JPH0398449A

JPH0398449A - 回転電機

Info

Publication number: JPH0398449A
Application number: JP23458989A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Hirashima; 平島　伸浩
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 1989-09-12
Filing date: 1989-09-12
Publication date: 1991-04-24
Anticipated expiration: 2010-12-18
Also published as: JPH07118895B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、電！１１Ｊ機あるいは発電機として使用され
る回転電機に関する．更に詳述すると、本発明はコギン
グトルクの低減を図った回転電機に関する．（従来の技術）直流モータのような永久磁石界磁のモータにおいては、
鉄心によるレラクタンス変化と永久磁石の磁界分布の相
関によって発生するコギングトルクが問題となる．この
コギングトルクは回転の円滑を損う原因となることから
小さく抑えることが望まれる．従来のコギングトルク低減方法の一つとしては、マグネ
ットの着磁条件を着磁器の電圧や容量等を制御すること
によって変化させ、コギングが小さく抑えられる最良点
を決めるようにしている．例えば、着磁条件を変化させ
てマグネット表面の磁化分布が正弦波状を示すように未
飽和着磁を行っている．この場合、コア究極部の中心角
に関係なくコギングの最良点を簡単に決めることができ
る。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、マグネットが未飽和着磁状態にあるため
個々のマグネットの磁化分布が微妙に異なってしまい、
モータ毎にコギングの大きさがばらついて安定した特性
が得られない問題を伴なう．また、マグネットが未飽和
着磁のため利用する磁束数が少なく出力トルクが低くな
る問題がある．換言すれば、コギングトルクを少なくす
るために、磁束の変化を正弦波様となるように未飽和着
磁するために、大きな出力トルクを得るだけの磁束数が
得られないという欠点がある．加えて、未飽和着磁のマ
グネットは電機子反作用磁界で減磁されるため、磁束数
が減少してやはり出力トルクが減少する問題がある．本発明は、コギングトルクの小さな回転電機を提供する
ことを目的とする．更に、本発明はｔａ子コアの究極の
中心角とは無間係にコギングトルクを小さくできる回転
電機を提供することを目的とする．（Ｒ題を解決するための手段）かかる目的を達成するため、本発明は、４ｎ（ｎは１以
上の整数）極の磁極数を有するマグネットと、３ｋ（ｋ
は１以上の整数〉極の究極数を有する′＠機子コアとを
備え、いずれか一方を他方に対して回転するように楕成
した回転電機であって、上記マグネットに対向する上記
電機子コアの各々の究極め中心角を電気角で１５９゜±
１０”スは２０１゜±１０゜、好ましくは約１５９°又
は約２０１゛とし、上記マグネットと上記電機子コアと
の無励磁時における静止位置を２種類出現させるように
している．（作用）したがって、電機子コアの各々の究極の中心角を電気角
で１５９°±１０’又は２０１′±１０°に設定するこ
とによって、マグネットあるいは電機子コアの無励磁に
おける上述の２種類の静止位！（Ｉ），（ｎ）が双方と
も現れ易くなり、静止回数が従来の６回／３６０゜より
も多い７回／３６０゜以上となる．そして、約１５９゜
又は約２０１”において、静止位ｔ（Ｉ）と（ＩＩ）の
両方がマグネットの中心角の大きさとは無関係に完全に
成立し、位相が異なる２種のコギングの静止位置が交互
に表れ、振幅が小さく波長も宛かいコギングに変化する
．（実施例）以下、本発明の構成を図面に示す実總例に基づいて詳細
に説明する．本発明をモータに適用したー実施例を第１図に示す．こ
のモータは４磁極３究極横成のアウターロータ形モータ
であって、モータケース・ヨーク１の内周面に２個の円
弧状マグネット２が等間隔をあけて均等配置されている
．各マグネット２は厚さ方向に着磁され１個のマグネッ
トがｉａ＊を構成している，各マグネット２の中心角θ
．は任意の角度例えば電気角で約１０８°に設定されて
いる．また、ヨーク１にはその中心軸線に沿って究極４
を有するステータコア３が軸支され、各究極４がマグネ
ット２の内周面と対向するように配置されている，ヨー
ク１及びマグネット２はステータコア３を中心に回転可
能に設けられている．コア３の究極４は３個であり各究
極４毎にコイル５が巻回されている．各究極４の中心角
θａは電気角で１５９°±ｌＯ°又は２０１゜±１０”
好ましくは約１５９゜又は約２０１゛に設定されている
．尚、本実施例の場合、磁極対は２なので、電気角と機
械角は一致せず、中心角θａはａ械角で１／２の約７９
．５°又は約１００、５゜となる．ここで、電機子コア３の各々の究極４の中心角θａとは
、突＠４の円周上の両端・２点が中心Ｏを挾む角を意味
し、１究極当りの角度を意味する。

