JPH1014141A - 回転電機 - Google Patents
回転電機Info
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- JPH1014141A JPH1014141A JP8166466A JP16646696A JPH1014141A JP H1014141 A JPH1014141 A JP H1014141A JP 8166466 A JP8166466 A JP 8166466A JP 16646696 A JP16646696 A JP 16646696A JP H1014141 A JPH1014141 A JP H1014141A
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
- H02K29/03—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with a magnetic circuit specially adapted for avoiding torque ripples or self-starting problems
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
- H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
- H02K21/22—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating around the armatures, e.g. flywheel magnetos
Abstract
電機において、主極と補極との間に設けられる巻線用溝
と主極表面または補極表面の補助溝を少なく設けること
により、モ−タ出力を低下させることなくコギングトル
ク低減の効果を得るようにする。 【解決手段】 主極または補極の界磁部との対向面に補
助溝を設けた回転電機において、主極と補極との間に設
けられる巻線用溝と主極または補極の表面に設けられた
補助溝との合計をnk本(kは4以上の整数)とする
と、巻線用溝と補助溝の全体をnk/2本ずつ2つの溝
グル−プに分け、第1の溝グル−プの各溝を電気角で φi =(2π/k)i+2πp(i=0,1,2,・・
・,(nk/2)−1、pは0≦p≦n−1の整数) の関係を満たす位置φi に配置し、第2の溝グル−プの
各溝を、 φj =(2π/k)j+2πq+π/k(j=0,1,
2,・・・,(nk/2)−1、qは0≦q≦n−1の整
数) の関係を満たす位置φj に配置した。
Description
よる振動および回転むらを低減させた2相半波駆動型ブ
ラシレスモ−タなどの回転電機に関する。
シレスモ−タは、駆動回路の構造、巻線の構造、ロ−タ
位置の検出が簡単なことから、安価に製造できるブラシ
レスモ−タとして使用されている。しかし電機子鉄心を
有する2相半波駆動型ブラシレスモ−タでは、電機子鉄
心と界磁部の永久磁石との相互作用によってトルクのむ
ら(いわゆるコギングトルク)が発生し、それが回転数
の変動や振動発生の要因になっている。
め、2相半波駆動型モ−タの電機子鉄心に補助溝を設
け、主極と補極との間の巻線用溝と補助溝をほぼ等間隔
に配置してコギングトルクを低減する方法が特開昭55
−71162号などで提案されている。
特に高次のコギングトルクの所期の低減効果を得ようと
すると補助溝を多数設けなければならず、その結果電機
子と界磁部との有効鎖交磁束が少なくなり、モ−タ出力
の大幅な低下が避けられなかった。
線用溝と主極表面の補助溝を少なく設けることにより、
モ−タ出力を低下させることなくコギングトルク低減の
効果を得る回転電機を提供することを目的とする。
め、本発明は、2n個(nは偶数)の磁極を有する永久
磁石界磁部と、この界磁部に対して所定間隔を隔てて対
向配置される2n個の主極およびそれらの主極間に配置
した2n個の補極を有する電機子鉄心部とからなり、上
記主極または補極における界磁部との対向面に補助溝を
設けた回転電機において、主極と補極との間に設けられ
る巻線用溝(スロット)と主極または補極の表面に設け
られた補助溝との合計をnk本(kは4以上の整数)と
すると、前記巻線用溝と補助溝の全体をnk/2本ずつ
2つの溝グル−プに分け、第1の溝グル−プの各溝を電
気角で φi =(2π/k)i+2πp(i=0,1,2,・・
・,(nk/2)−1、pは0≦p≦(n−1の)整
数) の関係を満たす位置φi に配置し、第2の溝グル−プの
各溝を、 φj =(2π/k)j+2πq+π/k(j=0,1,
2,・・・,(nk/2)−1、qは0≦q≦(n−1)
の整数) の関係を満たす位置φj に配置した。
ために、主極先端部および補極先端部(ハンマ−)の幅
を不等幅にした。
明する。
