JPH07298597A - Ｄｃブラシレスモータ - Google Patents
ＤｃブラシレスモータInfo
- Publication number
- JPH07298597A JPH07298597A JP11452494A JP11452494A JPH07298597A JP H07298597 A JPH07298597 A JP H07298597A JP 11452494 A JP11452494 A JP 11452494A JP 11452494 A JP11452494 A JP 11452494A JP H07298597 A JPH07298597 A JP H07298597A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- brushless motor
- permanent magnets
- cogging torque
- field
- magnetic field
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- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
- Brushless Motors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は、ＤＣブラシレスモータに関し、滑ら
かな回転を得るための界磁の構造に関する。 【構成】円周上にＰ極対の永久磁石を相隣合うもののピ
ッチ角をずらして取り付けた界磁と、Ｓ個の巻線用の等
ビッチ角で設けた突極を有する鉄心を備えた電機子から
なるＤＣブラシレスモータにおいて、Ｐを界磁永久磁石
の極対数、ｎを＞＝１の整数、Ｍを相数、相隣合う界磁
永久磁石の着磁ピッチ角をλとしたとき、λを、 λ1
＝１８０°／Ｐ、λ2 ＝λ1＋１８０゜／（Ｓ＊（Ｍ＊
ｎ＋１あるいは２））、λ3 ＝λ1 −１８０゜／（Ｓ＊
（Ｍ＊ｎ＋１あるいは２））の３種類とし、界磁永久磁
石を順次ずらして配置し、ＤＣブラシレスモータを構成
する。゜／（Ｓ＊Ｍ＊（ｎ＋１あるいは２）））、ｔ3
＝（１８０゜／（Ｍ＊（ｎ＋１あるいは２））−（１８
０゜／（Ｓ＊Ｍ＊（ｎ＋１あるいは２）））の３種類と
し、順次ずらして配置しＤＣブラシレスモータを構成す
る。
かな回転を得るための界磁の構造に関する。 【構成】円周上にＰ極対の永久磁石を相隣合うもののピ
ッチ角をずらして取り付けた界磁と、Ｓ個の巻線用の等
ビッチ角で設けた突極を有する鉄心を備えた電機子から
なるＤＣブラシレスモータにおいて、Ｐを界磁永久磁石
の極対数、ｎを＞＝１の整数、Ｍを相数、相隣合う界磁
永久磁石の着磁ピッチ角をλとしたとき、λを、 λ1
＝１８０°／Ｐ、λ2 ＝λ1＋１８０゜／（Ｓ＊（Ｍ＊
ｎ＋１あるいは２））、λ3 ＝λ1 −１８０゜／（Ｓ＊
（Ｍ＊ｎ＋１あるいは２））の３種類とし、界磁永久磁
石を順次ずらして配置し、ＤＣブラシレスモータを構成
する。゜／（Ｓ＊Ｍ＊（ｎ＋１あるいは２）））、ｔ3
＝（１８０゜／（Ｍ＊（ｎ＋１あるいは２））−（１８
０゜／（Ｓ＊Ｍ＊（ｎ＋１あるいは２）））の３種類と
し、順次ずらして配置しＤＣブラシレスモータを構成す
る。
Description
【産業上の利用分野】本発明は、回転ムラを極度に嫌う
ＦＤＤ（フロッピーディスクドライブ）、ＨＤＤ（ハー
ドディスクドライブ）のスピンドルモータ用のＤＣブラ
シレスモータに関する。
ＦＤＤ（フロッピーディスクドライブ）、ＨＤＤ（ハー
ドディスクドライブ）のスピンドルモータ用のＤＣブラ
シレスモータに関する。
【０００１】
【従来の技術】従来、この種のモータは、回転ムラの主
原因であるコギングトルクを低減するために、電機子突
極の中間に補助突極を設けたものや界磁マグネットの取
