JP4466275B2

JP4466275B2 - 永久磁石式回転電機及び永久磁石式回転電機の製造方法

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Publication number: JP4466275B2
Application number: JP2004237320A
Authority: JP
Inventors: 正哉井上; 興起仲; 信一山口
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-08-17
Filing date: 2004-08-17
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2024-08-17
Also published as: JP2006060879A

Description

本発明は、永久磁石式回転電機及び永久磁石式回転電機の製造方法に関するものであり、特に固定子コアを分割した回転電機において工作上生じる固定子の磁気的非対称性によって発生するバラツキのある微小コギングを補償する補償機構およびその調整方法に関するものである。

永久磁石で形成された複数の磁極が装着された回転電機においては、いわゆるコギングトルクと呼ばれる、磁石と固定子スロットの相互作用によって生じる磁気的な脈動が存在し、制御性を悪化させる要因となっていた。コギングトルクを低減する方法としては、磁石磁界を正弦波に近づけることが望ましく、例えば磁極の周方向の端面に面取りを施してコギングを低減する方法が考えられていた。また、高精度制御用モータでは、例えば連続あるいは離散的なスキューによってコギングを軸方向で相殺する方法が考えられていた。また、磁石と固定子間に発生する磁極数とスロット数の最小公倍数で決まる周期のコギングに対して、磁石近傍に磁性体を配置し、磁性体と磁石間で上記周期と同じ周期でかつ逆位相のコギングトルクを発生させて相殺し、コギングトルクを低減する方法が考えられていた（例えば、特許文献１参照。）。
これらの方法は、コギングの低減原理として回転子からみて固定子の磁気回路が等方的であることを前提としており、固定子内径は真円であること、ティース部やヨーク部の磁気抵抗が場所によって変化しないことが前提となっていた。

一方、低コギングとは別の課題として制御用モータは装置内に組み込まれることが多く、小型化と低損失を同時に求められている。そこで、近年、永久磁石式モータでは高密度に巻き線をするために、固定子コアの一部、または巻き線が施されたコア毎にすべてを分割し、分割されたコア毎に事前に巻き線したものを組み合わせて固定子を成形することが広く行われている。

特開平１１−８９１９９号公報（第３頁、第１図）

従来の永久磁石式回転電機において、固定子を上記のような分割コアで構成するものにおいては、各分割コアに巻き線した後に、上記分割コアを周方向放射状に並べて溶接やヤキバメなどの手段によって一体化する必要があるが、現実のモータでは工作的な限界があるために分割コアの接合面には微小隙間が存在し、かつその隙間量は周方向の位置によって完全に同一にすることが難しかった。特に空隙が小さな回転電機では、隙間量の不均一性が固定子磁気回路の不均一性を招き、空隙磁束の大きさが極毎に異なる状態を招いてしまう。また、分割コアをプレスなどで打ち抜きして作成した場合には、理想寸法に対して加工上僅かではあるがバラツキを伴い、加工誤差が数〜数十ミクロン単位で生じるために完全な円を形成することはできなかった。
その結果、前述のようなコギング低減のための工夫をしても、実際には不均一な隙間による固定子磁気回路の不均一性が生じたり、固定子内径が真円とならないといった問題があり、新たにコギングが発生してしまうという問題があった。このような固定子の工作誤差で発生するコギングは磁石の極数と同じ周期で発生し、その振幅は定格トルク比でほぼ１％以下であり、その位相は不定である。高精度制御モータにおいては、このようなモータ１回転あたり極数回発生するコギングを調整し、コギングをほぼ零とする必要があった。そこで、このような工作誤差で発生したコギングを調整して零近傍にしようとする場合、モータ組み立て後に上記コギングを調整することが考えられる。
特許文献１においては、複数の磁性体を径方向に移動自在にし、さらにこれら磁性体を周方向に移動自在とし、工作誤差により磁石と固定子との間のコギングトルクが基本波形からずれる場合、磁性体の位置を微調整してコギングトルクを低減させることが記載されている。しかしながら、前述の、工作誤差に起因する、モータ１回転あたり極数回発生するコギングは、回転電機個体やロット毎にコギングの位相や振幅が異なっており、上記コギングを必ずしも低減することは困難である。即ち、特許文献１の構成は、前述のように、磁極数とスロット数で決まる周期のコギングを対象としており、工作誤差に基く極周期のコギング低減を配慮したものでないため、分割コアにおいて発生するバラツキのある種々の位相のコギングトルクを必ずしも調整できるとは限らない。また、コギング補償用の磁性体が多すぎると、コギングを低減する際に自由度が過多となって、調整に多大な時間を要するという問題があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、分割コアを有する回転電機において、工作上生じる、種々の位相の、バラツキのあるコギングを組み立て後の調整で除去することが可能な構成を提供することを目的としており、さらに、組み立て後の調整を簡便に実施できる回転電機の製造方法を提供することを目的とするものである。

