JPH0681466B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電機巻線が半閉スロットの電機子鉄心に収めら
れ、電機子鉄心あるいは界磁磁極がスキュされる例えば
ACサーボモータに用いられる永久磁石回転電機等の回転
電機に関するものである。

〔従来の技術〕

小中容量の誘導機，同期機等では、従来からコイル収め
及び固定方法の簡単な半閉スロットの電機子鉄心が多く
用いられている。この様な半閉スロットの鉄心を用いる
とその開口部の影響により磁気回路のパーミアンスが脈
動するいわゆるスロットリップルが発生する。このスロ
ットリップルは、コギングトルクや誘起電圧の高調波成
分として現われ、性能を悪化させる原因となっている。
近年、ロボットや工作機械の駆動装置として使用される
様になってきたACサーボモータにおいては、回転リップ
ルやトルクリップルの少なさが重要な要素となってお
り、特にスロットリップル低減が望まれている。

このACサーボモータにおいては、永久磁石を用いた同期
機形のモータが主流で、通常、第８図に示す様に回転軸
に取付けられた円筒状の界磁鉄心（１）の外周面に複数
個の永久磁石（２）を貼付け磁極を形成した回転子と、
このまわりに設けられた半閉スロットの電機子鉄心
（３）に電機子巻線（４）を収めた固定子とからなって
いる。この様な構成のサーボモータでは通常、電機子鉄
心に１スロットル分のスキュを施し、スロットリップル
を低減する事が有効となっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上の様にスロットリップル低減のためには、１スロッ
ト分のスキュを施すのが有効であるが、このスキュには
次の様な問題点がある。第１に積層鉄心のスロット内面
が段々状になりスロット面積が減少し、占積率が高くな
り、巻線の挿入作業性が悪化する。第２にインボリュー
ト曲線状に巻線を挿入しなければならないため作業性が
悪化する。第３には巻線長が長くなるため電機子銅損が
増加する。又界磁の永久磁石をスキュする場合には、ス
キュ量に応じて磁石成形型を数多く用意する必要があ
り、又、軸方向長さの短い偏平形のモータでは、スキュ
角度が大きく製作が困難である。

以上の様な問題があるため、スキュ量は少なくて、１ス
ロット分のスキュができるスロット数の多い電機子鉄心
を採用すれば良いが、巻線の巻回数の低下やティース部
の幅寸法の減少等の設計上の制約や製造上の問題、作業
性やコスト面等により、スロット数を増加できない場合
が多い。

本発明は以上の様な事情に鑑みなされたもので、半閉ス
ロット数を増加させることなく、スキュ量を低減するこ
とができる回転電機を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明においては、電機子
巻線が電機子鉄心のN_s個の半閉スロットに収められ、電
機子鉄心あるいは回転子の界磁磁極がスキュされる回転
電機において、電機子鉄心のティースの回転子に対向す
る面に０にて示すようにティースの溝を設けないか又は
偶数Ｍにて示すＭ個のティースの溝を設けて見かけ上の
スロット数をN_s×｛（０又はＭ）＋１｝個とし、電機子
鉄心のスロット数N_sとティースの溝数Ｍと極数Ｐとの間
にN_s×｛（０又はＭ）＋１｝/P＝n/m（ｎとｍとは互い
に素なる整数でｍ＞１）なる関係がある時Ｓ＝l/m（１
≦ｌ＜ｍでｌは整数）にて求められる見かけ上のスロッ
トピッチのＳ倍スロットピッチのスキュをさせることを
特徴とするものである。

〔作用〕

上記の様な手段を講ずることにより、各磁極の中心線の
分布が、見かけ上の１スロットピッチに亘って均一に分
布することになり、見かけ上の１スロットピッチより小
さいＳ倍スロットピッチのスキュでスロットリップルの
影響を除去できる。

〔発明の実施例〕

実施例１ 以下、本発明の第１の実施例について図面を参照して説
明する。

第１図は、本実施例による４極の永久磁石回転電機の断
面を示す説明図で巻線は１スロット分だけ示し、他は図
の簡単化の為、省略してあるが第８図と同様のものであ
る。第１図において、（１）は界磁鉄心、（21）〜（2
4）は磁極を構成する永久磁石、（３）は電機子鉄心、
（51）〜（59）はティースで、半閉スロット数N_s＝９、
極数Ｐ＝４であり、m,nを互に素なる整数とするとき、N
_s/P＝n/m＝9/4である。この様な断面の回転電機におい
て、Ｓ＝l/m＝l/4（１≦ｌ＜m,lは整数）にて求められ
るＳスロットピッチのスキュを行なう。すなわち、1/4,
1/2あるいは3/4スロットピッチのスキュを行なうことに
なる。