発明の技術的根拠について論理的に説明する。
び電機子鉄心先端の各補助溝に起因するコギングトルク
の総和である。
溝に起因するコギングトルクは各巻線用溝および電機子
鉄心先端の各補助溝と界磁部との間に貯えられる磁気エ
ネルギ−の角度変化に等しい。磁気エネルギ−は電気角
2πを周期とする周期関数であるから、コギングトルク
はフ−リエ級数展開できる。巻線用の溝と電機子鉄心先
端の補助溝を界磁永久磁石に対して磁気的に等価に構成
すれば、0番目の溝に起因するコギングトルクT0 とw
番目の溝に起因するコギングトルクをTw は次の数1お
よび数2で表すことができる。
in2(θ+φ2 )+A3 sin3(θ+φ3 )+・・
・
φ3 、・・・は定数、θは0番目の溝とロ−タとの角度
(電気角)、ζw は0番目の溝とw番目の溝との角度
(電気角)である。(図11参照) コギングトルクの総和Tc (θ)は、数2で表されるw
番目の溝に起因するコギングトルクTw を各溝について
加算したものであり、次の数3で表される。
Tc (θ)のm次成分であり、次の数4で表される。
の各項が互いに打ち消し合うように各溝のζw の値、す
なわち溝位置を設定すればよい。
けられる巻線用溝と補助溝が等間隔に設けられた場合を
説明する。
溝と補助溝の合計)が機械角で2π/nk毎に等間隔で
設けられている場合、各溝は電気角で数5で表される位
置に配置される。
6となる。
次成分が数6の級数の各項によって打ち消し合うのかを
以下で調べる。ここで、コギングトルクの第m次成分の
位相を定数m・φm だけずらし、それを定数Am で割っ
たものをQm (θ)として次の数7で表す。
=0である。
ら、
0となる。ここで、cos(2πmw/k)とsin
(2πmw/k)の組をベクトルVm(w)で数10の
ように書くものとする。
in(2πmw/k)} kで溝の本数を決め、mで注目するコギングトルクの次
数を指定すると、ベクトルVm (w)は各w(各溝)に
対応してnk本作られる。いま一例として、n=2、k
=5、m=2(したがってw=0〜9、Δw=5)とす
ると、ベクトルVm (w)は図9のようになり、n=
2、k=6、m=2(したがってw=0〜11、Δw=
3)とすると、ベクトルVm (w)は図10のようにな
る。
する最小のΔw’(Δw’は自然数)をΔwとすれば、
を成立させる最小の自然数) Δwは次の数13で表すことができる。
0から始めると、Δw本ごとに等しくなるので、(n
k)/Δw(本)の、大きさが1で向きが等しいベクト
ルからなるベクトルグループが、2π/Δwの等角度間
隔(電気角)でΔw個(グループの個数)配置される。
それぞれのベクトルグル−プのベクトルの先端は、原点
Oを中心とした正Δw角形の頂点にあるから、Δw≠1
すなわちLCM(m,k)/m≠1、よってLCM
(m,k)≠m、よってm≠hk(hは自然数)のと
き、数14のようになる。
m =0となる。
m次成分は、等間隔に配置された各溝によるさまざまな
位相のコギングトルクによって互いに打ち消し合うこと
になる。
15で表されるnk/2本の溝からなる第1の溝グルー
プと、位相が数16で表されるnk/2本の溝からなる
第2の溝グループを設けた場合、
2,3,・・・,(nk/2−1)、pは1≦p≦(n−
1)の整数)
=1,2,3,・・・,nk/2−1、qは1≦q≦n−
1の整数) 第1の溝グル−プの各溝によるコギングトルクの第m次
成分{Tc (θ)}m1は、数17で表せるので、
コギングトルクの第m次成分が溝グル−プ内の各溝によ
って打ち消される。同様に第2の溝グル−プの各溝によ
るコギングトルクの第m次成分{Tc (θ)}m2は、次
の数18により表せるので、
ギングトルクの第m次成分が溝グル−プ内の各溝によっ
て打ち消される。さらに第1、第2の溝グル−プ間にπ
/kの位相差があるので、第1の溝グループと第2の溝
グル−プを合わせたコギングトルクの第m次成分は数1
9のようになる。
なわちm=h。k(ただしh。は奇数の自然数)のとき
に数21となる。
c (θ)}m1=0 すなわち、mがkの奇数倍のときに、第1の溝グル−プ
によるコギングトルクと第2の溝グル−プによるコギン
グトルクが互いの位相差によって打ち消し合うことにな
る。
めにnk本の溝を設けた場合、それらの溝を従来のよう
に等ピッチに配置すると、コギングトルクの第1次成分
から第(k−1)次成分までとmがkの自然数倍でない
ときに第m次成分とを打ち消すことができるが、本発明
の方法によれば、従来の等ピッチ配置におけるコギング
低減効果に加えて、コギングトルクの第k次成分および
mがkの奇数倍のときにも第m次成分を打ち消すことが
できることがわかる。
態について説明する。
の2相半波駆動型4極ブラシレスモータの平面図、図2
は同モータの縦断面図である。また、図3は同モータの
電機子鉄心を示し、図4は従来の同種モータの電機子鉄
心の一例を示す。