この発明に係る永久磁石式回転電機は、多極に着磁された円筒状の永久磁石を有する回転子と、上記永久磁石と空隙を介して配設され、周方向に複数に分割された分割コアにより構成された固定子とを備えた永久磁石式回転電機において、上記永久磁石の軸方向側端面に近接させ、各々独立に上記軸方向に可動可能で、上記分割コアにおいて発生する位相バラツキのあるコギングトルクをベクトル和としてキャンセルさせる複数のコギング補償機を設けると共に、隣り合うコギング補償機の間隔が、上記回転子の回転軸に対する相対角度で
（９０／Ｐ）度＋（３６０ｍ／Ｐ）度
但し、Ｐは回転子の極数、ｍはＰ未満の整数
をなすように配置したものである。

また、この発明に係る永久磁石式回転電機は、
多極に着磁された円筒状の永久磁石を有する回転子と、上記永久磁石と空隙を介して配設され、周方向に複数に分割された分割コアにより構成された固定子とを備えた永久磁石式回転電機において、上記永久磁石の軸方向側端面に近接させ、各々独立に上記軸方向に可動可能、かつ各々独立に周方向に可動可能で、上記分割コアにおいて発生する位相バラツキのあるコギングトルクをベクトル和としてキャンセルさせるコギング補償機を設け、
上記コギング補償機をｎ個備える時、上記ｎ個のコギング補償機は、周方向可動範囲が
（３６０／ｎＰ）度
但し、Ｐは回転子の極数、ｎは１以上の整数
であり、隣り合うコギング補償機の可動中心の間隔が、回転子の回転軸に対する相対角度で
（３６０／ｎＰ）＋（３６０ｍ／Ｐ）
但し、ｍはＰ未満の整数
をなすように配置したものである。

また、この発明に係る永久磁石式回転電機は、多極に着磁された円筒状の永久磁石を有する回転子と、上記永久磁石と空隙を介して配設され、周方向に複数に分割された分割コアにより構成された固定子とを備え、各分割コアに施された巻き線に位相の異なる電流を流す永久磁石式回転電機において、上記複数の分割コアのうち、位相の異なる電流が流される複数の分割コア内に、上記分割コアにおいて発生する位相バラツキのあるコギングトルクをベクトル和としてキャンセルさせる複数のコギング補償機を径方向に挿入し、各コギング補償機が上記永久磁石に近接配置するように構成すると共に、上記各コギング補償機は各々独立に径方向に可動可能となるようにしたものである。

また、この発明に係る永久磁石式回転電機の製造方法は、多極に着磁された円筒状の永久磁石を有する回転子と、上記永久磁石と空隙を介して配設され、周方向に複数に分割された分割コアにより構成された固定子とを備えた永久磁石式回転電機を製造するステップと、上記回転電機が発生するコギングを測定するステップと、測定したコギングを周波数成分毎に分離し、極周期成分の位相および振幅情報を取り出すステップと、上記回転電機に請求項１〜４のいずれかに記載のコギング補償機を設置し、上記位相および振幅情報と予め測定された上記コギング補償機によるコギングの情報とに基き、上記極周期成分の位相および振幅を有するコギングを相殺するように上記コギング補償機の位置を調整するステップとを備えるものである。

この発明によれば、複数のコギング補償機が発生するコギングトルクが互いに直交ベクトルで表されるような位置に配置することができ、工作誤差により発生する、位相がばらついた極周期のコギングを、キャンセルすることができる。また、コギング補償機の調整量も一意に決めることができるので、簡便かつ的確にコギングを補償することが可能となる。

また、この発明によれば、１つ以上のコギング補償機を、各々独立に軸方向に可動可能とすると共に、周方向に可動可能としたので、少ないコギング補償機によって、工作誤差により発生する、位相がばらついた極周期のコギングを、キャンセルすることができる。

また、この発明によれば、分割コア内に径方向に複数のコギング補償機を挿入すると共に、径方向に可動可能とすることにより、工作誤差により発生する、位相がばらついた極周期のコギングを、キャンセルすることができる。また、複数のコギング補償機は互いの位相関係が既知の相対角度に配置されているので、コギング補償機の調整量も一意に決めることができ、簡便かつ的確にコギングを補償することが可能となる。

