JPH07298596A - ブラシレスモータ - Google Patents

ブラシレスモータ

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Publication number
JPH07298596A
JPH07298596A JP11227394A JP11227394A JPH07298596A JP H07298596 A JPH07298596 A JP H07298596A JP 11227394 A JP11227394 A JP 11227394A JP 11227394 A JP11227394 A JP 11227394A JP H07298596 A JPH07298596 A JP H07298596A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
phase
width
teeth
brushless motor
rotor
Prior art date
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Pending
Application number
JP11227394A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshito Nishikawa
義人 西川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Asmo Co Ltd
Original Assignee
Asmo Co Ltd
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Publication date
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  • Brushless Motors (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成で、コギングトルク、トルクリッ
プルを低減することができるブラシレスモータを提供す
ること。 【構成】 2P極の永久磁石16を有するロータ10
と、3相2極の全節分布巻きの電機子巻線46を有する
ステータ30とを含むブラシレスモータである。前記ス
テータ30は、大型磁極片36を有する3P個の第1の
ティース34と、小型磁極片40を有し、前記第1のテ
ィース34と交互に配置される3P個の第2のティース
38と、を含み、前記大型磁極片36の表面の中央に凹
溝44が形成されている。そして、前記3相の電機子巻
線46の各相巻線に電気角で120度位相の異なる3相
交流矩形波電流を通電し、前記ロータ10を回転駆動す
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モータに関す
る。
【0002】
【従来の技術】今日、ブラシレスモータは、例えばOA
機械、制御系分野およびその他の用途に幅広く用いられ
ている。
【0003】したがって、ブラシレスモータには、その
トルクリップルを低減し、高精度の回転制御や位置制御
を可能とすることが求められる。
【0004】このため、従来より実開平2−79174
号公報、特開平2−269444号公報に示されるよう
な出願がなされている。
【0005】前者の出願は、電機子鉄心に所定ピッチの
スキューを施すとともに、鉄心のティースに所定ピッチ
で補助溝を形成することにより、コギングトルク、トル
クリップル等を低減可能とする技術に関するものであ
る。しかし、この固定子鉄心にスキューを施してやるた
めには、固定子鉄心の製造工程および固定子鉄心に巻線
を押入する工程での設備が複雑なものとなってしまい、
これがモータのコストアップの原因となるという問題が
あった。
【0006】また、後者の出願は、固定子鉄心に通常幅
の複数のティースと幅広のティースとを交互に配置し、
トルクリップルを低減する技術に関するものである。し
かし、周期的に設けられる幅広のティースにより、巻線
の設置されるスロット数が少なくなり、モータ出力が低
下してしまうという問題があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、簡
単な構成で、コギングトルク、トルクリップルを低減す
ることができるブラシレスモータを提供することにあ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明のブラシレスモータは、2P極(ただしPは
