JPH07336967A - 軸方向空隙形同期モータ - Google Patents

軸方向空隙形同期モータ

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JPH07336967A
JPH07336967A JP14566894A JP14566894A JPH07336967A JP H07336967 A JPH07336967 A JP H07336967A JP 14566894 A JP14566894 A JP 14566894A JP 14566894 A JP14566894 A JP 14566894A JP H07336967 A JPH07336967 A JP H07336967A
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JP
Japan
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stator
rotor
torque
cogging torque
peak
Prior art date
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Pending
Application number
JP14566894A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshikazu Tominaga
義和 冨永
Takefumi Kabashima
武文 椛島
Toshihiro Matsuo
智弘 松尾
Takeshi Asanuma
毅 浅沼
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.)
Yaskawa Electric Corp
Original Assignee
Yaskawa Electric Corp
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Publication date
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  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】 円周方向にN,Sの極性が交互に位置するよ
うに軸方向に着磁して、両面にそれぞれm(mは整数)
対の磁極対を形成した円板状の永久磁石からなる平板状
のロータ1と、ロータ1を挟むようにロータ1の両側に
空隙を介して対向するそれぞれn(nは整数)個の歯部
を有するステータ2、2’とからなる軸方向空隙形同期
モータにおいて、両側のステータ2、2’の位置を互い
に周方向に180/(m×n)度ずらして配置したもの
である。 【効果】 加工精度が高くなると共に作業工数を低減す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、永久磁石を備えた軸方
向空隙形同期モータに関し、とくにコギングトルクを低
減するものに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、永久磁石を備えた軸方向空隙形同
期モータの場合、図3に側断面図および図4に周方向展
開図で示すように、円板の板厚方向に磁極対を有し、円
周方向に極性が交互に位置するように着磁した永久磁石
からなる円板状のロータ1と、ロータ1の両面に空隙を
介して対向する歯部21に電機子コイル3を巻回して形
成した二つのステータ2、2’とを備えたものがある。
この場合、コギングトルクを低減するために、両方のス
テータ2、2’の歯部21、21’は、ロータ1に対し
て対称の位置に配置し、ロータ1の着磁幅を斜めにして
主方向に1/4だけスキューしたものが開示されている
(例えば、特開平3−93451号)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来技術で
は、ロータの永久磁石の着磁をスキューするため、着磁
治具もスキューする必要があり、ロータの磁極の寸法精
度が低下すると共に、着磁作業などの工数が多くかかる
という問題があった。本発明は、ステータの配置を変え
るだけで、コギングトルクを低減することを目的とする
ものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明は、円周方向にN,Sの極性が交互に位置す
るように軸方向に着磁され、両面にそれぞれm(mは整
数)個の磁極対を形成した円板状の永久磁石からなる平
板状のロータと、前記ロータの両面に空隙を介して対向
するそれぞれn(nは整数)個の歯部を有する上ステー
タと下ステータとからなる軸方向空隙形同期モータにお
いて、前記上ステータおよび下ステータの歯部の位置を
互いに周方向に180/(m×n)度ずらして配置した
ものである。
【0005】
【作用】上記手段により、上ステータと下ステータの歯
部の位置を、180/(m×n)度ずらすことにより、
上ステータと下ステータのギャップエネルギの高調波が
半周期ずれてギャップエネルギが相殺されるので、コギ
ングトルク発生しなくなる。その詳細は、以下のとおり
である。空隙部の磁束密度はロータの位置変化によって
変化し、そのためコギングトルクが発生する。歯部の
数、すなわちスロット数をn、ロータの磁極対の数を
m、ロータの回転角をγ、ステータの歯部のピッチを
λ、エネルギーを計算するための座標角度をθとする
と、ギャップパーミアンス分布p(θ)、および磁石の
起磁力I(θ,γ)は、それぞれ次の数式1および数式
2によって表される。
【0006】
【数1】
【0007】
【数2】
【0008】ただし、j、kは正数で、(j,k=1)
は基本波、(j,k=2以上)は高調波を表す。空隙に
生じるギャップエネルギー密度E(γ)は、ギャップパ
ーミアンス分布p(θ)、および磁石の起磁力I(θ,
γ)から、次の数式3で表される。
【0009】
【数3】
【0010】ここで、数式3で、θについて0から2π
まで積分すると、cosの項は0になるから、j=1〜
∞、k=1〜∞の中で、jn≠2kmのものについて
は、数式3は第2項以外は0となり、結局、数式3は次
の数式4で表される。
【0011】
【数4】
【0012】したがって、数式4の結果は一定値となる
からコギングトルクは発生しないことになる。また、j
=1〜∞、k=1〜∞の中で、jn=2kmのものにつ
