JPH05176486A - 永久磁石ロータ及びモータ - Google Patents

永久磁石ロータ及びモータ

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JPH05176486A
JPH05176486A JP3245227A JP24522791A JPH05176486A JP H05176486 A JPH05176486 A JP H05176486A JP 3245227 A JP3245227 A JP 3245227A JP 24522791 A JP24522791 A JP 24522791A JP H05176486 A JPH05176486 A JP H05176486A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 コギングを低減しロータの回転位置の検出を
単純化する。 【構成】 ロータはメインロータ磁場領域１９とセンサ
磁場領域２１とを含んでいる。センサ磁場領域は周方向
に配列され交互の磁極を有する平行な複数個のストリッ
プを有し、メインロータ磁場領域は長手方向に延在し交
互の磁極を有する複数個のストリップを有している。メ
インロータ磁場領域は各ストリップが軸線に対し第一の
予め設定された零以外の角度にて延在する第一の部分２
５と、各ストリップが軸線に対し第二の予め設定された
零以外の角度にて延在する第二の部分２７と、各ストリ
ップが軸線に対し第一の予め設定された零以外の角度に
て延在する第三の部分２９とを含み、第一及び第二の角
度は符号が逆である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ブラシレス永久磁石モ
ータに係り、更に詳細には所謂コギングを低減しロータ
の回転位置の検出を容易にする永久磁石モータに係る。
【０００２】
【従来の技術】永久磁石ロータを有する電気モータに於
ては「コギング」と呼ばれる現象が生じ易い。コギング
はロータの種々の回転位置に於てロータの歯とステータ
の歯とが互いに整合することに起因して磁束が変動する
ことにより惹起されるモータトルクの変動である。かか
る現象の影響によりモータの効率や信頼性が低下される
ことがある。
【０００３】かかるコギングの問題を解消すべく従来よ
り種々の方法が試られている。これらの方法の一つとし
てロータ上にて磁石を直線形又は魚骨形のパターンにて
傾斜させる方法がある。しかし磁石をかくして傾斜させ
ると新たな不具合が生じる。ロータの回転位置は一般に
ホール効果センサの如き独立のセンサにより検出され
る。モータ用の制御装置の複雑さを低減するためには、
センサはステータに対しある特定の位置に配置されるこ
とが好ましい。しかしかかる位置はロータの磁石を傾斜
させる場合には必ずしも最良の位置ではない。
【０００４】
【発明の概要】本発明の目的は、コギングを低減するよ
う改良されたロータ及びモータを提供することである。
【０００５】本発明の第二の目的は、構造が比較的単純
である上述の如きロータ及びモータを提供することであ
る。
【０００６】本発明の第三の目的は、共通のセンサに任
意の傾斜を採用することができる上述の如きロータ及び
モータを提供することである。
【０００７】本発明の第四の目的は、モータの性能を最
大限にすべくセンサの位置を最適な位置に確保すること
ができる上述の如きロータ及びモータを提供することで
ある。
【０００８】本発明の第五の目的は、センサの物理的調
節を必要とすることなく磁石を効果的に傾斜させ、ロー
タ磁場に対しセンサの位置を最適な位置に確保する上述
の如きロータ及びモータを提供することである。
【０００９】本発明の第六の目的は、標準的な傾斜を有
するロータの作動と等価な作動を有し、しかもセンサ磁
場を傾斜角の範囲内の任意の位置に配置することができ
る上述の如きロータ及びモータを提供することである。
【００１０】本発明の他の目的及び特徴は一部は明らか
であり、一部はこれ以降の説明に於て指摘される。
【００１１】端的に言えば、本発明の永久磁石ロータは
それぞれロータに沿って長手方向に延在するメインロー
タ磁場領域及びセンサ磁場領域を含んでいる。センサ磁
場領域はメインロータ磁場領域よりも実質的に短く、メ
