JPH11234990A - Permanent magnet motor - Google Patents

Permanent magnet motor

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JPH11234990A
JPH11234990A JP3021898A JP3021898A JPH11234990A JP H11234990 A JPH11234990 A JP H11234990A JP 3021898 A JP3021898 A JP 3021898A JP 3021898 A JP3021898 A JP 3021898A JP H11234990 A JPH11234990 A JP H11234990A
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JP
Japan
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rotor
stator
permanent magnet
phase
motor
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JP3021898A
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Japanese (ja)
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Masayuki Nashiki
政行 梨木
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Okuma Corp
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Okuma Corp
Okuma Machinery Works Ltd
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    • HELECTRICITY
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To effectively transmit magnetic flux change caused by rotor rotation of a permanent magnet motor to the winding of a stator salient. SOLUTION: A rotor which is provided with a permanent magnet 2 forming a field system of a motor and has a pole pitch FP of the rotor surface of the field system, stator salients SAT of each phase which are arranged on a stator and have salient width SP of inner periphery of the stator which width is nearly equal to the magnetic pole pitch, windings U, V, W of each phase wound around each stator salient SAT, and bypass magnetic paths BPT which are arranged between the stator salients SAT of each phase and pass magnetic flux on the rotor surface positioned between the rotor salients to a yoke part of the stator are installed. Harmful magnetic flux on the rotor surface is introduced from the rotor surface to a yoke part SA of the stator by the bypass magnetic paths BAT.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は永久磁石を用いたモ
ータに関する。
The present invention relates to a motor using a permanent magnet.

【0002】[0002]

【従来の技術】永久磁石を用いた、いわゆるブラシレス
サーボモータは産業用、民生用のサーボ制御用モータと
して広く使用されている。モータのステータ構造として
は、汎用の誘導電動機のステータと同様の分布巻きされ
た3相交流巻き線を持つステータ構造あるいはステータ
の1個の突極が1相のステータに相当し、その突極にそ
の相の巻き線が巻回された複数の突極から成るステータ
構造などがある。特に後者は、近年、巻き線作業の容易
さ、巻き線の高密度実装などの実装的優位性から採用さ
れることが多く、市販されている。具体的な技術につい
ては例えば、技術雑誌「日経メカニカル」、 1994
年3月21日号、p36〜49「新世代のACサーボモ
ータ工法の革新で1/3に小型・軽量化」に永久磁石モ
ータの比較的新しいいくつかの構造例およびそれらの特
徴が記載されている。
2. Description of the Related Art Brushless servomotors using permanent magnets are widely used as industrial and consumer servo control motors. As the stator structure of the motor, a stator structure having a three-phase AC winding wound in a distributed manner similar to the stator of a general-purpose induction motor, or one salient pole of the stator corresponds to a one-phase stator, For example, there is a stator structure including a plurality of salient poles in which windings of the phase are wound. In particular, the latter is often adopted in recent years because of its ease of winding work and mounting advantages such as high-density mounting of the winding, and is commercially available. For specific technologies, see, for example, the technical magazine “Nikkei Mechanical”, 1994.
March 21, pp. 36-49, "Reducing the size and weight by 1/3 with the innovation of the new generation AC servo motor construction method" describes some comparatively new examples of the structure of permanent magnet motors and their features. ing.

【0003】図8に従来の永久磁石モータの断面図例を
示す。
FIG. 8 shows an example of a sectional view of a conventional permanent magnet motor.

【0004】1はロータの軸であり、界磁磁束の磁路も
かねている。
[0004] Reference numeral 1 denotes a shaft of the rotor, which also functions as a magnetic path of a field magnetic flux.

【0005】2は永久磁石であり、最近では、NdーF
eーB(ネオジム、鉄、ホウ素)系の円筒形焼結磁石が
多く採用されている。ロータの永久磁石2は8極に磁化
されている。
[0005] Reference numeral 2 denotes a permanent magnet, and recently, Nd-F
EB (neodymium, iron, boron) -based cylindrical sintered magnets are often used. The permanent magnet 2 of the rotor is magnetized to eight poles.

【0006】SCはステータのヨーク部である。SCT
はステータの歯であり、汎用の誘導電動機のように磁路
及び巻き線が分布されておらず、集中した突極形状にな
っている。ステータの突極SCTは全周で6個、均等に
配置されている。ステータの各突極SCTには、各相の
巻き線が巻回されている。図8において、最も右側の突
極SCTにはU相の巻き線U1Cが巻かれており、最も
左側の突極にもU相の巻き線U2Cが巻回されている。
巻き線U1Cが巻回された突極の反時計回転方向CCW
隣の突極にはV相巻き線V1Cが巻回されており、その
180度反対側の突極にもV相巻き線V2Cが巻回され
ている。巻き線V1Cが巻回された突極の反時計回転方
向CCW隣の突極にはW相巻き線W1Cが巻回されてお
り、その180度反対側の突極にもW相巻き線V2Cが
巻回されている。
[0006] SC is a yoke portion of the stator. SCT
Numerals are stator teeth, in which magnetic paths and windings are not distributed unlike a general-purpose induction motor, and have a concentrated salient pole shape. Six salient poles SCT of the stator are arranged uniformly over the entire circumference. A winding of each phase is wound around each salient pole SCT of the stator. In FIG. 8, a U-phase winding U1C is wound around the rightmost salient pole SCT, and a U-phase winding U2C is wound around the leftmost salient pole.
Counterclockwise rotation CCW of the salient pole on which winding U1C is wound
A V-phase winding V1C is wound around the adjacent salient pole, and a V-phase winding V2C is also wound around the salient pole 180 ° opposite to the salient pole. A W-phase winding W1C is wound on a salient pole adjacent to the salient pole in which the winding V1C is wound in the counterclockwise direction CCW, and a W-phase winding V2C is also wound on the salient pole 180 ° opposite to the salient pole. It is wound.

【0007】各巻き線の結線は、図2の結線図において
巻き線の名称の末尾AをCに換えた配置となっており、
Y結線としている。各巻き線シンボルの端に付けてある
小さな丸印は巻き線の巻き始めを意味している。
The connection of each winding is such that the suffix A of the name of the winding is changed to C in the connection diagram of FIG.
It is a Y connection. A small circle at the end of each winding symbol indicates the beginning of winding.

【0008】図8の永久磁石モータは、このように、3
相、8極、6突極6巻き線のモータである。この永久磁
石モータの動作原理は、一般的なブラシレスモータの動
作原理と同じであり、各巻き線の鎖交磁束のロータ回転
変化率、即ち、dΦ/dθが大きい巻き線へ、ロータの
回転に応じて電流を通電することにより回転トルクが発
生されることになる。一定回転時は、U,V,W相の各
巻き線へ3相交流電流を通電することにより、原理的に
は任意の大きさのトルクを得ることができる。3相交流
電流の大きさは、その時の所望トルクの大きさに比例し
た大きさとなっている。なお、前記Φは対象としている
突極を通る磁束、θはロータの回転角位置RAである。
[0008] The permanent magnet motor of FIG.
The motor is a phase, 8 pole, 6 salient pole, 6 winding motor. The operation principle of this permanent magnet motor is the same as the operation principle of a general brushless motor, and the rate of change in the rotor rotation of the interlinkage magnetic flux of each winding, that is, the rotation of the rotor to the winding having a large dΦ / dθ, When a current is applied accordingly, a rotational torque is generated. At the time of constant rotation, a torque of any magnitude can be obtained in principle by applying a three-phase alternating current to each winding of the U, V, and W phases. The magnitude of the three-phase alternating current is proportional to the magnitude of the desired torque at that time. Is the magnetic flux passing through the salient pole of interest, and θ is the rotational angle position RA of the rotor.

【0009】次に、図8のモ−タの発生トルク、磁束分
布、逆誘起電圧の高調波成分について説明する。
Next, the torque generated by the motor shown in FIG. 8, the magnetic flux distribution, and the harmonic component of the back induced voltage will be described.

【0010】図8の永久磁石モータにおいて各突極の発
生するトルクTは、
The torque T generated by each salient pole in the permanent magnet motor shown in FIG.

