JPS62247752A - ブラシレス直流リニアモ−タの巻線方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば産業用ロボット、Ｘ−Ｙテーブル等の
ｒ二Ａ　ｌｉｔ器に必要な小形、高出力のブラシレス直
流リニアーし一タに係り、特にその巻線方法の改良に関
する。 〔従来の技術〕 ブラシレス直流リニア七−夕において、推力を発生（）
る容積を−・定とした条件の６とで、小形。 １１！ｌ出力のものとＪるためには可動子の極数を多極
化りる必要がある。 第６図は、この種°し一夕の要部の側断面図である。 磁性体からなる可動子１．固定子３をそなえ、可動子１
のスロワｌ−１ａには移動磁界を発生する電機子巻線を
巻装してあり、固定子２の可動子１に対向する表面に（
、上舌間隔に永久磁石２を配設固層さけである。 Ｌ　ｈｌ　Ｌ、　Ｚ、ｌ−ｌ　ハＪｆｌ　力ヲＲ５！−
Ｊ　ル部分（７）　ｉ！”’＋　サ、Ｌシよ可動子１の
長さく１１１力を発生する部分のｂさ）、ｙｍは可動子
−１ラフの−Ｉ−り幅、ｙ３は固定子ヨーク幅、し　は
磁石厚み、１−０はギャップ長である。 可動７艮さＬと、推力発住部高さ１」と、図示していな
い１■動了」アの積厚方向の長さＷを一定とした場合に
、可動子１の極数を多極化Ｊると、ｙｍｔｘΦｙ ｙ　ＸΦｙ　ただしいずれもΦｙ■１／Ｐて゛あり、ま
た可動子に５装した巻線による減磁アンペアターン△”
ｗｉｎｄは次の（１）式ぐ表わされる。 〔△］−〕　　　　　　　・・・・・・・・・（１）こ
こに、ｋＶｊは巻線係数、Ｗは１相の巻回数、Ｉは電機
子電流、Ｐは極数、Φ、はヨ１−りを通る磁束量で・あ
る。 （１）式より極数Ｐを多極にづれば、”ｗｉｎｄ

【、１
小さくなることがわがる。 したがって、永久磁石２の厚みＬｌｌｌは、この減磁ア
ンペッツターンΔ−［ｗｉｎｄに耐えるだｔ）の厚みと
覆ればＪ、いのだから、過負荷耐力を同じにして永久磁
石２の厚みｌｌ１ｌを小さくできる（ただし、磁石パー
ミアンス係数は固定にしている）。 これｌ〕目ら、ｙ、ｙ、ｔ、、の値が多極にしてｓ 小さくなれば、ス１−１ツ１〜１　の凸さｈ　はＳ ｈ　　＝ｌ−１−ｙｌＩｌ−ｙ、−ＬＩｌｌ　　　　・
・・・・・（２）（ただしＬ　　ｌ−ｌ、ｙ　　、ｈ　
　、Ｌ　　、Ｖ　　）ｇ　　　　　　　　　　ｍ５ｍ５ で示されるの−（パ、多極にした場合はスロット１ａの
高さｈｓは人さくなる。 したがっ−Ｃ、スｆ」ット断面積が大きくなり、電気装
荷（−；Ｂ様子巻線の導体数と電流値との槓）ＡＣが増
加りる。 そこ−ＣＪｆｌ力［は Ｆ　ＶΦ・ＡＣ・・・・・・・・・・・・（３）Ｃ゛表
わされ、磁気装荷Φが同一のどきは電気装荷ＡＣが増加
した分だ（）、推力Ｆは大きくなる。 従来の多極界磁を通用した例の側断面および巻線構成を
第７図に３）、（ｂ）に示す。 すべての図１６１において、同一符号は同一・もしくは
相当部分を表わＪｏ ４．５はＵ拐帯コイル、６．７．８．９は■拐帯］イル
、１０．１１はＷ拐帯コイルで、たとえばＵ拐帯コイル
はＵ拐帯］イルとは電流方向が逆位相になるようにして
あり、Ｖ拐帯コイル、Ｗ拐帯］イルについても同様であ
る。 可動子１は１３個のスロットを有するステータ二】ツノ
に４極の起磁力を発生する３相巻線が施してあり、これ
に対向する永久磁石界磁の極数は、起磁力の極数と同数
の４極とな−）Ｃいる。 この巻線り式は、毎極、　１０相のス［−１ツｌ〜数ｑ
＝Ｎ１／　（３・１））Ｊ、す Ｑ＝１２／（３相×４極） ＝１ の整数スロツ！〜巻線である。なお、Ｎｔはディース数
