JP5966409B2 - Rotating motor - Google Patents

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Description

本発明は、回転電動機の通電時におけるトルク脈動を抑制する為の構造に関する。   The present invention relates to a structure for suppressing torque pulsation during energization of a rotary motor.

回転電動機の振動や騒音の原因となるトルク脈動を抑制するために、ロータを軸方向に分割し、各ロータに回転軸回りに位相差を持たせて磁石を配置するスキュー構造が知られている。例えば特許文献1では、多段スキュー構造において段数と位相のずらし角を適切に設定することにより、非通電時のトルク脈動であるコギングトルクを打ち消すことが記載されている。   In order to suppress torque pulsation that causes vibration and noise of the rotating motor, a skew structure is known in which the rotor is divided in the axial direction and the magnets are arranged with a phase difference around the rotation axis of each rotor. . For example, Patent Document 1 describes canceling cogging torque, which is torque pulsation during non-energization, by appropriately setting the number of stages and the phase shift angle in a multistage skew structure.

特開2004−248422号公報JP 2004-248422 A

しかしながら、特許文献1のスキュー構造ではロータの磁石位置に位相差があるため、非通電時のトルク脈動であるコギングトルクは打ち消すことができるが、通電時の電流には位相差がないので、通電時にはスキュー間で磁石位置の位相差に応じた電流位相差が生じる。そのため、通電時に発生するトルク脈動であるトルクリップルは、各段で大きさが異なることとなる。したがって、特許文献1のスキュー構造ではトルクリップルを十分に打ち消すことができず、これらの加振力により発生する振動や騒音を十分に抑制することはできない。   However, in the skew structure of Patent Document 1, since there is a phase difference in the magnet position of the rotor, the cogging torque, which is a torque pulsation during non-energization, can be canceled, but there is no phase difference in the current during energization. Sometimes there is a current phase difference corresponding to the phase difference of the magnet position between the skews. Therefore, the magnitude of torque ripple, which is torque pulsation that occurs during energization, differs at each stage. Therefore, the skew structure of Patent Document 1 cannot sufficiently cancel the torque ripple, and vibrations and noises generated by these excitation forces cannot be sufficiently suppressed.

そこで、本発明では、通電時に発生するトルクリップルを低減し得る回転電動機を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a rotary motor that can reduce torque ripple that occurs during energization.

本発明の回転電動機は、永久磁石が装着された同一構成の複数のロータと、コイルが装着された複数のステータとで構成される回転電動機である。複数のロータ同一回転軸上で同一回転方向に同期回転するよう隣接して配置され、又は、複数のロータを回転軸が平行かつ同一回転方向に同期回転するよう隣接して配置され、永久磁石、隣接するロータ間で回転方向に位相差をもつように各ロータに装着されている。つまり、スキュー構造とするか、又は、スキュー構造の各段を分離させて、回転軸が平行かつ同一回転方向に同期回転するよう配置することにより、ロータに回転方向の位相差設けられている。そして、各ロータに対応する位置に配置されたステータの各スロット又は各ティースに、隣接するステータ間で回転方向に電流位相差をもつように複数の相のコイルを装着されている複数の相のコイルは、基本となる基本相及び基本相とは異なる相の付加相であり、基本相と付加相の組み合わせは各スロットまたは各ティースで異なる。各スロットまたは各ティースの付加相は、位相の進み方向及び位相の遅れ方向のそれぞれで、基本相に対して、極性が反対の相も含めて最も位相差の小さい相である。 The rotary electric motor according to the present invention is a rotary electric motor including a plurality of rotors having the same configuration with permanent magnets and a plurality of stators with coils. A plurality of rotors are arranged adjacent to each other so as to rotate synchronously in the same rotation direction on the same rotation axis, or a plurality of rotors are arranged adjacent to each other so that rotation axes are parallel and synchronously rotate in the same rotation direction. is to have a phase difference in the rotational direction between adjacent rotor is mounted on each rotor. In other words, the rotor is provided with a phase difference in the rotational direction by adopting a skew structure or by separating each stage of the skew structure so that the rotation axes are parallel and synchronously rotate in the same rotational direction . . To each slot or each of the teeth of the stator which is disposed at a position corresponding to each rotor is mounted coils in multiple phases to have a current phase difference in the rotational direction between adjacent stator. The coils of a plurality of phases are a basic basic phase and an additional phase different from the basic phase, and the combination of the basic phase and the additional phase is different in each slot or each tooth. The additional phase of each slot or each tooth is the phase having the smallest phase difference including the phase opposite to the basic phase in each of the phase advance direction and the phase delay direction.

本発明によれば、ロータの回転方向の位相をずらし、かつ、ステータの各スロット又は各ティースに、隣接するステータ間で電流位相差をもつように複数の相のコイルを装着することでステータのコイルの流れる電流の位相もずらすこととなる。これにより、通電時のトルクリップルを低減することができる。   According to the present invention, the phase of the rotor in the rotational direction is shifted, and a plurality of phase coils are attached to each slot or each tooth of the stator so as to have a current phase difference between adjacent stators. The phase of the current flowing through the coil is also shifted. Thereby, the torque ripple at the time of electricity supply can be reduced.