インロータ磁場領域の一端に設けられている。センサ磁
場領域は周方向に配列されロータの周りに延在し交互の
磁極を有する互いに平行な複数個のストリップに於て磁
化されている。メインロータ磁場領域は長手方向に延在
し交互の磁極を有する複数個のストリップを有し、これ
らのストリップは予め設定されたパターンにて傾斜され
ており、長手方向に延在する全てのストリップは互いに
同一の予め設定されたパターンにて傾斜されている。こ
の予め設定されたパターンは長手方向に延在する各スト
リップが実質的にロータの長手方向軸線に対し第一の予
め設定された零以外の角度にて延在する第一の部分と、
長手方向に延在する各ストリップが実質的にロータの長
手方向軸線に対し第二の予め設定された零以外の角度に
て延在する第二の部分と、長手方向に延在する各ストリ
ップが実質的にロータの長手方向軸線に対し第一の予め
設定された零以外の角度にて延在する第三の部分とを含
んでいる。第一及び第二の予め設定された零以外の角度
は互いに逆の符号を有している。
【００１２】
【実施例】以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施
例について詳細に説明する。
【００１３】添付の図面、特に図１に本発明の永久磁石
モータ１１が図示されている。モータ１１は永久磁石ロ
ータ１５が回転可能に配置された中央ボアを有するステ
ータ１３を含んでいる。ロータ１５の一端に隣接する位
置には、ロータの相対回転位置を検出するホール効果セ
ンサ１７が配置されている。ステータ及びホール効果セ
ンサは従来の構造のものである。
【００１４】しかしロータ１５は従来の構造のものとは
異る。ロータはメインロータ磁場領域１９とセンサ磁場
領域２１との二つの部分に分割されており、これら二つ
の磁場領域はロータに沿って長手方向に延在している。
センサ磁場領域２１はメインロータ磁場領域よりも実質
的に短く、メインロータ磁場領域１９の一端に設けられ
ている。ロータ１５に固定されたモータシャフト２３も
図１に図示されている。
【００１５】センサ磁場領域はロータの長手方向軸線に
実質的に平行なストリップ２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２
１Ｄを含む周方向に配列され交互の磁極を有する互いに
平行な複数個のストリップに於て磁化されている。セン
サ磁場領域の互いに隣接するストリップの間の境界は、
ロータ１５の回転位置を判定し得るようホール効果セン
サ１７により検出されるようになっている。
【００１６】またメインロータ磁場領域１９は長手方向
に延在し交互の磁極を有する複数個のストリップ１９
Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、１９Ｄを有している。図１より解
る如く、メインロータ磁場領域の長手方向に延在するス
トリップはセンサ磁場領域のストリップと一体である。
メインロータ磁場領域の各ストリップは予め設定された
パターンにて傾斜されており、第一の部分２５は実質的
にロータの長手方向軸線に対し第一の予め設定された零
以外の角度にて延在しており、第二の部分２７は実質的
にロータの長手方向軸線に対し第二の予め設定された零
以外の角度にて延在しており、第三の部分２９は実質的
にロータの長手方向軸線に対し第一の予め設定された零
以外の角度にて延在している。第一及び第二の予め設定
された零以外の角度は互いに逆の符号を有し、実質的に
大きさが同一である。
【００１７】かかる特定の傾斜構造は従来の傾斜パター
ンや磁石が傾斜されてないロータに勝る幾つかの利点を
有している。例えば磁石が傾斜されていないロータ３１
（図３）は、ロータの中立位置が磁力を有する互いに隣
接するストリップの間の境界に対応しているという利点
を有している。しかしかかる構造はコギングを生じ易
い。また進みスイッチングや遅れスイッチングが必要と
される場合にも進みスイッチング又は遅れスイッチング
を組込むことは単純ではない。
【００１８】磁石が直線的に傾斜されたロータ３３（図
４）はコギングの問題を解決するが、中立位置はセンサ
が境界を検出する位置に対応しなくなる。図４に示され
たロータは回転方向が矢印にて示された方向である場合