を示す。 複素平面を考え、原点の周りに単位円周を６等分して順
次ＬＪ、Ｗ、Ｖ、ｔＪ、Ｗ、Ｖの６相帯に対応ざＵる。 そして、Ｖ拐帯を１番目のスロットに対応させ、イの後
はこの点を起点として単位円周上（・角度Ｐ２Ｔ／Ｎｔ
　（ｒａｄ） ずつ、ここではπ／３　（ｒａｄ）ずつ隔てて割り出し
た点を順次、２番目以降１３番目までの各ス目ツ１〜に
対応させた図が第８図である。 ス１−１ツＩ〜内に収納される導体数を口とすると、第
８図から、１」拐帯、（」拐帯またはＷ拐帯、Ｗ拐帯は
同一の１つの」イルで構成覆る。つまり、Ｕ相の一１イ
ルｎＹは、ｎターンでコイル飛びがスロット番号＃２か
ら＃５への］イル４とスロット番号＃８から＃１１への
コイル５０２つのコイルから構成されくおり、Ｗ相の」
イル群も同様にｎターンｌ゛ｉ’ＴＩイル飛びがス１１
ツ１〜番号＃３から＃６への＝」イル１０とスに１ツ１
〜番号＃９から＃１２への」イル１１の２つの］イルか
ら構成されている。 ■相の−１イル群だり、引掛に属しく　ｎ　／　２　）
ターンぐ、１イル飛びがス１１ット番号＃１がら＃４へ
の１イル６とスに１ツ１〜番呂＃７がら＃１ｏへの］イ
ル８、Ｊ、たＶ拐帯に属しくｎ／２）ターン′ｉ″′］
イル飛びがス［１ツト番月＃４がら＃１ｏへの一１イル
７とスロワｌ一番号＃１ｏがら＃１３への二］イル９の
４つの］１イルがら構成される。 したがって、ス１１ット番号“’＃１”どＮ　十１（Ｎ
ｓ）”（ここでは＃１３〕のス［１ツ］〜には導体数は
（ｎ／２）木しか収まらない。 この整数スロット谷線のｆＵ　４４Ｉｆυ相のス［ノツ
ー・数Ｑ　−＝　１の巻線方式は、イ」限のスロットピ
ッチに対して従来多用されている整数ス１−１ット巻線
の中（・は、最も多くの極数をとれる巻線であり、推力
発生部の容積一定の中０は比較的に推ノコが高いブラシ
レスし一タである。 〔発明が解決しようとりる問題点） 従来用いられた整数ス１］ツーへ巻線で毎極毎相のスー
ツ１〜数Ｑ＝１の巻線方式Ｃは、 谷線係数ｋ　　＝１．０ ｒ （ｒ＝１．３．５．７・・・・・・で表わされるｒは高
調波次数（パある） となり、１゛′Ｐ′Ｐツゾ磁中に含まれる高調波成分が
、この巻線係数により低減できない。 したか−）で、誘起電圧波形が歪み、この空間高調波の
影響にＪ、り和力むらが生じる。 また、このような永久磁石を使用するブラシレス直流リ
ニア七−夕は、小形軽量に形成され優れた性能を持つ−
Ｃいるが、Ｑ−１の整数ス［１ツト巻線ｃ　ＧＪ、永久
磁石からみたス［１ツトパーミアンスがｉｆ弦波状に変
化しないために、このス［Ｊットパーミ）′ンス弯化の
影フキにＪ、る＝］ギング力が生じる。 そこで、これら空間高調波の影響による推力むら、」１
゛ングカを低減する対策どして以下の３つのｈ策がある
が、いずれも数々の問題点を含む。 ■　可動子ス［１ツトまたは永久磁石にスキコーを施づ
。スキ１−効果により、これらリップルは低減できるが
、ス［１ツト内の巻線の占有率を悪くし、月利の有効活
用を妨げ、士−夕の効率、力率を犠牲にするから好まし
くない。 ■　第９図に示りＪ、うに、界磁磁石２をギｌ’ツノ磁
束分布が正弦枝分イ１１となるＪ、うに、可動子］ア１
と対向する側の面にＲ（曲面）加工を施す。これにより
発生するリップルは低減できるが、加工が撥雑どなるた
め磁石の］ス１〜高となる。 ■　ｑ＞１の分数スロツ１〜巻線を用いれば、良好な誘
起電圧波形がえられ、発生するリップルも低減できるが
、（１＝１に比べＣ明らかにモータ極数の多極化にりＪ
