnet motor that can reduce harmonic components of a plurality of orders of torque.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The configuration of the present invention for achieving the above object is that the stator is composed of five stator poles P1, P3, P5, P7, P9 and P2, P4, P6, P8, and P10, respectively. Ten stator poles P1, P2, P3,... P8, P9, P10 arranged radially at an equal pitch, and ten windings W1, W2, wound separately on the stator poles, W3,... W8, W9, W10, and the rotor has a permanent magnet on the surface facing the stator magnetic pole through the air gap, and the number of pole pairs P = 5n + α (where n Is an integer greater than or equal to 1, α is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to 4, and when n is odd, α is also odd, and when n is even, α is even) Are formed alternately, and on the surface of the stator magnetic pole facing the rotor, stator small teeth A permanent magnet type motor having two or more stator small teeth with a pitch angle θt of θt = 360 k / P degrees (where k is 0.75 ≦ k ≦ 1), as follows: .
[0009]
(1) The angle θp formed by the center lines of the small tooth groups provided on two adjacent stator magnetic poles is θp = 360 (m + β) / P degrees (where m satisfies m ≦ n) An integer, β is 0.4 ≦ β ≦ 0.6), and the two windings wound around the two stator magnetic poles are connected to have opposite polarities, It is the said motor which comprises one phase winding.
[0010]
(2) The angle θp formed by the center lines of the small tooth groups provided on the two stator magnetic poles that are opposed to each other across the motor rotation shaft is θp = 360 (2n + m + γ) / P degrees (however, , M is an integer satisfying m ≦ n, γ is 0.9 ≦ γ ≦ 1.1), and the two windings wound on the two stator magnetic poles have the same polarity It is the said motor which is wired so that it may become and comprises one phase winding.
[0011]
Since the present invention is configured as described above, the number of the stator magnetic poles can be ten, so that the number of turns per winding wound around each stator magnetic pole can be reduced. As a result, the height of the coil end can be reduced, which is advantageous for reducing the thickness of the motor.
When the rotor magnetic pole has 16 pole pairs, the basic snap angle is 2.25 °, which can be reduced to 3/5 compared to 3.75 ° in the case of a conventional three-phase stepping motor. When the number of pole pairs is 18, the basic step angle is 2 °, and the basic step angle can be reduced to about ½ that of the conventional three-phase stepping motor.
[0012]
Further, by selecting the optimum combination of the coefficient k at the stator small tooth pitch angle θt and the coefficient β or γ at the angle θp formed by the center line of the small teeth of the stator magnetic poles constituting the phase, Multiple order components of torque harmonics can be reduced.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the invention will be described in detail with reference to the drawings. (First embodiment)
1 to 3, Table 1 and Table 2 show a first embodiment of the present invention and an embodiment of a five-phase permanent magnet type motor M 1 according to claim 1. 1 is a cross-sectional view of the stator 1 and the rotor 2 of the permanent magnet type motor M1 cut along a plane perpendicular to the rotation shaft 3. The same members as those in FIGS. 8 and 9 are denoted by the same reference numerals. The description is omitted.
[0014]
In FIG. 1, P 1, P 2, P 3,... P 8, P 9, P 10 of the stator 1 are 10 stator magnetic poles arranged radially inward, and on the surface facing the rotor 2. Each of the two stator small teeth 4 is arranged at a predetermined small tooth pitch angle θt. The center lines of the groups of small teeth 4 of the stator magnetic poles P1, P3, P5, P7, P9 and P2, P4, P6, P8, P10 of the stator magnetic poles arranged in a row are arranged at an equal pitch (72 °). ).
[0015]
On the surface of the rotor 2 facing the stator magnetic poles P1 to P10, the number of pole pairs is 18 along the rotation direction (previous expression indicating the number of pole pairs, P = 5n + α, n = 3, α = 3) In this case, the rotor magnetic pole 5 of P = 18) is formed by alternately magnetizing the N and S poles. That is, the rotor magnetic pole 5 is composed of a permanent magnet 5 a, and the permanent magnet 5 a is formed and arranged in a ring shape on the outer periphery of the rotor yoke 6.
[0016]
Further, the stator magnetic poles P1 and P2, P3 and P4, P5 and P6, P7 and P8, and P9 and Pl0 wound around the stator magnetic poles P1 and P2, which are adjacent to each other, are wound respectively. As shown in FIG. 1, W4, W5 and W6, W7 and W8, and W9 and W10 are connected so as to have opposite polarities to constitute each phase winding.
[0017]
The angle θp formed by the center line of the group of stator teeth 4 arranged on the stator magnetic poles P1 to P10 forming the phase is θp = 360 (m + β) / P degrees (where, , M is an integer satisfying m ≦ n, and β is 0.4 ≦ β ≦ 0.6). Therefore, when m = 1 and P = 18,
When β = 0.4, θp = 360 (1 + 0.4) / 18 = 28 °,
When β = 0.5, θp = 360 (1 + 0.5) / 18 = 30 °,
When β = 0.6, θp = 360 (1 + 0.6) / 18 = 32 °.
In FIG. 1, β = 0.6, that is, θp = 32 ° is employed. Here, the effect of β will be described later.
[0018]
As shown in FIG. 1, when the stator teeth 4a on the left side of the stator pole P1 are just opposite to the N-pole magnet 5a of the rotor 2, the stator pole P3 The N-pole magnet 5a of the rotor 2 is at a position advanced by 8 ° and the S-pole magnet 5a is at a position delayed by 2 ° with respect to the corresponding stator small teeth 4a. Similarly, in the stator magnetic pole P5, the N pole magnet is at a position delayed by 4 °, the S pole magnet is in a position advanced by 6 °, and in the stator magnetic pole P7, the N pole magnet is in a position advanced by 4 °. The magnet is at a position delayed by 6 °. In the stator magnetic pole P9, the N-pole magnet is at a position delayed by 8 ° and the S-pole magnet is at a position advanced by 2 °. The aforementioned relationship is shown in Table 1 and FIG.
[0019]
[Table 1]

