JPH04261347A - 軸方向空隙形電動機 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、軸方向空隙対向形電動
機に関するもので、特にトルクリップル補正に必要な正
弦波状の逆起電圧を得るための駆動コイルの構成に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】円板状の駆動マグネットを有するロータ
と、上記駆動マグネットと軸方向に適宜の空隙をおいて
対向する複数個のステータコイルとを備えた軸方向空隙
形電動機が各種用途に用いられている。図５（ｂ）はこ
の軸方向空隙形電動機に用いられる駆動マグネット４を
示す。駆動マグネット４は周方向に一定間隔で異極着磁
されている。図５（ａ）は上記軸方向空隙形電動機に用
いられるステータコイル５を示す。ステータコイル５は
、上記マグネット４と平行な面内においてほぼ台形状に
巻線することによって構成されると共に、複数個のステ
ータコイル５が周方向に配置されている。軸中心に対す
るマグネット４の各磁極の開角度をθとすると、各ステ
ータコイル５の軸中心に対する開角度も上記各磁極の開
角度と同様にθになっている。ここで、各ステータコイ
ル５のトルクを発生する部分をａ，ｂとしておく。

【０００３】上述のような軸方向空隙形電動機を３相通
電により駆動すると共に、トルクリップルのない滑らか
な回転を得ようとする場合は、各ステータコイルへの通
電波形を正弦波状にすればよい。そこで、トルクリップ
ル補正回路付きの駆動ＩＣを用いて正弦波状の通電波形
を得ているが、このトルクリップル補正回路付きの駆動
ＩＣは、ステータコイルから得られる正弦波状の逆起電
圧を合成して通電波形を得るようになっているため、ス
テータコイルの逆起電圧波形は正弦波状にする必要があ
る。しかしながら、ステータコイルと駆動マグネットが
図５（ａ）（ｂ）に示すような従来の一般的な構成にな
っていると、ステータコイルの逆起電圧に第３高調波と
第５高調波が載り、特に第５高調波の影響で正弦波状の
逆起電圧を得ることができない。３相両方向通電の場合
は第３高調波が消えて第５高調波だけが問題となるが、
正弦波状の逆起電圧を得ることができないことに変わり
はない。

【０００４】そこで従来は、駆動マグネットの着磁パタ
ーンやステータコイルを工夫して正弦波状の逆起電圧を
得ようとしている。図７は駆動マグネットの着磁パター
ンを工夫した例を示すもので、図７（ａ）の例は駆動マ
グネット１１の外周縁部の相隣接する磁極相互の境界部
に無着磁部１２を設けたもの、図７（ｂ）の例は駆動マ
グネット１３の半径方向中間部の磁極相互の境界部に無
着磁部１４もしくは未飽和着磁部分を設けたものである
。これらは磁束分布を調整することによって逆起電圧波
形を調整しようとしている。図６はステータコイルを工
夫したものの例を示すもので、ステータコイル８をコイ
ル中心近くまで巻き込んでトルクを発生する部分ａ，ｂ
の幅を広くしたものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図７に示すような駆動
マグネットの着磁パターンを工夫した例によれば、磁極
相互間に部分的に無着磁部を設ける必要があることから
着磁工程が面倒であると共に、所定の着磁パターンを得
るのが困難であり、また、当然ながらフル着磁の場合よ
りも磁束が低下して効率が低下するという難点がある。 また、図６に示すようなステータコイルを工夫した例に
よれば、コイルを中心近くまで巻き込む必要があること
から、速度対トルク特性設計上の制約となって設計の自
由度がなくなり、また、コイルの内側のスペースが少な
くなって電子部品等の設置スペースがなくなるとか、コ
イルの重量が増加し、コストも高くなる、というような
難点があった。

【０００６】本発明は、このような問題点を解消するた
めになされたもので、ステータコイルの逆起電圧から第
５高調波成分を除いてその波形を正弦波状にするのに、
駆動マグネットの着磁パターンを特殊なパターンにする
必要がなくフル着磁が可能であり、ステータコイルは内
側まで厚く巻き込む必要性をなくした軸方向空隙形電動
機を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
軸方向空隙形電動機において、軸中心に対する各ステー
タコイルの開角度を電気角で（３６０°／５）×ｎ（ｎ
は自然数）としたことを特徴とする。請求項２記載の発
明は、３ｎ個のステータコイルを備えた３相両方向通電
方式の軸方向空隙形電動機において、軸中心に対する上
記各コイルの開角度を電気角で（３６０°／５）×ｎ（
ｎは自然数）として上記各コイルの逆起電圧から第５高
調波成分を除去したことを特徴とする。