−タ組立体50とステ−タ組立体51とから構成されて
おり、図1を参照すると、ロ−タ組立体50はロ−タヨ
−ク1の中心にシャフト5を圧入固定した後、ロ−タヨ
−ク1の内周面にロ−タマグネット2をシャフト1と同
軸に接着固定した上で4極着磁を施している。ロ−タマ
グネット2の端面には、図2に示すように、モ−タ駆動
用励磁切換位置検出用マグネット12が接着固定されて
いる。
ように、基板7に軸受4を直角度を出してカシメ固定し
た後、電機子鉄心3を複数枚積層したものに絶縁処理を
施し、さらに巻線8を施したものを軸受4に嵌合させて
挿入固定している。
置検出センサであるホ−ル素子6が、ロ−タ組立体50
に設けられた切換位置検出用マグネット12に対向して
固定されている。
立体50はステ−タ組立体51に対して回転可能に支持
される。
ト2と所定の間隔を有して4つの主極9a〜9dと4つ
の補極10a〜10dが対向している。
間に設けられた巻線用溝13a〜13hには2相の巻線
8a、8bが巻装されており、各巻線にはモ−タ駆動用
励磁切換位置検出用マグネット12とホ−ル素子6とに
よって検出されたロ−タ位置に基づいて適切なタイミン
グで交互に通電される。
においては、4個の主極9a〜9dの先端(ハンマ−部
分)の幅は全て等しく、4個の補極10a〜10dの先
端(ハンマ−部分)の幅も全て等しく構成され、4個の
主極9a〜9dの先端の中央にそれぞれ補助溝11a〜
11dが設けられている。補助溝11a〜11dの溝幅
(周方向距離)は巻線用溝13a〜13hの幅と等し
く、また溝の深さ(径方向距離)は溝幅より大きく構成
してあり、界磁永久磁石に対して巻線用溝と補助溝を磁
気的に等価になるようにしている。巻線用溝と補助溝は
併せて12本設けられており、それらは電気角で(2π
/6)w(w=0、1、2、・・・11)の角度に等間
隔で配置されている。このときコギングトルクの第m次
成分は次の数23により表せる。
の成分およびm≠6h(hは自然数)に対するコギング
トルクの第m次成分は各溝によって打ち消されることに
なる。図7に従来のモ−タのコギングトルク波形、図8
に図7の波形の次数展開グラフを示す。
と補助溝を図12(a)に示すように等ピッチに配置し
たときの主極αと補極βとの間に設けられた1本の巻線
用溝γを考える。主極αのハンマ−幅Wαを図12
(a)に示す従来の状態から図12(b)に示す本発明
のように(Wα+△Wα)に変え、補極βについてもそ
のハンマ−幅を図12(a)に示す従来の幅Wβから
(b)に示す本発明の幅(Wβ−△Wα)に変えてみ
る。その結果、巻線用溝γの溝幅Wγは変わらないが、
溝γの位相τ(電気角)はτから(τ−△τ)に変わる
ことがわかる。
主極および補極のハンマ−幅を変更し、さらに、補助溝
の位相τ´を Δτ´=±π/(2k)に変更すること
によって、互いの位相差がπ/kの2つの溝グル−プを
作ることができる。各グル−プ内では各溝の位相差は数
24で表わせる。
従来例と同様に併せて12本設けられている。ところが
図3からわかるように、本実施形態においては、4個の
主極9a〜9dの先端(ハンマ−部分)のうち、2個の
主極9a、9bのハンマ−幅を残りの2個の主極9c、
9dのハンマ−幅より大きくしてある。また、4個の補
極10a〜10dの先端(ハンマ−部分)の幅は3種類
ある。さらに、4個の主極9a〜9dの先端の補助溝1
1a〜11dは主極の中心よりずらして設けられてい
る。上記の構成により、巻線用溝と補助溝のうち、11
a,13b、13g、11d、13d、13eの6本
(溝グル−プAとする)は、電気角で(補助溝11aの
角度を0として)次の数25で表される位置に配置され
る。
る。
c,11b,13h,13aの6本(溝グル−プBとす
る)は次の数26で表される位置に配置される。
{Tc (θ)}m1は数27により表せる。
の成分およびm≠6h(hは自然数)なるコギングトル
クの第m次成分は各溝によって打ち消されることにな
る。したがって、第2の溝グル−プによるコギングトル
クの第m次成分{Tc (θ)}m2は数28により表すこ
とができる。
の成分およびm≠6h(hは自然数)なるコギングトル
クの第m次成分は各溝によって打ち消されることにな
る。さらに、第1、第2の溝グル−プ間にπ/6の位相
差があることにより、コギングトルクの第6次成分およ
びm=6ho (ho は奇数)なるコギングトルクの第m
次成分は第1および第2の溝グル−プによって打ち消さ
れることになる。図5に本実施形態のモ−タのコギング
トルクの波形、図6に図5の波形の次数展開グラフを示
す。従来例のモ−タのコギングトルク(図7および図
8)と比較すると、本発明のモ−タでは、従来例では打
ち消せなかった第6次成分および第18次(6×3次)
のコギングトルク成分が著しく小さくなっていることが
わかる。
型ブラシレスモータについて例示したが、本発明は主極
と補極とを有する電機子鉄心と永久磁石界磁部とからな