正の整数)の永久磁石界磁を有するロータと、3相2Q
極(ただしQは正の整数)の全節分布巻きの電機子巻線
を有するステータと、を含み、前記ステータは、大型磁
極片を有する3P個の第1のティースと、小型磁極片を
有し、前記第1のティースと交互に配置され、しかも前
記第1のティースとほぼ同一幅に形成された3P個の第
2のティースと、前記大型磁極片の表面の中央に、スロ
ット方向に沿って形成された磁気抵抗エリアと、を含
み、前記3相の電機子巻線の各相巻線に電気角で120
度位相の異なる3相交流矩形波電流を通電し、前記ロー
タを回転駆動することを特徴としている。
【0009】また、請求項2の発明は、請求項1におい
て、前記磁気抵抗エリアは、前記大型磁極片の表面の中
央に、スロット方向に沿って設けられた凹溝として形成
されたことを特徴としている。
【0010】また、請求項3の発明は、請求項1,2の
いずれかにおいて、前記磁気抵抗エリアは、スロットの
幅とほぼ同一幅に形成されたことを特徴としている。
【0011】また、請求項4の発明は、請求項3におい
て、前記大型磁極片は、小型磁極片の2倍の幅と、前記
スロット幅とを足し合わせた幅とほぼ同一幅に形成され
たことを特徴としている。
【0012】
【作用】本発明のブラシレスモータは、永久磁石界磁を
有するロータと、3相電機子巻線を有するステータとを
含み、前記3相電機子巻線の各相巻線に、電気角で12
0度位相の異なる3相交流矩形波電流を通電するよう構
成されている。特に本発明のモータでは、前記永久磁石
界磁を2P極とし、前記3相電機子巻線を3相2Q極の
全節分布巻きに構成している。これにより、電機子巻線
の各相の誘起電圧は電気角で120度の範囲でフラット
な台形波となるため、電機子巻線の各相巻線に電気角で
120度位相の異なる3相交流矩形波電流を通電する
と、その合成トルクが一定の値となり、トルクリップル
が発生することはほとんどない。
【0013】これに加えて、本発明のモータでは、大型
の磁極片を有する3P個の第1のティースと、小型の磁
極片を有する3P個の第2のティースとを設け、第1の
ティースと第2のティースとを交互に配置するように構
成されている。
【0014】単に、このような構成のブラシレスモータ
では、ロータ側に2P個の磁極、ステータ側に6P個の
スロットが存在することになるため、6Pと2Pとの最
小公倍数である12P個の山のコギングトルクが発生す
る。
【0015】これに対し、本発明のモータでは、前記大
型磁極片の表面中央に磁気抵抗エリアを設けている。こ
れにより実際には6P個しかないスロットが、磁気回路
的には、前記磁気抵抗エリアの数3P個分だけ増加する
ことになり、等価的には9P個のスロットを設けた場合
と同じになる。この結果、永久磁石界磁の極数2Pと、
前記スロット数9Pとの最小公倍数である18P個の山
を持つコギングトルクが発生する。特に、前述した12
P個の山のコギングトルクと、本発明の18P個の山の
コギングトルクは、その総エネルギーがほぼ同じである
ため、1個当たりのコギングトルクのピークの値は12
/18=2/3となり、この面からもトルクリップルの
大きな要因であるコギングトルクを大幅に低減し、トル
クリップルの小さな高性能のブラシレスモータを実現す
ることができる。
【0016】さらに、前記第1および第2のティースは
ほぼ同一幅に形成されている。このため、大型磁極片を
設けても、ステータの限られた空間内に巻線用スロット
のスペースを充分確保でき、モータ出力を低下させるこ
とはない。
【0017】また、前記磁気抵抗エリアは、当該エリア
を、ティースを構成する電機子鉄心より、磁気抵抗の大
きな値に形成することにより実現できるが、請求項2の
ように、凹溝として形成することにより、その構成を簡
単かつ安価なものとすることができる。
【0018】また、請求項3の発明によれば、磁気抵抗
エリアを、スロット幅とほぼ同一幅に形成することによ
り、コギングトルクを平準化し、トルクリップル特性を
さらに改善することができる。
【0019】また、請求項4の発明によれば、大型磁極
片の幅を、小型ティースの先端の2倍の幅と、スロット
の幅とを足し合わせた幅に設定することにより、コギン
グトルクをさらに平準化し、トルクリップル特性を改善
することができる。
【0020】
【実施例】次に、本発明の好適な実施例を図面に基づき
詳細に説明する。
【0021】図1には、本発明にかかるブラシレスモー
タの好適な一例が示されている。
【0022】このブラシレスモータは、2P個の永久磁
石界磁を有するロータ10と、3相2Q極の全節分布巻
