JPH0739090A - 永久磁石形モータ - Google Patents
永久磁石形モータInfo
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- JPH0739090A JPH0739090A JP5180221A JP18022193A JPH0739090A JP H0739090 A JPH0739090 A JP H0739090A JP 5180221 A JP5180221 A JP 5180221A JP 18022193 A JP18022193 A JP 18022193A JP H0739090 A JPH0739090 A JP H0739090A
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- Japan
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- permanent magnet
- magnetic
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- rotor
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 コギングトルクを低減し、振動や騒音、回転
むらを小さくする。 【構成】 円弧状をなす永久磁石２５の各部の磁気配向
２６が、永久磁石２５の外側の一点（磁気配向中心２
７）に集中するように着磁する。そして、磁気配向中心
２７と永久磁石２５の平均弧状線２８との間の磁気配向
中心距離をＬ、永久磁石２５の平均半径をＲ、永久磁石
２５の径方向の厚さをｔとしたときに、（ｔ／２）＜Ｌ
≦１０×Ｒの関係が成立するように設定する。これによ
り、永久磁石２５による空隙磁束密度分布は正弦波に近
い分布となる。
むらを小さくする。 【構成】 円弧状をなす永久磁石２５の各部の磁気配向
２６が、永久磁石２５の外側の一点（磁気配向中心２
７）に集中するように着磁する。そして、磁気配向中心
２７と永久磁石２５の平均弧状線２８との間の磁気配向
中心距離をＬ、永久磁石２５の平均半径をＲ、永久磁石
２５の径方向の厚さをｔとしたときに、（ｔ／２）＜Ｌ
≦１０×Ｒの関係が成立するように設定する。これによ
り、永久磁石２５による空隙磁束密度分布は正弦波に近
い分布となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、永久磁石を界磁手段と
して有する回転子を備えた永久磁石形モータに関する。
して有する回転子を備えた永久磁石形モータに関する。
【０００２】
【従来の技術】コア付き永久磁石形モータに発生するコ
ギングトルクは、誘起電圧つまり永久磁石の起磁力のパ
ラメータによって支配される。起磁力の分布は、回転子
の永久磁石と固定子鉄心との間の空隙に発生する空隙磁
束密度分布に比例する。よって、この空隙磁束密度分布
によりコギングトルクが支配されるともいえる。また、
この空隙磁束密度分布は周期的なため、磁極ピッチの２
倍の機械角を基本周期とする周波数成分の合成としてと
らえることができる。
ギングトルクは、誘起電圧つまり永久磁石の起磁力のパ
ラメータによって支配される。起磁力の分布は、回転子
の永久磁石と固定子鉄心との間の空隙に発生する空隙磁
束密度分布に比例する。よって、この空隙磁束密度分布
によりコギングトルクが支配されるともいえる。また、
この空隙磁束密度分布は周期的なため、磁極ピッチの２
倍の機械角を基本周期とする周波数成分の合成としてと
らえることができる。
【０００３】しかして、永久磁石形モータにおける回転
子の従来構成を図９に示す。同図において、回転子１
は、回転軸２と、この回転軸２の外周部に設けられた回
転子鉄心３と、この回転子鉄心３の外周部に環状に配置
された断面が円弧状をなす複数個の永久磁石４とから構
成されている。そして、各永久磁石４は、各部の磁気配
向５が、回転子１の中心（回転軸２の中心）と永久磁石
４の周方向中央部とを結ぶ直線６と平行となるように、
換言すれば磁気配向中心が無限遠となるように着磁され
ている。
子の従来構成を図９に示す。同図において、回転子１
は、回転軸２と、この回転軸２の外周部に設けられた回
転子鉄心３と、この回転子鉄心３の外周部に環状に配置
された断面が円弧状をなす複数個の永久磁石４とから構
成されている。そして、各永久磁石４は、各部の磁気配
向５が、回転子１の中心（回転軸２の中心）と永久磁石
４の周方向中央部とを結ぶ直線６と平行となるように、