各々の突［！４の中心角θａを電気角で約１５９゜又は
約２０１°に設定する場合、マグネット２の中心角θヨ
に関係なく最良のコギング特性が得られる．しかし、コ
ギングトルクを一般に実用的な小さなものと考えられて
いるレベル（第４図に鎖線で示される範囲）よりも小さ
な領域内に単に抑える場合には、θａは厳密に約１５９
゛又は約２０１”に設定する必要はなく、究極４の中心
角θ圓によっても若干異なるが、θヨの大きさに比例し
て最大電気角で１５９＠±１０゜又は２０１゜±１０°
の範囲に設定すれば支障がない．また、マグネット２の
１磁極当りの中心角θＫは電気角で９０〜１８０＠、好
ましくは１０８°前後に取る．実用レベルのコギングト
ルク特性を得るには、マグネット２の中心角θ．をｌ８
０゜にする場合、精度的にいい条件でなければ製作でき
ないが、９０゜〜１２０＠の範囲に納める場合には精度
的にいい条件でなくともコギングトルクを実用レベルに
納めることができる．即ち、θａを電気角で１５９゜±
１０゜又は２０１゜±１００の範囲は十分製作誤差に収
まる値であると考えられる．第２図（Ａ）．（Ｂ）に４
磁極３究極構成のアウターロータ型モータあるいはステ
ータマグネット型の場合のマグネットと電機子コアの構
造の一例を示す．マグネット２は円筒形状のヨーク１の
内周面に等間隔をあけて固着され、電機子コアは軸部の
周面に外側に突出する円弧状の３つの究極を一体成形し
て成る．この場合の中心角θヨ，θａは図示の通りであ
る．第３図（Ａ）．（Ｂ）に２磁極３究極構成のインナーロ
ータ型モータの場合のマグネットと電機子コアの構造の
一例を示す．マグネット２はスビンドル形状のヨーク１
の周面に等間隔をあけて固着されている．また、電機子
コア３は円筒状コアの内側に突出する円弧状の３つの究
極４を有し各々に電機子コイルが巻回される．この場合
の中心角θ．．θａは図示の通りである。

以上のように構成した回転電機によると次のようにコギ
ングトルクが低減される，第５図の特性図は実験結果であり、θａとコギングとの
関係を、θ．を゛パラメータとして示している．この実
験からも明らかなように、通常、４ｎ極のａｍを有する
マグネットと３ｋ極の究極を有する電機子コアとから成
る４−３１成の回転電機においては、無励磁時に第６図
（Ａ）に示す静止位置（Ｉ）若しくは第６図（Ｂ）に示
す静止位置（ＩＩ）のいずれかを取る．この静止位置は
、電機子コア３の各々の究極４の中心角θａが１５９°
又は２０１゜よりも大きく離れている場合（第４図中■
．■で示す冫に現れる．そのときの、静止位置■のコギ
ングトルク特性［第５図（Ａ）］と、静止位Ｗ１（Ｉｆ
）のコギング特性［第５図（Ｇ》］とは、位相が異なる
だけで共に６回７３６０°の静止回数を有する．そして
、θａ＝１５９°又は２０１゜に近づくに従いある角度
においてその静止位置の転換が起る．その過渡領域（第
４図中■，■で示す〉におけるコギングトルクは第５図
（Ｂ）及び第５図（Ｆ）で示されるように、振幅が小さ
くなる．そこで、更にθａを１５９゜又は２０１゜に近
づけると、第５図（Ｃ）及び第５図（Ｅ）に示すように
、静止位置（Ｉ）のコギングトルク特性に静止位置（Ｉ
Ｉ）の特性が若干出現し始め、あるいは静止位置（ｆ［
）のコギングトルク特性に静止位置（Ｉ）の特性が若干
出現し始め、振幅及び波長の圧縮が起る．即ち静止位置
の転換の過渡現象が生じている．そして、約１５９゜又
は２０１゜において静止位！（Ｉ）と（Ｕ）とが双方と
も完全に成立し、位相が異なる２種のコギングトルクの
静止位置が交互に表れ、振幅が小さく波長も短かい第５
図（Ｄ）のようなコギングトルク特性に変化する．した
がって、１磁極当りの中心角θａが電気角で約１５９゜
又は２０１゛に設定するとき、コギングはマグネット２
のｌｌｉｌ極当りの中心角θ．の大きさに関係な＜ｊｔ
Ａとなる。このとき、静止位置が６回／３６０゜から１
２回／３６０’と２倍になる．目視確認ではコギングが
減少しているため′７〜１２回／３６０゜の静止位置が
確認できた．因みに、このときのコギングトルクは、従
来の着磁制御によるコギングトルク低減方法の場合Ｃ５
〜３　１　ｃｍ　）に比べて半分以下（１．５〜１．０
ｇａｍ）に低減することができた．尚、この電機子コア
３の各突４１ｉ４の中心角θａは厳密な意味で１５９゜
又は２０１゜　（ｔ気角）に限定されるものではなく、
実用レベルにおいて若干の誤差を許容し得る．例えばθ
．＝９０°〜１８０゜め場合を例にとって説明すると、
θａが少なくとも電気角で１５９＠±１０°又は２０１
°±１０°の当りから第４図に鎖線で示される実用レベ
ル（図中■，■で示す）に収まる．尚、上述の実施例は本発明のｔＩＦ週な実施の一例では
あるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸
脱しない範囲において種々変形実施可能である．例えば
、本実施例ではマグネットは磁極毎に１つのブロックを
形成するようにしているが、全体を１つのブロックとす
るリング状のマグネット材に所定電気角の磁極を所定数
形成するように着磁によって形成しても良い．また、本発明はアウターロータ型あるいはインナーロー
タ型に限定されず、面対向（アキュシャル）型回転電機
にも適用することができる．また、本実施例では４極、
３究極の３相モータについて説明したが、これに限定さ
れるものではなく、磁極数＝２Ｐ　　　　　　　究極致
：ｋａ８６１２　　　　　　　　９１６　　　　　　　１２２０　　　　　　　１５２４　　　　　　　１８２８　　　　　　　２１３２　　　　　　　２４等のいわゆる多極回転ｔＩｌにも応用可能である．更に
、本実施例ではモータとして説明しているが、発＠機と
しても利用可能である．この場合、コギングトルクが低
減するため振動による騒音発生が抑制され、静かな発電
機を提供できる。