【０００８】

【作用】各ステータコイルの開角度を電気角で（３６０
°／５）×ｎとすることにより、各ステータコイルの２
ヵ所のトルク発生部分で発電される逆起電圧の第５高調
波成分が相互に逆位相となってキャンセルされる。特に
、３ｎ個のステータコイルを備えた３相両方向通電方式
の場合は、逆起電圧の第５高調波成分のキャンセルに有
効である。

【０００９】

【実施例】以下、本発明にかかる軸方向空隙形電動機の
実施例について説明することにするが、その前に、ステ
ータコイルの開角度の定義について説明しておく。図１
において、ステータコイルの縦方向寸法、すなわち電動
機全体から見て半径方向の寸法をｌ、トルク発生部ａ，
ｂの幅寸法をそれぞれＡ，Ａ′としたとき、トルク発生
部ａ，ｂの縦方向中心相互を結ぶ中心線ｌ／２と、トル
ク発生部ａ，ｂの幅寸法Ａ，Ａ′の中心を通る縦方向中
心線Ａ／２およびＡ′／２との交点Ｂ，Ｂ′を求め、電
動機の回転軸中心（複数のステータコイルの配置の中心
点）Ｏに対して上記点Ｂ，Ｂ′のなす中心角をコイル開
角度θと定義する。

【００１０】ステータコイルの開角度θを上記のように
定義した上で、図２に示すように、各ステータコイル２
の開角度を電気角で 　　（３６０°／５）×ｎ　　　　　　　　（ｎは自然
数）　　　　・・・・・（１）に設定する。例えば、図
４（ｄ）（ｅ）はｎを３にしてステータコイル６の開角
度を２１６°に設定したもの、図７（ｆ）（ｇ）はｎを
２にしてステータコイル７の開角度を１４４°に設定し
たものの例をそれぞれ示す。上記ステータコイル６にせ
よ、ステータコイル７にせよ、これらは複数個円周上に
並べられて固定され、円板状の駆動マグネットを有する
ロータに軸方向に所定の空隙をおいて対向配置される。 ロータの回転位置に応じて複数個の上記ステータコイル
６又はステータコイル７への通電を切り換えることによ
り、ロータを回転駆動することができる。

【００１１】次に、上記実施例におけるステータコイル
の逆起電圧発電動作について従来例と比較しながら説明
する。図４（ｃ）は、図５について説明した従来例の要
部を改めて描いたものであり、図４（ａ）はこの従来例
のステータコイル上の磁束分布を、また、図４（ｂ）は
この従来例のステータコイル５を図４（ａ）に示す磁束
分布との関係で等価的に示す。図４（ａ）の鎖線Ｄは、
駆動マグネット４から出た磁束のステータコイル５上で
の分布を示している。この磁束分布の変化の１周期を電
気角で３６０°と定義している。駆動マグネット４から
出た磁束は第５高調波成分をもっており、この第５高調
波成分を図４に実線Ｅで示す。

【００１２】従来例では図５について説明したとおり、
駆動マグネット４の各磁極の中心角とステータコイル５
の開角度が等しいため、図４（ｂ）に示すように、ステ
ータコイル５の開角度は１８０°になっている。従って
、ステータコイル５のトルク発生部ａ，ｂに発生する逆
起電圧の第５高調波成分は互いに同位相となり、ステー
タコイル５によって発生する逆起電圧に上記第５高調波
成分がそのまま載ることになる。その結果、逆起電圧が
正弦波状にならず、トルクリップル補正付きの駆動ＩＣ
を用いても所期のトルクリップル補正動作を行わせるこ
とができない。

【００１３】これに対して図４（ｄ）（ｅ）に示す本発
明の実施例のように、ステータコイル６の開角度を２１
６°に設定すると、トルク発生部ａ，ｂの位置が図４（
ｂ）に示す従来例と比較して３６°すなわち上記第５高
調波の半周期分だけ広がることになるから、上記トルク
発生部ａ，ｂで発生する逆起電圧の第５高調波成分は互
いに逆位相となってキャンセルされ、ステータコイル６
の逆起電圧は第５高調波成分を含まない正弦波形になる
。