換言すれば磁気配向中心が無限遠となるように着磁され
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来構
成のものでは、回転子と固定子との間の永久磁石による
空隙磁束密度分布が正弦波と大きく異なるため（図５参
照）、コギングトルクが大きく、モータとしての振動や
騒音が大きいという問題点があった。
成のものでは、回転子と固定子との間の永久磁石による
空隙磁束密度分布が正弦波と大きく異なるため（図５参
照）、コギングトルクが大きく、モータとしての振動や
騒音が大きいという問題点があった。
【０００５】そこで、本発明の目的は、コギングトルク
を低減できて、振動や騒音を小さくできると共に、回転
むらも小さくできる永久磁石形モータを提供するにあ
る。
を低減できて、振動や騒音を小さくできると共に、回転
むらも小さくできる永久磁石形モータを提供するにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、固定子の内側
に回転可能に配設され、略円筒状をなし周方向に複数極
に着磁された永久磁石または断面が略円弧状をなして複
数個が環状に配置された永久磁石を界磁手段として有す
る回転子を備えた永久磁石形モータにおいて、前記永久
磁石の各磁極における各部の磁気配向が永久磁石の外側
の一点に集中するように磁場整形すると共に、その磁気
配向中心が回転子の回転中心と磁極の周方向中央部とを
結ぶ直線上に位置するように設定し、前記磁気配向中心
と永久磁石の平均弧状線との間の磁気配向中心距離を
Ｌ、永久磁石の平均半径をＲ、永久磁石の径方向の厚さ
をｔとしたときに、 （ｔ／２）＜Ｌ≦１０×Ｒ の関係が成立するように設定したことを特徴とするもの
である。
に回転可能に配設され、略円筒状をなし周方向に複数極
に着磁された永久磁石または断面が略円弧状をなして複
数個が環状に配置された永久磁石を界磁手段として有す
る回転子を備えた永久磁石形モータにおいて、前記永久
磁石の各磁極における各部の磁気配向が永久磁石の外側
の一点に集中するように磁場整形すると共に、その磁気
配向中心が回転子の回転中心と磁極の周方向中央部とを
結ぶ直線上に位置するように設定し、前記磁気配向中心
と永久磁石の平均弧状線との間の磁気配向中心距離を
Ｌ、永久磁石の平均半径をＲ、永久磁石の径方向の厚さ
をｔとしたときに、 （ｔ／２）＜Ｌ≦１０×Ｒ の関係が成立するように設定したことを特徴とするもの
である。
【０００７】
【作用】上記した手段によれば、永久磁石による空隙磁
束密度分布は、磁極の中央部において大きく、両側部に
おいて小さくなり、正弦波に近い分布となる。
束密度分布は、磁極の中央部において大きく、両側部に
おいて小さくなり、正弦波に近い分布となる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図１ないし
図８を参照して説明する。まず、モータの全体構成を示
す図２において、モータの外殻を構成するモータフレー
ム１１は、２個のフレーム１２、１３をボルト１４によ
り連結して構成されていて、このモータフレーム１１の
内側に固定子１５が設けられている。固定子１５は、環
状をなし多数のスロット１６を有した固定子鉄心１７
（図３参照）と、スロット１６に巻装された複数の固定
子巻線１８とから構成されている。
図８を参照して説明する。まず、モータの全体構成を示
す図２において、モータの外殻を構成するモータフレー
ム１１は、２個のフレーム１２、１３をボルト１４によ
り連結して構成されていて、このモータフレーム１１の
内側に固定子１５が設けられている。固定子１５は、環
状をなし多数のスロット１６を有した固定子鉄心１７
（図３参照）と、スロット１６に巻装された複数の固定
子巻線１８とから構成されている。
【０００９】固定子１５の内側には、固定子鉄心１７の
内周面との間に所定の空隙１９を存する状態で回転子２
０が回転可能に配設されている。この回転子２０は、上
記フレーム１２，１３に軸受２１、２２を介して回転自
在に支承された回転軸２３と、この回転軸２３の外周部
に設けられた回転子鉄心２４と、この回転子鉄心２４の
外周部に環状に配置された４個のフェライト製の永久磁
石２５とから構成されており、各永久磁石２５の外面が
空隙１９に臨んでいる。また、各永久磁石２５は、断面
が円弧状をなしていて、隣どうしが逆極となるように配
置されている（図３参照）。
内周面との間に所定の空隙１９を存する状態で回転子２
０が回転可能に配設されている。この回転子２０は、上