また、この発明によれば、分割コアを円周上に成型した後コギングを測定し、測定したコギングを周波数成分毎に分離し、極周期成分の位相および振幅情報を取り出し記録しておき、その後、発生するコギングの情報が予め測定されたコギング補償機を設置して、上記各情報に基いて、分割コア特有のコギングのバラツキを、コギング補償機で抑制するので、コギング補償機の操作量を即座に導出できるという効果がある。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による永久磁石式回転電機を示す斜視図、図２は図１のＡ−Ａ面での断面構成図、図３は図２のＢ−Ｂ線での断面構成図である。図１〜３において、モータ１の内部には円筒状の回転子３があり、上記回転子３は軸受けベアリング７によって軸両端がブラケット８を介してフレーム９で支持されている。また、円筒状の回転子３の円周面には、周方向にＮ極とＳ極が交互に配置するように永久磁石２が貼り付けられている。回転子３の外周には回転子３の永久磁石２と微小空隙を介して固定子４が配設されている。固定子４は固定子コア５に巻き線６が施された構成であり、本発明の実施の形態１において固定子４は巻き線６が施されたコア毎に複数の固定子コアに分割されている。固定子４は分割された固定子コアそれぞれに対し事前に巻き線したもの（ティース）を組み合わせることにより作成されたものであり、各ティースを周方向に並べて、図３に示すように一体の円形コアを成形している。このような構成において、回転子３の永久磁石２は空隙径方向に磁束を発生して固定子４との相互作用により一般的な永久磁石式回転電機として動作する。

本実施の形態の固定子４は、前述のように分割された固定子コアを組み合わせて構成されているため、図３に示すように、各分割コア間には径方向に微小な隙間４ａが存在する。さらに組み立ての都合によりこの微小な隙間４ａは周方向に対し場所によって均一にすることが困難であるため、極端に図示すると、例えば図３の間隙４ｂに示すように、一部分だけ隙間が大きいなどといったことが生じうる。これは分割コア特有の現象で一般の誘導型回転電機などのように固定子コアのヨーク部に切れ目が無く製造されたモータでは発生しない。
このような大きな隙間４ｂが生じたコアは固定子４の磁気回路に不均一性を生じる。固定子の磁気回路の不均一性は主に極周期のコギングを発生させる。また、この分割コアによって生じた新たな極周期のコギングは隙間４ｂの大きさや位置によって異なるためにモータ個体毎に位相、振幅ともにバラツキを持つ場合が多い。このコギングはモータが速度やトルクを制御する際に、脈動トルクして作用するために高精度のＮＣ加工などの用途に用いる場合に問題となる。

このようなコギングを低減するために、本実施の形態１ではコギング補償用の２個の磁性体（第１のコギング補償機、第２のコギング補償機）１０ａ、１０ｂをブランケット８またはフレーム９に設けている。２個の磁性体１０ａ、１０ｂは回転子３の軸方向に沿って、回転子３の永久磁石２側端面付近に近接するように配置され、それぞれ回転子３の軸方向に移動可能な構成となっている。また、２つの磁性体１０ａ、１０の位置は、回転子３の回転軸に対する各磁性体の相対角度が後述の式で示す所定の角度をなすように設置されている。
２つの磁性体１０ａ、１０ｂはそれぞれ複数の永久磁石２の極間の位置に対向しているときが安定位置となるために、回転子との相対位置に応じて新たな極周期のコギングを生じる。この極周期のコギングは永久磁石側端面からのため定格トルクのほぼ１％以下と僅かであるが、分割コアとすることにより発生するバラツキをもったコギングも同程度であるので相殺しうる。磁性体１０ａ、１０ｂの配置の位置関係を以下のような所定の角度とすれば、モータ個体毎に位相、振幅ともにバラツキを持った上記コギングの低減に対し、簡便に対処することができる。

以下に、本発明のコギング補償の動作について詳細に説明する。
工作上発生するバラツキのあるコギングトルクをＦｃとすれば、Ｆｃは極周期であることを考慮して（１）式で表される。ここでθは１回転を２πとした場合の回転子位置、Ｐは極数、αはコギングトルクＦｃの振幅、βは位相である。なお、摩擦や鉄損でＤＣ成分があるがここでは考えないものとする。振幅αおよび位相βはバラツキを持つためにモータ個体によって異なる。
Ｆｃ＝αｓｉｎ（Ｐθ＋β）（１）
一方、磁性体１０ａと永久磁石２とで生じるコギングトルクＦａは（２）式で示される。ＡはコギングトルクＦａの振幅である。
Ｆａ＝Ａｓｉｎ（Ｐθ）（２）
磁性体１０ｂをもう１つ設け、磁性体１０ｂと永久磁石２とで生じるコギングトルクＦｂが、磁性体１０ａと永久磁石２とで生じるコギングトルクＦａに対し、位相が９０度ずれている関係、即ち、Ｆｂが（３）式で示されるものとする。ＢはコギングトルクＦｂの振幅である。
Ｆｂ＝Ｂｃｏｓ（Ｐθ）（３）
ＦａとＦｂとの間のこのような関係が成立する条件は、磁性体１０ａと磁性体１０ｂとの相対位置関係が、
（２π／Ｐ）×（ｍ＋０．２５）
ここで、ｍ＝整数
即ち、一極分の角度の整数倍の角度に、一極分の１／４の角度を足した角度となる場合である。
（２）式と（３）式との和が２つの磁性体１０ａ、１０ｂによって生じるコギングの合計であり、（４）式となる。