には必然的に遅れ応答を有する。しかしその遅れ量は好
ましい量ではなく、所要の遅れ（又は進み）を与えるこ
とはかなり複雑になる。
【００１９】磁石が魚骨形に傾斜されたロータ３５（図
５）は磁石が直線的に傾斜されたロータについて上述し
た利点及び欠点と同一の利点及び欠点を有している。
【００２０】本発明のロータ１５（図６）はコギングの
問題を解決し、また図４及び図５に示されたロータの不
具合を解決する。本発明のロータの傾斜構造はユニーク
であるので、ロータの中立位置はセンサ磁場領域のスト
リップの間の境界に正確に対応している。従ってセンサ
の位置についての補正は必要でない。
【００２１】またかかる特定の構造によれば、センサの
位置の変更や他の補正を行うことなくロータに進みや遅
れを組込むことができる。例えば図７は本発明の傾斜パ
ターンが遅れを与えるために如何に変更されてよいかを
示しており、図８は進みについて同様のことを示してい
る。
【００２２】上述の如き多様性を与える本発明の種々の
局面が図９及び図１０に詳細に示されている。図９は進
みや遅れを有しないロータに於ける互いに隣接するスト
リップの間の境界を示している。この実施例に於ては、
センサ磁場領域のストリップの間の境界４１は中立位置
４３に対応している。図９より解る如く、中立位置はメ
インロータ磁場領域の全長に亘り測定された平均磁力が
零である線である。
【００２３】進み又は遅れが零である場合には、センサ
磁場領域の境界４１とメインロータ磁場領域の境界との
間の周方向の最大距離Ｈ1 及びＨ2 は互いに同一であ
る。メインロータ磁場領域の境界は中立位置に対し対称
であるので、距離Ｈ1 及びＨ2 を互いに等しくすること
はセンサ磁場領域の境界４１を中立位置４３に沿って延
在させることにより確保される。
【００２４】図１０に於て、センサ磁場領域の境界４１
の位置を必要に応じて周方向に移動し、メインロータ磁
場領域の境界を示す曲線を図示の方向（長手方向）へシ
フトさせてセンサ磁場領域の境界の新たな位置に一致さ
せることにより、進みや遅れがロータ１５に容易に組込
まれる。例えばロータ１５の回転方向が図１０に於て矢
印にて示された方向であるものとすると、ロータは進み
応答を有する。図１０に於ては、メインロータ磁場領域
の境界を示す曲線はこの新なセンサ磁場領域の境界位置
に対応するよう図９の位置に対し図にて左方へシフトさ
れている。かくして曲線をシフトさせても中立位置及び
境界は不変である。第一の部分２５の一部を取りそれを
第三の部分２９の端部に付加するだけでよい。
【００２５】かくして予め選定された一対の長手方向に
延在するストリップに対応するセンサ磁場領域の二つの
ストリップの間の境界は、所望の進み又は遅れを与える
よう前記予め選定された一対の長手方向に延在するスト
リップに対応する中立位置より周方向にオフセットされ
る。従って検出装置の位置自体の変更を要することなく
任意の所望の進み又は遅れがロータに容易に組込まれ
る。
【００２６】本発明の傾斜パターンの種々の部分の間の
幾何学的関係の幾つが図９及び図１０より容易に理解さ
れる。第二の部分２７は常に第一の部分２５と第三の部
分２９との間に配置され、第二の部分は第一の部分の一
端にて始まり、第三の部分の一端にて終っている。
【００２７】第二の部分２７はメインロータ磁場領域の
長さの半分を構成し、第一の部分２５及び第三の部分２
９は残りの半分を構成している。かくして第二の部分２
７は第一及び第三の部分の何れよりも長く、それらの長
さの合計に実質的に等しい。更に第二の部分２７の周方
向の延在範囲Ｈ1 ＋Ｈ2 は実質的にロータの傾斜角に等
しい。
【００２８】ロータ１５の傾斜寸法の計算は以下の如く
である（図１１参照）。
【００２９】（１）扇形の所望の円周角（図１１に於て
記号βにて示されている）を決定する。コギングを低減
するためにはワンスロットピッチが必要である。従って
例えばステータが３６本のスロットを有する場合には、
扇形の円周角βは３６０°をスロットの数にて除算した
値に等しく、従って扇形の円周角は１０°である。
【００３０】（２）傾斜角（図１１に於て記号αにて示
されている）を決定する。傾斜角αは ｔａｎ-1｛（ＯＤ2 ・π・β）／（１８０・Ｌ2 ）｝ に等しく、ここにＯＤ2 はロータ１５の直径であり、β