きの電機子巻線46を有するステータ30とを含む。そ
して、前記3相電機子巻線46に後述する3相交流矩形
波電流を通電することにより、ロータ10を回転駆動す
るよう構成されている。ただし、P、Qは正の整数とす
る。
【0023】前記ロータ10は、回転軸12にスペーサ
14を介し2P=4極の永久磁石16が取り付け固定さ
れている。具体的には、円弧状のN極とS極との永久磁
石16が交互にリング状に配置されている。
【0024】前記ステータ30は、大型の磁極片36を
有する第1のティース34と、小型の磁極片40を有す
る第2のティース38とが交互に設けられた電機子鉄心
32を含む。前記ロータ10の永久磁石界磁の極数を2
P=4極とすると、第1のティース34は3P=6個、
第2のティース38も3P=6個設けられている。した
がって、これら各ティース34,38間に形成されるス
ロット42は、合計12個となる。
【0025】前記第1および第2のティース34,38
はほぼ同一幅に形成されている。このため、大型磁極片
36を設けても、ステータ30の限られた内周面に巻線
用スロット42のスペースを充分確保でき、モータ出力
を低下させることはない。
【0026】前記各スロット42内には、3相2Q極の
全節分布巻き電機子巻線46が設けられている。実施例
では、Q=1に設定されているため、3相2極の全節分
布巻きの電機子巻線46が設けられることになる。
【0027】図3には、前記電機子巻線46の巻線図が
概略的に示されている。同図に示す番号100−1〜1
00−12の巻線が、図1に示す12個のスロット42
内に位置する巻線パターンで、当該電機子巻線46は巻
装されている。
【0028】図2には、前記第1および第2のティース
34,38の拡大図が概略的に示されている。
【0029】同図に示すよう、大型の磁極片36には、
その表面中央部に、スロットの形成方向(実施例ではロ
ータ10の回転軸方向)に沿って凹溝44が形成されて
いる。この凹溝44は、ロータ側の永久磁石16との間
の磁気回路の磁気抵抗を増加させる磁気抵抗エリアとし
て機能する。
【0030】そして、この凹溝44の幅L2 は、磁極片
間のスリット幅L1 とほぼ等しくなるように形成されて
いる。
【0031】さらに、大型の磁極片36の幅L3 は、小
型の磁極片幅をL5 とした場合に、L3 =2L5 +L1
の値に設定することが好ましい。
【0032】図4には、実施例のブラシレスモータのタ
イミングチャートが示されている。
【0033】実施例のブラシレスモータには、電機子巻
線46のU,V,Wの各相に図4(A),(B),
(C)に示す3相交流矩形波電流が通電される。すなわ
ち、同図(A)〜(C)に示すよう、ロータ10の回転
位置に応じて電気角で120度の矩形波電流を、120
度ずつの位相差で通電する。これにより、ロータ10が
回転する。このとき、U,V,Wの各相の電機子巻線に
は,図4(D),(E),(F)で示す誘起電圧が誘導
される。
【0034】本実施例では、ロータ10が2P極、ステ
ータ30が3相2Q極に形成されており、しかも電機子
巻線46は、全節分布巻きに形成されている。これによ
り、U,V,Wの各相の電機子巻き線の誘起電圧は、電
気角120度の範囲でフラットな台形波とすることがで
きる。この誘起電圧波形は、各相の巻線46に鎖交する
界磁磁束に対応する波形であるから、界磁磁束と各相の
電流との相互作用に基づく各相トルクは、図4(G),
(H),(I)に示すようになる。この結果、ロータ1
0の回転軸12から出力される合成トルクは、図4
(J)に示すよう、リップルを含まない一定トルクとな
る。
【0035】なお、本願発明者は、電機子巻線46を集
中巻きにして前記台形波を得ることについても検討し
た。集中巻きを採用すると、12スロットの場合、最低
6極以上が必要となる。これに対し、分布巻きを採用す
ると、12スロットの場合、4極ですむ。このように、
極数が少なくてすむ構成を採用することにより、総磁束
を大きくとることができ(極が多いと、極と極との間で
の漏れ磁束が増すため)、しかも低価格でモータを製造
できる。
【0036】さらに、実施例のブラシレスモータでは、
大型の磁極片36と、小型の磁極片40とが、交互に合
計12個配置されている。大型の磁極片36の表面中央
には、前述したように、磁気抵抗エリアとして機能する
凹溝44が形成されている。これにより、実際には12
個のスロット42しかないが、ステータ30とロータ1
0との間の磁気回路の観点から見ると、前記大型のティ
ース36に設けられた合計6個の溝44は、スロット4
2の開口端と同様、磁気抵抗の高い領域となる。したが