図1は本発明の第1実施形態を適用するシステムの概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a system to which the first embodiment of the present invention is applied. 図2(A)はモータ1の側面図、図2(B)は図2(A)のIIA−IIA線に沿った断面図、図2(C)は同じくIIB−IIB線に沿った断面図である。2A is a side view of the motor 1, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line IIA-IIA in FIG. 2A, and FIG. 2C is a cross-sectional view taken along the line IIB-IIB. It is. 図3(A)はステータの一部の側面図、図3(B)は図3(A)をロータの回転軸側から見た図、図3(C)は図3(A)のIIIA−IIIA線に沿った断面図、図3(D)は同じくIIIB−IIIB線に沿った断面図である。3A is a side view of a part of the stator, FIG. 3B is a view of FIG. 3A viewed from the rotating shaft side of the rotor, and FIG. 3C is IIIA- of FIG. 3A. FIG. 3D is a sectional view taken along the line IIIB-IIIB, and FIG. 3D is a sectional view taken along the line IIIB-IIIB. 図4は電流の合成について説明する為の図である。FIG. 4 is a diagram for explaining current synthesis. 図5は電流を合成した結果を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the result of combining the currents. 図6は電流合成後の各段のトルクリップルの大きさ及び位相を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the magnitude and phase of torque ripple at each stage after current synthesis. 図7は電流合成後の各段の円環0次加振力の大きさ及び位相を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the magnitude and phase of the circular zero-order excitation force at each stage after current synthesis. 図8は第2実施形態を適用するシステムの構成図である。FIG. 8 is a configuration diagram of a system to which the second embodiment is applied. 図9(A)はモータユニットの正面図、図9(B)は同じく側面図である。FIG. 9A is a front view of the motor unit, and FIG. 9B is a side view of the same. 図10(A)は+スキュー側のコイルの一例を、図10(B)は−スキュー側のコイルの一例を示す図である。FIG. 10A illustrates an example of a + skew side coil, and FIG. 10B illustrates an example of a − skew side coil. 図11は電流を合成した結果を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing the result of combining the currents. 図12は第3実施形態を適用するシステムの構成図である。FIG. 12 is a configuration diagram of a system to which the third embodiment is applied. 図13(A)はモータユニットの正面図、図13(B)は同じく側面図である。FIG. 13A is a front view of the motor unit, and FIG. 13B is a side view of the same. 図14(A)は+スキュー側のコイルの一例を、図14(B)は−スキュー側のコイルの一例を示す図である。FIG. 14A illustrates an example of a + skew side coil, and FIG. 14B illustrates an example of a − skew side coil. 図15は電流を合成した結果を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing the result of combining the currents.

以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態を適用するシステムの概略構成図である。本システムでは、バッテリ2の直流電流を、インバータ3によりU、V、Wの3相交流に変換し、その電流で交流同期モータ(以下、単に「モータ」と称する)1を駆動する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a system to which the first embodiment of the present invention is applied. In this system, a direct current of the battery 2 is converted into a three-phase alternating current of U, V, and W by an inverter 3, and an alternating current synchronous motor (hereinafter simply referred to as “motor”) 1 is driven by the current.

図2はモータ1の構成を示す図であり、図2(A)はモータ1の側面図、図2(B)は図2(A)のIIA−IIA線に沿った断面図、図2(C)は同じくIIB−IIB線に沿った断面図である。なお、磁石12Aと磁石13A、及び磁石12Bと磁石13Bは、図2(B)、図2(C)に示すように、それぞれロータ11A、11Bの外周を一周するように、交互に配置されているが、図2(A)では、その一部のみを示している。   2A and 2B are diagrams showing the configuration of the motor 1. FIG. 2A is a side view of the motor 1, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line IIA-IIA in FIG. C) is a sectional view taken along the line IIB-IIB. The magnets 12A and 13A, and the magnets 12B and 13B are alternately arranged so as to make one round of the outer circumferences of the rotors 11A and 11B, respectively, as shown in FIG. 2 (B) and FIG. 2 (C). However, FIG. 2A shows only a part thereof.

モータ1は、16極24スロットの集中巻モータである。モータ1のロータ11は軸方向に2分割されており、図中左側のロータ11Aの外周には磁石12A、13Aが、図中右側のロータ11Bの外周には磁石12B、13Bがそれぞれ交互に配置されている。磁石12Aと磁石12B、そして磁石13Aと磁石13Bは、それぞれロータ11の回転軸回りに位相差を持つよう配置されている。すなわち、ロータ11は、同様の構造のロータ11Aとロータ11Bが回転軸周りに位相差を持つよう結合された、分割スキューとなっている。   The motor 1 is a concentrated winding motor having 16 poles and 24 slots. The rotor 11 of the motor 1 is divided into two in the axial direction. Magnets 12A and 13A are alternately arranged on the outer periphery of the left rotor 11A in the drawing, and magnets 12B and 13B are alternately arranged on the outer periphery of the right rotor 11B in the drawing. Has been. The magnets 12A and 12B and the magnets 13A and 13B are arranged so as to have a phase difference around the rotation axis of the rotor 11, respectively. That is, the rotor 11 has a divided skew in which the rotor 11A and the rotor 11B having the same structure are coupled so as to have a phase difference around the rotation axis.

また、ステータ10も回転軸方向に2分割されており、ロータ11Aに対応するステータ10Aのティース部15Aにはコイル14A、14Bが、ロータ11Bに対応するステータ10Bのティース部15Bにはコイル14A、14Cが巻かれている。コイル14A−14Cについては後述する。   The stator 10 is also divided into two in the rotational axis direction. The coils 14A and 14B are provided in the teeth portion 15A of the stator 10A corresponding to the rotor 11A, and the coils 14A and 14B are provided in the teeth portion 15B of the stator 10B corresponding to the rotor 11B. 14C is wound. The coils 14A-14C will be described later.

ここで、ロータ11Aとロータ11Bの位相差について説明する。   Here, the phase difference between the rotor 11A and the rotor 11B will be described.