は工程（１）に於て決定された扇形の円周角（°）であ
り、Ｌ2 はメインロータ磁場領域１９の長さである。
【００３１】（３）センサ磁場領域が中立位置にある場
合には、Ｈ1 はＨ2 に等しく（図９参照）、それぞれ
（ＯＤ2 ・π・β）／７２０に等しい。
【００３２】（４）進み又は遅れを達成するためには以
下の不等関係、即ち進みについてはＨ1 はＨ2 よりも大
きく、遅れについてはＨ2 はＨ1 よりも大きいという関
係が維持される。ある与えられたシフト量ＥＤ（電気角
度）についてはオフセット量は（２・ＰＩ・ＯＤ2 ・Ｅ
Ｄ）／Ｐ・３６０であり、Ｐは磁極の数に等しい。Ｈ1
及びＨ2 は上述のオフセット量より以下の如く計算され
る。
【００３３】 進み Ｈ1 ＝｛（ＯＤ2 ・β）／４｝＋オフセット量 Ｈ2 ＝｛（ＯＤ2 ・β）／４｝−オフセット量 遅れ Ｈ1 ＝｛（ＯＤ2 ・β）／４｝−オフセット量 Ｈ2 ＝｛（ＯＤ2 ・β）／４｝＋オフセット量 尚ここにβの単位はラジアンである。
【００３４】以上の説明より、本発明の幾つかの目的及
び特徴が達成され、他の有利な結果が得られることが理
解されよう。
【００３５】以上に於ては本発明を特定の実施例につい
て詳細に説明したが、本発明はこれらの実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施
例が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の永久磁石モータを明瞭化の目的で幾つ
かの部材を除去した状態にて示す断面図である。
【図２】図１に示されたロータを図１とは異なる尺度に
て示す断面図である。
【図３】磁石が傾斜されていない従来のロータを示す解
図的正面図である。
【図４】磁石が直線的に傾斜された従来のロータを示す
解図的正面図である。
【図５】磁石が魚骨形のパターンにて傾斜された従来の
ロータを示す解図的正面図である。
【図６】センサが中立位置に設けられた本発明のロータ
の解図的正面図である。
【図７】センサが中立位置より遅れ側に設けられた本発
明のロータの解図的正面図である。
【図８】センサが中立位置に対し進み側に設けられた本
発明のロータの解図的正面図である。
【図９】センサの中立位置を示す本発明のロータに於け
る磁石の傾斜を説明する説明図である。
【図１０】進み又は遅れのセンサ位置を示す本発明のロ
ータに於ける磁石の傾斜を説明する説明図である。
【図１１】図１のロータに含まれる種々の角度を示す解
図的斜視図である。
【符号の説明】
１１…モータ １３…ステータ １５…ロータ １７…ホール効果センサ １９…メインロータ磁場領域 ２１…センサ磁場領域 ２３…シャフト ２５…第一の部分 ２７…第二の部分 ２９…第三の部分

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ダイナモエレクトリック機械のための永久
    磁石ロータにして、 それぞれ前記ロータに沿って長手方向に延在するメイン
    ロータ磁場領域及びセンサ磁場領域であって、前記セン
    サ磁場領域は前記メインロータ磁場領域よりも実質的に
    短く前記メインロータ磁場領域の一端に設けられたメイ
    ンロータ磁場領域及びセンサ磁場領域と、 前記センサ磁場領域は周方向に配列され交互の磁極を有
    する複数個の平行なストリップに於て磁化されているこ
    とと、 前記メインロータ磁場領域は長手方向に延在し交互の磁
    極を有する複数個のストリップを有し、前記長手方向に
    延在するストリップは予め設定されたパターンにて傾斜
    されており、全ての前記長手方向に延在するストリップ
    は同一の予め設定されたパターンにて傾斜されており、
    前記予め設定されたパターンは各長手方向に延在する各
    ストリップが実質的に前記ロータの長手方向軸線に対し
    第一の予め設定された零以外の角度にて延在する第一の
    部分と、長手方向に延在する各ストリップが実質的に前
    記ロータの前記長手方向軸線に対し第二の予め設定され
    た零以外の角度にて延在する第二の部分と、長手方向に