次にこの第１の実施例の作用について説明する。

これは第１図の回転電機で1/4スロットピッチのスキュ
を行なった場合を示す。第２図（ａ）において、破線は
永久磁石（21）〜（24）の磁極中心線を示し、実線はテ
ィース（51）〜（59）の中心線を示している。第２図
（ａ）における第１図の位置関係は端部“A"に相当し、
軸方向の反対側の端部“B"では1/4スロットピッチだけ
実線と破線の相対関係がずれる様にスキュされている。
第２図（ｂ）の磁極中心線（破線）の分布を、１ティー
スピッチ上に示したもので、各永久磁石（21）〜（24）
の磁極中心線は、矢印で示した幅の中に分布し、４極ト
ータルではＴに示した様に１ティースピッチ上に均一に
分布する。しかも、４極トータルの分布Ｔは回転子がど
の位置にあっても一定であるため、磁気抵抗の変化はト
ータルで一定となる。すなわち1/4スロットピッチのス
キュにより、スロットリップルを打ち消すことが可能で
ある。第３図は第１図の回転電機で1/2スロットピッチ
のスキュを行なった場合の説明図で、第２図同様に第３
図（ａ）は、磁極（破線）とティース（実線）の相対位
置関係を示し、第３図（ｂ）は１ティースピッチ上の磁
極の分布を示している。第３図（ｂ）の４極トータルの
分布Ｔは、やはり１ティースピッチ上に均一に分布し、
しかも回転子の位置に依存しないため、磁気抵抗の変化
はトータルで一定となる。すなわち、1/2スロットピッ
チのスキュにより、スロットリップルを打ち消すことが
可能である。又、1/2スロットピッチのスキュの場合、
１ティースピッチ上に極が２回重なって分布するため、
磁極やティースの幾何学的なズレ等の誤差に対し、1/4
スロットのスキュより有利であるが、反面、スキュ量は
２倍となる。さらに図示していないが、3/4スロットピ
ッチのスキュの場合も同様に説明でき、1/4,1/2,3/4ス
ロットピッチのスキュのいずれの場合も、従来の１スロ
ットリップルのスキュより少ないスキュ量で、スロット
リップルの影響を排除することが可能である。

以上は、９スロットの電機子鉄心と４極の界磁の例であ
るが、一般にスロット数N_sと極数Ｐとの間にN_s/P＝n/m
（ｎとｍとは互いに素なる整数でｍ＞１）なる関係があ
る時、Ｓ＝l/m（１≦ｌ＜m:lは整数）で示されるＳスロ
ットピッチのスキュを実施すれば、第２図，第３図と同
様に１ティースピッチ上に各極トータルの磁極中心線が
均一に分布し、スロットリップルの影響を排除すること
が可能である。表−１はスロット数N_sが６〜36,極数Ｐ
が2,4,6,8の場合のｍの値と、３相電機子巻線を収めた
場合の１相１極当りのスロット数ｑの値をまとめたもの
である。表−１中の☆印は一般的によく用いられるｑが
整数となる整数溝を示したもので、この場合、ｍの値は
全て１となり、最低１スロットピッチのスキュをしない
限り、スロットリップルの影響を排除することはできな
い。表−１中で、ｍ＞１となる組合せを選んで、1/m〜
（ｍ−１）/mスロットピッチのスキュを行なえば、１ス
ロット未満のスキュ量でスロトリップルを排除すること
が可能である。但し、３相電機子巻線を選定したスロッ
ト数の鉄心に収めた時、ｑ＝N_s/3P＝j/k（ｊとｋとは互
いに素なる整数）で示されるｑの分母ｋが３で割り切れ
る場合、３相の巻線を完全にバランスさせて巻くことが
できない。従ってｋが３で割り切れず、かつｍが最も大
きくなる様な組合せ（表−１の○印）を選らべば、最も
少ないスキュ量でスロットリップルがなく、３相バラン
スした電機子を構成することが可能となる。すなわち、
特許請求の範囲第１項記載のN_s×｛（０又はＭ）＋１｝
/P＝n/mなる関係が成り立つ時、N_sの変化に対してｍの
値は周期的に変化し、最大値を持つ。この最大値を持つ
N_sの中で、特許請求の範囲第２項記載のようにN_s×
｛（０又はＭ）＋１｝/3P＝j/kのｋが３で割り切れない
N_sを選らぶのが良い。従って６極でN_sが15,21の場合は
○印を付さない。

そして例えば、表−１において８極の場合、N_s＝6,7,8,
9,…に対して、ｍ値は4,8,1,8,4,8,2,8を周期的に繰り
返し最大値は８となる。しかし、ｑ＝j/kのｋが３で割
り切れないものは○印で示した、N_s＝9,15,21,27,33,…
の場合のみとなる。