付け幅を２種類とし合い隣の磁束のピークをずらして高
次の高調波成分をキャンセルするものがある。後者の一
例として、円周上に取りつけたＰ個のＣ型界磁マグネッ
トからなる回転子と、ｎ個の巻線用の溝及びｍ個の補助
溝を有する鉄心とを備え、Ｃ型界磁マグネットの相隣合
うマグネットの取り付け角度幅を、ｊを０を含む整数、
Ｑを１を除くＰの約数としたとき、 ３６０゜／Ｐ＋［３６０゜／（ｍ＋ｎ）］×［１／（２
Ｑ）＋ｊ］ としたものをＱ／２個連続させ、 ３６０゜／Ｐ−［３６０゜／（ｍ＋ｎ）］×［１／（２
Ｑ）＋ｊ］ としたものをＱ／２個連続させて１ブロックを形成し、
それをＰ／Ｑブロックに形成したものがある（例えば、
特開昭６４−７７４５２号公報）。以上のように構成す
ることによって、（ｍ＋ｎ）次のコギングトルクを小さ
くするとしている。
原因であるコギングトルクを低減するために、電機子突
極の中間に補助突極を設けたものや界磁マグネットの取
付け幅を２種類とし合い隣の磁束のピークをずらして高
次の高調波成分をキャンセルするものがある。後者の一
例として、円周上に取りつけたＰ個のＣ型界磁マグネッ
トからなる回転子と、ｎ個の巻線用の溝及びｍ個の補助
溝を有する鉄心とを備え、Ｃ型界磁マグネットの相隣合
うマグネットの取り付け角度幅を、ｊを０を含む整数、
Ｑを１を除くＰの約数としたとき、 ３６０゜／Ｐ＋［３６０゜／（ｍ＋ｎ）］×［１／（２
Ｑ）＋ｊ］ としたものをＱ／２個連続させ、 ３６０゜／Ｐ−［３６０゜／（ｍ＋ｎ）］×［１／（２
Ｑ）＋ｊ］ としたものをＱ／２個連続させて１ブロックを形成し、
それをＰ／Ｑブロックに形成したものがある（例えば、
特開昭６４−７７４５２号公報）。以上のように構成す
ることによって、（ｍ＋ｎ）次のコギングトルクを小さ
くするとしている。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】コギングトルクや回転
ムラの影響を小さくしたい場合や低速度の駆動を行いた
い場合は、トルクリップルを少なくするため、界磁マグ
ネットを多極にしたものが望ましい。しかしながら、後
者の従来の技術は、基本調波である界磁極数と巻線溝の
最小公倍数に起因するコギングトルクの脈動数そのもの
に対するものであるため、コギングトルクの減衰率が小
さい。また、補助溝をなくし突極数を必要最小限にし界
磁マグネットを多極としたものに適用しようとすると、
角度幅がとれない。そのため、界磁マグネットを多極に
構成するには電機子の突極数を増加させる必要があり、
巻線が複雑になる。そこで、本考案は、コギングトルク
の脈動を高次化することによりコギングトルクを減衰し
易くし、回転ムラをなくし滑らかに回転をする、巻線が
容易な多極構造のＤＣブラシレスモータを提供すること
を目的とする。
ムラの影響を小さくしたい場合や低速度の駆動を行いた
い場合は、トルクリップルを少なくするため、界磁マグ
ネットを多極にしたものが望ましい。しかしながら、後
者の従来の技術は、基本調波である界磁極数と巻線溝の
最小公倍数に起因するコギングトルクの脈動数そのもの
に対するものであるため、コギングトルクの減衰率が小
さい。また、補助溝をなくし突極数を必要最小限にし界
磁マグネットを多極としたものに適用しようとすると、
角度幅がとれない。そのため、界磁マグネットを多極に
構成するには電機子の突極数を増加させる必要があり、
巻線が複雑になる。そこで、本考案は、コギングトルク
の脈動を高次化することによりコギングトルクを減衰し
易くし、回転ムラをなくし滑らかに回転をする、巻線が
容易な多極構造のＤＣブラシレスモータを提供すること
を目的とする。
【０００３】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明は、円周上にＰ極対の永久磁石を相隣合うも