モータ1では、極数とスロット数の最小公倍数となる回転次数、本実施形態では48次でトルク脈動であるトルクリップルや、ステータ10の半径方向に全ティース15で同位相の力が作用する円環0次加振力が発生する。そこで、分割スキューにおいて、トルクリップルや円環0次加振力が発生する回転次数でこれらが互いに打ち消し合うように各段の位相差を設定すれば、トルクリップルや円環0次加振力を低減することができる。ただし、駆動電流にもスキューと同様の位相差があることが前提となる。電流の位相差を設ける方法については後述する。   In the motor 1, the rotational order that is the least common multiple of the number of poles and the number of slots, in this embodiment, the 48th-order torque ripple that is a torque pulsation, and the circle in which the force in the same phase acts on all teeth 15 in the radial direction of the stator 10. Ring 0th order vibration force is generated. Therefore, if the phase difference of each stage is set so that they cancel each other out at the rotation order at which torque ripple and annular zero-order excitation force are generated in divided skew, torque ripple and annular zero-order excitation force can be reduced. Can be reduced. However, it is assumed that the drive current also has a phase difference similar to the skew. A method of providing the current phase difference will be described later.

ここでは、分割スキューが2段なので、48次の周波数で位相差が180度となればよい。したがって、磁石12Aと磁石12B、及び磁石13Aと磁石13Bの位相差、つまりロータ11Aとロータ11Bの位相差は、360/48/2=3.75度となる。これは、駆動電流の周期に換算した電気角でいうと30度となる。以下、位相の進み側を+スキュー側、遅れ側を−スキュー側と称する。   Here, since the division skew is two stages, the phase difference may be 180 degrees at the 48th-order frequency. Therefore, the phase difference between the magnets 12A and 12B and between the magnets 13A and 13B, that is, the phase difference between the rotor 11A and the rotor 11B is 360/48/2 = 3.75 degrees. This is 30 degrees in terms of electrical angle converted to the period of the drive current. Hereinafter, the phase advance side is referred to as + skew side, and the delay side is referred to as −skew side.

図3は、ステータ10の構造を示す図であり、図3(A)はステータ10の一部(U相)の側面図、図3(B)は図3(A)をロータ11の回転軸側から見た図、図3(C)は図3(A)のIIIA−IIIA線に沿った断面図、図3(D)は同じくIIIB−IIIB線に沿った断面図である。   3A and 3B are diagrams illustrating the structure of the stator 10, FIG. 3A is a side view of a part (U phase) of the stator 10, and FIG. 3B is a rotation shaft of the rotor 11. FIG. 3C is a sectional view taken along line IIIA-IIIA in FIG. 3A, and FIG. 3D is a sectional view taken along line IIIB-IIIB.

ステータ10は、T字型の薄板がロータ11の回転軸方向に複数枚積層した構成となっている。回転軸方向略中央部の所定範囲にはティース部がなく、これにより+スキュー側と−スキュー側に2分割されている。+スキュー側のステータ10Aのティース部15Aには、付加相としての−V相のコイル14Bが巻かれ、−スキュー側のステータ10Bのティース部15Bには、付加相としての−W相のコイル14Cが巻かれている。そして、コイル14B、14Cの外周側に基本相としての+U相のコイルが巻かれている。   The stator 10 has a configuration in which a plurality of T-shaped thin plates are stacked in the direction of the rotation axis of the rotor 11. There is no tooth portion in a predetermined range substantially in the center in the direction of the rotation axis, and the tooth portion is divided into two on the + skew side and the −skew side. The -V phase coil 14B as an additional phase is wound around the tooth portion 15A of the skew side stator 10A, and the -W phase coil 14C as an additional phase is wound around the tooth portion 15B of the skew side stator 10B. Is wound. A + U phase coil as a basic phase is wound around the outer periphery of the coils 14B and 14C.

なお、−V相、−W相のように−符号をつけた相は、+符号がついた相に対して極性が逆、つまり電流の流れる向きが逆であることを示している。   It should be noted that a phase with a-sign such as a -V phase or -W phase indicates that the polarity is opposite to the phase with a + sign, that is, the direction of current flow is opposite.

このように基本相だけでなく付加相のコイルも巻く場合の付加相の選び方、及び付加相も巻いた場合の作用を、図4を参照して説明する。図4は縦軸を電流値、横軸を電気角として、基本相である+U相と、付加相である+V相、+W相、−U相、−V相、−W相と、+U相と−V相を合成したものの電流振幅を示したものである。   The method of selecting the additional phase when winding not only the basic phase but also the additional phase coil and the operation when the additional phase is also wound will be described with reference to FIG. In FIG. 4, the vertical axis represents the current value, the horizontal axis represents the electrical angle, the + U phase as the basic phase, the + V phase, the + W phase, the −U phase, the −V phase, the −W phase, and the + U phase as the additional phases. It shows the current amplitude of the synthesized -V phase.

1つのティース15に2つの異なる相のコイルが巻かれた場合、それらの相の電流の和が、そのティース15に流れていることと等価になる。そして、基本相と付加相の電流を合成することにより、電流振幅の位相が進み側または遅れ側にずれる。合成することによるズレは、基本相に対する付加相の電流比率CRにより定まる。つまり、電流比率CRが大きいほどズレも大きくなる。   When a coil of two different phases is wound around one tooth 15, the sum of the currents of those phases is equivalent to flowing through the tooth 15. Then, by combining the currents of the basic phase and the additional phase, the phase of the current amplitude is shifted to the advance side or the delay side. The deviation due to the synthesis is determined by the current ratio CR of the additional phase with respect to the basic phase. That is, the larger the current ratio CR, the greater the deviation.

上記のように+U相を基本相とした場合、付加相にできるのは+V相、+W相、−U相、−V相、−W相のいずれかである。基本相と付加相の位相差を小さくするほど、合成された電流振幅を大きくできるので、+U相の位相を進めようとする場合には、+U相に対する位相差が進み方向で60度と最も小さい−V相と組み合わせると電流振幅が最も大きくなる。逆に位相を遅らせる場合には、位相差が遅れ方向で60度の−W相との組み合わせると電流振幅が最も大きくなる。したがって、本実施形態では、基本相+U相に対する付加相として、+スキュー側には−V相のコイルを、−スキュー側には−W相のコイルを巻く。   As described above, when the + U phase is the basic phase, any of the + V phase, + W phase, -U phase, -V phase, and -W phase can be added. As the phase difference between the basic phase and the additional phase is reduced, the synthesized current amplitude can be increased. Therefore, when the phase of the + U phase is to be advanced, the phase difference with respect to the + U phase is as small as 60 degrees in the advance direction. When combined with the -V phase, the current amplitude is maximized. Conversely, when the phase is delayed, the current amplitude becomes the largest when combined with the -W phase of 60 degrees in the delay direction in the phase difference. Therefore, in the present embodiment, as an additional phase to the basic phase + U phase, a −V phase coil is wound on the + skew side, and a −W phase coil is wound on the −skew side.