Ｆｃ＝Ｆａ＋Ｆｂのとき、バラツキによって生じたコギングを相殺できるので、上記（１）〜（３）式を代入すれば、

したがって、α、βが分かれば（５）式の関係を満足するＡ、Ｂがわかる。得られたＡ、Ｂに基き、磁性体１０ａと永久磁石２とで生じるコギングトルクＦａの振幅Ａ、及び磁性体１０ｂと永久磁石２とで生じるコギングトルクＦｂの振幅Ｂを調整すれば、バラツキによって生じたコギングを簡易に相殺できるようになる。

以下に、コギング調整を簡便に実施する方法を詳細に説明する。
まず各磁性体１０ａ、１０ｂと永久磁石２の側端面との距離ｒと、各磁性体１０ａ、１０ｂにより発生するコギングトルクの大きさ（振幅Ａ、Ｂ）との関係を、各磁性体ごとに図４に示すように事前に別途把握しておく。
また、磁性体１０ａ、１０ｂが無い状態で、モータのコギンクトルクを測定し、その振幅αおよび位相βを測定する。得られたα、βより、（５）式を満たすＡ、Ｂを求める。図４に示すデータから、所定のＡ、Ｂが得られる距離ｒを求めることにより、即座に最適な１０ａ、１０ｂの調整量が求められる。なお、Ａ、Ｂは、図５に示すように、Ｂ＝（β＋π）Ａの傾きをもつ直線とＡ²＋Ｂ²＝α²を満たす円との交点がＡ、Ｂに対する解となる。図５では各コギングトルクをベクトルとして示しており、ＦａとＦｂとは直交配置された位置関係になるように設定されているので、対象となるコギングＦｃの振幅αと位相βとがわかれば、いかなる位相のＦｃに対しても、ＦａとＦｂとのベクトル和としてコギングＦｃを相殺することができる。
ただし、Ａ、Ｂは図４に示すように正の値しかとりえないので、調整範囲はコギング波形の１／４周期分、図５ではＦｃが第３象限内の位相（β＝１８０〜２７０度）の場合に留まる。コギングＦｃのバラツキが大きく位相の範囲として極周期に対して１／２周期の調整範囲を持たせる場合には３個、極周期に対してすべてに対応する場合は４個の磁気コギング補償用磁性体を用意し、そのうちの任意の２個を使うことで対応できる。

例えば、６極の回転子であれば、発生するコギングの１周期が６０度であるので、このコギングＦｃを相殺するために直交するコギングＦａとコギングＦｂとを発生させる磁性体の位置関係は、６０度の１／４の角度、即ち１５度の位置関係にあればよく、
第１のコギング補償機の位置を、０、６０、１２０、１８０、２４０、３００度の角度のうちの少なくとも１つの位置とし、
第２のコギング補償機の位置を、１５、７５、１３５、１９５、２５５、３１５の角度のうちの少なくとも１つの位置とし、
第３のコギング補償機の位置を、３０、９０、１５０、２１０、２７０、３３０の角度のうちの少なくとも１つの位置とし、
第４のコギング補償機の位置を、４５、１０５、１６５、２２５、２８５、３４５の角度のうちの少なくとも１つの位置とした時、
少なくとも第１のコギング補償機に対して、第２もしくは第４のコギング補償機が配置されれば、極周期で発生するコギングトルクの位相が極周期の１／４でばらついたとしても、第１のコギング補償機によるコギンクトルクと第２もしくは第４のコギング補償機によるコギンクトルクのベクトル和としてキャンセルすることができる（ただし、補償できる位相範囲は１８０〜２７０度、または９０〜１８０度）となる。また、第３のコギング補償機に対して、第２もしくは第４のコギング補償機を配置すれば、同様に極周期の１／４でばらついたとしてもキャンセルできる（ただし、補償できる位相範囲は２７０〜３６０度、または０〜９０度）。例えば図６に示すように第１のコギング補償機１０ａに対して１３５度離れた位置に第２のコギング補償機１０ｂを配置すれば、図５で説明したように、極周期で発生するコギングトルクの１／４周期分の位相のバラツキ（この場合１８０度から２７０度の位相範囲）、及び振幅のバラツキをもったコギングを、第１のコギング補償機によるコギンクトルクと第２のコギング補償機によるコギンクトルクのベクトル和としてキャンセルすることができる。
さらに、第１〜第４のコギング補償機のうちのいずれか３つを配置すれば、コギングの位相が極周期の１／２でばらついたとしても、３つの補償機のうちの２つを可動させれば２つのコギング補償機によるコギングトルクのベクトル和としてキャンセルできる。例えば、第１のコギング補償機に対して、第２のコギング補償機と第４のコギング補償機が配置されれば、第１のコギング補償機と第２のコギング補償機、あるいは第１のコギング補償機と第４のコギング補償機とを可動させ、極周期で発生するコギングトルクの１／２周期分の位相のバラツキ（この場合９０〜２７０度の位相範囲）、及び振幅のバラツキをもったコギングをキャンセルすることができる。あるいは、第３のコギング補償機に対して、第２のコギング補償機と第４のコギング補償機が配置されれば、第３のコギング補償機と第２のコギング補償機、あるいは第３のコギング補償機と第４のコギング補償機とを可動させ、極周期で発生するコギングトルクの１／２周期分の位相のバラツキ（この場合−９０〜９０度の位相範囲）、及び振幅のバラツキをもったコギングをキャンセルすることができる。
さらに第１〜第４のコギング補償機を配置し、そのうちの２つを可動させれば任意の位相のコギングのバラツキに対して、逆位相のコギングをこれら２つのコギング補償機で発生させることによりコギングを相殺低減できることとなる。