【数1】 T=KT・I・NT・dΦ/dθ ・・・・・・(1) と表現することができる。ここで、KTはトルク定数、
Iは通電電流、NTは巻き線の巻き回数である。dΦ/
dθは巻き線に鎖交する磁束の回転変化率であり、dΦ
/dθに比例したトルクが得られる。
T = KT · I · NT · dΦ / dθ (1) Here, KT is a torque constant,
I is the conduction current, and NT is the number of turns of the winding. dΦ /
dθ is the rate of change of rotation of the magnetic flux linked to the winding, and dΦ
/ Dθ is obtained.

【0011】図8においてロータを回転させた時の一つ
のステータ突極に存在する磁束を考えてみると、ステー
タの突極幅SPは機械角で60度電気角で240度であ
り、ロータの磁極ピッチFPは機械角で45度電気角で
180度であるので、ロータが電気角で180度回転す
る間はそのステータ突極に存在する磁束が回転と共に変
化するが、その後の電気角で60度回転する間はステー
タ突極に存在する磁束が回転と共に変化しないことにな
る。従って、回転数が一定で回転している時には、図9
に示すような逆誘起電圧が各モータ端子に表れることに
なる。ここで横軸はロータ回転角RAを電気角で書いて
いる。図9の(a)はU相端子と巻き線中性点Nとの間
の電圧U−Nであり、図9の(b)はV相端子と巻き線
中性点Nとの間の電圧V−Nであり、図9の(c)はU
相端子とV相端子との間の電圧U−Vである。W相の電
圧はV相の電圧に対し120度遅れの位相となるが、記
述を省略している。
Considering the magnetic flux existing in one stator salient pole when the rotor is rotated in FIG. 8, the salient pole width SP of the stator is 60 mechanical degrees, 240 electrical degrees, and Since the magnetic pole pitch FP is 45 degrees in mechanical angle and 180 degrees in electrical angle, while the rotor rotates 180 degrees in electrical angle, the magnetic flux existing in the stator salient poles changes with the rotation. The magnetic flux existing in the stator salient pole does not change with the rotation during the rotation. Therefore, when the rotation speed is constant and rotating, FIG.
A reverse induced voltage as shown in FIG. Here, the horizontal axis represents the rotor rotation angle RA in electrical angle. 9A shows the voltage UN between the U-phase terminal and the winding neutral point N, and FIG. 9B shows the voltage between the V-phase terminal and the winding neutral point N. VN, and FIG.
This is the voltage UV between the phase terminal and the V-phase terminal. The W-phase voltage has a phase delayed by 120 degrees from the V-phase voltage, but the description is omitted.

【0012】実際にモータを制御する場合、モータの内
部電圧とは関係なく、モータの端子間電圧が問題であ
る。その意味で、モータの端子間電圧である図9の
(c)に示すモータ端子間電圧U−Vをフーリエ級数で
表すと次式となる。
When actually controlling the motor, the voltage between the terminals of the motor is a problem regardless of the internal voltage of the motor. In this sense, when the motor terminal voltage UV shown in FIG. 9C, which is the motor terminal voltage, is represented by a Fourier series, the following equation is obtained.

【0013】[0013]

【数2】 U−V=0.95493・(sinθ+1/5・sin5θ +1/7・sin7θ+1/11・sin11θ +1/13・sin13θ+・・・・・・ )・・・(2) ここで、3次高調波をはじめとする3の整数倍の高調波
は、ステータの3相巻き線が図2に示すように、Y結線
となっているので既に消去されている。電圧U−N,V
−Nの波形には、3次高調波成分が含まれている。モー
タの3相電流を3相交流正弦波で制御する場合、(2)
式で示すこれらの高調波成分がモータのトルクリップル
成分となる。実際にモータ設計を行う場合は、通常、こ
れらの高調波成分を低減するためにロータをスキューす
る、あるいは、ロータの磁石形状を工夫するなどの対応
が行われている。
## EQU2 ## UV = 0.95493 · (sin θ + / · sin 5θ + / · sin 7θ + 1/11 · sin 11θ + 1/13 · sin 13θ +...) (2) where tertiary Harmonics, such as harmonics, that are integral multiples of three have already been eliminated because the three-phase winding of the stator is Y-connected as shown in FIG. Voltage UN, V
The waveform of −N includes a third harmonic component. When controlling the three-phase current of the motor with a three-phase AC sine wave, (2)
These harmonic components represented by the equations become the torque ripple components of the motor. When actually designing a motor, measures such as skewing the rotor or devising the magnet shape of the rotor are usually taken to reduce these harmonic components.

【0014】また、モータ電流が発生するトルクリップ
ルの他に、ロータの回転に伴いモータ内部の磁気エネル
ギが変化することによる、いわゆるコギングトルクリッ
プルもある。
In addition to the torque ripple that generates a motor current, there is a so-called cogging torque ripple due to a change in magnetic energy inside the motor accompanying rotation of the rotor.

【0015】通常、このような永久磁石モータでは、電
流を制御するために、また速度、位置を制御するため
に、ロータの回転位置を検出するロータリエンコーダが
モータ後部に取り付けられている。また、モータの電流
あるいは電圧から永久磁石モータのロータ回転位置、速
度を検出して制御し、ロータリエンコーダを不要とする
研究も盛んに行われている。
Normally, in such a permanent magnet motor, a rotary encoder for detecting a rotational position of a rotor is attached to a rear portion of the motor in order to control a current and to control a speed and a position. Also, researches on detecting and controlling the rotational position and speed of the rotor of the permanent magnet motor from the current or voltage of the motor and eliminating the need for a rotary encoder have been actively conducted.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、より
大きなトルクを発生することができ、したがって、モー
タ効率が良く安価で、また、モータのトルクリップルを
小さくし、振動騒音の小さな精密制御のできるモータを
実現することである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a motor capable of generating a larger torque, thereby providing a motor with good efficiency and inexpensiveness. It is to realize a motor that can perform the following.

【0017】その意味で従来技術の課題は、図9の
(a)、(b)に示すように、モータの相電圧U−N,
V−Nが零の区間が33%あり、永久磁石が発生する磁
束を効率良く使えていないという課題がある。
In this sense, the problems of the prior art are, as shown in FIGS. 9A and 9B, the motor phase voltages UN,
There is a problem that there is a 33% section where VN is zero, and the magnetic flux generated by the permanent magnet cannot be used efficiently.

【0018】また、ステータ構造の工夫により、ロータ
の永久磁石に求められる保磁力を低減し、具体的には磁
石の厚みを薄くし、磁石容積を減少して磁石コストを低
減することも可能である。
Further, by devising the stator structure, the coercive force required for the permanent magnet of the rotor can be reduced, specifically, the thickness of the magnet can be reduced, and the magnet volume can be reduced to reduce the magnet cost. is there.

【0019】また、従来のトルクリップルの低減技術
は、ロータが発生するロータの回転方向の磁束分布をよ
り正弦波状にする方法、あるいは、ロータの極数とステ
ータの突極の数との最小公倍数が大きくなるように選
び、結果として、発生するモータの逆誘起電圧をより正
弦波化する方法などがあるが、いずれもモータ出力トル
クが低減してしまう課題がある。
Further, the conventional torque ripple reduction technique is a method of making the magnetic flux distribution generated by the rotor in the rotation direction of the rotor more sinusoidal, or the least common multiple of the number of rotor poles and the number of salient poles of the stator. There is a method of making the back induced voltage of the generated motor more sinusoidal as a result, but in any case, there is a problem that the motor output torque is reduced.

【0020】コギングトルクリップルについては、ロー
タが発生するロータの回転方向の磁束分布をより正弦波
状にする方法、ロータのスキューなどの工夫が知られて
いるが、まだ不十分である。
As for the cogging torque ripple, a method of making the magnetic flux distribution in the rotational direction of the rotor generated by the rotor more sinusoidal, and a method of skew of the rotor are known, but they are still insufficient.