付加相の電流比率CRは式(1)により求めることができる。   The current ratio CR of the additional phase can be obtained by Expression (1).

ただし、θ0:基本相に対する付加相の位相差
θ1:基本相に対する合成電流の位相差
本実施形態では、上述したように+スキュー側と−スキュー側で電気角30度の位相差を設ける必要があるので、+スキュー側と−スキュー側にそれぞれ15度ずつ位相をずらす。そこで、θ0=60度、θ1=15度とすれば電流比率CRは約27%となる。
Where θ0: phase difference of the additional phase relative to the basic phase
θ1: Phase difference of the combined current with respect to the basic phase In this embodiment, as described above, it is necessary to provide a phase difference of an electrical angle of 30 degrees on the + skew side and the −skew side. Shift the phase by 15 degrees. Therefore, if θ0 = 60 degrees and θ1 = 15 degrees, the current ratio CR is about 27%.

電流比率CRはコイルの巻き数で調整可能である。つまり、+スキュー側では+U相の巻き数を全体の73%、−V相の巻き数を全体の27%とし、−スキュー側では+U相の巻き数を全体の73%、−W相の巻き数を全体の27%とすれば、電流比率27%となる。   The current ratio CR can be adjusted by the number of turns of the coil. That is, on the + skew side, the number of turns of the + U phase is 73% of the whole, and the number of turns of the −V phase is 27% of the whole. On the −skew side, the number of turns of the + U phase is 73% of the whole, If the number is 27% of the total, the current ratio is 27%.

図5は、電流比率27%で、+U相に−V相、−W相を付加した場合の合成電流を示す図である。上述したように、+スキュー側と−スキュー側の位相がそれぞれ15度ずつずれて、電気角で30度の位相差となっている。つまり、+スキュー側と−スキュー側のロータ位相差と電流位相差が一致している。   FIG. 5 is a diagram illustrating a combined current when a current ratio is 27% and a −V phase and a −W phase are added to the + U phase. As described above, the phases of the + skew side and the − skew side are shifted by 15 degrees, and the phase difference is 30 degrees in electrical angle. That is, the rotor phase difference and the current phase difference on the + skew side and the −skew side match.

図6は、図5のように電流を合成した場合の、各段のトルクリップルの大きさ及び位相を示す図である。図7は同様に各段の円環0次加振力について示す図である。   FIG. 6 is a diagram showing the magnitude and phase of torque ripple at each stage when currents are combined as shown in FIG. FIG. 7 is a diagram similarly showing the circular zero-order excitation force at each stage.

上述したように+スキュー側と−スキュー側の位相差を電気角で30度とすることで、回転48次で発生するトルクリップル及び円環0次加振力は、図6、図7に示すように+スキュー側と−スキュー側で大きさが同じで、位相差が180度となる。つまり、トルクリップル及び円環0次加振力は、いずれもスキューの位相差により打ち消される。   As described above, when the phase difference between the + skew side and the −skew side is set to 30 degrees in electrical angle, the torque ripple generated in the 48th order of rotation and the circular 0th-order excitation force are shown in FIGS. 6 and 7. Thus, the + skew side and the -skew side have the same size, and the phase difference is 180 degrees. That is, both the torque ripple and the annular zero-order excitation force are canceled by the skew phase difference.

+V相、+W相を基本相とする場合も、上記と同様の思想に基づいて付加相を設ける。基本相が+V相の場合には、+スキュー側の付加相は−W相、−スキュー側の付加相は−U相とする。基本相が+W相の場合には、+スキュー側の付加相は−U相、−スキュー側の付加相は−V相となる。   Even when the + V phase and the + W phase are used as basic phases, an additional phase is provided based on the same idea as described above. When the basic phase is the + V phase, the additional phase on the + skew side is the −W phase, and the additional phase on the −skew side is the −U phase. When the basic phase is the + W phase, the additional phase on the + skew side is the -U phase, and the additional phase on the -skew side is the -V phase.

以上説明したように、ステータ10を分割スキュー構造のロータ11の各段に対応するような分割構造とし、各段のティース15A、15Bに付加相のコイルを巻くことによって、各段の通電時の電流に位相差を設ける。これにより、トルクリップル及び円環0次加振力をそれぞれ打ち消し、モータ1の通電時における騒音や振動を大幅に抑制することができる。   As described above, the stator 10 has a divided structure corresponding to each stage of the rotor 11 having the divided skew structure, and an additional phase coil is wound around each stage of the teeth 15A and 15B, thereby energizing each stage. A phase difference is provided in the current. As a result, the torque ripple and the circular zero-order excitation force can be canceled out, and noise and vibration when the motor 1 is energized can be significantly suppressed.