いては、数式3は第2項、第5項以外は0となり、次の
数式5で表される。
【0013】
【数5】
【0014】したがって、コギングトルクはjn=2k
mという条件の中で発生する。コギングトルクTcog
(γ)はギャップエネルギー密度E(γ)の変化分、す
なわち微分したものであるから、次に数式6で表され
る。
【0015】
【数6】
【0016】ここで、例えば、スロット数n=4、極対
数m=3の場合、j,k,jn,2km、E(γ)の関
係は、次の表1に示すようになるので、j=3,k=2
の場合、すなわち、ギャップ部のパーミアンス分布の3
次高調波と、磁石の起磁力の2次高調波により、1回転
あたり12山(jn=2km=3×4)のコギングトル
クを発生する。このコギングトルクの山の数はjn=2
kmの条件から、mとnの最小公倍数の整数倍となる。
すなわち、jn=2km=(m×n)iとなる。ただ
し、iは整数で、低次の場合、i=1である。したがっ
て、コギングトルクの1周期である、360/(m×
n)iの半ピッチ角度である(1/2)×360/(m
×n)i度だけずれたコギングトルクの山があればコギ
ングトルクを低減できる。
【0017】
【表1】
【0018】この他に、j=6,k=4の場合、すなわ
ち、ギャップ部のパーミアンス分布の6次高調波と、磁
石の起磁力の4次高調波により、1回転あたり24山
(jn=2km=6×4)のコギングトルクを発生す
る。しかし、高次になるほどギャップエネルギー密度E
(γ)は小さく、無視できるので、2次、3次などの低
次の高調波によるコギングトルクをなくすように、E
(γ)が一定になるようにすればコギングトルクを低減
できる。ここで、ロータを挟んでステータを上下に二つ
設けた場合、それぞれ上ステータおよび下ステータの歯
部を、低次の高調波によるコギングトルクの1周期の半
ピッチ角だけ互いにずらすことによって低次の高調波を
0にして、コギングトルクを低減することができる。こ
の時のずれ角αは、コギングトルクの山の数から、α=
(1/2)・(360/m×n)°=180/(m×
n)°となる。上ステータと下ステータのそれぞれのコ
ギングトルクTu ,Td は、ずれ角をαとすると、それ
ぞれ次の数式7および数式8で表される。
【0019】
【数7】
【0020】
【数8】
【0021】したがって、上下のステータのコギングト
ルクを合成すると、次の数式9で表される。
【0022】
【数9】
【0023】ここで、上記例と同じく、k=2,m=
3,n=4のとき、 α=(180/m×n)=180/3×4=15°とな
るので、 数式9は、 cos(kmα)=cos(2×3×15°)=cos
(90°)=0 であるから、低次のコギングトルクは発生しなくなる。
【0024】
【実施例】以下、本発明を図に示す実施例について説明
する。図1は本発明の実施例を示す周方向展開図であ
る。図において、円周方向にN,Sの極性が交互になる
ように軸方向に着磁して、円板の両面にそれぞれ3対の
磁極対を形成した円板状の永久磁石からなるロータ1
と、ロータ1の両面に空隙を介して対向するそれぞれ4
個の歯部21に2相の電機子コイル3を巻回して二つの
上ステータ2、下ステータ2’を形成してある。上ステ
ータ2と下ステータ2’とは互いに周方向にずらしてあ
り、その位置ずれ角度αは、スロット数nが4、ロータ
の磁極対の数mが3であるから、 α=180/(3×4)=15° としてある。上ステータ2と下ステータ2’とをずらさ
ない時のピークモータトルクをτ0としたとき、上ステ
ータ2と下ステータ2’とを周方向にα度ずらした場合
のピークモータトルクτは、 τ=τ0 cos(mα/2) で表される。したがって、スロット数n=4、ロータの
磁極対の数m=3の場合に、上ステータ2と下ステータ
2’とをα度ずらした場合のピークモータトルクτとピ
ークコギングトルクτC は図2に示すようになり、ピー
クモータトルクτの低下率に比べてピークコギングトル
クτC の低下率は極めて大きく、したがって高出力を維
持したままコギングトルクを低減することができる。こ
のように、上ステータ2と下ステータ2’とを周方向に
ずらし場合は、ロータと上ステータ2、およびロータと
下ステータ2’との間に発生するコギングトルクが相殺
されるので、全体としてコギングトルクを低減すること
ができる。なお、上記実施例は回転モータについて説明
したが、永久磁石のN,S磁極を直線状に配列し、ステ
ータも永久磁石を挟んで両側に直線状に形成してリニア
モータを形成する場合についても同様に適用できる。
【0025】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ロ
ータを挟む両方のステータの位置を互いにずらすことだ
けで、コギングトルクを大幅に低減できるので、加工精
度が高くなると共に作業工数を低減することができる効
果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例を示す周方向展開図である。
【図2】 本発明の実施例のトルク特性を示す説明図で
ある。
【図3】 従来例を示す側断面図である。
【図4】 従来例を示す周方向展開図である。
【符号の説明】
1 ロータ、2 上ステータ、2’ 下ステータ、2
1、21’ 歯部、3電機子コイル、
フロントページの続き (72)発明者 浅沼 毅 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石2番1号 株式会社安川電機内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 円周方向にN,Sの極性が交互に位置す
    るように軸方向に着磁され、両面にそれぞれm(mは整
    数)個の磁極対を形成した円板状の永久磁石からなる平
    板状のロータと、前記ロータの両面に空隙を介して対向
    するそれぞれn(nは整数)個の歯部を有する上ステー
    タと下ステータとからなる軸方向空隙形同期モータにお
    いて、前記上ステータおよび下ステータの歯部の位置を
    互いに周方向に180/(m×n)度ずらして配置した
    ことを特徴とする軸方向空隙形同期モータ。
JP14566894A 1994-06-03 1994-06-03 軸方向空隙形同期モータ Pending JPH07336967A (ja)

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