【0021】通常、このような永久磁石モータでは、電
流を制御するために、また速度、位置を制御するため
に、ロータの回転位置を検出するロータリエンコーダが
モータ後部に取り付けられている。そのコストとサイズ
の課題がある。また、ロータリエンコーダを不要とする
センサレス制御も研究されているが性能的に不十分であ
り、課題がある。
Usually, in such a permanent magnet motor, a rotary encoder for detecting a rotational position of a rotor is attached to a rear portion of the motor in order to control an electric current and to control a speed and a position. There is a cost and size challenge. Also, sensorless control that does not require a rotary encoder has been studied, but its performance is insufficient and there is a problem.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】永久磁石モータの発生ト
ルク増大、高効率化、低コスト化を目的として、モータ
の界磁を形成する永久磁石を備え、界磁のロータ表面の
磁極ピッチがFPであるロータと、ステータに配置さ
れ、ステータの内周の突極幅SPが磁極ピッチFPにほ
ぼ等しい値である各相のステータ突極と、前記各ステー
タ突極に巻回された各相の巻き線と、それぞれの相のス
テータ突極の間に配置され、ステータ突極間に位置する
ロータ表面の磁束をステータのヨーク部へ通すバイパス
磁路とを備える。
In order to increase the torque generated by a permanent magnet motor, increase efficiency, and reduce costs, a permanent magnet for forming a field of the motor is provided, and the magnetic pole pitch on the rotor surface of the field is FP. And a salient pole of each phase, which is disposed on the stator and has a salient pole width SP on the inner periphery of the stator having a value substantially equal to the magnetic pole pitch FP, and a salient pole of each phase wound around the stator salient pole. A winding is provided between the stator salient poles of the respective phases, and a bypass magnetic path is provided between the salient poles of the phase and passes magnetic flux on the rotor surface positioned between the salient poles of the stator to the yoke portion of the stator.

【0023】永久磁石の厚みはモータの電流により発生
する起磁力により永久磁石が減磁しないように、永久磁
石の保磁力から計算して永久磁石の厚みが選定されてい
る。その意味で、モータの起磁力を低減して永久磁石の
容積を減少させ、モータコストを低減することを目的と
して、同一の相のステータ突極がロータ回転方向に隣接
し、そのそれぞれの巻き線に逆方向の電流が通電される
ようにする。
The thickness of the permanent magnet is determined by calculating from the coercive force of the permanent magnet so that the permanent magnet is not demagnetized by the magnetomotive force generated by the current of the motor. In that sense, for the purpose of reducing the magnetomotive force of the motor to reduce the volume of the permanent magnet and reduce the cost of the motor, stator salient poles of the same phase are adjacent to each other in the direction of rotor rotation, and their respective windings. Is supplied with a current in the opposite direction.

【0024】トルクリップルを低減することを目的とし
て、同一の相のステータ突極のロータ磁極に対する位相
が3、5、7、11次等の高調波成分を除去できるよう
に、電気角で60度あるいは36度あるいは25.7度
あるいは16.36度だけロータの回転方向にシフトす
る。
In order to reduce the torque ripple, the phase of the salient stator poles of the same phase with respect to the rotor magnetic poles is 60 degrees in electrical angle so that harmonic components such as the third, fifth, seventh and eleventh harmonics can be removed. Alternatively, it is shifted in the rotation direction of the rotor by 36 degrees, 25.7 degrees, or 16.36 degrees.

【0025】また、ステータあるいはロータの軸方向が
2分され、それらの電磁的特性が相対的に、3、5、
7、11次等の高調波成分を除去できるように、電気角
で60度あるいは36度あるいは25.7度あるいは1
6.36度だけロータの回転方向にシフトする。
Also, the axial direction of the stator or the rotor is divided into two, and their electromagnetic characteristics are relatively 3, 5,
An electrical angle of 60 degrees, 36 degrees, 25.7 degrees, or 1 so that harmonic components such as the 7th and 11th orders can be removed.
6.36 degrees in the direction of rotation of the rotor.

【0026】また、同一相の複数のステータ突極におい
て、ロータ回転方向のステータ突極幅を異なる幅として
トルクリップルを低減することを特徴とする。
Further, in the plurality of stator salient poles of the same phase, the width of the stator salient poles in the rotor rotation direction is made different to reduce torque ripple.

【0027】また、前記ステータ突極内周のロータ回転
方向端の形状が、ロータの回転中心からステータ突極内
周に描いた円に対して滑らかな曲線とする。
The shape of the end of the salient pole of the stator in the rotor rotation direction is a smooth curve with respect to a circle drawn from the center of rotation of the rotor to the inner periphery of the salient pole of the stator.

【0028】ロータの回転位置検出を行い、モータの小
型化、低コスト化を実現する目的で、前記バイパス磁路
の一部にロータが形成する磁束を検出する磁束検出手段
を備える。
A magnetic flux detecting means for detecting a magnetic flux formed by the rotor is provided in a part of the bypass magnetic path for the purpose of detecting the rotational position of the rotor and realizing a reduction in size and cost of the motor.

【0029】[0029]

【作用】永久磁石モータの発生トルク増大、高効率化、
低コスト化を目的として、ステータの内周の突極幅SP
を、ロータの磁極ピッチFPにほぼ等しい値としてい
る。この結果、ロータが回転と共に移動する磁束の変化
がほぼ各ステータ突極の磁束変化となり、ロータの磁束
をより効率よく活用できる。各相のステータ突極のロー
タに対する配置は、それぞれ電気角的に120度の位相
差を持って適正な位置に配置しており、効率良い3相交
流駆動を可能としている。
[Function] Increased torque generated by a permanent magnet motor, increased efficiency,
For the purpose of cost reduction, salient pole width SP on the inner circumference of the stator
Is substantially equal to the magnetic pole pitch FP of the rotor. As a result, the change in the magnetic flux that the rotor moves with the rotation substantially changes the magnetic flux of each stator salient pole, and the magnetic flux of the rotor can be used more efficiently. The arrangement of the stator salient poles of each phase with respect to the rotor is arranged at an appropriate position with a phase difference of 120 degrees in electrical angle, thereby enabling efficient three-phase AC driving.

【0030】一方、各ステータ突極を電気角的に120
度の位相差をつけて配置した場合、それぞれの間に12
0度分のスペースができ、その間の永久磁石はトルク発
生のために有害な磁束を近傍のステータ磁極に対して発
生する。この有害なロータ表面の磁束をバイパス磁路に
よりロータ表面からステータのヨーク部へ通し、効率良
いトルク生成を可能としている。
On the other hand, each stator salient pole is electrically
When they are arranged with a phase difference of 12 degrees, 12
A space of 0 degree is created, during which the permanent magnet generates a harmful magnetic flux to the nearby stator poles for torque generation. This harmful magnetic flux on the rotor surface is passed from the rotor surface to the yoke of the stator by the bypass magnetic path, thereby enabling efficient torque generation.

【0031】モータの起磁力を低減して永久磁石の量を
減少させ、モータコストを低減することを目的として、
同一の相のステータ突極がロータ回転方向に隣接し、そ
のそれぞれの巻き線に逆方向の電流が通電されるように
して、同一トルクを生成できるが、永久磁石にかかる減
磁起磁力を半減している。
In order to reduce the amount of permanent magnets by reducing the magnetomotive force of the motor and reduce the cost of the motor,
The same torque can be generated by allowing the stator salient poles of the same phase to be adjacent to each other in the direction of rotation of the rotor and the currents flowing in the respective windings to flow in opposite directions. doing.

【0032】トルクリップルを低減することを目的とし
て、同一の相のステータ突極のロータ磁極に対する位相
が3、5、7、11次等の高調波成分を除去できるよう
に、電気角で60度あるいは36度あるいは25.7度
あるいは16.36度だけロータの回転方向にシフトす
ることにより特定の高調波成分をキャンセルする。
For the purpose of reducing the torque ripple, the phase of the salient pole of the same phase with respect to the rotor magnetic pole is 60 degrees in electrical angle so that harmonic components such as the third, fifth, seventh and eleventh harmonics can be removed. Alternatively, a specific harmonic component is canceled by shifting in the rotation direction of the rotor by 36 degrees, 25.7 degrees, or 16.36 degrees.

【0033】また、ステータあるいはロータの軸方向が
2分され、それらの電磁的特性が相対的に、3、5、
7、11次等の高調波成分を除去できるように、電気角
で60度あるいは36度あるいは25.7度あるいは1
6.36度だけロータの回転方向にシフトすることによ
り特定の高調波成分をキャンセルする。
The axial direction of the stator or the rotor is divided into two, and their electromagnetic characteristics are relatively 3, 5,
An electrical angle of 60 degrees, 36 degrees, 25.7 degrees, or 1 so that harmonic components such as the 7th and 11th orders can be removed.
A specific harmonic component is canceled by shifting in the rotation direction of the rotor by 6.36 degrees.

