JP4235792B2 - ギャップワインディングモータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【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寸法決定方法の発明は、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、とを有するギャップワインディングモータの寸法決定方法において、まず、ギャップ径Ｄｇを決め、次に、下記（１）によって磁極数Ｎｐを大まかに決め、次に、モータのスロットコンビネーションをｍ極ｐ相としたとき下記（２）の関係からｍ＝ｂ×４、ｐ＝ｂ×３（ｂは任意の整数）とし、この式からＮｐ＝ｍを満足する任意の整数ｂと磁極数Ｎｐを決定し、前記磁極数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を下記（３）より決定し、前記Ｌｐと回転子コアと固定子コアの空隙Ｌｍｇとの比率Ａｓ（＝Ｌｐ／Ｌｍｇ）を下記（３）の数値範囲に入るように前記Ｌｍｇを決定することにより、
（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。
請求項２記載のギャップワインディングモータの発明は、請求項１記載のギャップワインディングモータの寸法決定方法によって決められたギャップワインディングにおいて、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記載のギャッ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
【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寸法決定方法の発明は、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、とを有するギャップワインディングモータの寸法決定方法において、まず、ギャップ径Ｄｇを決め、次に、下記（１）によって磁極数Ｎｐを大まかに決め、次に、モータのスロットコンビネーションをｍ極ｐ相としたとき下記（２）の関係からｍ＝ｂ×４、ｐ＝ｂ×３（ｂは任意の整数）とし、この式からＮｐ＝ｍを満足する任意の整数ｂと磁極数Ｎｐを決定し、前記磁極数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を下記（３）より決定し、前記Ｌｐと回転子コアと固定子コアの空隙Ｌｍｇとの比率Ａｓ（＝Ｌｐ／Ｌｍｇ）を下記（３）の数値範囲に入るように前記Ｌｍｇを決定することにより、
（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。
請求項２記載のギャップワインディングモータの発明は、請求項１記載のギャップワインディングモータの寸法決定方法によって決められたギャップワインディングにおいて、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記載のギャッ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、とを有するギャップワインディングモータの寸法決定方法において、
まず、ギャップ径Ｄｇを決め、次に、下記（１）によって磁極数Ｎｐを大まかに決め、次に、モータのスロットコンビネーションをｍ極ｐ相としたとき下記（２）の関係からｍ＝ｂ×４、ｐ＝ｂ×３（ｂは任意の整数）とし、この式からＮｐ＝ｍを満足する任意の整数ｂと磁極数Ｎｐを決定し、前記磁極数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を下記（３）より決定し、前記Ｌｐと回転子コアと固定子コアの空隙Ｌｍｇとの比率Ａｓ（＝Ｌｐ／Ｌｍｇ）を下記（３）の数値範囲に入るように前記Ｌｍｇを決定することにより、
（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の寸法決定方法。 - 請求項１記載のギャップワインディングモータの寸法決定方法によって決められたギャップワインディングにおいて、
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ギャッ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記載のギャップワインディングモータ。
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP2002209603A JP4235792B2 (ja) | 2002-07-18 | 2002-07-18 | ギャップワインディングモータ |
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| Publication Number | Publication Date |
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| JP2002209603A Expired - Fee Related JP4235792B2 (ja) | 2002-07-18 | 2002-07-18 | ギャップワインディングモータ |
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2002
- 2002-07-18 JP JP2002209603A patent/JP4235792B2/ja not_active Expired - Fee Related
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2003
- 2003-06-05 WO PCT/JP2003/007166 patent/WO2004010565A1/ja active Application Filing
Cited By (3)
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Also Published As
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| WO2004010565A1 (ja) | 2004-01-29 |
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