って、磁気回路的には、18個のスロットを設けた場合
と同様に機能する。
【0037】この結果、12スロットのステータが、1
8スロットのステータと等価となり、ロータ10の磁極
数が2P=4であることから、発生するコギングトルク
は18と4の最小公倍数である36個の山を持つことに
なる。2R=4極で12スロットの場合、前述したよう
に24山のコギングトルクを発生するが、発生するコギ
ングトルクのエネルギーは、36山の場合と同じであ
る。このため、実施例のように36山のコギングトルク
を出力する構成とすることにより、一山当たりのエネル
ギーは24/36=2/3まで低減できる。これによ
り、ロータ10のトルクリップル特性を大幅に改善する
ことができる。
【0038】特に、実施例では、図2に示すよう、スロ
ット開口幅L1 と、溝44の幅L2とをほぼ等しい値に
設定しているため、発生するコギングトルクのばらつき
を抑制し、より良好なトルクリップル特性となるように
改善できる。
【0039】これに加えて、大型の磁極片36は、小型
の磁極片40の幅L5 を2倍した値と、スロット開口幅
L1 とを加えた値にその幅が設定されているため、等価
的には、L5 の幅の磁極片と、L1 の幅のスロット開口
とが交互に現れることとなる。このため、この面から
も、トルクリップルを大幅に抑制し、良好な出力特性を
得ることができる。
【0040】なお、前記実施例では、磁気抵抗エリアと
して、凹溝44を形成する場合を例にとり説明したが、
本発明はこれに限らず、電機子鉄心32に対し、磁気抵
抗が高くなるようこのエリアを形成できれば、他の構成
を採用してもよい。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
簡単な構成で、コギングトルク、トルクリップルを抑制
し、良好な出力特性を有するブラシレスモータを得るこ
とができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の適用されたブラシレスモータの概略説
明図である。
【図2】実施例のブラシレスモータの要部の概略説明図
である。
【図3】実施例のモータに使用される電機子巻線の巻線
パターンの説明図である。
【図4】実施例のステップモータの波形説明図である。
【符号の説明】
10 ロータ 16 永久磁石 30 ステータ 32 電機子鉄心 34 第1のティース 36 大型の磁極片 38 第2のティース 40 小型の磁極片 42 スロット 44 凹溝 46 電機子巻線

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2P極(ただしPは正の整数)の永久磁
    石界磁を有するロータと、 3相2Q極(ただしQは正の整数)の全節分布巻きの電
    機子巻線を有するステータと、 を含み、 前記ステータは、 大型磁極片を有する3P個の第1のティースと、 小型磁極片を有し、前記第1のティースと交互に配置さ
    れ、しかも前記第1のティースとほぼ同一幅に形成され
    た3P個の第2のティースと、 前記大型磁極片の表面の中央に、スロット方向に沿って
    形成された磁気抵抗エリアと、 を含み、 前記3相の電機子巻線の各相巻線に電気角で120度位
    相の異なる3相交流矩形波電流を通電し、前記ロータを
    回転駆動することを特徴とするブラシレスモータ。
  2. 【請求項2】 請求項1において、 前記磁気抵抗エリアは、 前記大型磁極片の表面の中央に、スロット方向に沿って
    設けられた凹溝として形成されたことを特徴とするブラ
    シレスモータ。
  3. 【請求項3】 請求項1,2のいずれかにおいて、 前記磁気抵抗エリアは、 スロットの幅とほぼ同一幅に形成されたことを特徴とす
    るブラシレスモータ。
  4. 【請求項4】 請求項3において、 前記大型磁極片は、 小型磁極片の2倍の幅と、前記スロット幅とを足し合わ
    せた幅とほぼ同一幅に形成されたことを特徴とするブラ
    シレスモータ。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7859159B2 (en) 2008-04-01 2010-12-28 Asmo Co., Ltd. Electric motor
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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20020611