【0034】また、同一相の複数のステータ突極におい
て、ロータ回転方向のステータ突極幅を異なる幅とし
て、それぞれのトルクリップルが発生する場所をロータ
の回転方向へずらすことにより、トルクリップルの平均
化効果及びキャンセル効果を得て、トルクリップルを低
減する。
In a plurality of stator salient poles of the same phase, the width of the stator salient poles in the rotor rotation direction is set to be different from each other, and the locations where the respective torque ripples are generated are shifted in the rotor rotation direction. A torque effect can be reduced by obtaining an effect of forming and canceling.

【0035】また、特に高次のトルクリップル成分につ
いては、前記ステータ突極内周のロータ回転方向端の形
状を、ロータの回転中心からステータ突極内周に描いた
円に対して滑らかな曲線とすること、およびロータかス
テータをわずかにスキューすることにより高次のトルク
リップル成分を低減する。
In particular, for a high-order torque ripple component, the shape of the inner periphery of the stator salient pole in the direction of rotor rotation is changed by a smooth curve with respect to a circle drawn from the center of rotation of the rotor to the inner periphery of the stator salient pole. And to slightly skew the rotor or stator to reduce higher order torque ripple components.

【0036】ロータの回転位置検出を行い、モータの小
型化、低コスト化を実現する目的で、前記バイパス磁路
の一部にロータが形成する磁束を検出する磁束検出手段
を備え、ロータの回転位置の検出センサーとして活用し
て、エンコーダスペースを不要とした安価な回転位置検
出を実現する。
For the purpose of detecting the rotational position of the rotor and realizing miniaturization and cost reduction of the motor, a magnetic flux detecting means for detecting a magnetic flux formed by the rotor is provided in a part of the bypass magnetic path. It is used as a position detection sensor to realize inexpensive rotation position detection that does not require encoder space.

【0037】[0037]

【発明の実施の形態】図1に本発明の実施形態である、
永久磁石モータの断面図例を示す。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention.
1 shows an example of a sectional view of a permanent magnet motor.

【0038】1はロータの軸であり、界磁磁束の磁路も
かねている。2は永久磁石であり、最近では、Nd−F
e−B(ネオジム、鉄、ホウ素)系の円筒形焼結磁石が
多く採用されている。ロータの永久磁石2は8極に磁化
されている。SAはステータのヨーク部である。SAT
はステータの歯であり、汎用の誘導電動機のように磁路
及び巻き線が分布されておらず、集中した突極形状にな
っている。ステータの突極SATは全周で6個、均等に
配置されている。ステータの各突極SATには、各相の
巻き線が巻回されている。図1において、最も右側の突
極SCTにはU相の巻き線U1Aが巻かれており、最も
左側の突極にもU相の巻き線U2Aが巻回されている。
巻き線U1Aが巻回された突極の反時計回転方向CCW
側隣の同一形状の突極にはV相巻き線V1Aが巻回され
ており、その180度反対側の突極にもV相巻き線V2
Aが巻回されている。巻き線V1Aが巻回された突極の
反時計回転方向CCW隣の同一形状の突極にはW相巻き
線W1Aが巻回されており、その180度反対側の突極
にもW相巻き線V2Cが巻回されている。
Reference numeral 1 denotes a rotor shaft, which also serves as a magnetic path of a field magnetic flux. 2 is a permanent magnet, and recently, Nd-F
An eB (neodymium, iron, boron) -based cylindrical sintered magnet is often used. The permanent magnet 2 of the rotor is magnetized to eight poles. SA is a yoke portion of the stator. SAT
Numerals are stator teeth, in which magnetic paths and windings are not distributed unlike a general-purpose induction motor, and have a concentrated salient pole shape. Six salient poles SAT of the stator are arranged evenly over the entire circumference. A winding of each phase is wound around each salient pole SAT of the stator. In FIG. 1, a U-phase winding U1A is wound around the rightmost salient pole SCT, and a U-phase winding U2A is wound around the leftmost salient pole.
CCW direction of the salient pole around which winding U1A is wound
A V-phase winding V1A is wound on the salient pole of the same shape adjacent to the side, and a V-phase winding V2 is also wound on the salient pole 180 ° opposite thereto.
A is wound. A W-phase winding W1A is wound around a salient pole of the same shape adjacent to the salient pole around which the winding V1A is wound in the counterclockwise rotation direction CCW, and a W-phase winding is also wound on the salient pole 180 ° opposite thereto. The line V2C is wound.

【0039】図1の永久磁石モータが図8に示す従来の
永久磁石モータと異なる点は、ステータ突極SATのス
テータ内周に面する幅SPがロータの磁極幅FPにほぼ
等しいこと、各ステータ突極SATの間にロータが発生
する磁束の一部をステータのヨーク部SAへバイパスす
るバイパス磁路BPTが配置してあること、ロータの回
転位置を検出するセンサーMSがバイパス磁路BPTの
一部に固定して配置してあることである。
The permanent magnet motor shown in FIG. 1 differs from the conventional permanent magnet motor shown in FIG. 8 in that the width SP of the salient stator pole SAT facing the inner periphery of the stator is substantially equal to the magnetic pole width FP of the rotor. A bypass magnetic path BPT for bypassing a part of the magnetic flux generated by the rotor between the salient poles SAT to the yoke portion SA of the stator is provided, and a sensor MS for detecting the rotational position of the rotor is provided with one of the bypass magnetic paths BPT. That is, it is fixedly arranged on the part.

【0040】図8のステータの突極幅SPがロータの磁
極幅FPの4/3倍であるため、一部の磁束はステータ
突極内でN極とS極とがクローズしてしまい、ステータ
突極を通過する最大磁束はロータの1磁極分の磁束の2
/3に減少している。この点、図1の永久磁石モータの
ステータ突極SATに通過する最大磁束はロータの1磁
極分の磁束であり、図8のステータ突極の最大磁束に比
べ3/2倍となっている。大きな磁束が存在する分だけ
大きなトルクの発生が可能となる。
Since the salient pole width SP of the stator shown in FIG. 8 is 4/3 times the magnetic pole width FP of the rotor, a part of the magnetic flux is closed between the N pole and the S pole in the salient poles of the stator. The maximum magnetic flux passing through the salient poles is 2 times the magnetic flux of one magnetic pole of the rotor.
/ 3. In this regard, the maximum magnetic flux that passes through the stator salient pole SAT of the permanent magnet motor of FIG. 1 is the magnetic flux of one magnetic pole of the rotor, and is 倍 of the maximum magnetic flux of the stator salient pole of FIG. Large torque can be generated by the presence of the large magnetic flux.