ののピッチ角をずらして取り付けた界磁と、Ｓ個の巻線
用の等ビッチ角で設けた突極を有する鉄心を備えた電機
子からなるＤＣブラシレスモータにおいて、Ｐを界磁永
久磁石の極対数、ｎを＞＝１の整数、Ｍを相数、相隣合
う界磁永久磁石の着磁ピッチ角をλとしたとき、λを、
λ1 ＝１８０°／Ｐ、λ2 ＝λ1＋１８０゜／（Ｓ＊
（Ｍ＊ｎ＋１あるいは２））、λ3 ＝λ1 −１８０゜／
（Ｓ＊（Ｍ＊ｎ＋１あるいは２））の３種類とし、界磁
永久磁石を順次ずらして配置し、ＤＣブラシレスモータ
を構成する。
に、本発明は、円周上にＰ極対の永久磁石を相隣合うも
ののピッチ角をずらして取り付けた界磁と、Ｓ個の巻線
用の等ビッチ角で設けた突極を有する鉄心を備えた電機
子からなるＤＣブラシレスモータにおいて、Ｐを界磁永
久磁石の極対数、ｎを＞＝１の整数、Ｍを相数、相隣合
う界磁永久磁石の着磁ピッチ角をλとしたとき、λを、
λ1 ＝１８０°／Ｐ、λ2 ＝λ1＋１８０゜／（Ｓ＊
（Ｍ＊ｎ＋１あるいは２））、λ3 ＝λ1 −１８０゜／
（Ｓ＊（Ｍ＊ｎ＋１あるいは２））の３種類とし、界磁
永久磁石を順次ずらして配置し、ＤＣブラシレスモータ
を構成する。
【０００３】
【作用】上記のように構成することにより、コギングト
ルクの次数が２倍になり、基本調波である界磁極数と巻
線溝の最小公倍数を回避でき、減衰し易くなるとともに
振幅も減少する。
ルクの次数が２倍になり、基本調波である界磁極数と巻
線溝の最小公倍数を回避でき、減衰し易くなるとともに
振幅も減少する。
【０００４】
【実施例】本発明の実施例における正断面図を第１図に
示す。この実施例は３相６突極１０極の場合であり、イ
ンナーステータ、アウタロータの構造になっている。積
層強磁性板よりなる電機子１の外径側には、６個の突極
２を設け、この突極２に集中巻の巻線３を巻回し各相磁
極Ｕ、Ｗ´、Ｖ、Ｕ´、Ｗ、Ｖ´を形成してある。円環
状の磁性体よりなる界磁５の内径側には、電機子１の突
極２の外径側と空隙をもって対向させ、円筒状の永久磁
石４を３６°、４２°、３０°の３種の角度を１グルー
プとし、円周方向に不等分ピッチで着磁して１０極の界
磁５を構成してある。突極の取り付けピッチ角＝９０゜
としてある。界磁永久磁石の着磁ピッチ角λを、下記の
λ1 ，λ2 ，λ3 の３種類にしてある。基準着磁ピッチ
角λ1 に対し、相隣の永久磁石の着磁ピッチ角λ2 とλ
3 を基準着磁ピッチ角λ1 ＝１８０°／５＝３６°、一
方の相隣の永久磁石の着磁ピッチ角λ2 ＝λ1 ＋１８０
°／（６＊５）＝３６°＋６°＝４２°、他方の相隣の
永久磁石の着磁ピッチ角λ3 ＝λ1 −１８０°／（６＊
５）＝３６°−６°＝３０°としてある。なお、組立を
容易にするため、永久磁石４に円筒状のものを用いてい
るが、弓形のセグメントにしてもよい。第２図に、突極
２に巻回した各相巻線３を順次励磁したときの、界磁５
が１回転中に、突極２１〜２６に生じるコギングトルク
を示している。ここで、通常の３相６突極１０極の場
合、突極と永久磁石の両方が等ピッチであれば、突極２
１と突極２４、突極２２と突極２５、突極２３と突極２
６それぞれのコギングトルクは同位相になり、結局振幅
が２倍になったコギングトルクが機械角で１２０゜位相
差で存在する。コギングトルクの波形が完全に正弦波で
あるならば、１２０゜位相差の３つのコギング力の合成
は零になるが、コギングトルクには高調波成分が重畳し
ているために、実際には、コギングトルクの脈動数Ｎｃ
＝界磁極数と突極の最小公倍数＝３×１０＝３０のコギ
ングトルクが発生している。ところが、本発明の実施例
のように、突極２を等分ピッチ、永久磁石４の着磁ピッ
チを３種の不等分ピッチにすると、コギングトルクの脈
動数がＮｃ＝２×３×１０＝６０と倍になる。一般にＮ