上述した本実施形態についてまとめると次のようになる。
(1)複数のロータ11A、11Bを、同一回転軸上で同一回転方向に同期回転するよう隣接して配置し、永久磁石12、13を隣接するロータ間で回転方向に位相差をもつように各ロータに装着する。そして、各ロータ11A、11Bに対応する位置に配置されたステータ10の各ティース15に、隣接するステータ間で回転方向に電流位相差をもつように複数の相のコイルを装着する。これにより、ロータ11A、11Bの位相をずらすだけでなく、ステータ10のコイル14に流れる電流の位相もずらすことになり、通電時のトルクリップル及び円環0次加振力を低減することができる。
(2)複数の相のコイルは、基本相及び付加相であり、基本相と付加相の組み合わせは各ティース15で異なる。このように複数相の電流を組み合わせ、かつ、それらの組み合わせを変えることによって電流位相差を作ることで、1つのインバータ3でも電流位相差を設けることができる。
(3)ステータ10の電流位相差とロータ11の位相差を一致させることにより、通電時にもスキューの各段で磁石位置に対する相対的な電流位相が等しくなり、加振力も等しくなる。これにより、段スキューの位相差によるトルクリップル、円環0次加振力を打ち消すことができ、加振力低減効果が得られる。
(4)ステータ10の電流位相差を、基本相の巻き数と付加相の巻き数の割合で調整するので、簡便に電流位相を変えることができる。
(5)付加相は、位相の進み方向及び位相の遅れ方向のそれぞれで、基本相に対して、極性が反対の相も含めて最も位相差の小さい相とする。このような組み合わせにすることで、合成電流の振幅をより大きくすることができ、結果として電動機の出力トルクをより大きくすることができる。
(第2実施形態)
図8は、第2実施形態を適用するシステムの構成図である。バッテリ2の直流電流をインバータ3でU相、V相、及びW相の3相交流に変換する点は第1実施形態と同様であるが、その電流で駆動されるのが、第1実施形態のモータ1よりも小型な、2つのモータ1A、1Bである点が異なる。つまり、2つのモータ1A、1Bは3相交流電流で駆動される交流同期モータであるが、1つのインバータ3で駆動される。
The above-described embodiment can be summarized as follows.
(1) A plurality of rotors 11A and 11B are arranged adjacent to each other so as to rotate synchronously in the same rotational direction on the same rotational axis, and the permanent magnets 12 and 13 have a phase difference in the rotational direction between the adjacent rotors. Attach to each rotor. Then, coils of a plurality of phases are attached to the teeth 15 of the stator 10 arranged at positions corresponding to the rotors 11A and 11B so as to have a current phase difference in the rotation direction between the adjacent stators. As a result, not only the phases of the rotors 11A and 11B are shifted, but also the phase of the current flowing through the coil 14 of the stator 10 is shifted, and torque ripple and annular zero-order excitation force during energization can be reduced. .
(2) The coils of a plurality of phases are a basic phase and an additional phase, and the combination of the basic phase and the additional phase is different for each tooth 15. Thus, the current phase difference can be provided even in one inverter 3 by combining the currents of a plurality of phases and creating the current phase difference by changing the combination.
(3) By matching the current phase difference of the stator 10 and the phase difference of the rotor 11, the current phase relative to the magnet position is equal at each stage of the skew even during energization, and the excitation force is also equal. Thereby, the torque ripple due to the phase difference of the stage skew and the circular zero-order excitation force can be canceled out, and the excitation force reduction effect can be obtained.
(4) Since the current phase difference of the stator 10 is adjusted by the ratio of the number of turns of the basic phase and the number of turns of the additional phase, the current phase can be easily changed.
(5) The additional phase is the phase with the smallest phase difference including the phase opposite in polarity to the basic phase in each of the phase advance direction and the phase delay direction. With such a combination, the amplitude of the combined current can be increased, and as a result, the output torque of the electric motor can be further increased.
(Second Embodiment)
FIG. 8 is a configuration diagram of a system to which the second embodiment is applied. The DC current of the battery 2 is converted by the inverter 3 into U-phase, V-phase, and W-phase three-phase AC as in the first embodiment, but the first embodiment is driven by that current. The difference is that the two motors 1A and 1B are smaller than the first motor 1. That is, the two motors 1A and 1B are AC synchronous motors driven by a three-phase AC current, but are driven by one inverter 3.

図9(A)は本実施形態のモータユニットの正面図、図9(B)は同じく側面図である。モータ1Aはロータシャフト23に減速ギア20Aを備え、モータ1Bも同様に減速ギア20Bを備える。減速ギア20A、20Bはいずれも、出力軸22に設けられた減速ギア21と噛み合っている。つまり、モータ1Aとモータ1Bは、出力軸22を駆動する一体のモータユニットである。   FIG. 9A is a front view of the motor unit of this embodiment, and FIG. 9B is a side view of the same. The motor 1A includes a reduction gear 20A on the rotor shaft 23, and the motor 1B similarly includes a reduction gear 20B. Both the reduction gears 20 </ b> A and 20 </ b> B mesh with a reduction gear 21 provided on the output shaft 22. That is, the motor 1 </ b> A and the motor 1 </ b> B are integral motor units that drive the output shaft 22.

モータ1A、1Bは、いずれも6極36スロットの分布巻モータであり、同一形状のステータ、ロータで構成されている。   Each of the motors 1A and 1B is a distributed winding motor having 6 poles and 36 slots, and is composed of a stator and a rotor having the same shape.

これらのモータ1A、1Bは、極数とスロット数の最小公倍数である回転次数、つまり回転36次でトルクリップルを発生する。したがって、モータ1A、1Bから出力軸22へのトルク入力が同位相であれば、出力軸22において回転36次でトルクリップルが発生する。   These motors 1A and 1B generate torque ripples at the rotation order that is the least common multiple of the number of poles and the number of slots, that is, at the 36th rotation. Therefore, if the torque input from the motors 1A and 1B to the output shaft 22 is in the same phase, a torque ripple occurs at the output shaft 22 in the 36th rotation.

本実施形態は、いわゆる段スキューではないが、出力軸22に対してトルクの入力系統が2つある点では同様に扱うことができるので、以下の説明では第1実施形態と同様に「スキュー」という表現を用いる。後述する第3実施形態も同様である。   Although this embodiment is not a so-called step skew, it can be handled in the same manner in that there are two torque input systems with respect to the output shaft 22, and therefore, in the following description, "skew" is the same as in the first embodiment. The expression is used. The same applies to a third embodiment described later.