【0041】次にステータ突極の配置について説明する
と、3相交流制御を行うためには各相のステータ突極の
配置は、図1に示すように、電気角で120度それぞれ
の相の位相をロータ回転方向にシフトしておく必要があ
る。このようなステータ突極形状、ステータ突極配置に
すると、ロータの磁極幅FPにほぼ等しい幅SPを有す
るステータ突極間には電気角で60度分のスペースが発
生する。その様な配置にして、それぞれのバイパス磁路
BPTが存在しない場合について考えてみると、各ステ
ータ突極間のスペースに面したロータの永久磁石が発生
する磁束は空間を漏洩して両隣のステータ突極へ供給さ
れる。特に希土類磁石などの保磁力の大きな永久磁石を
使用する場合にその効果は大きく、永久磁石モータの特
性は図8の永久磁石モータの特性に近いものとなり、突
極幅SPを小さくした効果は少なくなる。すなわち、ス
テータ突極間に位置する永久磁石の発生する磁束は、漏
洩して近傍のステータ突極へ供給され、ステータ突極内
の有効な磁束とクローズしてしまいモータとして有効に
作用しないことになり、有害な作用をなすのである。こ
のステータ突極間のスペースにバイパス磁路BPTを配
置して、有害な磁束をロータ表面からステータのヨーク
部SAへ導くことにより、ステータ突極に存在する有効
磁束を増加させ、大きなトルクを生成するものである。
Next, the arrangement of the salient poles of the stator will be described. In order to perform three-phase AC control, the arrangement of the salient poles of each phase is, as shown in FIG. Must be shifted in the rotor rotation direction. With such a stator salient pole shape and a stator salient pole arrangement, a space corresponding to an electrical angle of 60 degrees is generated between stator salient poles having a width SP substantially equal to the magnetic pole width FP of the rotor. Considering the case where the bypass magnetic path BPT does not exist in such an arrangement, the magnetic flux generated by the permanent magnet of the rotor facing the space between the salient poles of the stator leaks through the space and causes the stators on both sides to leak. Supplied to salient poles. Particularly when a permanent magnet having a large coercive force such as a rare earth magnet is used, the effect is great. The characteristics of the permanent magnet motor are close to those of the permanent magnet motor shown in FIG. 8, and the effect of reducing the salient pole width SP is small. Become. In other words, the magnetic flux generated by the permanent magnet located between the salient stator poles leaks and is supplied to the nearby stator salient poles, which closes with the effective magnetic flux in the stator salient poles and does not function effectively as a motor. It has harmful effects. By arranging the bypass magnetic path BPT in the space between the stator salient poles and guiding harmful magnetic flux from the rotor surface to the yoke portion SA of the stator, the effective magnetic flux existing on the stator salient poles is increased and a large torque is generated. Is what you do.

【0042】次に、本発明の永久磁石モータを3相正弦
波電流で駆動する場合について考えてみる。図1の永久
磁石モータは、3相、8極、6突極6巻き線のモータで
ある。各巻き線の結線は、図2の結線図に示すものであ
り、Y結線としている。各巻き線シンボルの端に付けて
ある小さな丸印は巻き線の巻き始めを意味している。こ
の永久磁石モータの動作原理は、一般的なブラシレスモ
ータの動作原理と同じであり、各巻き線の鎖交磁束のロ
ータ回転変化率、即ち、dΦ/dθが大きい巻き線へ、
ロータの回転に応じて電流を通電することにより回転ト
ルクが発生されることになる。一定回転時は、U,V,
W相の各巻き線へ3相交流電流を通電することにより、
原理的には任意の大きさのトルクを得ることができる。
3相交流電流の大きさは、その時の所望トルクの大きさ
に比例した大きさとなっている。なお、前記Φは対象と
している突極を通る磁束、θはロータの回転角位置RA
である。
Next, consider the case where the permanent magnet motor of the present invention is driven by a three-phase sinusoidal current. The permanent magnet motor shown in FIG. 1 is a motor having three phases, eight poles, six salient poles and six windings. The connection of each winding is shown in the connection diagram of FIG. 2 and is Y connection. A small circle at the end of each winding symbol indicates the beginning of winding. The operating principle of this permanent magnet motor is the same as that of a general brushless motor, and the rotor rotation change rate of the interlinkage magnetic flux of each winding, that is, to the winding having a large dΦ / dθ,
When a current is supplied according to the rotation of the rotor, a rotation torque is generated. At constant rotation, U, V,
By applying a three-phase alternating current to each winding of the W phase,
In principle, torque of any magnitude can be obtained.
The magnitude of the three-phase alternating current is proportional to the magnitude of the desired torque at that time. Is the magnetic flux passing through the salient pole of interest, and θ is the rotational angular position RA of the rotor.
It is.

【0043】次に、図1のモ−タの発生トルク、磁束分
布、逆誘起電圧の高調波成分について説明する。図1の
永久磁石モータにおいて各突極の発生するトルクTは、
前記(1)式で表現することができる。
Next, the generated torque of the motor shown in FIG. 1, the magnetic flux distribution, and the harmonic component of the back induced voltage will be described. The torque T generated by each salient pole in the permanent magnet motor of FIG.
It can be expressed by the above equation (1).

【0044】今、回転数が一定で回転している場合を考
えると、図3に示すような逆誘起電圧が各モータ端子に
表れることになる。ここで横軸はロータ回転角RAを電
気角で書いている。図3の(a)はU相端子と巻き線中
性点Nとの間の電圧U−Nであり、図3の(b)はV相
端子と巻き線中性点Nとの間の電圧V−Nであり、図3
の(c)はU相端子とV相端子との間の電圧U−Vであ
る。W相の電圧はV相の電圧に対し120度遅れの位相
となるが、記述を省略している。
Considering the case where the motor is rotating at a constant rotational speed, a counter-induced voltage as shown in FIG. 3 appears at each motor terminal. Here, the horizontal axis represents the rotor rotation angle RA in electrical angle. 3A shows the voltage UN between the U-phase terminal and the winding neutral point N, and FIG. 3B shows the voltage between the V-phase terminal and the winding neutral point N. VN, and FIG.
(C) is a voltage UV between the U-phase terminal and the V-phase terminal. The W-phase voltage has a phase delayed by 120 degrees from the V-phase voltage, but the description is omitted.

【0045】実際にモータを制御する場合、モータの内
部電圧とは関係なく、モータの端子間電圧が問題であ
る。その意味で、モータの端子間電圧である図3の
(c)に示すモータ端子間電圧U−Vをフーリエ級数で
表すと次式となる。
When actually controlling the motor, the voltage between the terminals of the motor is a problem regardless of the internal voltage of the motor. In this sense, when the motor terminal voltage UV shown in FIG. 3C, which is the motor terminal voltage, is represented by a Fourier series, the following equation is obtained.

【0046】[0046]

【数3】 U−V=1.10266・(sinθ−1/5・sin5θ −1/7・sin7θ+1/11・sin11θ +1/13・sin13θ+・・・・・・ )・・・(3) ここで、3次高調波をはじめとする3の整数倍の高調波
は、ステータの3相巻き線が図2に示すように、Y結線
となっているので既に消去されている。電圧U−N,V
−Nの波形には、3次高調波成分が含まれている。モー
タの3相電流を3相交流正弦波で制御する場合、(3)
式で示すこれらの高調波成分がモータのトルクリップル
成分となる。
## EQU3 ## UV = 1.12666 · (sin θ− / · sin 5θ−1 / 7 · sin 7θ + 1/11 · sin 11θ + 1/13 · sin 13θ +...) (3) The harmonics of an integral multiple of 3, including the third harmonic, have already been eliminated because the three-phase winding of the stator is Y-connected as shown in FIG. Voltage UN, V
The waveform of −N includes a third harmonic component. When controlling the three-phase current of the motor with a three-phase AC sine wave, (3)
These harmonic components represented by the equations become the torque ripple components of the motor.

【0047】(2)式の従来永久磁石モータの特性に比
較して、基本波成分の振幅は1.1547倍であり、そ
の高調波分は正負の極性が異なるものもあるが成分比率
は全く同じである。従って、類似技術で高調波成分を除
去し、基本波成分の低減も同程度であると仮定すると、
図(8)の従来永久磁石モータに比較して図(1)の本
発明永久磁石モータは、1.1547倍のトルクを生成
できることになる。
Compared with the characteristic of the conventional permanent magnet motor of the formula (2), the amplitude of the fundamental wave component is 1.1547 times, and the harmonic component may have different positive and negative polarities, but the component ratio is completely different. Is the same. Therefore, assuming that the harmonic component is removed by a similar technique and the reduction of the fundamental component is also the same,
Compared with the conventional permanent magnet motor shown in FIG. 8, the permanent magnet motor of the present invention shown in FIG. 1 can generate torque of 1.1547 times.

【0048】また、簡単なモータ駆動例として、各相の
電流が各相の電圧波形と同一形状であって、電気角で1
80度の間は正の一定値で続く180度の間は負の一定
値であるように3相の矩形波電流を通電した場合、同一
の電流振幅では、図(8)の永久磁石モータに対し、図
(1)の永久磁石モータは、各ステータ突極の平均磁束
は1.5倍なのであるから、平均トルクで1.5倍の大
きなトルクを発生することができることになる。ただ
し、この場合はトルクリップルが大きく、3相交流電流
の合計値が零と成らないため駆動装置に通常の3相交流
制御回路は使用できず、永久磁石モータへのモータ電流
を供給する電線も各相2本づつ、合計6本必要となる。
As a simple motor drive example, the current of each phase has the same shape as the voltage waveform of each phase,
When a three-phase rectangular wave current is applied so that the positive constant value is maintained during 80 degrees and the negative constant value is maintained during 180 degrees, the permanent magnet motor shown in FIG. On the other hand, in the permanent magnet motor shown in FIG. 1A, since the average magnetic flux of each stator salient pole is 1.5 times, it is possible to generate a torque 1.5 times as large as the average torque. However, in this case, since the torque ripple is large and the total value of the three-phase AC currents does not become zero, a normal three-phase AC control circuit cannot be used for the driving device, and electric wires for supplying the motor current to the permanent magnet motor are not provided. A total of six tubes are required, two for each phase.