    延在する各ストリップが実質的に前記ロータの前記長手
    方向軸線に対し第一の予め設定された零以外の角度にて
    延在する第三の部分とを含み、前記第一及び第二の予め
    設定された零以外の角度は互いに符号が逆であること
    と、 を含む永久磁石ロータ。
  2. 【請求項２】請求項１のロータに於て、前記第二の部分
    は前記第一の部分と前記第三の部分との間に設けられて
    おり、前記第二の部分は前記第一の部分の一端にて始ま
    り前記第三の部分の一端にて終っていることを特徴とす
    るロータ。
  3. 【請求項３】請求項１のロータに於て、前記第二の部分
    は前記第一の部分及び前記第三の部分の何れよりも長い
    ことを特徴とするロータ。
  4. 【請求項４】請求項３のロータに於て、前記第二の部分
    の長さは前記第一の部分の長さと前記第三の部分の長さ
    との合計に実質的に等しいことを特徴とするロータ。
  5. 【請求項５】請求項１のロータに於て、前記長手方向に
    延在し交互の磁極を有する各一対のストリップはそれら
    に対応する中立線を有し、前記中立線は前記中立線に沿
    う磁力を平均化することにより得られる平均磁力を有
    し、前記中立線は前記ロータの前記長手方向軸線に平行
    であり、前記中立線に沿う前記平均磁力が０であるよう
    配置されていることを特徴とするロータ。
  6. 【請求項６】請求項５のロータに於て、前記センサ磁場
    領域の互いに隣接する前記ストリップの間の境界は前記
    中立線の一つに沿って延在していることを特徴とするロ
    ータ。
  7. 【請求項７】請求項５のロータに於て、前記センサ磁場
    領域の各ストリップは前記メインロータ磁場領域の長手
    方向に延在する各ストリップに対応しており、前記メイ
    ンロータ磁場領域の長手方向に延在する予め選定された
    一対のストリップに対応する前記センサ磁場領域の二つ
    のストリップの間の境界は前記予め選定された一対の長
    手方向に延在するストリップに対応する前記中立線より
    周方向にオフセットされていることを特徴とするロー
    タ。
  8. 【請求項８】請求項１のロータに於て、長手方向に延在
    する各ストリップの前記第二の部分は或る周方向の延在
    範囲を有するよう前記ロータの周りに少なくとも部分的
    に周方向に延在しており、長手方向に延在する各ストリ
    ップの前記第二の部分の前記周方向の延在範囲は前記ロ
    ータの傾斜角に実質的に等しいことを特徴とするロー
    タ。
  9. 【請求項９】請求項１のロータに於て、前記センサ磁場
    領域の各ストリップは前記メインロータ磁場領域の長手
    方向に延在する各ストリップに対応しており、前記セン
    サ磁場領域の各ストリップは前記ロータの前記長手方向
    軸線に実質的に平行であることを特徴とするロータ。
  10. 【請求項１０】請求項１のロータに於て、前記第一及び
    第二の予め設定された零以外の角度は実質的に大きさが
    互いに等しいことを特徴とするロータ。
  11. 【請求項１１】請求項１のロータに於て、各長手方向に
    延在するストリップの前記第二の部分の長さは前記メイ
    ンロータ磁場領域の長さの実質的に半分であることを特
    徴とするロータ。
  12. 【請求項１２】ブラシレス永久磁石モータにして、 ロータと、 前記ロータが回転可能に配置された中央ボアを有するス
    テータと、 前記ロータの回転位置を検出するホール効果検出装置で
    あって、前記ホール効果検出装置は前記ロータが前記ホ
    ール効果検出装置の内側にて回転するよう前記ロータの
    一端に対応する位置に於て前記ステータに対し固定され
    たホール効果検出装置と、 前記ロータはそれぞれ前記ロータに沿って長手方向に延
    在するメインロータ磁場領域及びセンサ磁場領域を含
    み、前記センサ磁場領域は前記メインロータ磁場領域よ
    りも実質的に短く、前記ホール効果検出装置に隣接して
    前記メインロータ磁場領域の一端に配置されていること
    と、 前記ロータの前記センサ磁場領域は周方向に配列され交