2段の段スキューであれば、回転36次で発生するトルクリップルを打ち消すためには、5度(電気角に換算すると15度)の位相差を設ければよい。   In the case of a two-stage skew, a phase difference of 5 degrees (15 degrees in terms of electrical angle) may be provided in order to cancel the torque ripple generated at the 36th rotation.

そこで、まず、モータ1Aとモータ1Bから減速ギア21を介して出力軸22に伝達されるトルクが、電気角で15度の位相差を持つようにモータ1A、1Bの減速ギア21に対する位置決めをする。ここでは進み側の位相を+スキュー側、遅れ側の位相を−スキュー側とし、モータ1Aを+スキュー側、モータ1Bを−スキュー側とする。そして、電流にも位相差を設けるため、基本相と付加相を有するコイル14を巻く。   Therefore, first, the motors 1A and 1B are positioned with respect to the reduction gear 21 so that the torque transmitted from the motors 1A and 1B to the output shaft 22 via the reduction gear 21 has a phase difference of 15 degrees in electrical angle. . Here, the phase on the advance side is the + skew side, the phase on the lag side is the-skew side, the motor 1A is the + skew side, and the motor 1B is the-skew side. A coil 14 having a basic phase and an additional phase is wound to provide a phase difference in the current.

図10(A)、図10(B)は、それぞれ+スキュー側、−スキュー側のコイル14の一例を示す図である。ここでは、基本相の+U相、−W相、+V相、−U相、+W相、−V相それぞれに、付加相として+スキュー側のモータ1Aでは−W相、+U相、−W相、+V相、−U相、+W相が、−スキュー側のモータ1Bでは−W相、+V相、−U相、+W相、−V相、+U相が一緒に巻かれている。なお、図10中でカッコ付きで表示してあるのが付加相であり、カッコ無しで表示してあるのが基本相である。   FIG. 10A and FIG. 10B are diagrams illustrating examples of the + skew side coil 14 and the − skew side coil 14, respectively. Here, each of the basic phase + U phase, −W phase, + V phase, −U phase, + W phase, −V phase is added to the + skew motor 1A as an additional phase, −W phase, + U phase, −W phase, In the motor 1B on the -skew side, the -W phase, the + V phase, the -U phase, the + W phase, the -V phase, and the + U phase are wound together. In FIG. 10, the additional phase is displayed with parentheses, and the basic phase is displayed without parentheses.

基本相と付加相のターン数については第1実施形態と同様に式(1)から求まる付加相の電流比率CRに基づいて決定する。本実施形態では全体の約14%が付加相になる。本実施形態では、ティース15の外周側に基本相を、内周側に付加相を巻く。   The number of turns of the basic phase and the additional phase is determined based on the current ratio CR of the additional phase obtained from the equation (1) as in the first embodiment. In this embodiment, about 14% of the total is an additional phase. In the present embodiment, the basic phase is wound on the outer peripheral side of the tooth 15 and the additional phase is wound on the inner peripheral side.

上記のように付加相を設けることで、図11に示すようにモータ1A、1Bの電流は電気角15度の位相差をもち、ロータ位相差と電流位相差が一致する。その結果、出力軸22において、トルクリップルは2つのモータ1A、1Bによって打ち消される。   By providing the additional phase as described above, the currents of the motors 1A and 1B have a phase difference of 15 electrical angles as shown in FIG. 11, and the rotor phase difference matches the current phase difference. As a result, torque ripple is canceled by the two motors 1A and 1B in the output shaft 22.

なお、上述したようなモータ1A、1Bの配置及びコイル14の構成では、出力軸22に作用する各モータの円環0次加振力を打ち消すことはできない。ただし、複数の小型モータを使用する場合には、ステータ10は、半径が小さい分だけ剛性が高まる。これにより、2つのモータ1A、1Bの円環0次加振力によって励起される円環0次共振の周波数は、第1実施形態のように1つのモータを使う場合の円環0次加振力の周波数に比べて高くなる。常用回転域より高い周波数になれば、2つのモータ1A、1Bで打ち消すことができなくても、特に問題にはならない。   In addition, with the arrangement of the motors 1 </ b> A and 1 </ b> B and the configuration of the coil 14 as described above, it is not possible to cancel the circular zero-order excitation force of each motor acting on the output shaft 22. However, when a plurality of small motors are used, the rigidity of the stator 10 increases as the radius decreases. As a result, the frequency of the circular zero-order resonance excited by the circular zero-order excitation force of the two motors 1A and 1B is equal to the circular zero-order excitation when one motor is used as in the first embodiment. Higher than the force frequency. If the frequency becomes higher than the normal rotation range, there is no particular problem even if the two motors 1A, 1B cannot cancel out.

上述した本実施形態についてまとめると、次のようになる。   It is as follows when this embodiment mentioned above is put together.

複数のロータ11A、11Bを、回転軸が平行かつ同一回転方向に同期回転するよう隣接して配置し、永久磁石12、13を、隣接するロータ間で回転方向に位相差をもつように各ロータに装着する。そして、各ロータ11A、11Bに対応する位置に配置されたステータ10の各ティース15に、隣接するステータ間で回転方向に電流位相差をもつように複数の相のコイルを装着する。これにより、ロータ11の位相をずらすだけでなく、ステータ10のコイル14に流れる電流の位相もずらすことになり、通電時のトルクリップルを低減することができる。   The plurality of rotors 11A and 11B are arranged adjacent to each other so that the rotation axes are parallel and synchronously rotate in the same rotation direction, and the permanent magnets 12 and 13 are arranged so that each rotor has a phase difference in the rotation direction. Attach to. Then, coils of a plurality of phases are attached to the teeth 15 of the stator 10 arranged at positions corresponding to the rotors 11A and 11B so as to have a current phase difference in the rotation direction between the adjacent stators. Thereby, not only the phase of the rotor 11 is shifted, but also the phase of the current flowing in the coil 14 of the stator 10 is shifted, and torque ripple at the time of energization can be reduced.