【0049】また、各相に台形波電流を供給することに
より、矩形波電流より改善された制御も可能である。
Further, by supplying a trapezoidal wave current to each phase, it is possible to perform a control more improved than a rectangular wave current.

【0050】次に本発明の他の実施形態を図4に示す。Next, another embodiment of the present invention is shown in FIG.

【0051】ロータの極数を図1の8極から14極と極
数を多くした例である。ステータ突極SATの幅SPが
ロータの磁極ピッチFPと同じく狭くなり、バイパス磁
路BPTの幅が逆にその分だけ広くなっている。モータ
巻き線の巻き回数は同じであり、ほぼ同一のトルクが生
成されることになる。ただし、同一回転数でロータが回
転するとき電流の周波数は極数が増えた分だけ周波数を
高くする必要がある。
This is an example in which the number of poles of the rotor is increased from eight to fourteen in FIG. The width SP of the stator salient pole SAT is narrowed similarly to the magnetic pole pitch FP of the rotor, and the width of the bypass magnetic path BPT is widened accordingly. The number of turns of the motor winding is the same, and substantially the same torque is generated. However, when the rotor rotates at the same rotation speed, the frequency of the current needs to be increased by an amount corresponding to the increase in the number of poles.

【0052】次に本発明の他の実施形態を図5に示す。Next, another embodiment of the present invention is shown in FIG.

【0053】ロータは図4と同じ14極の永久磁石より
構成されている。ステータ突極SATの数は、図4の2
倍の12個有る。U相の巻き線とU相のステータ突極
は、U1B,U2B,U3B,U4Bの4つのU相巻き
線とそれぞれが巻回された4つのステータ突極である。
それぞれのU相巻き線の結線関係は、図6に示すように
なっている。隣り合うU相巻き線U1B,U2Bは、対
向するロータのN極、S極の磁気特性が逆の関係なの
で、巻き線の結線関係も逆となっている。U相巻き線U
3B,U4Bについても同様の関係である。U相の巻き
線U1Bに巻回された巻き線回数は、図4の巻き線U1
Aの1/2としており、その他の巻き線も同様である
が、U相巻き線の数が2倍に増加しているので、結局、
U相の合計巻き回数は図4のU相巻き線の合計巻き回数
と同じである。V相の巻き線とV相のステータ突極は、
V1B,V2B,V3B,V4Bの4つのV相巻き線と
それぞれが巻回された4つのステータ突極である。結線
関係等はU相の場合と同じである。W相の巻き線とW相
のステータ突極は、W1B,W2B,W3B,W4Bの
4つのW相巻き線とそれぞれが巻回された4つのステー
タ突極である。結線関係等はU相の場合と同じである。
The rotor is composed of the same 14-pole permanent magnet as in FIG. The number of stator salient poles SAT is 2 in FIG.
There are 12 times as many. The U-phase windings and the U-phase stator salient poles are four U-phase windings U1B, U2B, U3B, and U4B and four stator salient poles each wound.
FIG. 6 shows the connection relationship between the respective U-phase windings. The adjacent U-phase windings U1B and U2B have the opposite magnetic characteristics of the N and S poles of the opposing rotors, so that the winding connections are also reversed. U phase winding U
The same applies to 3B and U4B. The number of windings wound around the U-phase winding U1B is the winding U1 shown in FIG.
A is と し て of A, and the other windings are the same. However, since the number of U-phase windings is doubled,
The total number of turns of the U phase is the same as the total number of turns of the U phase winding in FIG. V-phase winding and V-phase stator salient pole
There are four V-phase windings V1B, V2B, V3B, V4B and four stator salient poles each wound. The connection relation is the same as in the case of the U phase. The W-phase winding and the W-phase stator salient pole are four W-phase windings of W1B, W2B, W3B, and W4B and four stator salient poles each wound. The connection relation is the same as in the case of the U phase.

【0054】図5の永久磁石モータの発生トルクは、図
4のモータに比較して、各相の電流が同じで有れば、発
生トルクも同じである。しかし、図5の各ステータ突極
がその巻き線により生成する起磁力は、図4の永久磁石
モータの起磁力に比べ半分となる。通常、永久磁石の厚
みはモータの巻き線電流が生成する起磁力により永久磁
石が減磁されないように設計するので、図5の永久磁石
モータは図4の永久磁石モータに比較して、約半分の厚
みでよいことになる。結果として、比較的高価な永久磁
石の量を少なくすることができるので、低コストな永久
磁石モータが実現できることになる。
The generated torque of the permanent magnet motor of FIG. 5 is the same as compared with the motor of FIG. 4 if the current of each phase is the same. However, the magnetomotive force generated by each winding of each stator salient pole in FIG. 5 is half of the magnetomotive force of the permanent magnet motor in FIG. Normally, the thickness of the permanent magnet is designed so that the permanent magnet is not demagnetized by the magnetomotive force generated by the winding current of the motor. Therefore, the permanent magnet motor of FIG. 5 is about half of the permanent magnet motor of FIG. The thickness is good. As a result, the amount of relatively expensive permanent magnets can be reduced, so that a low-cost permanent magnet motor can be realized.

【0055】また、図5の永久磁石モータでは、例えば
V相の巻き線であるVIB,V2Bの様に同一相のステ
ータ突極SATは隣に配置してあるために、ロータの永
久磁石が発生する磁束を比較的有効に利用することがで
き、モータのトルク発生上有害な磁束を吸収するバイパ
ス磁路BPTの角度は図示するように8.57度と狭く
なっている。有害な磁束と有効磁束との比率は、8.5
7/51.428=0.166である。一方、図1に示
す永久磁石モータのバイパス磁路の角度15度であり、
有害な磁束と有効磁束との比率は、15/45=0.3
33である。従って、図5に示す永久磁石モータのよう
に、同一相のステータ突極SATを回転方向に複数個並
べることにより有害な磁束の比率を低減することができ
る。このように有害な磁束を低減した図5に示す永久磁
石モータからバイパス磁路BPTを除去したモータの性
能は、定性的には、図8に示す従来の永久磁石モータと
図1に示す本発明モータとの中間の特性となる。すなわ
ち、バイパス磁路BPTが無くても、同一相のステータ
突極SATを回転方向に複数個並べることによりモータ
のトルク出力性能を改善することが可能である。
In the permanent magnet motor shown in FIG. 5, since the stator salient poles SAT of the same phase are arranged next to each other, such as V-phase windings VIB and V2B, permanent magnets of the rotor are generated. The angle of the bypass magnetic path BPT for absorbing magnetic flux harmful to the torque generation of the motor is narrowed to 8.57 degrees as shown in the drawing. The ratio of harmful magnetic flux to effective magnetic flux is 8.5
7 / 51.428 = 0.166. On the other hand, the angle of the bypass magnetic path of the permanent magnet motor shown in FIG.
The ratio between the harmful magnetic flux and the effective magnetic flux is 15/45 = 0.3
33. Therefore, by arranging a plurality of stator salient poles SAT of the same phase in the rotation direction as in the permanent magnet motor shown in FIG. 5, the ratio of harmful magnetic flux can be reduced. The performance of the motor in which the harmful magnetic flux is reduced and the bypass magnetic path BPT is removed from the permanent magnet motor shown in FIG. 5 is qualitatively determined by comparing the conventional permanent magnet motor shown in FIG. 8 with the present invention shown in FIG. It has intermediate characteristics with the motor. That is, even if there is no bypass magnetic path BPT, it is possible to improve the torque output performance of the motor by arranging a plurality of stator salient poles SAT of the same phase in the rotation direction.