記フレーム１２，１３に軸受２１、２２を介して回転自
在に支承された回転軸２３と、この回転軸２３の外周部
に設けられた回転子鉄心２４と、この回転子鉄心２４の
外周部に環状に配置された４個のフェライト製の永久磁
石２５とから構成されており、各永久磁石２５の外面が
空隙１９に臨んでいる。また、各永久磁石２５は、断面
が円弧状をなしていて、隣どうしが逆極となるように配
置されている（図３参照）。
【００１０】そして、各永久磁石２５は、図１に示すよ
うに、各部の磁気配向２６が永久磁石２５の外側の一
点、すなわち磁気配向中心２７に集中するように着磁さ
れていて、その磁気配向中心２７が回転子２０の回転中
心である回転軸２３の中心Ｏと磁極の周方向中央部であ
る永久磁石２５の周方向中央部とを結ぶ直線Ｏ−Ｓ上に
位置するように設定している。
うに、各部の磁気配向２６が永久磁石２５の外側の一
点、すなわち磁気配向中心２７に集中するように着磁さ
れていて、その磁気配向中心２７が回転子２０の回転中
心である回転軸２３の中心Ｏと磁極の周方向中央部であ
る永久磁石２５の周方向中央部とを結ぶ直線Ｏ−Ｓ上に
位置するように設定している。
【００１１】ここで、永久磁石２５の外周面と内周面と
の中間の線を平均弧状線２８とし、上記直線Ｏ−Ｓとそ
の平均弧状線２８との交点をｒとする。そして、上記磁
気配向中心２７とその交点ｒとの間の距離を磁気配向中
心距離と定義し、この磁気配向中心距離をＬ、永久磁石
２５の平均半径をＲとしたときに、本実施例では、これ
ら磁気配向中心距離Ｌと平均半径Ｒとを等しくなるよう
に設定している（Ｌ＝Ｒ）。
の中間の線を平均弧状線２８とし、上記直線Ｏ−Ｓとそ
の平均弧状線２８との交点をｒとする。そして、上記磁
気配向中心２７とその交点ｒとの間の距離を磁気配向中
心距離と定義し、この磁気配向中心距離をＬ、永久磁石
２５の平均半径をＲとしたときに、本実施例では、これ
ら磁気配向中心距離Ｌと平均半径Ｒとを等しくなるよう
に設定している（Ｌ＝Ｒ）。
【００１２】図４は１極分の永久磁石２５による磁気配
向２６の状態を示したものである。この図４では、固定
子鉄心のスロット形状による影響を省くように、永久磁
石２５をスロットのない平滑固定子鉄心２９と対向させ
た状態を示している。この図４において、永久磁石２５
における各部の磁束は、永久磁石２５の内部では直線Ｏ
−Ｓひいては磁気配向中心２７に向かい、その後外部に
放射されていることがわかる。
向２６の状態を示したものである。この図４では、固定
子鉄心のスロット形状による影響を省くように、永久磁
石２５をスロットのない平滑固定子鉄心２９と対向させ
た状態を示している。この図４において、永久磁石２５
における各部の磁束は、永久磁石２５の内部では直線Ｏ
−Ｓひいては磁気配向中心２７に向かい、その後外部に
放射されていることがわかる。
【００１３】図５には、１極分の空隙磁束密度の径方向
の分布を示している。この図５において、本実施例にお
ける磁束密度の分布は、磁極の中央部において大きく、
両側部において小さくなっており、従来例の場合に比べ
て、正弦波に近い分布となっていることがわかる。
の分布を示している。この図５において、本実施例にお
ける磁束密度の分布は、磁極の中央部において大きく、
両側部において小さくなっており、従来例の場合に比べ
て、正弦波に近い分布となっていることがわかる。
【００１４】また、図６は磁束密度スペクトル（次数ご
との磁束密度）を示したものであり、この図６におい
て、本実施例の場合には、従来例の場合に比べて、３次
以上の高調波を大きく減少させていることがわかる。
との磁束密度）を示したものであり、この図６におい
て、本実施例の場合には、従来例の場合に比べて、３次
以上の高調波を大きく減少させていることがわかる。
【００１５】モータが発生するトルクは、コギングトル
クを発生させる高調波成分が無い正弦波が望ましい。本
実施例はこの理想的な磁束密度分布に近づける手法の一
つである。図７には本実施例と従来例とで発生するコギ
ングトルク波形を示している。ただし、この図７は、各
角度におけるコギングトルクの瞬時値を従来例のピーク
−ピーク値（以下、Ｐ−Ｐ値と称する）で除し正規化し
ている。
クを発生させる高調波成分が無い正弦波が望ましい。本
実施例はこの理想的な磁束密度分布に近づける手法の一
つである。図７には本実施例と従来例とで発生するコギ
ングトルク波形を示している。ただし、この図７は、各
角度におけるコギングトルクの瞬時値を従来例のピーク
−ピーク値（以下、Ｐ−Ｐ値と称する）で除し正規化し
ている。
【００１６】次に、永久磁石２５における磁気配向中心
