JPH08851U - 三相交流同期電動機の８極ロータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サーボモータに適用可能な程度までロータ回
転時のトルクリップルを低減できる三相交流同期電動機
の８極ロータを提供する。 【解決手段】 ロータ１２は、放射状に配置した８個の
永久磁石１０に挟持されてそれぞれが磁極を形成する８
個のロータコア１４を有する。ロータ１２は、３６個の
スロット２２を有するステータ２０と組合わされて、サ
ーボモータに適用可能な三相交流同期電動機を構成す
る。ロータコア１４の外周面１６の周方向幅Ｈは、中心
角３４°〜３９°の範囲で画成される。このとき、逆起
電力ピーク値の低下を許容範囲に抑えつつ、ロータ回転
時のトルクリップルをサーボモータに適用可能な程度ま
で低減することが可能となる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は、三相交流同期電動機の８極ロータに関する。

【０００２】

【従来の技術及び考案が解決しようとする課題】

一般に電動機による対象物の駆動においては、滑らかな回転が要求される。す なわち、負荷時の回転むら（トルクリップル）を可及的に低減させることが望ま れる。例えば電動機を、工作機械のスピンドルモータとして使用する場合、電動 機作動時のトルクリップルにより被加工物の加工面に不要な加工ラインが形成さ れ、製品品質が低下する傾向がある。また、サーボモータとして産業用ロボット 等の駆動源に使用する場合にも、対象物を滑らかに移動させるためにトルクリッ プルは望ましくない。

【０００３】 三相交流同期電動機では、放射状に配置される複数の永久磁石に挟持された８ 個のロータコアがそれぞれ磁極を形成する形式の８極ロータが知られている。こ の種の８極ロータにおいては、各ロータコアの外周面の周方向幅は中心角４５° より小さい範囲で設定される。ここで、この８極ロータを３６個の巻線設置用ス ロットを有するステータに組合せる場合、中心角３０°の外周幅を有するロータ コアを使用したときに起電力のピーク値が最大になることが確認されている。し かしながらその場合、空隙変化に起因して生じるトルクリップルは、このロータ を有する同期電動機を例えばサーボモータに適用したときに円滑な動作制御を困 難にするほど大きくなる。

【０００４】 本考案の目的は、上記種類の三相交流同期電動機の８極ロータにおいて、サー ボモータに適用可能な程度までロータ回転時のトルクリップルを低減できる新規 な構造を有した８極ロータを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】 上記目的を達成するために、本考案は、放射状に配置した複数の永久磁石に挟 持される８個のロータコアが磁極を形成し、３６個の巻線設置用スロットを有す るステータに空隙を介して囲繞されるべく構成された三相交流同期電動機の８極 ロータにおいて、各ロータコアの外周面の周方向幅が中心角３４°〜３９°の範 囲で画成されることを特徴とする三相交流同期電動機の８極ロータを提供する。

【０００６】 各ロータコアの外周面の周方向幅が中心角３４°より小さい場合、隣合うロー タコア間の配置間隔が大きくなってロータ作動時のトルクリップルが増加し、電 動機の動作精度が劣化する。また、周方向幅が中心角３９°より大きい場合、隣 合うロータコア間での磁気漏洩により起電力ピーク値が減少し、電動機の性能が 低下する。ロータコアの外周面の周方向幅を中心角３４°〜３９°の範囲で画成 すると、ロータ回転時のトルクリップルをサーボモータに適用可能な程度まで低 減でき、しかも起電力ピーク値の低下による電動機の性能低下は許容できるもの である。

【０００７】

【考案の実施の形態】

以下、添付図面を参照して、本考案をその好適な実施の形態に基づき詳細に説 明する。 図１は、放射状に配置した８個の永久磁石１０に挟持される８個のロータコア １４がそれぞれ磁極を形成する形式のロータ１２を、部分的に拡大して示す。ロ ータ１２は、３６個のスロット２２を有するステータ２０と組合わされて、サー ボモータに適用可能な三相交流同期電動機を構成する。

【０００８】 ロータ１２における磁極ピッチは、ステータ２０のスロット２２の４．５ピッ チに相当する。また図示電動機は、ステータ２０に対向するロータコア１４の外 周面１６の周方向幅Ｈ（以下、単に外周幅Ｈと記載する）が、スロット２２の３ ピッチ分の寸法に相当する形式のものである。この場合、スロット２２内のコイ ル（図示省略）に正弦波交流を通電して電動機を駆動（すなわちロータ１２を回 転）させると、各相当たりロータ１２が９０°回転する毎に図４に実線波形で示 すような逆起電力が発生する。