この他に、第1実施形態の(2)−(5)と同様の効果が得られる。
(第3実施形態)
図12は、第3実施形態を適用するシステムの構成図である。第2実施形態とはモータ1A、1Bが5相交流電流で駆動される交流同期モータである点で相違するが、その他については同様である。つまり、バッテリ2の直流電流をインバータ3でU相、V相、W相、R相、S相の5相交流に変換し、その電流で2つのモータ1A、1Bを駆動する。
In addition, the same effects as (2)-(5) of the first embodiment can be obtained.
(Third embodiment)
FIG. 12 is a configuration diagram of a system to which the third embodiment is applied. The second embodiment is different from the second embodiment in that the motors 1A and 1B are AC synchronous motors driven by a five-phase AC current, but the other points are the same. That is, the direct current of the battery 2 is converted into a 5-phase alternating current of U phase, V phase, W phase, R phase, and S phase by the inverter 3, and the two motors 1A and 1B are driven by the current.

図13(A)は本実施形態のモータユニットの正面図、図13(B)は同じく側面図である。モータ1A、1Bは6極15スロットの分布巻モータであり、同一形状のステータ10、ロータ11で構成される。   FIG. 13A is a front view of the motor unit of this embodiment, and FIG. 13B is a side view of the same. The motors 1A and 1B are 6-pole 15-slot distributed winding motors, and are composed of a stator 10 and a rotor 11 having the same shape.

これらのモータ1A、1Bは、極数とスロット数の最小公倍数である回転次数、つまり回転30次でトルクリップルを発生する。したがって、モータ1A、1Bから出力軸22へのトルク入力が同位相であれば、出力軸22において回転30次でトルクリップルが発生する。   These motors 1A and 1B generate torque ripples at the rotation order that is the least common multiple of the number of poles and the number of slots, that is, at the 30th rotation. Therefore, if the torque input from the motors 1A, 1B to the output shaft 22 is in the same phase, a torque ripple is generated in the output shaft 22 in the 30th rotation.

2段の段スキューであれば、回転30次で発生するトルクリップルを打ち消すためには、6度(電気角に換算すると18度)の位相差を設ければよい。本実施形態は段スキューではないが、出力軸22に対してトルクの入力系統が2つあるという点では同様に考えることができる。   In the case of a two-stage skew, a phase difference of 6 degrees (18 degrees in terms of electrical angle) may be provided in order to cancel the torque ripple generated in the 30th rotation. Although this embodiment is not a step skew, it can be similarly considered in that there are two torque input systems for the output shaft 22.

そこで、まず、モータ1Aとモータ1Bから減速ギア21を介して出力軸22に伝達されるトルクが、電気角で18度の位相差を持つようにモータ1A、1Bの減速ギア21に対する位置決めをする。ここでは進み側の位相を+スキュー側、遅れ側の位相を−スキュー側とし、モータ1Aを+スキュー側、モータ1Bを−スキュー側とする。そして、電流にも位相差を設けるため、基本相と付加相を有するコイル14を巻く。   Therefore, first, the motors 1A and 1B are positioned with respect to the reduction gear 21 so that the torque transmitted from the motors 1A and 1B to the output shaft 22 via the reduction gear 21 has an electrical angle of 18 degrees. . Here, the phase on the advance side is the + skew side, the phase on the lag side is the-skew side, the motor 1A is the + skew side, and the motor 1B is the-skew side. A coil 14 having a basic phase and an additional phase is wound to provide a phase difference in the current.

図14(A)、図14(B)は、それぞれ+スキュー側、−スキュー側のコイル14の一例を示す図である。本実施形態では、スロット16にコイル14を装着する。図10と同様に、カッコ付きで表示してあるのが付加相であり、カッコ無しで表示してあるのが基本相である。   FIG. 14A and FIG. 14B are diagrams illustrating examples of the + skew side and − skew side coils 14, respectively. In this embodiment, the coil 14 is attached to the slot 16. As in FIG. 10, the additional phase is shown with parentheses, and the basic phase is shown without parentheses.

各スロット16には2つの基本相が装着されている。具体的には、+U相と−R相、+V相と−S相、+W相と−U相、+R相と−V相、+S相と−W相という組み合わせで、各組み合わせとも、前者がステータ10の外周側、後者がステータ10の内周側である。   Each slot 16 is equipped with two basic phases. Specifically, it is a combination of + U phase and -R phase, + V phase and -S phase, + W phase and -U phase, + R phase and -V phase, + S phase and -W phase. 10 is the outer peripheral side, and the latter is the inner peripheral side of the stator 10.

基本相の+U相、+V相、+W相、+R相、+S相、−R相、−S相、−U相、−V相、−W相それぞれに、付加相として+スキュー側のモータ1Aでは−W相、−R相、−S相、−U相、−V相、+U相、+V相、+W相、+R相、+S相が一緒に巻かれている。同様に、−スキュー側のモータ1Bでは−R相、−S相、−U相、−V相、−W相、+V相、+W相、+R相、+S相、+U相が各基本相とともに装着されている。すなわち、ステータ10の外周側から内周側に向けて、基本相−付加相−基本相−付加相、の順に装着されている。   For each of the basic phase + U phase, + V phase, + W phase, + R phase, + S phase, -R phase, -R phase, -S phase, -U phase, -V phase, -W phase, as an additional phase, the motor 1A on the + skew side -W phase, -R phase, -S phase, -U phase, -V phase, + U phase, + V phase, + W phase, + R phase, + S phase are wound together. Similarly, in the motor 1B on the -skew side, the -R phase, -S phase, -U phase, -V phase, -W phase, + V phase, + W phase, + R phase, + S phase, + U phase are mounted together with each basic phase. Has been. That is, the stator 10 is mounted in the order of basic phase-additional phase-basic phase-additional phase from the outer peripheral side to the inner peripheral side.