しては不適である。 また、モータ極数の多極化には分数スロツ１〜巻線ｒｑ
＝１／２の巻線方式があるが、これは巻線係数の低下９
巻線利用率の低下という不ｐ合がある。 ■　巻線の１ターンの長さに対りる有効導体長さく有効
鉄心長）の割合を考えた場合に、整数ス１１ッ１−巻線
の中で最も＝１イル飛びｔが短くなるＱ−１のときＣ゛
もスロワ）へ番号＃１から＃４へ（ｌ−４−１＝３）で
、この有効導体長さの割合は小さくなる。つまり、推力
の発生には無関係な銅損が発生りるわり（、尤−タの効
率向上の上でもこの飛びを５線係数ｋｗを下げずに極力
小さくする必要がある。 ここにおいて本発明は、従来例のこれら難点を克服し、
分数ス１１ツ１〜の２層重ね巻きを行なう、ブラシレス
直流リニアモータの巻線方法を提供することを、その目
的と覆る。 〔問題点を解決するだめの手段〕 本発明は、 可動子には、積層された電気鋼板の固定子に対向する面
にＮ５個のスロワＩ−と（ＮＳ−１）個のｊイースを設
（プ、毎極毎相のスロワ１−数ｑは（１／２＞＜ａ＜１
とし、各スロワ１〜には３相おにびその逆荀相の６相帯
に分けて−に辺および下辺に２層重ね巻きにて形成する
とともに、 固定子は、平面状固定子ヨークの可動子に対向Ｊる面に 極数Ｐ＝　（ＮＳ−１）／（３ｑ） の平板状の永久磁石を貼付固着配設して構成するブラシ
レス直流リニアモータの巻線方法である。 （作　用〕 可動子］アのｊイース数Ｎ１を有限とすれば、極数Ｐ−
Ｎ、／（３Ｑ）（ｑは毎極毎相のスロット数〕であるか
ら、スロット数Ｎ、が （３／２）Ｐ＋１＜Ｎ、＜３Ｐ−ｔｌ の条件に適合する谷線、すなり１５ （１／２）＜ｑ＜１ の範囲にある 分数ス［ｌットの２層重ね巻の３相巻線とすることで、
モータ極数Ｐを従来の２倍近くにでき、それだり小形で
推ツノが得られる。 〔実施例〕 本発明の一実施例における要部の側断面図を第１図（ａ
）に表わし、理論的巻線展開図を第１図（ｂ）に示し、
その等価的巻線展開図を第１図（Ｃ）に表わし、巻線の
接続図を第１図（ｄ）に示づ−６ この一実施例は、３相、４極のブラシレス直流リニアモ
ータを形成する。 （ａ）に表わした＃■〜＃■は可動子１のティース番号
であり、（ｂ）に示した＃１〜＃１０は５ｆ　！Ｔ’Ｊ
Ｊ了１のス［１ツトＩ　ｊ３である。 可動子］ア１のスロット１ａ内には以下の手順で・可動
子巻線が巻装される。 （ａ）の側断面図かられかるようスロット番号＃１から
＃９までのスロット１　を順次空隙面に沿・）Ｃ等間隔
に配置するとともに、各スロット１ａには」−コイル辺
と下コイル辺の２つのコイル辺を収容させる。 ｕ、ｗ、ｖ、ｕ、ｗ、ｖの６相帯の各和書に属づる１イ
ルのス［１ツ１〜１ａへの配置は、第２図のスロットへ
の巻線の割り付り図による。 第２図においで、複素平面を考え、原点の周りに甲（＜
／丁径の円（中位用）を描ぎ、中位円周を６等分しＣ１
それら円弧を順次ｕ、ｗ、ｖ、ｕ、ｗ。 ■の６相帯に対応させる。 次いＣ′、ｄ相帯の円弧の中点を１番目のスロワ１〜に
対応さけ、その後はこの点を起点として単位円周一にｒ
角ｒＵ　Ｐ　７Ｃ／　Ｎ　、　　（ｒ　ａ　ｄ　）　、
ここでは（４／９）π（ｒ　ａｄ　）ずつ隔てて割り出
した点を順次２番目以陪９番目までの各スロワ１〜に３
・１応ざＵる。 イして、各スロワ：〜の上コイル辺はそのス［］ットが
単位円周上で所属している和書に割すイ」ける。 以上のようにして、６相帯の各和書に属する各コイルの
十コイル辺の９個の可動子スロットへの配置が決定され
る。 スロット番号＃１には（」和書に属するコイルの下コイ