[0020]
[Table 2]

[0021]
Table 2 is obtained by multiplying the angle of Table 1 by the number of pole pairs 18 and converting it to an electrical angle. FIG. 3 shows the relationship between the electrical angles in a vector diagram. Here, P1 (N) is a vector indicating an angle formed by the stator small teeth 4a of the stator magnetic pole P1 and the N-pole magnet 5a of the rotor 2, and with respect to the small teeth 4a of the stator magnetic pole P1. It shows how many times the N-pole magnet 5a is displaced. Similarly, P3 (S) indicates how many times the S-pole magnet 5a of the rotor 2 is displaced from the stator small teeth 4a of the stator magnetic pole P3. With respect to the angle, the upper side in the vertical direction in FIG.
[0022]
From this, it can be seen that when the stator magnetic pole P1 is excited to the S pole and then P3 is excited to the N pole, the rotor 2 rotates clockwise by 36 ° in electrical angle (2 ° in mechanical angle). Similarly, the stator magnetic pole P5 is the S pole, P7 is the N pole, P9 is the S pole, P1 is the N pole, P3 is the S pole, P5 is the N pole, P7 is the S pole, and P9 is the N pole. If the excitation is switched in order, it turns out that it rotates clockwise by 2 ° (mechanical angle). That is, when the motor M1 is operated as a stepping motor, a five-phase stepping motor having a basic step angle of 2 ° can be configured.
[0023]
At this time, the stator magnetic poles P1, P3, P5, P7, and P9 are respectively wound around the stator magnetic poles P2, P4, P6, P8, and P10 that are adjacent to each other at an angle of θp. Windings W1 and W2, W3 and W4, W5 and W6, W7 and W8, and W9 and W10 are connected to have opposite polarities (different polarities) as shown in FIG. For example, when the stator magnetic pole P1 is excited to the S pole, the stator magnetic pole P2 is excited to the N pole. Then, as described above, the angle θp formed by the center lines of the small teeth of adjacent stator magnetic poles constituting each phase is θp = 360 (m + β) / P degrees, and β = 0.5. In this case, when the small teeth 4a of the stator magnetic pole P1 and the north pole of the rotor magnet 5a are just facing each other, the small teeth 4a of the stator magnetic pole P2 and the south pole of the rotor magnet 5a are It will be just opposite.
[0024]
Here, when β = 0.6, the small teeth 4a of the stator magnetic pole P2 and the S pole of the rotor magnet 5a are shifted by 360 × (0.6−0.5) = 36 ° in electrical color. Thus, the fifth harmonic component (180/36 = 5) of the holding torque can be reduced. In the case of β = 0.4, the electrical angle is shifted by 36 °, and the same effect is obtained.
If β = 0.55 or 0.45, the electrical angle is shifted by 18 °, and the 10th-order (180/18 = 10) harmonic component can be reduced. That is, an arbitrary harmonic component of the holding torque can be reduced by appropriately selecting the value of β in the range of 0.4 to 0.6.
[0025]
Further, since the rotor magnetic pole pitch θr is θr = 360 / P degrees, the above formula of the pitch angle of the small teeth 4 of the stator magnetic poles, θt = 360 k / P degrees (where k is 0.75 ≦ When k = 0.9 in k ≦ 1), θr−θt = 36 / P degrees. When this is converted into an electrical angle, it is 36 degrees, and it can be seen that the fifth-order (180/36 = 5) harmonic component of the holding torque can be reduced.
Further, by setting k = 0.95, the 10th harmonic component can be reduced. That is, the fifth and tenth harmonic components of the holding torque can be reduced simultaneously by optimally selecting and combining the values of β and k.
[0026]
(Second embodiment)
4 to 6, Table 3 and Table 4 show another embodiment of the present invention, and show another embodiment of the five-phase permanent magnet type motor M1 according to the first aspect. FIG. 4 is a diagram corresponding to FIG. 1 of the first embodiment, in which the magnetic pole 5 of the rotor 2 has the number of pole pairs P = 16 (that is, n = 3, α in the above formula indicating the number of pole pairs, P = 5n + α). = 1, P = 16), and the angles formed by the adjacent stator magnetic poles P1 to P10, θp = 36 ° (that is, in the above formula θp = 360 (m + β) / P) m = 1, β = 0.6), small tooth pitch angle of the stator small teeth 4, θt = 21.38 ° (that is, k = 0.95 at the above equation, θt = 360 k / P). This is an example.
[0027]
The center lines of the stator small teeth 4 of the stator magnetic poles P1, P3, P5, P7, P9 and P2, P4, P6, P8, Pl0 arranged in a row are arranged at an equal pitch (72 °). It is arranged. Further, the angle θp formed by the center line of the group of small teeth 4 of the adjacent stator magnetic poles P1 to P10 forming a phase is 36 ° as described above.
[0028]
[Table 3]

[0029]
[Table 4]