基本相と付加相のターン数については第1実施形態と同様に式(1)から求まる付加相の電流比率CRに基づいて決定する。本実施形態では全体の約26%が付加相になる。   The number of turns of the basic phase and the additional phase is determined based on the current ratio CR of the additional phase obtained from the equation (1) as in the first embodiment. In this embodiment, about 26% of the total is an additional phase.

上記のように付加相を設けることで、図15に示すようにモータ1A、1Bの電流は電気角18度の位相差をもち、ロータ位相差と電流位相差が一致する。その結果、出力軸22において、トルクリップルは2つのモータ1A、1Bによって打ち消される。   By providing the additional phase as described above, the currents of the motors 1A and 1B have a phase difference of an electrical angle of 18 degrees as shown in FIG. 15, and the rotor phase difference matches the current phase difference. As a result, torque ripple is canceled by the two motors 1A and 1B in the output shaft 22.

上述した本実施形態についてまとめると、次のようになる。   It is as follows when this embodiment mentioned above is put together.

複数のロータ11A、11Bを、回転軸が平行かつ同一回転方向に同期回転するよう隣接して配置し、永久磁石12、13を、隣接するロータ間で回転方向に位相差をもつように各ロータに装着する。そして、各ロータ11A、11Bに対応する位置に配置されたステータ10の各スロット16に、隣接するステータ間で回転方向に電流位相差をもつように複数の相のコイルを装着する。これにより、ロータ11の位相をずらすだけでなく、ステータ10のコイル14に流れる電流の位相もずらすことになり、通電時のトルクリップルを低減することができる。   The plurality of rotors 11A and 11B are arranged adjacent to each other so that the rotation axes are parallel and synchronously rotate in the same rotation direction, and the permanent magnets 12 and 13 are arranged so that each rotor has a phase difference in the rotation direction. Attach to. Then, coils of a plurality of phases are attached to the slots 16 of the stator 10 arranged at positions corresponding to the rotors 11A and 11B so as to have a current phase difference in the rotation direction between the adjacent stators. Thereby, not only the phase of the rotor 11 is shifted, but also the phase of the current flowing in the coil 14 of the stator 10 is shifted, and torque ripple at the time of energization can be reduced.

この他に、第1実施形態の(2)−(5)と同様の効果が得られる。   In addition, the same effects as (2)-(5) of the first embodiment can be obtained.

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various modifications can be made within the scope of the technical idea described in the claims.

1 モータ
2 バッテリ
3 インバータ
10 ステータ
11 ロータ
12 磁石
13 磁石
14 コイル
15 ティース
16 スロット
20 減速ギア
21 減速ギア
22 出力軸
23 ロータシャフト
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor 2 Battery 3 Inverter 10 Stator 11 Rotor 12 Magnet 13 Magnet 14 Coil 15 Teeth 16 Slot 20 Reduction gear 21 Reduction gear 22 Output shaft 23 Rotor shaft

Claims (3)

永久磁石が装着された複数の同一構成のロータと、コイルが装着された複数のステータとで構成される回転電動機において、
前記複数のロータ同一回転軸上で同一回転方向に同期回転するよう隣接して配置されており、又は、前記複数のロータを回転軸が平行かつ同一回転方向に同期回転するよう隣接して配置されており
前記永久磁石、隣接する前記ロータ間で回転方向に位相差をもつように各ロータに装着されており
前記各ロータに対応する位置に配置された前記ステータの各スロット又は各ティースに、隣接するステータ間で前記回転方向に電流位相差をもつように複数の相のコイル装着されており
前記複数の相のコイルは、基本となる基本相及び前記基本相とは異なる相の付加相であり、前記基本相と前記付加相の組み合わせは各スロットまたは各ティースで異なり、
前記各スロットまたは各ティースの前記付加相は、位相の進み方向及び位相の遅れ方向のそれぞれで、前記基本相に対して、極性が反対の相も含めて最も位相差の小さい相であることを特徴とする回転電動機。
In a rotary electric motor composed of a plurality of rotors having the same configuration with permanent magnets and a plurality of stators with coils attached,
The plurality of rotors are arranged adjacently so as to rotate synchronously in the same rotation direction on the same rotation axis, or the plurality of rotors are arranged adjacently so that rotation axes are parallel and synchronously rotate in the same rotation direction. Has been
The permanent magnet is attached to each rotor so as to have a phase difference in the rotation direction between the adjacent rotors,
Wherein each slot or each of the teeth of the stator which are disposed at positions corresponding to the rotor coil of the plurality of phases to have a current phase difference to the rotation direction between adjacent stator is mounted,
The coils of the plurality of phases are a basic basic phase and an additional phase different from the basic phase, and the combination of the basic phase and the additional phase is different in each slot or each tooth,
The additional phase of each slot or each tooth is a phase having the smallest phase difference including a phase opposite to the basic phase in each of the phase advance direction and the phase delay direction. Rotating electric motor characterized.
請求項に記載の回転電動機において、
前記ステータの電流位相差と前記ロータの位相差が一致する回転電動機。
The rotary electric motor according to claim 1 ,
A rotary electric motor in which a current phase difference of the stator and a phase difference of the rotor coincide.
請求項に記載の回転電動機において、
前記ステータの電流位相差を、前記基本相の巻き数と前記付加相の巻き数の割合で調整する回転電動機。
The rotary electric motor according to claim 2 , wherein
A rotary motor that adjusts the current phase difference of the stator by a ratio of the number of turns of the basic phase and the number of turns of the additional phase.
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