（発明の効果〉以上の説明より明らかなように、本発明の回転電機は、
電機子コアの各々の究極め中心角を電気角で１５９゜±
１０゜又は２０１゜±１０°、好ましくは約１５９゜又
は約２０１゜に設定しているので、無励磁時に２種類の
静止位置が成立し、従来の回転′ｒ４ｒｓの２ｆ合、即
ち静止位置＜Ｉ＋Ｉ［）の状態となりコギングが小さく
抑えられる．しかも、本発明は、電機子コアの各々の究
極め中心角を一定の値に設定するだけでコギングトルク
を減少させているので、各磁極を飽和着磁できる．した
がって、本発明の回転電機は、磁束の減少がな＜、ｔｍ
子反作用磁界による減磁を受け難く、モータとして使用
する場合、出力トルクが従来よりも大きくできる．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の回転電機を４磁極３究極楕成のモータ
に適用した実施例を示す概略構成図、第２図（Ａ）及び
（Ｂ）は本発明の回転電機を構成するアウターロータ型
ないしステータマグネット型のマグネットと電機子コア
の一例を示す正面図、第３図（Ａ），（Ｂ）は本発明の
回転電機のインナーロータ型のマグネット及び電機子コ
アの一実施例を示す正面図、第４図は本発明の回転電機
の電機子コアの中心角とコギングとの関係をマグネット
中心角をパラメータとして示すグラフである．第５図（
Ａ）〜（Ｇ）は第４図の■〜■の状態におけるコギング
トルク特性図、第６図は４−３１成の回転電機の無励磁
時における静止位置を示す正面図で、（Ａ）は回転位置
工、（Ｂ）は回転位置■を示す．２・・・マグネット、３・・・電機子コア、４・・・究
極、 θａ・・・電機子コアの各々の究極の中心角．５第２図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）４ｎ（ｎは１以上の整数）極の磁極数を有するマ
グネットと、３ｋ（ｋは１以上の整数）極の究極数を有
する電機子コアとを備え、いずれか一方を他方に対して
回転するように構成した回転電機であって、上記マグネ
ットに対向する上記電機子コアの各々の究極の中心角を
電気角で１５９゜±１０゜又は２０１゜±１０゜とし、
上記マグネットと上記電機子コアとの無励磁時における
静止位置を２種類出現させることを特徴とする回転電機
。
（２）請求項１記載の上記電機子コアの各々の究極の中
心角を電気角で約１５９゜又は約２０１゜としたことを
特徴とする回転電機。