２７の位置について考察する。前記磁気配向中心距離Ｌ
の値を無限大とした場合、磁気配向中心は無限遠とな
り、従来例と同じになる。よって、その磁気配向中心距
離Ｌの値を正の有限値とした場合には、いずれも従来例
に対してコギングトルクを小さくできることになる。ま
た、磁気配向中心距離Ｌの値を小さくしていくと、モー
タの出力もわずかながら減少していくので、これを考慮
する必要がある。ここで、本発明の効果を総合評価する
ために、コギングトルクの低減比Ｇを定義する。
２７の位置について考察する。前記磁気配向中心距離Ｌ
の値を無限大とした場合、磁気配向中心は無限遠とな
り、従来例と同じになる。よって、その磁気配向中心距
離Ｌの値を正の有限値とした場合には、いずれも従来例
に対してコギングトルクを小さくできることになる。ま
た、磁気配向中心距離Ｌの値を小さくしていくと、モー
タの出力もわずかながら減少していくので、これを考慮
する必要がある。ここで、本発明の効果を総合評価する
ために、コギングトルクの低減比Ｇを定義する。
【００１７】Ｇa ＝（Ｔca×Ｏz ）／（Ｔcz×Ｏa ） ただし、Ｇa ：本実施例の低減比 Ｔca：本実施例のコギングトルク（Ｐ−Ｐ値） Ｔcz：従来例のコギングトルク（Ｐ−Ｐ値） Ｏa ：本実施例のモータ出力 Ｏz ：従来例のモータ出力 この低減比Ｇの値が小さいほど、実効的にコギングトル
クを低減できたことになる。
クを低減できたことになる。
【００１８】図８は上記磁気配向中心距離Ｌと低減比Ｇ
との関係を示したものである。この図８において、磁気
配向中心距離Ｌの値が小さいほど低減比Ｇの値が減少す
ることがわかる。ただし、永久磁石２５の径方向の厚さ
をｔとした場合（図１参照）、磁気配向中心距離Ｌが
（ｔ／２）以下、すなわちＬ≦（ｔ／２）となると、永
久磁石２５の内部に磁気配向中心があることになり、磁
気回路を形成できなくなるため、必ずＬ＞（ｔ／２）で
なければならない。
との関係を示したものである。この図８において、磁気
配向中心距離Ｌの値が小さいほど低減比Ｇの値が減少す
ることがわかる。ただし、永久磁石２５の径方向の厚さ
をｔとした場合（図１参照）、磁気配向中心距離Ｌが
（ｔ／２）以下、すなわちＬ≦（ｔ／２）となると、永
久磁石２５の内部に磁気配向中心があることになり、磁
気回路を形成できなくなるため、必ずＬ＞（ｔ／２）で
なければならない。
【００１９】また、図８は、磁気配向中心距離Ｌの値が
大きくなっていくと、従来例の値Ｇ＝１に漸近すること
が示されている。よって、磁気配向中心距離Ｌの値が１
０Ｒ以下、すなわち、Ｌ≦１０×Ｒであれば従来例に対
して有意差が生ずる。ちなみに、Ｌ＝１０Ｒの場合に
は、低減比Ｇを従来例に対して約１５％低減できること
になる。
大きくなっていくと、従来例の値Ｇ＝１に漸近すること
が示されている。よって、磁気配向中心距離Ｌの値が１
０Ｒ以下、すなわち、Ｌ≦１０×Ｒであれば従来例に対
して有意差が生ずる。ちなみに、Ｌ＝１０Ｒの場合に
は、低減比Ｇを従来例に対して約１５％低減できること
になる。
【００２０】なお、上記した実施例では、永久磁石２５
は磁極ごとに４個に分かれていたが、本発明は、複数極
ごと若しくは全体として一つの永久磁石で構成した場合
にも適用することができる。また、固定子鉄心１７のス
ロット数や、永久磁石２５の磁極数も実施例以外の場合
も同様に適用することができる。
は磁極ごとに４個に分かれていたが、本発明は、複数極
ごと若しくは全体として一つの永久磁石で構成した場合
にも適用することができる。また、固定子鉄心１７のス
ロット数や、永久磁石２５の磁極数も実施例以外の場合
も同様に適用することができる。
【００２１】
【発明の効果】以上の説明にて明らかなように、本発明
によれば、永久磁石による空隙磁束密度分布を正弦波に
近い分布とすることができ、これに伴いコギングトルク
を低減できて、振動や騒音を小さくできると共に、回転
むらも小さくできるという優れた効果を奏する。
によれば、永久磁石による空隙磁束密度分布を正弦波に
近い分布とすることができ、これに伴いコギングトルク
を低減できて、振動や騒音を小さくできると共に、回転
むらも小さくできるという優れた効果を奏する。
【図１】本発明の一実施例を示すもので、永久磁石の磁
気配向状態を示す図
気配向状態を示す図
【図２】モータ全体の縦断側面図
【図３】要部の横断面図
【図４】回転子を平滑固定子鉄心の内側に配置した状態
の磁束を示す図
の磁束を示す図
【図５】空隙磁束密度分布を示す図
【図６】磁束密度スペクトル（次数ごとの磁束密度）を