ｃを大きくすればコギングトルクの振幅は減少し、コギ
ングトルクが低減する。以下に、コギングトルクの減少
率と回転ムラについて述べる。突極１個に対するパーミ
アンスをフーリエ級数展開して表すと、永久磁石を等ピ
ッチした場合のコギングトルクの主成分の式は τr ＝ｋ・P3・sin(30°θ) で表され、永久磁石磁極ピッチを不等分ピッチした場合
のコギングトルクの主成分の式は τi ＝ｋ・P6・sin(60°θ) で表される。ここで ｋ：磁石起磁力に関する係数 θ：界磁の回転角 P3：パーミアンスの第３次フーリエ係数 P6：パーミアンスの第６次フーリエ係数 である。界磁の回転角を変数としたパーミアンスの関数
を三角波などで近似すると τr ：τi ＝P3・sin(30°θ)：P6・sin(60°θ)＝１：
（１／４） となり、コギングトルクの振幅が約１／４に低減するこ
とになる。さらに、回転ムラへの効果を示す。回転ムラ
を表す式は δω＝１００×δτ／（J・n・ω） （％） である。ここで、 δτ：コギングトルクの片振幅 J ：界磁のイナーシャ n ：コギングトルク次数 ω ：界磁の回転速度 である。これによれば、コギングトルクの振幅δτが１
／４に低減し、コギングトルク次数が３から６へと倍に
なれば、回転ムラは１／８に低減することになる。以上
のように、本発明はコギングトルクの低減により滑らか
な回転を実現する作用を持つ。第３図に他の実施例の正
断面図を示す。この実施例は２相４突極１０極の場合で
あり、インナーステータ、アウタロータの構造になって
いる。電機子１の突極２の取り付けピツチ角を６０°、
界磁５の永久磁石４の着磁ピッチ角を３６°、４５°、
２７°の３種の角度の不等分にしてある。この場合も、
Ｎｃ＝２×２×１０＝４０とコギングトルクの脈動数が
等ピッチのものに比べ倍になる。以上の説明は、相数、
溝数、極対数が個別の例であるが、一般化すると、Ｐを
永久磁石の極対数、Ｓを電機子の突極数、ｎを＞＝１の
整数、Ｍを相数としたとき、相隣合う界磁永久磁石の着
磁ピッチ角λを、 λ1 ＝１８０°／Ｐ、 λ2 ＝λ1 ＋１８０゜／（Ｓ＊（Ｍ＊ｎ＋１あるいは
２））、 λ3 ＝λ1 ＋１８０゜／（Ｓ＊（Ｍ＊ｎ＋１あるいは
２）） の３種類とし、相隣り合うように円周上に順次配置す
る。なお、実施例では、モータの構造をインナーステー
タ、アウタロータとしてあるが、アウターロータ、イン
ナーステータにも同様に適用出来る。
示す。この実施例は３相６突極１０極の場合であり、イ
ンナーステータ、アウタロータの構造になっている。積
層強磁性板よりなる電機子１の外径側には、６個の突極
２を設け、この突極２に集中巻の巻線３を巻回し各相磁
極Ｕ、Ｗ´、Ｖ、Ｕ´、Ｗ、Ｖ´を形成してある。円環
状の磁性体よりなる界磁５の内径側には、電機子１の突
極２の外径側と空隙をもって対向させ、円筒状の永久磁
石４を３６°、４２°、３０°の３種の角度を１グルー
プとし、円周方向に不等分ピッチで着磁して１０極の界
磁５を構成してある。突極の取り付けピッチ角＝９０゜
としてある。界磁永久磁石の着磁ピッチ角λを、下記の
λ1 ，λ2 ，λ3 の３種類にしてある。基準着磁ピッチ
角λ1 に対し、相隣の永久磁石の着磁ピッチ角λ2 とλ
3 を基準着磁ピッチ角λ1 ＝１８０°／５＝３６°、一
方の相隣の永久磁石の着磁ピッチ角λ2 ＝λ1 ＋１８０
°／（６＊５）＝３６°＋６°＝４２°、他方の相隣の
永久磁石の着磁ピッチ角λ3 ＝λ1 −１８０°／（６＊
５）＝３６°−６°＝３０°としてある。なお、組立を
容易にするため、永久磁石４に円筒状のものを用いてい
るが、弓形のセグメントにしてもよい。第２図に、突極
２に巻回した各相巻線３を順次励磁したときの、界磁５
が１回転中に、突極２１〜２６に生じるコギングトルク