    互の磁極を有する平行な複数個のストリップに於て磁化
    されていることと、 前記ロータの前記メインロータ磁場領域は長手方向に延
    在し交互の磁極を有する複数個のストリップを有し、前
    記長手方向に延在するストリップは予め設定されたパタ
    ーンにて傾斜されており、全ての前記長手方向に延在す
    るストリップは同一の予め設定されたパターンにて傾斜
    されており、前記予め設定されたパターンは長手方向に
    延在する各ストリップが実質的に前記ロータの長手方向
    軸線に対し第一の予め設定された零以外の角度にて延在
    する第一の部分と、長手方向に延在する各ストリップが
    実質的に前記ロータの前記長手方向軸線に対し第二の予
    め設定された零以外の角度にて延在する第二の部分と、
    長手方向に延在する各ストリップが実質的に前記ロータ
    の前記長手方向軸線に対し第一の予め設定された零以外
    の角度にて延在する第三の部分とを含み、前記第一及び
    第二の予め設定された零以外の角度は互いに符号が逆で
    あることと、 を含むブラシレス永久磁石モータ。
  13. 【請求項１３】請求項１２のブラシレス永久磁石モータ
    に於て、長手方向に延在する各ストリップの前記第二の
    部分は前記長手方向に延在するストリップの前記第一の
    部分と前記第三の部分との間に設けられており、前記第
    二の部分は前記第一の部分の一端にて始まり前記第三の
    部分の一端にて終っていることを特徴とするブラシレス
    永久磁石モータ。
  14. 【請求項１４】請求項１２のブラシレス永久磁石モータ
    に於て、長手方向に延在する各ストリップの前記第二の
    部分は前記第一の部分及び前記第三の部分の何れよりも
    長いことを特徴とするブラシレス永久磁石モータ。
  15. 【請求項１５】請求項１４のブラシレス永久磁石モータ
    に於て、前記第二の部分の長さは前記第一の部分の長さ
    と前記第三の部分の長さとの合計に実質的に等しいこと
    を特徴とするブラシレス永久磁石モータ。
  16. 【請求項１６】請求項１２のブラシレス永久磁石モータ
    に於て、前記長手方向に延在し交互の磁極を有する各一
    対のストリップはそれらに対応する中立線を有し、前記
    中立線は前記ロータの前記長手方向軸線に平行であり、
    前記中立線に沿う前記平均磁力が０であるよう配置され
    ていることを特徴とするブラシレス永久磁石モータ。
  17. 【請求項１７】請求項１６のブラシレス永久磁石モータ
    に於て、前記センサ磁場領域の互いに隣接する前記スト
    リップの間の境界は前記中立線の一つに沿って延在して
    いることを特徴とするブラシレス永久磁石モータ。
  18. 【請求項１８】請求項１６のブラシレス永久磁石モータ
    に於て、前記センサ磁場領域の各ストリップは前記メイ
    ンロータ磁場領域の長手方向に延在する各ストリップに
    対応しており、前記メインロータ磁場領域の長手方向に
    延在する予め選定された一対のストリップに対応する前
    記センサ磁場領域の二つのストリップの間の境界は前記
    予め選定された一対の長手方向に延在するストリップに
    対応する前記中立線より周方向にオフセットされている
    ことを特徴とするブラシレス永久磁石モータ。
  19. 【請求項１９】請求項１２のブラシレス永久磁石モータ
    に於て、前記センサ磁場領域の各ストリップは前記メイ
    ンロータ磁場領域の長手方向に延在する各ストリップに
    対応しており、前記センサ磁場領域の各ストリップは前
    記ロータの前記長手方向軸線に実質的に平行であること
    を特徴とするブラシレス永久磁石モータ。
  20. 【請求項２０】請求項１２のブラシレス永久磁石モータ
    に於て、前記第一及び第二の予め設定された零以外の角
    度は実質的に大きさが互いに等しいことを特徴とするブ
    ラシレス永久磁石モータ。
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