【0056】次にトルクリップルの低減技術について説
明する。この構造の永久磁石モータのトルクリップルに
は、モータ電流が発生するトルクリップルとロータの回
転に伴いモータ内部の磁気エネルギが変化することによ
る、いわゆるコギングトルクリップルがある。モータ電
流が発生するトルクリップルは式(3)で示す高調波成
分を低減できれば、トルクリップルも低減することにな
る。
Next, a technique for reducing torque ripple will be described. The torque ripple of the permanent magnet motor having this structure includes a so-called cogging torque ripple caused by a change in magnetic energy inside the motor due to rotation of the rotor and a torque ripple generating a motor current. If the harmonic component represented by the equation (3) can be reduced in the torque ripple generated by the motor current, the torque ripple will also be reduced.

【0057】第5次高調波をキャンセルする方法とし
て、ある相のステータ突極を2分し、それぞれを相対的
に電気角で360/(2×5)=36度だけロータ回転
方向の位相をシフトして配置すれば、第5次高調波は理
論的に完全に消去できるはずである。図7の破線で示す
形状がステータ突極を等間隔に配置したときの形状であ
るとすると、実線で示すようにロータ回転方向にシフト
するものである。図1のU相の場合、U1AとU2Aと
のステータ突極を相対的に回転方向へシフトすればよ
い。図5のU相の場合、U1B,U2B、U3B,U4
Bのステータ突極から2つを選ぶ3通りの方法があり、
いずれにしても相対的に回転方向へシフトすればよい。
この時の基本波成分の低減は、即ち、出力トルクの低減
は、sin(90−36/2)=0.9613であり、
約4%の低減である。もちろん、この高調波低減策は第
5次高調波以外にも適用できる。図5のモータの場合は
同一手法を重畳して2つの高調波成分を消去することが
できる。
As a method of canceling the fifth harmonic, a stator salient pole of a certain phase is divided into two parts, and each phase is relatively shifted by 360 / (2 × 5) = 36 degrees in electrical angle in the rotor rotation direction. If shifted, the fifth harmonic should be theoretically completely eliminated. If the shape shown by the broken line in FIG. 7 is the shape when the stator salient poles are arranged at equal intervals, the shape shifts in the rotor rotation direction as shown by the solid line. In the case of the U phase in FIG. 1, the stator salient poles of U1A and U2A may be relatively shifted in the rotational direction. In the case of the U phase in FIG. 5, U1B, U2B, U3B, U4
There are three ways to choose two from B salient poles,
In any case, it is sufficient to relatively shift in the rotation direction.
At this time, the reduction of the fundamental wave component, that is, the reduction of the output torque is sin (90−36 / 2) = 0.9613,
This is about a 4% reduction. Of course, this harmonic reduction measure can be applied to other than the fifth harmonic. In the case of the motor of FIG. 5, two harmonic components can be eliminated by superimposing the same method.

【0058】他のトルクリップル低減方法として、ロー
タあるいはステータを軸方向に2分し、相対的に回転方
向へ消去しようとする高調波のピッチの1/2だけいず
れかをシフトすれば、その高調波成分を消去することが
できる。なお、ロータの回転方向シフトは磁気的に行え
ばよいので、永久磁石の着磁形状を変更するだけでよ
い。
As another torque ripple reduction method, the rotor or the stator is bisected in the axial direction, and one of them is relatively shifted in the rotational direction by half of the pitch of the harmonic to be eliminated. Wave components can be eliminated. Since the rotation direction of the rotor may be shifted magnetically, it is only necessary to change the magnetized shape of the permanent magnet.

【0059】他のトルクリップル低減方法として、ステ
ータ突極の幅SPを少し違える方法も有効である。ま
た、各ステータ突極の内周形状の回転方向端をロータ表
面から徐々に離れる滑らかな形状として、回転に伴う磁
束の変化をより平滑化する方法も有効である。また、ス
テータあるいはロータをスキューする方法もトルクリッ
プル低減に有効である。ロータ各磁極の表面形状を扇状
とし、ロータの各磁極表面の磁束分布を正弦波に近づけ
る方法も有効である。
As another torque ripple reduction method, a method of slightly changing the width SP of the salient stator poles is also effective. Further, it is also effective to make the rotation end of the inner peripheral shape of each salient pole of the stator into a smooth shape gradually moving away from the rotor surface, and to further smooth the change in magnetic flux due to rotation. A method of skewing the stator or the rotor is also effective for reducing the torque ripple. It is also effective to make the surface shape of each magnetic pole of the rotor a sector shape and to make the magnetic flux distribution on each magnetic pole surface of the rotor approximate a sine wave.

【0060】総合的トルクリップル低減は、前記のトル
クリップル低減策をそれぞれの高調波成分に対して複合
的に適用し、トルクリップルの小さな永久磁石モータを
実現することができる。
In the overall torque ripple reduction, the above-described torque ripple reduction measure is applied to each harmonic component in a complex manner, and a permanent magnet motor with small torque ripple can be realized.

【0061】通常、このような永久磁石モータでは、電
流を制御するために、また、速度、位置を制御するため
に、ロータの回転位置を検出するロータリエンコーダが
モータ後部に取り付けられている。このロータリエンコ
ーダは、モータシステムのサイズ的な問題、コスト的な
問題、多くの素子を必要とすることから信頼性的な問題
がある。本発明では、バイパス磁路の一部にロータ位置
検出手段を備えることによりロータの位置検出を実現す
る。具体的には、磁束密度の検出が可能なホール素子あ
るいは磁気抵抗素子などである。
Normally, in such a permanent magnet motor, a rotary encoder for detecting a rotational position of a rotor is attached to a rear portion of the motor in order to control an electric current and to control a speed and a position. This rotary encoder has a problem of reliability due to the size problem of the motor system, the problem of cost, and the necessity of many elements. According to the present invention, the position of the rotor is detected by providing a rotor position detecting unit in a part of the bypass magnetic path. Specifically, it is a Hall element or a magnetoresistive element capable of detecting a magnetic flux density.

【0062】また、バイパス磁路に検出用巻き線を巻回
し、バイパス磁路の磁束変化を検出すること、あるいは
励磁電流を通電してインダクタンス変化を検出してロー
タの回転状況を知ることも可能である。また、バイパス
磁路上のロータ位置検出手段にのるステータ巻き線電流
の起磁力の影響あるいは巻き線電流が発生するノイズ成
分の影響を避けるため、センサーをロータの側面のバイ
パス磁路上に配置することも有効である。
It is also possible to detect a change in magnetic flux in the bypass magnetic path by winding a detection winding around the bypass magnetic path, or to detect a change in inductance by applying an exciting current to detect the rotational state of the rotor. It is. Further, in order to avoid the influence of the magnetomotive force of the stator winding current applied to the rotor position detecting means on the bypass magnetic path or the influence of noise components generated by the winding current, the sensor is disposed on the bypass magnetic path on the side surface of the rotor. Is also effective.

【0063】なお、モータの電流あるいは電圧から永久
磁石モータのロータ回転位置、速度を検出して制御し、
ロータリエンコーダを不要とする研究も盛んに行われて
いるが、性能的な問題など他の課題がある。
The rotor position and speed of the permanent magnet motor are detected and controlled based on the current or voltage of the motor.
Although researches on the necessity of a rotary encoder are being actively conducted, there are other problems such as performance problems.

【0064】以上本発明について説明し、永久磁石をロ
ータ表面に配置したロータ構造について紹介したが、ロ
ータ内部へ永久磁石を配置した構造のモータについても
本発明は適用可能である。ステータの構造には、モータ
の巻き線作業の都合、組立の都合などで、種々の分割方
法、溶接などの結合方法が提案されており、本発明の主
旨の範囲内でそれらのステータ構成方法の場合について
も本発明を適用可能である。3相交流モータの場合につ
いて説明したが、3相以外の多相交流についても適用可
能である。回転モータについて説明したが、直線上に展
開したリニアモータについても本発明を適用可能であ
る。
The present invention has been described above, and the rotor structure in which the permanent magnets are arranged on the rotor surface has been introduced. However, the present invention is also applicable to a motor having a structure in which the permanent magnets are arranged inside the rotor. For the structure of the stator, various splitting methods and joining methods such as welding have been proposed for the convenience of the winding work of the motor, the convenience of assembly, and the like. The present invention can be applied to the case. Although the case of the three-phase AC motor has been described, the present invention is also applicable to a multi-phase AC other than the three-phase. Although the rotary motor has been described, the present invention is also applicable to a linear motor developed on a straight line.