以上を一般化すれば、Ｐは極数、ｍはＰ未満の整数とした場合に
第１のコギング補償機の位置を、３６０ｍ／Ｐ度のうちの少なくとも１つの位置とし、
第２のコギング補償機の位置を、（９０／Ｐ）＋（３６０ｍ／Ｐ）度のうちの少なくとも１つの位置とし、
第３のコギング補償機の位置を、（１８０／Ｐ）＋（３６０ｍ／Ｐ）度のうちの少なくとも１つの位置とし、
第４のコギング補償機の位置を、（２７０／Ｐ）＋（３６０ｍ／Ｐ）度のうちの少なくとも１つの位置とした時、
コギングの位相のバラツキ範囲が９０度以下である場合は、第１〜第４のコギング補償機のうちのいずれか２つ（但し、第１と第３、第２と第４の組み合わせは除く）を配置し、コギングバラツキ範囲が９０度を超え１８０度以下である場合は、第１〜第４のコギング補償機のうちのいずれか３つを配置し、コギングバラツキ範囲が１８０度を超える場合は第１〜第４のコギング補償機すべてを備えれば、コギンクの位相のバラツキ範囲に応じた補償が可能となる。

以上のように、本実施の形態１によれば、コギングの位相及び位相のバラツキの範囲が分かれば、最小限のコギング補償機の数でバラツキのあるコギングをキャンセルすることが可能となる。
また、コギングの振幅と位相がわかれば、２つのコギング補償機のみを調整することでコギンクを打ち消すことができ、またその調整量もコギングの位相と振幅より一意に求まるため、調整が即座に的確に行えるという効果が得られる。

なお、上記実施の形態では巻き線６が施された固定子コア５の全てを分割したものを示したが、固定子コアの一部を分割したものに対しても適用できる。

また、図１〜３に示す回転電機は回転子３の外周に固定子４が配置されたものであるが、固定子の外周に回転子が配置された回転電機に対しても、同様の構成とすることにより、上記実施の形態と同様の効果が得られる。図７（ａ）（ｂ）にこのような構成のものを示す。
また、上記実施の形態では、コギング補償機として磁性体を用いたが、変わりに磁石小片であってもよく、回転子永久磁石と相互作用によって極周期のコギングを発生するので同様の効果がある。

実施の形態２．
図８はこの発明の実施の形態２による永久磁石式回転電機の一部を分解して示す斜視図、図９はこの発明の実施の形態２による永久磁石式回転電機の断面構成図である。
本実施の形態２では、ブランケット８に設けられた円弧状スリット８ａに磁性体（第１のコギング補償機）１１ａを配置し、第１のコギング補償機１１ａが軸方向だけでなく、周方向にも可動な構成とした。
図１０に第１のコギング補償機１１ａによるコギング調整の方法を示す。図１０において、曲線Ａはモータが発生するコギング波形であり、振幅α、位相βなる波形である。曲線Ｂはコギング調整前の第１のコギング補償機１１ａが発生するコギング波形、曲線Ｃはコギング調整後の第１のコギング補償機１１ａが発生するコギング波形である。曲線Ｃは曲線Ａと正負が反転した波形となっており、モータが発生するコギングを相殺する波形である。まず、第１のコギング補償機１１ａを周方向に移動し、第１のコギング補償機１１ａによるコギング波形の位相が曲線Ｃの位相と一致するようにする。周方向の可動範囲を極周期の１／４とすれば、上記コギング補償機１１ａによる位相調整範囲は９０度となる。次に、コギング補償機１１ａを軸方向に移動させ、第１のコギング補償機１１ａによるコギング波形の振幅ａが曲線Ｃの振幅αより大きければ磁石２から遠ざける方向に、小さければ近づける方向に移動して第１のコギング補償機１１ａによるコギング波形の振幅ａが曲線Ｃの振幅αと一致するようにする。なお、軸方向の移動と周方向の移動の順序は逆でもかまわない。