【０００９】 図４から明らかなように、上記の逆起電力波形はＡ部及びＢ部において理想正 弦波（破線）からのずれを生じており、このずれがトルクリップルの原因となる 。このようなずれの大部分は、図１の構成の場合、基本正弦波に対して５次の成 分波によるものであり、８極型三相交流同期電動機の場合には１回転当たり２４ 回のトルクリップルが発生する（すなわち各相当たり８回発生する）。

【００１０】 本考案は、上記のトルクリップルを低減するために、ロータコア１４の外周幅 Ｈを中心角３４°〜３９°の範囲で画成する構成とした。以下、このような数値 範囲に限定する根拠、及びその作用効果を説明する。 図２及び図３は、図１に示すような８極３６スロットの三相交流同期電動機に おいて、作動時のトルクリップルの発生要因となる逆起電力の５次成分の理想正 弦波からのずれ量ΔＥ（Ｖ）、及び逆起電力ピーク値（振幅）Ｅ₀ （Ｖ）の低下 率（％）を、ロータコア１４の外周幅Ｈとの関係でそれぞれ示す。なお図３に示 すように、磁極間ピッチに対応する中心角は最大で４５°である。

【００１１】 図３から分かるように、ロータコアの外周幅Ｈが中心角３０°のとき、逆起電 力ピーク値Ｅ₀ は最大値５１．９４Ｖを示す。このとき、図２に示すように、逆 起電力のずれ量ΔＥは約０．１３Ｖである。これに対し、本考案の中心角３４° 〜３９°の範囲では、図２に示すように逆起電力のずれ量が約０．０５Ｖ以下に 低減され、しかも図３に示すように逆起電力ピーク値Ｅ₀ の低下率が約９９〜９ ４％に抑えられている。

【００１２】 すなわち、ロータコア１４の外周幅Ｈに対応する中心角が３４°より小さい場 合は、隣合うロータコア間の配置間隔が大きくなってロータ作動時のトルクリッ プルが増加し、電動機の動作精度が劣化する。また、外周幅Ｈに対応する中心角 が３９°より大きい場合は、隣合うロータコア間での磁気漏洩により逆起電力ピ ーク値Ｅ₀ が減少し、電動機の性能が低下する。これに対し本考案は、ロータコ ア１４の外周幅Ｈを中心角３４°〜３９°の範囲で画成することにより、逆起電 力ピーク値Ｅ₀ の低下を許容範囲に抑えつつ、ロータ回転時のトルクリップルを サーボモータに適用可能な程度まで低減できるという、格別な作用効果を奏する のである。

【００１３】 一般に、ロータコア１４の外周面１６の形状が、次式から算出されたｒ（外周 面１６の半径）に従って形成されるときに、逆起電力の波形は理想正弦波に近似 される。 ｒ＝Ｒ−δ／ｃｏｓ４θ ここで図１に示すように、θ…ロータコア１４の中心線ＣＬに対して半径ｒの 線分が成す角度、Ｒ…ステータ２０の内周面の半径、及びδ：中心線ＣＬ上での ロータコア１４の外周面１６とステータ２０の内周面との距離である。

【００１４】 このような外周面形状を保持しつつ、外周幅Ｈを上記のように中心角３４°〜 ３９°の範囲で画成することが肝要である。なお、外周幅Ｈをこの範囲で画成し たときに、ロータコアの寸法によっては上記の外周面形状を保持することが、特 にロータコアの周方向端縁付近で困難となる場合がある。このような場合には、 例えば図１に示す点Ｐ１や点Ｐ２から周方向端縁までの外周面を平面状に形成し てもよい。

【００１５】

【考案の効果】

以上の説明から明らかなように、本考案によれば、サーボモータに適用可能な 程度までロータ回転時のトルクリップルを低減できる三相交流同期電動機の８極 ロータが提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案を適用可能な８極ロータを組み込んだ三
相交流同期電動機の部分図である。

【図２】図１の同期電動機において、作動時の逆起電力
の理想正弦波からのずれ量をロータコアの外周幅との関
係で示すグラフ図である。

【図３】図１の同期電動機において、逆起電力ピーク値
の低下率をロータコアの外周幅との関係で示すグラフ図
である。

【図４】トルクリップルの原因となる理想正弦波からの
ずれを有した一相分の逆起電力波形図である。

【符号の説明】

１０…永久磁石 １２…ロータ １４…ロータコア １６…ロータコア外周面 ２０…ステータ ２２…スロット Ｈ…ロータコア外周幅

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 放射状に配置した複数の永久磁石に挟持
   される８個のロータコアが磁極を形成し、３６個の巻線
   設置用スロットを有するステータに空隙を介して囲繞さ
   れるべく構成された三相交流同期電動機の８極ロータに
   おいて、 各ロータコアの外周面の周方向幅が中心角３４°〜３９
   °の範囲で画成されることを特徴とする三相交流同期電
   動機の８極ロータ。