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Info
- Publication number
- 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
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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。
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
【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。
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）。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、
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)
- 【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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14566894A JPH07336967A (ja) | 1994-06-03 | 1994-06-03 | 軸方向空隙形同期モータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14566894A JPH07336967A (ja) | 1994-06-03 | 1994-06-03 | 軸方向空隙形同期モータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07336967A true JPH07336967A (ja) | 1995-12-22 |
Family
ID=15390329
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14566894A Pending JPH07336967A (ja) | 1994-06-03 | 1994-06-03 | 軸方向空隙形同期モータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07336967A (ja) |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1994
- 1994-06-03 JP JP14566894A patent/JPH07336967A/ja active Pending
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