このように、工作上生じるコギングの振幅αと位相βとを測定し、この振幅αと位相βに基いて、１つのコギング補償機を軸方向に移動させることにより、コギング補償機により発生するコギングの振幅を調整し、さらに周方向に移動させてコギング補償機により発生するコギングの位相を変えることにより、工作上生じるコギングを打ち消すことが可能なコギングを発生せしめることができる。またその調整量も振幅αと位相βより一意に求まるため、調整が即座に的確に行えるという効果が得られる。

なお、周方向の可動範囲は上記実施の形態に限るものではなく。位相調整範囲に応じて設計すればよい。

上記実施の形態では１つのコギング補償機１１ａで工作上生じる極周期のコギングを低減するものを示したが、図１１は軸方向及び周方向に可動なコギング補償機が２つある回転電機を示す構成図、図１２、図１３はその動作を説明する図である。２つの磁性体（第１のコギング補償機、第２のコギング補償機）１１ａ、１１ｂが６極回転子３の軸方向に沿って、回転子３の永久磁石２側端面付近に近接するように配置され、それぞれ回転子３の軸方向に可動可能な構成となっている。また、２つの磁性体１１ａ、１１ｂはそれぞれ円弧状スリット８ａ、８ｂに沿って独立に周方向に可動可能な構成であり、磁性体１１ａ、１１ｂの可動範囲はそれぞれ３６０／（２×６）＝３０度であり、その間隔は可動中心の配置角度が（３６０／６）＋３６０／（２×６）＝９０度となるようにする。このようにすれば、第１及び第２のコギング補償機１１ａ、１１ｂはそれぞれ極周期のコギングトルクＦａ、Ｆｂを発生し、各コギング補償機１１ａ、１１ｂをそれそれ周方向に移動することにより、各コギングベクトルは、図１２に示すように、極周期の１／２周期分の位相範囲で変化させることができる。しかも各コギングベクトルの可動範囲は互いに重ならない。そこで、第１のコギング補償機および第２のコギング補償機をそれぞれ独立に周方向及び軸方向に移動させて、第１のコギング補償機により発生するコギングトルクＦａと第２のコギング補償機により発生するコギングトルクＦｂとのベクトル和が、図１３に示すように、工作上発生するコギングトルクＦｃを打ち消すようにする。
このようにすれば、コギング波形がいかなる位相範囲でばらついたとしても、２つのコギング補償機によりコギングを相殺低減することが可能となる。

また、軸方向及び周方向に可動可能なコギング補償機をｎ個設けた場合は、各コギング補償機をそれぞれ独立に周方向に可動可能とし、その可動範囲をそれぞれ
３６０／ｎＰ
とし、各コギング補償機の可動中心の間隔が、回転子の回転軸に対する相対角度で
（３６０／ｎＰ）＋（３６０ｍ／Ｐ）
となるようにすれば、同様に、コギング波形がいかなる位相範囲でばらついたとしても、２つのコギング補償機によりコギングを相殺低減することが可能となる。ここで、Ｐは極数、ｍはＰ未満の整数である。

なお、本実施の形態においても、固定子の外周に回転子が配置された回転電機に対して同様の構成とすることにより、同様の効果が得られる。
また、コギング補償機として磁石小片であってもよい。

実施の形態３．
上記各実施の形態におけるコギング補償機の最適な配置個所について説明する。モータは通常他の負荷に接続されて使われるが、プーリ等の軸受けに荷重がかかる負荷装置が多い。その場合、モータの軸受けサイズを大きくする必要があるが、一般的には負荷側の軸受けサイズのみを大きくする。その場合には、軸受けと本発明のコギング補償機が干渉する。これを避けるとモータの軸方向寸法が大型化する。そこで、小なる軸受け部である反負荷側にコギング補償機を取り付けると、コギング補償機を設けても軸方向サイズの増加を最小限にし、小型なコギング補償機付サーボモータを得ることができる。

実施の形態４．
図１４はこの発明の実施の形態４による永久磁石式回転電機を示す断面構成図、図１５は本発明の実施の形態４に係わるティースを示す上面図である。固定子４は分割された分割コアにより構成されており、各分割コア（ティース）は鉄心５ａを積層して構成されている。即ち、図１５に示すようにティースのａ部は通常のティース形状にプレスされた鉄心を積層しているが、ｂ部は２分割された鉄心５ｂを積層して構成されており、貫通孔５ｃを有する。貫通孔５ｃはモータの径方向に貫通しており、図１４に示すように、磁性体１２ａ（第１のコギング補償機）または磁性体１２ｂ（第２のコギング補償機）が固定子コア５を貫通し、回転子３との間の空隙中に飛び出る構成となっている。このような構成により、局所的にコギング補償用のあらたなコギングトルクを発生させることができ、そのコギングの大きさは磁性体１２ａ、１２ｂの空隙への突き出し量で調整することができる。また、本実施の形態の永久磁石式回転電機は３相モータであり、磁性体１２ａおよび磁性体１２ｂを挿入するティースは異なる相のティースである。このようにすることにより、工作誤差により発生する、位相のばらつきのあるコギングトルクを相殺することが可能となる。