実施例２ 第４図は本発明の第２の実施例を示す図で、第１図の実
施例と異なる点は、電機子鉄心（３）のチィース（51）
〜（59）のギャップに対向する面に２個の溝（６）を設
けてある点である。この２個の溝（６）は、ティースで
の磁気抵抗の変化を均一に３等分する様にして設け、９
スロットの鉄心が見かけ上27スロットの鉄心と同様の磁
気抵抗の変化をする様にしたものである。このため、９
スロットの鉄心で最低1/4スロットピッチのスキュ量の
角度を360°×1/9×1/4＝10°とすることが必要であっ
たものが、27スロットの鉄心での1/4スロットピッチの
スキュ量の角度として360°×1/27×1/4＝3.33°に低減
される。一般にティースでの磁気変化を均一に奇数個に
分割するための偶数個（Ｍ個）の溝を設けることによ
り、スロット数N_sの鉄心が見かけ上N_s×（Ｍ＋１）のス
ロット数と同様になり、スキュ量が低減することが可能
となる。

そして、溝（６）を無しにした場合が実施例１に相当す
ることになる。

実施例３ 尚、スキュは界磁と電機子の位置を軸方向に相対的に漸
次変化させるものであり、第３の実施例として、第５図
（ａ），（ｂ）の様に電機子鉄心を角度θだけスキュさ
せた場合でも同様の効果が得られる。

第６図（ａ），（ｂ）は第２図（ａ），（ｂ）に相当す
る分布図で、記号は同一である。第６図（ａ）では、電
機子側ティース（51）内（59）の中心線が1/4スロット
ピッチのスキュをしており、第６図（ｂ）の様に１極ピ
ッチ上に示せば、９スロットトータルでは、Ｔに示した
様に１極ピッチ上に均一に分布する。第７図（ａ），
（ｂ）は第３図（ａ），（ｂ）に相当する分布図でこれ
も記号は同一である。第７図（ａ）ではティース（51）
〜（59）の中心線が1/2スロットピッチのスキュをして
おり、第７図（ｂ）の様に１極ピッチ上にティースが２
回重なって分布する。この様にスキュは電機子と界磁の
相対的な位置関係をずらすものであり、効果は実施例１
と同様になる。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、本発明によれば半閉スロット数N_sと
極数Ｐとティースに０にて示すようにティースの溝を設
けないか又は偶数Ｍにて示すＭ個のティースの溝を設け
た見かけ上のスロット数との間にN_s×｛（０又はＭ）＋
１｝/P＝n/m（ｎとｍとは互いに素なる整数でｍ＞１）
なる関係がある時、Ｓ＝l/m（１≦ｌ＜m:lは整数）にて
求められるＳスロットピッチのスキュを実施することに
より、１スロットピッチより少ないＳスロットピッチの
スキュでスロットリップルの影響を除去できる。

このため、半閉スロット数を大幅に増加させることな
く、スキュ量を低減できる回転電機を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の概略を示す横断面図、
第２図（ａ），（ｂ）および第３図（ａ），（ｂ）は第
１の実施例の作用を示す説明図、第４図は第２の実施例
の概略を示す横断面図、第５図（ａ），（ｂ）は第３の
実施例を示す電機子鉄心の要部を示す側面図および立面
図、第６図（ａ），（ｂ）および第７図（ａ），（ｂ）
は第３の実施例の作用を示す説明図、第８図は従来の回
転電機の概略を示す横断面図である。 １……界磁鉄心、2,21,22,23,24……永久磁石、 ３……電機子鉄心、４……電機子巻線、 5,51〜59……ティース、６……溝、31……スロット。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電機子巻線が電機子鉄心のN_s個の半閉スロ
   ットに収められ、電機子鉄心あるいは回転子の界磁磁極
   がスキュされる回転電機において、電機子鉄心のティー
   スの回転子に対向する面に０にて示すようにティースの
   溝を設けないか又は偶数Ｍにて示すＭ個のティースの溝
   を設けて見かけ上のスロット数をN_s×｛（０又はＭ）＋
   １｝個とし、電機子鉄心のスロット数N_sとティースの溝
   数Ｍと極数Ｐとの間にN_s×｛（０又はＭ）＋１｝/P＝n/
   m（ｎとｍとは互いに素なる整数でｍ＞１）なる関係が
   ある時Ｓ＝l/m（１≦ｌ＜ｍでｌは整数）にて求められ
   る見かけ上のスロットピッチのＳ倍スロットピッチのス
   キュをさせたことを特徴とする回転電機。
2. 【請求項２】相数を３とし、N_s×｛（０又はＭ）＋１｝
   /3P＝j/k（ｊとｋは互いに素なる整数）で示されると
   き、ｋが３で割り切れず、かつｍが最も大きな値となる
   様に半閉スロット数N_sを選んだことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の回転電機。