【0065】[0065]

【発明の効果】本発明の効果として、ロータの磁束をよ
り有効に活用することにより、永久磁石モータの発生ト
ルク増大、高効率化、低コスト化が可能である。
As an effect of the present invention, by effectively utilizing the magnetic flux of the rotor, it is possible to increase the generated torque of the permanent magnet motor, increase the efficiency, and reduce the cost.

【0066】永久磁石に作用するステータ巻き線電流の
起磁力を低減することにより、高価な永久磁石の厚みを
薄くすることができ、低コスト化が可能である。
By reducing the magnetomotive force of the stator winding current acting on the permanent magnet, the thickness of the expensive permanent magnet can be reduced, and the cost can be reduced.

【0067】本発明のトルクリップル低減手法により、
低トルクリップルな永久磁石モータが実現でき、低振動
低騒音で高精密なモータ制御が可能となる。
According to the torque ripple reduction method of the present invention,
A low torque ripple permanent magnet motor can be realized, and high-precision motor control with low vibration and low noise can be realized.

【0068】モータ内部にロータの回転位置検出手段を
内蔵することにより、回転位置検出用エンコーダを含む
総合形状を小型化することが可能であり、又同時に、低
コスト化も実現でき、位置検出用の部品数も削減できる
ことから信頼性向上にもなる。
By incorporating means for detecting the rotational position of the rotor inside the motor, the overall shape including the encoder for detecting the rotational position can be reduced in size, and at the same time, the cost can be reduced. Since the number of parts can be reduced, reliability is also improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の永久磁石モータの断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a permanent magnet motor of the present invention.

【図2】 図1の永久磁石モータの巻き線の結線図であ
る。
FIG. 2 is a connection diagram of windings of the permanent magnet motor of FIG.

【図3】 本発明永久磁石モータの巻き線に誘起する電
圧波形図である。
FIG. 3 is a diagram showing voltage waveforms induced in windings of the permanent magnet motor of the present invention.

【図4】 本発明の他の永久磁石モータの断面図であ
る。
FIG. 4 is a sectional view of another permanent magnet motor of the present invention.

【図5】 本発明の他の永久磁石モータの断面図であ
る。
FIG. 5 is a sectional view of another permanent magnet motor of the present invention.

【図6】 図5の永久磁石モータの巻き線の結線図であ
る。
6 is a wiring diagram of windings of the permanent magnet motor of FIG.

【図7】 ステータ突極の位置の回転方向へのシフトを
示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a shift of a position of a stator salient pole in a rotation direction.

【図8】 従来の永久磁石モータの断面図である。FIG. 8 is a sectional view of a conventional permanent magnet motor.

【図9】 図8の永久磁石モータの巻線に誘起する電圧
波形図である。
FIG. 9 is a diagram showing voltage waveforms induced in windings of the permanent magnet motor of FIG.

【符号の説明】 1 ロータの軸、2 永久磁石、SAT ステータ突
極、FP ロータの磁極幅、SA ステータのヨーク
部、BPT バイパス磁路、MS センサー、SPステ
ータの突極幅。
[Description of Signs] 1 Rotor shaft, 2 permanent magnet, SAT stator salient pole, FP rotor magnetic pole width, SA stator yoke, BPT bypass magnetic path, MS sensor, SP stator salient pole width.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 モータの界磁を形成する永久磁石を備
え、界磁のロータ表面の磁極ピッチがFPであるロータ
と、 ステータに配置され、ステータの内周の突極幅SPが磁
極ピッチFPにほぼ等しい値である各相のステータ突極
と、 前記各ステータ突極に巻回された各相の巻き線と、 それぞれの相のステータ突極の間に配置され、ステータ
突極間に位置するロータ表面の磁束をステータのヨーク
部へ通すバイパス磁路とを備えることを特徴とする永久
磁石モータ。
1. A rotor having a permanent magnet for forming a field of a motor and having a magnetic pole pitch of FP on the rotor surface of the field, and a salient pole width SP on the inner periphery of the stator having a magnetic pole pitch of FP. Stator salient poles of each phase having a value substantially equal to the above, windings of the respective phases wound around the stator salient poles, and disposed between the stator salient poles of the respective phases, and located between the stator salient poles. And a bypass magnetic path for passing a magnetic flux on the rotor surface to a yoke portion of the stator.
【請求項2】 モータの界磁を形成する永久磁石を備
え、界磁のロータ表面の磁極ピッチがFPであるロータ
と、 ステータに配置され、ステータの内周の突極幅SPが磁
極ピッチFPにほぼ等しい値である各相のステータ突極
と、 前記各ステータ突極に巻回された各相の巻き線とを備
え、 同一の相のステータ突極がロータ回転方向に隣接し、そ
のそれぞれの巻き線に逆方向の電流が通電されることを
特徴とする永久磁石モータ。
2. A rotor having a permanent magnet for forming a field of a motor, the rotor having a magnetic pole pitch of FP on the rotor surface of the field, and a salient pole width SP on the inner periphery of the stator having a magnetic pole pitch FP. And a winding of each phase wound around each of the stator salient poles, the stator salient poles of the same phase being adjacent to each other in the direction of rotor rotation, and A current in the opposite direction is supplied to the winding of the permanent magnet motor.
【請求項3】 同一の相のステータ突極が複数有り、そ
れらのステータ突極のロータ磁極に対する位相が3、
5、7、11次等の高調波成分を除去できるように、電
気角で60度あるいは36度あるいは25.7度あるい
は16.36度だけロータの回転方向にシフトされてい
ることを特徴とする請求項1項、2項記載の永久磁石モ
ータ。
3. A plurality of stator salient poles having the same phase, and a phase of the stator salient poles with respect to a rotor magnetic pole is three.
The electrical angle is shifted by 60 degrees, 36 degrees, 25.7 degrees, or 16.36 degrees in the rotation direction of the rotor so that harmonic components such as the fifth, seventh, and eleventh harmonic components can be removed. The permanent magnet motor according to claim 1.
【請求項4】 ステータあるいはロータが軸方向に2分
され、いずれかの電磁的特性が相対的に、3、5、7、
11次等の高調波成分を除去できるように、電気角で6
0度あるいは36度あるいは25.7度あるいは16.
36度だけロータの回転方向にシフトされていることを
特徴とする請求項1項、2項記載の永久磁石モータ。
4. The stator or the rotor is bisected in the axial direction, and one of the electromagnetic characteristics is relatively 3, 5, 7,
In order to remove the 11th and other harmonic components, the
0 degrees or 36 degrees or 25.7 degrees or 16.
3. The permanent magnet motor according to claim 1, wherein the motor is shifted by 36 degrees in the rotation direction of the rotor.
【請求項5】 同一相の複数のステータ突極において、
ロータ回転方向のステータ突極幅を異なる幅としてトル
クリップルを低減することを特徴とする請求項1項、2
項記載の永久磁石モータ。
5. In a plurality of stator salient poles having the same phase,
The torque ripple is reduced by setting the width of the stator salient poles in the rotor rotation direction to be different from each other.
The permanent magnet motor according to the item.
【請求項6】前記ステータ突極内周のロータ回転方向端
の形状が、ロータの回転中心からステータ突極内周に描
いた円に対して滑らかな曲線となっていることを特徴と
する請求項1項、2項記載の永久磁石モータ。
6. The rotor according to claim 1, wherein the shape of the end of the salient pole of the stator in the direction of rotation of the rotor is a smooth curve with respect to a circle drawn from the center of rotation of the rotor to the inner periphery of the salient pole of the stator. Item 3. The permanent magnet motor according to item 1 or 2.
【請求項7】前記バイパス磁路の一部にロータが形成す
る磁束を検出する磁束検出手段を備えることを特徴とす
る請求項1項記載の永久磁石モータ。
7. A permanent magnet motor according to claim 1, further comprising: a magnetic flux detecting means for detecting a magnetic flux formed by a rotor in a part of said bypass magnetic path.
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