[0030]
Table 3, Table 4, FIG. 5, and FIG. 6 correspond to Table 1, Table 2, and FIG. 2, FIG. 3 of the first embodiment. The small teeth 4a of the stator magnetic poles P1 to P10 and the rotor magnetic poles 5 shows the positional relationship with the 5 permanent magnets 5a. From this, it can be seen that when the stator magnetic pole P1 is excited to the S pole and then P7 is excited to the N pole, the rotor 2 rotates clockwise by 36 ° in electrical angle (2.25 ° in mechanical angle). Similarly, P3 is S pole, P9 is N pole, P5 is S pole, P1 is N pole, P7 is S pole, P3 is N pole, P9 is S pole, and P5 is N pole. If the excitation is switched, it can be seen that the rotor 2 rotates clockwise by 2.25 ° (mechanical angle).
[0031]
That is, as described above, when the motor M1 is operated as a stepping motor, a five-phase stepping motor having a basic step angle of 2.25 ° can be configured. Here, since β = 0.6 and k = 0.95, the fifth-order and tenth-order harmonic components of the holding torque can be reduced.
[0032]
(Third embodiment)
FIG. 7 is a third embodiment of the present invention, showing an embodiment of a five-phase permanent magnet type motor M2 according to claim 2, and corresponding to FIG. 1 of the first embodiment. The magnetic poles of the rotor 2 have the number of pole pairs P = 18 (that is, the above formula indicating the number of pole pairs, P = 5n + α, where n = 3 and α = 3, P = 18), and are arranged facing each other. The angle formed by the center line of the group of stator small teeth 4 arranged in the stator magnetic poles P1 and P6, P3 and P8, P5 and P10, P7 and P2, and P9 and P4 at the provided positions is θp = 179 ° (that is, the above formula, θp = 360 (2n + m + γ) / P degrees, where m is an integer satisfying m ≦ n, and γ is 0.9 ≦ γ ≦ 1.1, n = 3, m = 2, γ = 0.95).
[0033]
The center lines of the groups of stator teeth 4 of the stator magnetic poles P1, P3, P5, P7, P9 and P2, P4, P6, P8, P10 arranged in every other line are arranged at an equal pitch (72 °). Since the number of pole pairs of the rotor magnetic pole 5 is P = 18, the positional relationship between the five stator magnetic poles P1, P3, P5, P7, P9 and the rotor magnet 5a is This is exactly the same as Tables 1 and 2 and FIGS.
[0034]
Therefore, also in this case, a five-phase stepping motor having a basic step angle of 2 ° can be configured. However, the stator magnetic poles paired with the stator magnetic poles P1, P3, P5, P7, and P9 are P6, P8, P10, P2, and P4, and the windings W1 and W6, W3 and W8, and W5 that form the phases W10, W7 and W2, and W9 and W4 are different from the first and second embodiments in that they are connected to have the same polarity.
[0035]
That is, when the stator magnetic pole P1 is excited to the S pole, the stator magnetic pole P6 is also excited to the S pole. However, in FIG. 7, only the connections of the windings W1 and W6 are shown to make it easy to see the connection, but the other windings W3 and W8, W5 and W10, W7 and W2, and W9 and W4 are similarly connected. Has been. The angle θp formed by the center line of the group of small teeth 4 of the stator magnetic poles P1 to P10 disposed at the opposed positions is θp = 360 (2n + m + γ) / P degrees as described above, and the fixed When the magnetic pole P1 and the N pole magnet of the rotor are just facing each other, if γ = 1, the stator magnetic pole P6 and the N pole magnet 5a of the rotor magnetic pole 5 are just facing each other. When γ = 0.9, the electrical angle is shifted by 360 × (1−0.9) = 36 °, and the fifth harmonic component of the holding torque is reduced.
[0036]
The same applies to the case of γ = 1.1 because the electrical angle is shifted by 36 °. If γ = 0.95 or 1.05, the electrical angle is shifted by 18 °, and the 10th harmonic component of the holding torque can be reduced. That is, the harmonic component of an arbitrary order can be reduced by appropriately selecting the value of γ within the range of 0.9 to 1.1.