を示している。ここで、通常の３相６突極１０極の場
合、突極と永久磁石の両方が等ピッチであれば、突極２
１と突極２４、突極２２と突極２５、突極２３と突極２
６それぞれのコギングトルクは同位相になり、結局振幅
が２倍になったコギングトルクが機械角で１２０゜位相
差で存在する。コギングトルクの波形が完全に正弦波で
あるならば、１２０゜位相差の３つのコギング力の合成
は零になるが、コギングトルクには高調波成分が重畳し
ているために、実際には、コギングトルクの脈動数Ｎｃ
＝界磁極数と突極の最小公倍数＝３×１０＝３０のコギ
ングトルクが発生している。ところが、本発明の実施例
のように、突極２を等分ピッチ、永久磁石４の着磁ピッ
チを３種の不等分ピッチにすると、コギングトルクの脈
動数がＮｃ＝２×３×１０＝６０と倍になる。一般にＮ
ｃを大きくすればコギングトルクの振幅は減少し、コギ
ングトルクが低減する。以下に、コギングトルクの減少
率と回転ムラについて述べる。突極１個に対するパーミ
アンスをフーリエ級数展開して表すと、永久磁石を等ピ
ッチした場合のコギングトルクの主成分の式は τr ＝ｋ・P3・sin(30°θ) で表され、永久磁石磁極ピッチを不等分ピッチした場合
のコギングトルクの主成分の式は τi ＝ｋ・P6・sin(60°θ) で表される。ここで ｋ：磁石起磁力に関する係数 θ：界磁の回転角 P3：パーミアンスの第３次フーリエ係数 P6：パーミアンスの第６次フーリエ係数 である。界磁の回転角を変数としたパーミアンスの関数
を三角波などで近似すると τr ：τi ＝P3・sin(30°θ)：P6・sin(60°θ)＝１：
（１／４） となり、コギングトルクの振幅が約１／４に低減するこ
とになる。さらに、回転ムラへの効果を示す。回転ムラ
を表す式は δω＝１００×δτ／（J・n・ω） （％） である。ここで、 δτ：コギングトルクの片振幅 J ：界磁のイナーシャ n ：コギングトルク次数 ω ：界磁の回転速度 である。これによれば、コギングトルクの振幅δτが１
／４に低減し、コギングトルク次数が３から６へと倍に
なれば、回転ムラは１／８に低減することになる。以上
のように、本発明はコギングトルクの低減により滑らか
な回転を実現する作用を持つ。第３図に他の実施例の正
断面図を示す。この実施例は２相４突極１０極の場合で
あり、インナーステータ、アウタロータの構造になって
いる。電機子１の突極２の取り付けピツチ角を６０°、
界磁５の永久磁石４の着磁ピッチ角を３６°、４５°、
２７°の３種の角度の不等分にしてある。この場合も、
Ｎｃ＝２×２×１０＝４０とコギングトルクの脈動数が
等ピッチのものに比べ倍になる。以上の説明は、相数、
溝数、極対数が個別の例であるが、一般化すると、Ｐを
永久磁石の極対数、Ｓを電機子の突極数、ｎを＞＝１の
整数、Ｍを相数としたとき、相隣合う界磁永久磁石の着
磁ピッチ角λを、 λ1 ＝１８０°／Ｐ、 λ2 ＝λ1 ＋１８０゜／（Ｓ＊（Ｍ＊ｎ＋１あるいは
２））、 λ3 ＝λ1 ＋１８０゜／（Ｓ＊（Ｍ＊ｎ＋１あるいは
２）） の３種類とし、相隣り合うように円周上に順次配置す
る。なお、実施例では、モータの構造をインナーステー
タ、アウタロータとしてあるが、アウターロータ、イン
ナーステータにも同様に適用出来る。
【０００５】
【発明の効果】本発明は、下記の効果がある。 １．コギングトルクの次数が通常のものの倍になり、脈
動数が大きくなるため振幅が低減する。これに伴い、回
転ムラも低減する。 ２．補助突極を設ける必要がないので、電機子の突極数
と界磁の磁極数を多くでき、低速度駆動のための多極構
造を実現することができる。
動数が大きくなるため振幅が低減する。これに伴い、回
転ムラも低減する。 ２．補助突極を設ける必要がないので、電機子の突極数