以下、本実施の形態の動作を説明する。
一般に固定子スロット数をｓ、極数をＰとすると、コギング波形に対するティース間の位相差は３６０Ｐ／ｓとなる。したがって、たとえば通電Ｕ相のティース位置に第１のコギング補償機１２ａを挿入し、第２のコギング補償機１２ｂをコイルの通電相が異なるＶまたはＷ相に挿入すれば、第１のコギング補償機１２ａにより発生するコギングトルクＦａと、第２のコギング補償機１２ｂにより発生するコギングトルクＦｂとは１２０度コギングトルクの位相が異なるため、同位相とはならない。したがって実施の形態１で述べた２つの直交ベクトルでコギングを消す場合と同様、複数のベクトル（この場合、１２０度の角度をなすベクトル）を合成して位相のばらついたコギングトルクを打ち消すことが可能となる。即ち、コギング補償機１２ａ、１２ｂを、例えばＵ相のティース位置とＶ相のティース位置に配置すると、図１６に示すように、コギングトルクＦａ及びＦｂが発生する。Ｆａ、Ｆｂの大きさは空隙への磁性体挿入量で調整できるので、例えば、ばらつきのあるコギングＦｃがあっても、Ｆａ＋Ｆｂの合成ベクトルで打ち消すように、Ｆａ、Ｆｂの大きさを調整することによって、回転電機の工作誤差によるコギングＦｃをキャンセルすることができる。

以上のように、複数の磁性体をそれぞれ固定子における異なる相のティース部に挿入し、さらに上記磁性体を径方向に可動な構成とすることにより、位相と振幅にバラツキのあるコギングであっても、上記複数のコギング補償機が発生するコギングトルクのベクトル和によって相殺することができる。
また、複数のコギング補償機は互いの位相関係が既知の相対角度に配置されるので、一意にコギング調整が可能であり、多大な調整時間を要することなく、簡便かつ的確にコギングを補償することが可能となる。
また、固定子コア内にコギング補償機を設けることは、軸方向のブラケットやフレームに寸法的余裕がない場合でも、調整可能なコギング補償機を挿脱できる効果がある。

実施の形態５．
上記実施の形態１〜４で示したコギング補償機を用いて、分割コアで構成された回転電機におけるコギングを簡便に実施できる方法を以下に示す、
まず、回転子と、分割コアによる固定子とからなる永久磁石式回転電機を製造する（ステップ１）、次にこのモータ単体でコギングを測定する（ステップ２）。さらに、測定したコギングをＦＦＴ解析等によって周波数成分毎に分離し、極周期成分の位相と振幅を検出し、これをモータ毎に記録する（ステップ３）。その後、コギング補償機を設置し、上記記録に基づきコギング補償機を調整する（ステップ４）。

ステップ２におけるコギングを測定する方法としては、トルクメータと角度検出器を用いる方法が一般的である。しかし、トルクメータの脱着作業に時間がかかり、装置組み立て後はさらに困難であるので、これを簡便に行う方法を以下に開示する。
制御装置によりモータを極低速となるよう微小トルク指令で駆動する。微小一定トルク指令時においてはコギングトルクＦｃが外乱となるために速度変動が生じるので、ωを速度、Ｊを回転軸の慣性モーメントとすると、速度変動分をｄω／ｄｔとして測定することでコギングＦｃを
Ｆｃ＝Ｊ・ｄω／ｄｔ
として観測できる。
別の方法としては、速度一定を目標値として速度フィードバック制御した場合に、一定速度に運転するのに要した制御量からコギングトルクを概略測定して記録する。
これらの手法はこれまではもっぱら制御量の補正によるコギング抑制手段として使われることが多かったが、本発明ではコギング補償機を調整する際に用いてコギングを抑制する。

ステップ３では、上記のいずれかの方法で測定したコギング波形をＦＦＴなどによって周波数成分毎に分離し、極周期成分の振幅と位相情報を記録し、モータ情報として添付する。具体的にはモータに搭載したメモリに記録したり、モータ個別認識用のバーコードとしてラベル化して貼り付けたりする。ここで特に、ラベル添付した場合には、読み取りも容易でモータ量産ライン工程内などで容易にコギング情報を入手できるという効果がある。

ステップ４では、記憶された情報と、事前に測定しておいたコギング補償機の位置と発生するコギングトルクの大きさ及び位相との関係とを用い、例えば実施の形態１で述べたような方法により、工作誤差により生じるコギングトルクをキャンセルするためのコギング補償機の調整位置を求める。これによりコギング補償機の調整位置が一意に求まり、自動化する場合においても多自由度からくる調整の難航などもなく、迅速かつ的確に行えるという効果が得られる。
例えば、モータに添付したバーコードラベルを読み取った後に、自動化ロボットにより、読み取った情報と、あらかじめ記憶されたコギング補償機の情報（コギング補償機により発生するコギングトルクの情報）とを用いてコギング補償機の調整ネジの回転量、あるいは上記回転量と周方向移動量とを決定すれば、生産ライン内でコギング低減の自動調整も可能になるという効果がある。