The rest is almost the same as the first embodiment or the second embodiment.
[0037]
The technique of the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, the phase winding connection method can be performed in parallel connection instead of serial connection of two windings. Further, in this specification, the operation principle has been described by taking one-phase excitation as an example of a stepping motor. However, the excitation method is not limited to this, and is used in a multiphase excitation method or microstep drive. It doesn't matter. In addition, the rotor magnetic pole can of course be used by magnetizing a ring-shaped permanent magnet with multiple poles instead of arranging 2P rod-shaped permanent magnets in a ring shape.
Although the stepping motor is described here, it is of course possible to construct a five-phase brushless DC motor or a servo motor by adding a rotor position detector thereto.
[0038]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the five-phase permanent magnet type motor of the present invention, the number of the stator magnetic pole windings can be reduced to ten, so that the number of turns per stator magnetic pole winding can be reduced. As a result, the height of the coil end can be reduced, which is advantageous for reducing the thickness of the motor.
When the rotor magnetic pole has 16 pole pairs, the basic snap angle is 2.25 °, which is 3.75 ° in the case of the conventional three-phase stepping motor having the same number of rotor magnetic poles. It can be reduced to 3/5. When the number of pole pairs is 18, the basic step angle is 2 °, and the basic step angle can be reduced to about ½ that of the conventional three-phase stepping motor.
[0039]
Then, by selecting the optimal combination of the coefficient k at the stator small tooth pitch angle θt and the coefficient β or γ at the angle θp formed by the center line of the small teeth of the stator magnetic poles constituting the phase, the holding torque The components of a plurality of orders of the higher harmonics can be reduced.
[0040]
Furthermore, since the stator iron core can be formed by laminating the stator iron plates while sequentially rotating them by 72 °, the magnetic anisotropy of the iron plates can be reduced. For this reason, the high precision of the said motor is achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a first embodiment of a five-phase permanent magnet type motor of the present invention, and is a cross-sectional view of a stator and a rotor in a plane perpendicular to a rotation axis of the motor.
FIG. 2 is a diagram showing the relative positions of stator magnetic poles P1, P3, P5, P7, and P9 and the permanent magnets of the rotor magnetic poles in FIG.
FIG. 3 is a vector diagram showing the relationship of electrical angles in FIG.
FIG. 4 shows a second embodiment of the five-phase permanent magnet type motor of the present invention, and is a cross-sectional view of the stator and the rotor in a plane perpendicular to the rotation axis of the motor.
FIG. 5 is a diagram showing the relative positions of stator magnetic poles P1, P3, P5, P7, and P9 and the permanent magnets of the rotor magnetic poles in FIG. 4;
6 is a vector diagram showing a relationship between electrical angles in FIG. 4. FIG.
FIG. 7 shows a third embodiment of the five-phase permanent magnet type motor of the present invention, and is a cross-sectional view of the stator and the rotor in a plane perpendicular to the rotation axis of the motor.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a stator and a rotor in a plane perpendicular to a rotation axis of a conventional permanent magnet type motor.
9 is a schematic longitudinal sectional view of a stator and a rotor including a center line of the rotor shaft of FIG. 8. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Stator 2 Rotor 3