り、主極と補極との間に巻線用溝を有し、主極または補
極に補助溝を有する回転電機に適用することができ、同
様な効果を得ることができる。
あるいはこれら両極に形成された補助溝を2グループに
分け、各グループの溝を所定の式で定められる異なる電
気角の位置に配置することによって、従来のモータにお
いてこれらの溝を等間隔に配置する方法に比べて溝の数
を大幅に減らして同じコギングトルク低減効果を得るこ
とができる。すなわち従来の溝等間隔配置ではコギング
トルクの第1次成分から第(k−1)次成分までと、m
がkの自然数倍でないときの第m次成分とを打ち消すこ
とができるが、本発明による不等間隔配置では従来のコ
ギングトルク低減効果に加えて、コギングトルクの第k
次成分およびmがkの奇数倍のときの第m次成分も打ち
消すことができるので、高次成分の打ち消し分を無視し
たとしても、従来の溝数の半分以下の少ない溝数で同じ
コギングトルク低減効果を達成することができる。その
結果永久磁石界磁部から発生している界磁束を有効に電
機子磁束と鎖交させることができ、従来の同種のモ−タ
と比較して、同体積のモ−タでの出力アップあるいは同
出力のモータで小型化が可能になるし、同体積、同出力
のモ−タであれば、コギングトルク低減による低振動
化、回転数変動の低減、マグネットの低級化によるコス
トダウン等を実現できる。
ータの一実施形態の平面図である。
る。
ブラシレスモータの電機子鉄心の平面図である。
ータのコギングトルクの波形を示す。
である。
−タのコギングトルクの波形を示す。
次数展開グラフである。
ベクトルVm(w)を示す。
でのベクトルVm(w)を示す。
ときの電機子鉄心と位相を説明する図、(b)は本発明
における補極および主極のハンマ−幅、補助溝の位置を
変えたときの電機子鉄心と位相を説明する図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 2n個(nは偶数)の磁極を有する永久
磁石界磁部と、該界磁部に対して所定間隙を隔てて対向
配置される2n個の主極および該主極間に配置した2n
個の補極を有する電機子鉄心部とからなり、前記主極ま
たは補極の界磁部との対向面に補助溝を設けた回転電機
において、前記主極と補極との間に設けられる巻線用溝
と主極または補極の表面に設けられた補助溝との合計を
nk本(kは4以上の整数)とすると、前記巻線用溝と
補助溝の全体をnk/2本ずつ2つの溝グル−プに分
け、第1の溝グル−プの各溝を電気角で φi =(2π/k)i+2πp(i=0,1,2,・・
・,(nk/2)−1、pは0≦p≦n−1の整数) の関係を満たす位置φi に配置し、第2の溝グル−プの
各溝を、 φj =(2π/k)j+2πq+π/k(j=0,1,
2,・・・,(nk/2)−1、qは0≦q≦n−1の整
数) の関係を満たす位置φj に配置したことを特徴とする回
転電機。 - 【請求項2】 巻線用溝を請求項1で定められる位置に
配置するために、主極先端部および補極先端部(ハンマ
−)の幅を不等幅にした請求項1に記載の回転電機。 - 【請求項3】 前記回転電機が2相半波駆動型ブラシレ
スモータである請求項1または2に記載の回転電機。
Priority Applications (2)
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JP16646696A JP3490219B2 (ja) | 1996-06-26 | 1996-06-26 | 回転電機 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP16646696A JP3490219B2 (ja) | 1996-06-26 | 1996-06-26 | 回転電機 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH1014141A true JPH1014141A (ja) | 1998-01-16 |
JP3490219B2 JP3490219B2 (ja) | 2004-01-26 |
Family
ID=15831927
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP16646696A Expired - Fee Related JP3490219B2 (ja) | 1996-06-26 | 1996-06-26 | 回転電機 |
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Country | Link |
---|---|
US (1) | US5801463A (ja) |
JP (1) | JP3490219B2 (ja) |
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