この発明の実施の形態１による永久磁石式回転電機を示す斜視図である。図１のＡ−Ａ面での断面構成図である。図２のＢ−Ｂ線での断面構成図である。この発明の実施の形態１に係わる磁性体の特性を示す図である。この発明の実施の形態１による永久磁石式回転電機の動作を説明する図である。この発明の実施の形態１に係わる磁性体の配置例を示す図である。この発明の実施の形態１による他の永久磁石式回転電機を示す図である。この発明の実施の形態２による永久磁石式回転電機の一部を分解して示す斜視図である。この発明の実施の形態２による永久磁石式回転電機を示す断面構成図である。この発明の実施の形態２による永久磁石式回転電機の動作を説明する図である。この発明の実施の形態２による他の永久磁石式回転電機を示す構成図である。この発明の実施の形態２による他の永久磁石式回転電機の動作を説明する図である。この発明の実施の形態２による他の永久磁石式回転電機の動作を説明する図である。この発明の実施の形態４による永久磁石式回転電機を示す断面構成図である。この発明の実施の形態４に係わるティースを示す上面図である。この発明の実施の形態４による永久磁石式回転電機の動作を説明する図である。

符号の説明

１モータ、２永久磁石、３回転子、４固定子、５固定子コア、６巻き線、７ベアリング、８ブランケット、９フレーム、１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ磁性体。

Claims

多極に着磁された円筒状の永久磁石を有する回転子と、
上記永久磁石と空隙を介して配設され、
周方向に複数に分割された分割コアにより構成された固定子とを備えた永久磁石式回転電機において、
上記永久磁石の軸方向側端面に近接させ、
各々独立に上記軸方向に可動可能で、上記分割コアにおいて発生する位相バラツキのあるコギングトルクをベクトル和としてキャンセルさせる複数のコギング補償機を設けると共に、隣り合うコギング補償機の間隔が、上記回転子の回転軸に対する相対角度で
（９０／Ｐ）度＋（３６０ｍ／Ｐ）度
但し、Ｐは回転子の極数、ｍはＰ未満の整数
をなすように配置したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
多極に着磁された円筒状の永久磁石を有する回転子と、上記永久磁石と空隙を介して配設され、周方向に複数に分割された分割コアにより構成された固定子とを備えた永久磁石式回転電機において、
上記永久磁石の軸方向側端面に近接させ、
各々独立に上記軸方向に可動可能、かつ各々独立に周方向に可動可能で、上記分割コアにおいて発生する位相バラツキのあるコギングトルクをベクトル和としてキャンセルさせるコギング補償機を設け、
上記コギング補償機をｎ個備える時、上記ｎ個のコギング補償機は、周方向可動範囲が
（３６０／ｎＰ）度
但し、Ｐは回転子の極数、ｎは１以上の整数
であり、隣り合うコギング補償機の可動中心の間隔が、回転子の回転軸に対する相対角度で
（３６０／ｎＰ）＋（３６０ｍ／Ｐ）
但し、ｍはＰ未満の整数
をなすように配置したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
回転子が軸方向両端でそれぞれ軸受けにより支持されており、上記軸受けの一方が負荷側、他方が反負荷側であるときに、上記反負荷側にコギング補償機を取り付けたことを特徴とする請求項１または２に記載の永久磁石式回転電機。
多極に着磁された円筒状の永久磁石を有する回転子と、
上記永久磁石と空隙を介して配設され、周方向に複数に分割された分割コアにより構成された固定子とを備え、
各分割コアに施された巻き線に位相の異なる電流を流す永久磁石式回転電機において、
上記複数の分割コアのうち、位相の異なる電流が流される複数の分割コア内に、
上記分割コアにおいて発生する位相バラツキのあるコギングトルクをベクトル和としてキャンセルさせる複数のコギング補償機を径方向に挿入し、各コギング補償機が上記永久磁石に近接配置するように構成すると共に、上記各コギング補償機は各々独立に径方向に可動可能となるようにしたことを特徴とする永久磁石式回転電機。
多極に着磁された円筒状の永久磁石を有する回転子と、上記永久磁石と空隙を介して配設され、周方向に複数に分割された分割コアにより構成された固定子とを備えた永久磁石式回転電機を製造するステップと、上記回転電機が発生するコギングを測定するステップと、測定したコギングを周波数成分毎に分離し、極周期成分の位相および振幅情報を取り出すステップと、上記回転電機に請求項１〜４のいずれかに記載のコギング補償機を設置し、上記位相および振幅情報と予め測定された上記コギング補償機によるコギングの情報とに基き、上記極周期成分の位相および振幅を有するコギングを相殺するように上記コギング補償機の位置を調整するステップとを備えたことを特徴とする永久磁石式回転電機の製造方法。