ル辺が、＃２．＃６にはＷ和書に属づるコイルの下コイ
ル辺が、＃７にはＶ拐帯に属するコイルの下コイル辺が
、＃３．＃８にはＵ拐帯に属りる下コイル辺が、＃４に
はＷ和書に属するコイルの下＝１１イルが、＃５．＃９
にはＶ拐帯に属Ｊる］イルの下−Ｉイル辺が、それぞれ
配置される。 次に、各和書に属Ｊる各１イルの上コイル辺のスロワ］
−への配置を決める必要がある。 基準として１番目のスロットをとって、単位円周上にお
けるこの１番目のスロワ１〜に対してほぼ−１２一 度π（ｒａｄ）ずれた位置、すなわちＵ拐帯円弧の中点
付近にあたるスに１ットを１つだけとりそのス［１ツ１
一番号をｎ（ここＣは３）とする。 ついぐこれを基に、各下＝１１イルから、これと対をな
Ｊ下コイル辺まＣの正規のコイル飛び１．が全てｔ−ｒ
）−１（ここぐはｔ＝３−１＝２）どなるにうに１ノ′
る。 しかし、ブラシレス直流リニアモータにおいて、とくに
この一実施例では、第１図（ａ）の巻線の配置を見ても
わかるように、■相巻線で×１．。 ×２のＴ１イルはその対となるコイル辺が架空のス１１
ットヘ入る。 この架空のスロットへ入るコイル辺が、実際のスロワ１
−へ入るようにした手段が、本発明の特長である。 つまり、ｘ、ｘ２のコイルを第１図（ｃ）の等価的巻線
配置図に示ずように、巻回数はコイル×１．×２と同数
′Ｃ等価に分割したコイルＹ１゜Ｙ　２　ａ３　Ｊ、び
Ｙ３．Ｙ４とする。しかるに、Ｙｌ。 Ｙ４のコイルは架空のス［ＪツＩ〜に入る丁ｌイルぐあ
るので、この場合化成（シなくてよい。したがって、考
慮すべき丁］イルＹ２はス［１ツト番号＃１から＃２へ
入り、同じく」イルＹ３はス［１ツトｍ　ｆｊ　＃　９
から＃１０へ入る。 このようにして、この一実施例の巻線は、第１図（ｄ）
に示すような全て同一の巻回数となるＵ相に属するコイ
ル３個と、■相に属するＩＴＩイル４個と、Ｗ相に属す
る二］イル３個の１０個の要素コイルを巻装して、２層
重ね巻３相巻線を構成する。 第３図は本発明におりる他の実施例の構成を表わし、第
３図（ａ）はその要部の側断面図、第３図（ｂ）は理論
的巻線展間図、第３図（Ｃ）は等価的巻線展開図、第３
図（ｄ）は巻線の接続図を示す。 この他の実施例は３相、８極（従来例第７図の２倍）で
あるが、ス［１ツ１〜数１６（従来例１３）。 ライース数１５．毎極毎相のスロット数ｑ＝＝　５　／
８の２層重ね巻、３相巻線を施す。 巻線の手順はこうである。 ？ｌなわち、一実施例に同じ。 第４図〔巻線配置図〕に表わすように、複素平面のＱｉ
位田川Ｎを６′ｓ分して、それらの円弧を各６相帯に対
応させ、その中位円周上に各コイルの上コイル辺が入る
スト１ツト番号を割り付けでいく。 そしＣ各］イルの上コイル辺と対をなす下」イル辺は、
十コイルが入るスロットに対してほぼ角度π（ｒ　ａ　
ｄ　）　ｄ’れｔｃ位置となるスロットに入れていく。 この場合、正規のコイル飛びしは、全てｔ＝ｎ−１（こ
こ′Ｃ′ｔよｔ＝３−２＝１）ｒ：ある。 この他の実施例においても先の一実施例と同様に、Ｕ相
、■相、Ｗ相のコイル群のいずれかは、架空のスロット
に片側のコイル辺が入る。 この例Ｃは、Ｗ相に属するコイル群の中にそれがあり、
これも先の一実施例と同様で、架空２０７１〜片側のコ
イル辺が入るコイルをぞれぞれ等価に２つの］イルに分
割し、架空のスロットに入るはずの１１側コイル辺を実
際のスロットに入れる。 以上の手法で巻線を構成し、Ｕ相に属するコイル数５、
■相に属する］イル数５、Ｗ相に属するコイル数６の１