と界磁の磁極数を多くでき、低速度駆動のための多極構
造を実現することができる。
【図１】 本発明の実施例を示す正断面図、
【図２】 界磁１回転中のコギングトルクを示すグラ
フ、
フ、
【図３】 本発明の他の実施例を示す正断面図、
１ 電機子 ２、２１、２２、２３、２４、２５、２６ 突極 ３ 巻線 ４ 永久磁石 ５ 界磁
Claims (2)
- 【請求項１】 円周上にＰ極対の永久磁石を相隣合うも
ののピッチ角をずらして取り付けた界磁と、Ｓ個の巻線
用の等ビッチ角で設けた突極を有する鉄心を備えた電機
子からなるＤＣブラシレスモータにおいて、 Ｐを界磁永久磁石の極対数、ｎを＞＝１の整数、Ｍを相
数、相隣合う界磁永久磁石の着磁ピッチ角をλとしたと
き、λを、λ1 ＝１８０°／Ｐ、λ2 ＝λ1 ＋１８０゜
／（Ｓ＊（Ｍ＊ｎ＋１あるいは２））、λ3 ＝λ1 −１
８０゜／（Ｓ＊（Ｍ＊ｎ＋１あるいは２））の３種類と
し、順次配置したことを特徴とするＤＣブラシレスモー
タ。 - 【請求項２】 前記界磁の永久磁石が円筒状であり、円
周方向に着磁した請求項１記載のＤＣブラシレスモー
タ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11452494A JP3280158B2 (ja) | 1994-04-27 | 1994-04-27 | Ｄｃブラシレスモータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11452494A JP3280158B2 (ja) | 1994-04-27 | 1994-04-27 | Ｄｃブラシレスモータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07298597A true JPH07298597A (ja) | 1995-11-10 |
| JP3280158B2 JP3280158B2 (ja) | 2002-04-30 |
Family
ID=14639916
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11452494A Expired - Fee Related JP3280158B2 (ja) | 1994-04-27 | 1994-04-27 | Ｄｃブラシレスモータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3280158B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016146713A (ja) * | 2015-02-09 | 2016-08-12 | 学校法人金沢工業大学 | 発電機 |
| CN108494202A (zh) * | 2018-04-13 | 2018-09-04 | 华中科技大学 | 一种可磁化重构的机器人关节电机 |
-
1994
- 1994-04-27 JP JP11452494A patent/JP3280158B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016146713A (ja) * | 2015-02-09 | 2016-08-12 | 学校法人金沢工業大学 | 発電機 |
| CN108494202A (zh) * | 2018-04-13 | 2018-09-04 | 华中科技大学 | 一种可磁化重构的机器人关节电机 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3280158B2 (ja) | 2002-04-30 |
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