示す図
示す図
【図７】コギングトルク波形を示す図
【図８】コギングトルクの低減比を示す図
【図９】従来例を示す図１相当図
１５は固定子、１９は空隙、２０は回転子、２５は永久
磁石、２６は磁気配向、２７は磁気配向中心、２８は平
均弧状線、Ｌは磁気配向中心距離、Ｒは平均半径、ｔは
厚さである。
磁石、２６は磁気配向、２７は磁気配向中心、２８は平
均弧状線、Ｌは磁気配向中心距離、Ｒは平均半径、ｔは
厚さである。
Claims (1)
- 【請求項１】 固定子の内側に回転可能に配設され、略
円筒状をなし周方向に複数極に着磁された永久磁石また
は断面が略円弧状をなして複数個が環状に配置された永
久磁石を界磁手段として有する回転子を備えた永久磁石
形モータにおいて、 前記永久磁石の各磁極における各部の磁気配向が永久磁
石の外側の一点に集中するように磁場整形すると共に、
その磁気配向中心が回転子の回転中心と磁極の周方向中
央部とを結ぶ直線上に位置するように設定し、 前記磁気配向中心と永久磁石の平均弧状線との間の磁気
配向中心距離をＬ、永久磁石の平均半径をＲ、永久磁石
の径方向の厚さをｔとしたときに、 （ｔ／２）＜Ｌ≦１０×Ｒ の関係が成立するように設定したことを特徴とする永久
磁石形モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5180221A JPH0739090A (ja) | 1993-07-21 | 1993-07-21 | 永久磁石形モータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5180221A JPH0739090A (ja) | 1993-07-21 | 1993-07-21 | 永久磁石形モータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0739090A true JPH0739090A (ja) | 1995-02-07 |
Family
ID=16079522
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5180221A Pending JPH0739090A (ja) | 1993-07-21 | 1993-07-21 | 永久磁石形モータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0739090A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001043259A1 (fr) * | 1999-12-13 | 2001-06-14 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Moteur du type a aimant permanent et procede de production correspondant |
| JP2005287173A (ja) * | 2004-03-29 | 2005-10-13 | Nidec Shibaura Corp | モータの回転子 |
| FR2873513A1 (fr) * | 2004-07-22 | 2006-01-27 | Mitsubishi Electric Corp | Moteur electrique sans balais |
| CN1311607C (zh) * | 2000-10-24 | 2007-04-18 | 东芝株式会社 | 电动机转子 |
| US8397369B2 (en) | 2011-04-13 | 2013-03-19 | Boulder Wind Power, Inc. | Flux focusing arrangement for permanent magnets, methods of fabricating such arrangements, and machines including such arrangements |
| JP2016165185A (ja) * | 2015-03-06 | 2016-09-08 | アイシン精機株式会社 | 電動モータ |
| US9899886B2 (en) | 2014-04-29 | 2018-02-20 | Boulder Wind Power, Inc. | Devices and methods for magnetic flux return optimization in electromagnetic machines |
-
1993