６個の要素二コイルが用いられる〔第３図（Ｃ）〕。 第３図（ａ）の側断面図をみてもわかるように、第７図
＜ａ＞の従来例に比べ、可動子コア１のヨーク幅、固定
子」−り３のヨーク幅は、知くなり、また多極にするこ
とで永久磁石２の厚さも薄くなる。 したがって、推ツノ発生部の高ざ（」を同一とづると、
ス［１ツトの深さＲが深くなり、スロット数はほぼ同数
であるから、スロット断面積は増加Ｊ−る。 よって従来例に比較して、本発明は電気装荷ＡＣは大き
くなる。 なお、第５図は本発明における界磁用の永久磁石の斜視
図である。 分数ス［１ツト巻線を適用しているので、ギセップ磁束
分布中に含まれる各空間高調波成分を低減し、良好な誘
起電圧波形が得られるから、従来例（第９図）のように
複Ｈな形状にする必要がなく、磁石コストが低減される
。 〔発明の効果〕 かくして本発明によれば、次に掲げる数多くの格段の効
果がある。 ■　１つのコイルの飛びの長さし、が小さくなり、１タ
ーン−」イル長さに対づる有効導体長さの割合も大きく
なり、干−夕効率が向上する。ＩＣとえば、一実施例（
第１図）と従来例（第７図）では［−１の比が０．２２
１０．２５−Ｃある。 ■　ティース数Ｎ、とモータ極数Ｐの関係が（３／２）
Ｐ＜Ｎｔ＜３Ｐ の条ｆｒ下で、分数スロット巻線を可動子に施すので、
ティース数Ｎ１が従来例の整数スロット巻線にお（）る
ｔσ極毎相のス］」ット数Ｑ＝１の場合どほば同数まｌ
こはそれ以下にｄ３いても、モータの極数［）を２イ８
近くにぐき、電気装荷ＡＣも大きくできることから、可
動子コアのティースの機械的弾痕す無即がなく、小形、
高推力となる。 ■　′し−９極数Ｐを多くするので過負荷耐力は同一で
永久磁石厚みＬ　ｍを減少させ磁石足を低減し、従来例
に較べ３０・〜４０％の節減となる。 ■　界磁用の永久磁石が平坦な通常の形状Ｃ−ｂ、本発
明の巻線方式では磁石からみたス１−１ツ１〜パーミア
ンスが正弦波状に変化するため、］ギングカを低減でき
る。同一形状の場合、従来例に比べ本発明では１１５〜
１／１０稈麿に減少覆る。 ■　したがって、巻線占有率も磁石加工性も向上し、小
形、高推力、高粘度でかつコスト的にも右利なブラシレ
ス直流リニアモータを実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における構成を表わ１−側断
面図，巻線の接続図、第２図はぞのスロワ１〜への巻線
の割りイ・［り図、第３図は本発明の他の実施例の側断
面図．巻線の接続図、第４図は｛のスロットへの巻線の
割り付Ｃプ図、第５図は本発明の界磁磁石の斜視図、第
６図ないし第９図は従来例の説明図である。 １・・・・・・可動子−１７ ２・・・・・・永久磁石（界磁用） ３・・・・・・固定子ヨーク 　１９　一 ４へ・１１・・・・・・各拐帯コイル。 出願人代埋人　　仏　　藤　　一　　雄此　５　図 も　６　囚 尾　７　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、可動子は、 積層された電気鋼板の固定子に対向する面にＮ＿ｓ個の
   スロットと（Ｎ＿ｓ−１）個のテイースを設け、 毎極毎相のスロット数ｑは （１／２）＜ｑ＜１ とし、 各スロットには３相およびその逆位相の６相帯に分けて
   上辺および下辺に２層に重ねて巻回して形成するととも
   に、 固定子は、 平面状固定子ヨークの可動子に対向する面に極数Ｐ＝（
   Ｎ＿ｓ−１）／（３ｑ） の平板状の永久磁石を貼付し固着配設して構成する ことを特徴とするブラシレス直流リニアモータの巻線方
   法。