【００１４】また、図４（ｆ）（ｇ）に示す実施例のよ
うに、ステータコイル７の開角度を１４４°に設定した
場合は、トルク発生部ａ，ｂの位置が図４（ｂ）に示す
従来例と比較して３６°すなわち第５高調波の半周期分
だけ狭まることになるため、この場合もトルク発生部ａ
，ｂで発生する逆起電圧の第５高調波成分は互いに逆位
相となってキャンセルされ、ステータコイル６の逆起電
圧は第５高調波成分を含まない正弦波形になる。

【００１５】このように、本発明の実施例によれば、ス
テータコイルの逆起電圧波形を、第５高調波成分を含ま
ない正弦波形にすることができるため、これをトルクリ
ップル補正付きの駆動ＩＣに入力して正弦波状の通電波
形とすることにより、トルクリップルの少ない軸方向空
隙形電動機を実現することができる。特に、３ｎ個のス
テータコイルを備えた３相両方向通電方式の場合は、ス
テータコイルの逆起電圧から第５高調波成分を除去する
のに有効である。

【００１６】図３に示すように、ステータコイル３のト
ルク発生部ａ，ｂの方向は、必ずしも図１で説明した点
Ｂ，Ｂ′と電動機の軸中心Ｏとを結ぶ線と平行である必
要はなく、トルク発生部ａ，ｂの方向と、上記点Ｂ，Ｂ
′と電動機の軸中心Ｏを結ぶ線とが角度αだけずれてい
ても差し支えない。ただし、この場合も、電動機の軸中
心Ｏに対して上記点Ｂ，Ｂ′のなす中心角が前記の式（
１）に示す条件を満足するように設定する。また、図３
に示す例では、ステータコイルのトルク発生部ａ，ｂの
幅がある程度大きくなっているが、この場合も式（１）
に示す条件を満足する限り何等差し支えない。

【００１７】なお、ステータコイルが発生する逆起電圧
には、駆動マグネットの着磁分布の基本周波数成分を含
んでいなければトルクが発生しない。従って、現実には
式（１）においてｎ＝２（図４（ｆ）（ｇ）の場合）又
はｎ＝３（図４（ｄ）（ｅ）の場合）において有効であ
る。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、軸方向空隙形電動機に
おいて、軸中心に対する各ステータコイルの開角度を電
気角で（３６０°／５）×ｎ（ｎは自然数）とすること
によって、上記各コイルの逆起電圧から第５高調波成分
を除去することを実現したため、従来のように駆動マグ
ネットの一部を無着磁部にしたり、ステータコイルを中
心近くまで巻き込んだりする必要がなくなった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いるステータコイルの開角度の定義
を説明するための正面図。

【図２】本発明に用いることができるステータコイルの
一例を示す正面図。

【図３】本発明に用いることができるステータコイルの
別の例を示す正面図。

【図４】上記各ステータコイルの例による逆起電圧発電
動作を従来例と比較して示す動作説明図。

【図５】従来の軸方向空隙形電動機に用いられているス
テータコイルと駆動マグネットの例を示す正面図。

【図６】従来の軸方向空隙形電動機の別の例の要部を示
す正面図。

【図７】従来の軸方向空隙形電動機に用いられている駆
動マグネットの別の例を示す正面図。

【符号の説明】

２，３，６，７　　ステータコイル ４　　駆動マグネット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　円板状の駆動マグネットを有するロー
   タと、上記駆動マグネットと軸方向に対向する複数個の
   ステータコイルとを備えた軸方向空隙形電動機において
   、軸中心に対する上記各コイルの開角度を電気角で（３
   ６０°／５）×ｎ（ｎは自然数）としたことを特徴とす
   る軸方向空隙形電動機。
2. 【請求項２】　　円板状の駆動マグネットを有するロー
   タと、上記駆動マグネットと軸方向に対向する３ｎ個の
   ステータコイルとを備えた３相両方向通電方式の軸方向
   空隙形電動機において、軸中心に対する上記各コイルの
   開角度を電気角で（３６０°／５）×ｎ（ｎは自然数）
   として上記各コイルの逆起電圧から第５高調波成分を除
   去したことを特徴とする軸方向空隙形電動機。