- 1993-07-21 JP JP5180221A patent/JPH0739090A/ja active Pending
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6717315B1 (en) | 1999-12-13 | 2004-04-06 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Permanent magnet type motor and method of producing permanent magnet type motor |
| KR100440537B1 (ko) * | 1999-12-13 | 2004-07-21 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | 영구자석형 모터 및 영구자석형 모터의 제조방법 |
| WO2001043259A1 (fr) * | 1999-12-13 | 2001-06-14 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Moteur du type a aimant permanent et procede de production correspondant |
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| US7202585B2 (en) | 2004-07-22 | 2007-04-10 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Brushless motor |
| FR2873513A1 (fr) * | 2004-07-22 | 2006-01-27 | Mitsubishi Electric Corp | Moteur electrique sans balais |
| US8397369B2 (en) | 2011-04-13 | 2013-03-19 | Boulder Wind Power, Inc. | Flux focusing arrangement for permanent magnets, methods of fabricating such arrangements, and machines including such arrangements |
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| US9269483B2 (en) | 2011-04-13 | 2016-02-23 | Boulder Wind Power, Inc. | Flux focusing arrangement for permanent magnets, methods of fabricating such arrangements, and machines including such arrangements |
| US10242783B2 (en) | 2011-04-13 | 2019-03-26 | Boulder Wind Power, Inc. | Flux focusing arrangement for permanent magnets, methods of fabricating such arrangements, and machines including such arrangements |
| US9899886B2 (en) | 2014-04-29 | 2018-02-20 | Boulder Wind Power, Inc. | Devices and methods for magnetic flux return optimization in electromagnetic machines |
| US10256687B2 (en) | 2014-04-29 | 2019-04-09 | Boulder Wind Power, Inc. | Devices and methods for magnetic flux return optimization in electromagnetic machines |
| JP2016165185A (ja) * | 2015-03-06 | 2016-09-08 | アイシン精機株式会社 | 電動モータ |
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