Rotating shaft

4, 4a Stator small tooth 5 Rotor magnetic pole 5a Permanent magnet 6 Rotor yoke M1, M2 5-phase permanent magnet type motor P1, P2, P3, ... P8, P9, P10 Fixed Child magnetic poles W1, W2, W3, ... W8, W9, W10 Winding (stator magnetic pole winding)

Claims

The stator is composed of five fixed stator poles P1, P3, P5, P7, P9 and P2, P4, P6, P8, and P10 arranged radially at equal pitches. The child magnetic poles P1, P2, P3,..., P8, P9, P10 and 10 windings W1, W2, W3,... W8, W9, W10 wound respectively on the stator magnetic poles, The rotor has a permanent magnet on the surface facing the stator magnetic pole through the air gap, and the number of pole pairs P = 5n + α along the rotation direction (where n is an integer of 1 or more, α is 1 or more and 4 The rotor magnetic poles of the following integers are formed with alternating polarities, wherein α is an odd number when n is an odd number, and α is an even number when n is an even number: On the surface facing the rotor, the stator small tooth pitch angle θt is θt = 360 k / P degrees (just , K is a permanent magnet type motor having two or more stator small teeth with 0.75 ≦ k ≦ 1), and the small teeth group provided on the two stator magnetic poles adjacent to each other. The angle θp formed by the center line is θp = 360 (m + β) / P degrees (where m is an integer satisfying m ≦ n and β is 0.4 ≦ β ≦ 0.6), A five-phase permanent magnet motor characterized in that two windings wound around the two stator magnetic poles are connected so as to have opposite polarities to constitute one phase winding.

The stator is composed of five fixed stator poles P1, P3, P5, P7, P9 and P2, P4, P6, P8, and P10 arranged radially at equal pitches. The magnetic poles P1, P2, P3,..., P8, P9, P10, and 10 windings W1, W2, W3,... W8, W9, W10 wound respectively on the stator magnetic poles; The rotor has a permanent magnet on the surface facing the stator magnetic pole through the air gap, and the number of pole pairs P = 5n + α along the rotation direction (where n is an integer of 1 or more, α is 1 or more and 4 The rotor magnetic poles of the following integers are formed with alternating polarities, wherein α is an odd number when n is an odd number, and α is an even number when n is an even number: On the surface facing the rotor, the stator tooth pitch angle θt is θt = 360 k / P degrees And k is 0.75 ≦ k ≦ 1), which is a permanent magnet type motor having two or more stator small teeth, and the two stators are located opposite to each other across the motor rotation shaft. The angle θp formed by the center line of the small tooth group provided on the magnetic pole is θp = 360 (2n + m + γ) / P degrees (where m is an integer satisfying m ≦ n, and γ is 0.9 ≦ γ ≦ 1.1), and the two windings wound around the two stator magnetic poles are connected to have the same polarity to constitute one phase winding. 5-phase permanent magnet motor.