JPS62250851A

JPS62250851A - 永久磁石同期機形モ−タ

Info

Publication number: JPS62250851A
Application number: JP9382486A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Miyamoto; 恭祐宮本; Hirobumi Inokuchi; 猪ノ口　博文; Hiroshi Ikeda; 弘池田; Takayuki Toya; 遠矢　隆行
Original assignee: Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1986-04-23
Filing date: 1986-04-23
Publication date: 1987-10-31
Anticipated expiration: 2010-11-13
Also published as: JPH07106046B2

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】〔ｆＬ業上の利用分野〕本発明は、ＦＡ（工場自動化）機器用永久磁石同期製形
モータに係り、とくに低速人トルクを要する永久磁石同
期機形モータの小形・軽分・高精度化するための電機子
の巻線構成と〇−夕の溝に関する。

〔従来の技術〕

永久磁石同期機形モータには、第４図（−従来例の要部
の正断面図）に表わすように、ステータ］コアの内周面
にギャップを介して対内し、シレフト５に嵌合固着され
た非磁性リング４の外周に笠間隔に磁性体のロータヨー
ク２と永久磁石３を配設固着さＬ！　Ｃａ２す、その磁
石３より生じる磁束の方向が１゛レツゾ方向に対し接線
方向となるタンジ」ラジアル・タイプのものがある。

この型の永久磁石同期鍬形モータに１．Ｌ次のような特
長がある。

ｉ）磁石３にり生じろ磁束方向が径ｙノ向となるラジア
ルタイプの第５図（他の従来例の要部の正断面図）に比
べ、磁束の集中がなされ、磁束の湿れが減少Ｊるため、
モータ効率が向上Ｊる。

ｉｉ）　　使用する磁石３は分溜りが良い直方体のブ［
１ツク状磁石でよく、これは…石コストを下げ、したが
ってモータが安価になる。

１ｉｉ）　　予め磁石３を収容りる溝をロータ］−り２
に開設し、これに磁石３を嵌合挿入ザる構造なので、［
１−夕の製作性がよく、Ｊ、た磁石３の位置決め精ＩＩ
Ｉ　’ｂ良好である。

では、この−・従来例の正断面図を示ず第６図につい（
の１Ｊ２明を行なう。

ステータコア１には等間隔に１８個のスロワ１〜（＃１
−９１８）が配置されている。これには市も１子巻線６
〜１１ににる起磁力が６極となるｉｊ５極角相のス［１
ツト故（１＝１の整数ス【」ツ１−２層中ね巻さ３相巻
線が施してある。

この整数スロワ１−（ｑ＝１）巻線は、これまで用いら
れてきた巻線り式の中では最・し多極化できる巻線方式
ぐある。

第７図にこの一従来例の巻線構成図を表わし、第７図（
ａ）は第６図のステータコアを直線状に展開した図、第
７図（ｂ）はそのＵ相巻線の展開接続図、第７図（Ｃ）
はＶ相巻線の展開接続図、第７図（ｄ）はＷ相巻線の展
開接続図を示ザ。

Ｕ相Ｔ１イル５．ｖ相コイル７、ｗ相コイル８はいずれ
らコイル飛びｔ＝３で、Ｕ相コイル６はスロット＃１〜
＃４に、■相コイル７はスロット＃３〜＃６に、Ｗ相コ
イル８はスロット＃５〜＃８にそれぞれ収容される。

これらとは巻方向（電流方向）が反対になるＵ相コイル
、■相コイル、Ｗ相コイルも同様のコイル飛びｔ＝３で
、第７図（ａ）に基づいて収容される。

仝体内にこの巻線構成をみれば、Ｕ相巻線第７図（ｂ）
、ｖ相巻線第７図（ｃ）、ｗ相巻線第７図（ｄ）はＪ３
のＪ３の電気角で２２７／３　（ｒａｄ）の（Ｏ相をも
ら配置されている。

巻線係数ｋｗｒ（ｒは高調波次数１．３．５．７゜・・
・ぐある〕は、コイルピッチＣ，Ｐ＝１００％であるか
ら、短節巻係数ｋ　　＝１．０と仕り、またｐｒ分布巻係数ｋｄｒはｑ＝１よりｋｄ、＝１．０どなり、
したがって巻線係数ｋ　　＝ｋ　　−ｋ　　で求められ
ｗｒ　　　ｐｒ　　　ｄｒるので、この整数ス［゛１ツ１〜巻線（１−１の巻線係
数ｋｗｒ−Ｏとなる。

これより、整数スロット巻線Ｑ＝１の巻線方式では、ギ
ｔ／ツブ磁束分布中の各高調波成分の影響が、巻線に誘
起される電圧波形にそのまま出てくる。

〔発明が解決しＪ、うとする問題点〕

第８図にモータ：１ア径を一定とした条件下のし一タ極
数Ｐに対する出力トルクを入力用１員の平方根で割った
値（Ｍ　−出力１〜ルク／　「ＶＦＷ■）いわゆるモー
タ定数Ｍｃの変化を表わず。

これをみれば、モータ極数１つを多極にしたｈが、この
モータ定数Ｍｃが大きくなることがわかる。

（ア）　先に示した整数ス［１ツ１−さ線ｑ＝１の巻線
は、従来までに用いられた巻線では、ス１］ツト故をイ
１限どした場合、最りモータ権数Ｐが多極と１する巻線
方式であるが、以下に示づ難点を含む。

ｉ）、Ｐａ　ｍ了スロ・ソトにス：に１−を施し、その
ツー１゛ニー効果による！・ルクリップルを低減Ｊる手
法らあるが、スロット内の巻線の占有率を悪くし、モー
タの効率、力率の−Ｌから好ましくない。

ｂ、ｑ＞ｌの分数スロワ］・巻線を用いれば、良好な誘
起電圧波形が得られトルクリップルも低減できるが、ス
ロット数は有限であるから、ｑ＝１に比べて明らかに七
−夕極数の多極化に対しては不適である。

また、モータ極数の多極化を行なうためには、従来より
用いられる分数ス［１ット巻線で、Ｑ＝１／２の巻線１
１式を使うことらあるが、これは巻線係数ｋｗｒの低下
９巻線利用率の低下という不具合がある。

（イ）　この型のモータを前記低速人トルク用の１−夕
として用いる場合に、七−夕極数Ｐが小さいと０゛は、
［−夕の構造的特徴上から、シー・フトの捻り剛ざが弱
くなる。

つまり、この型のモータは磁石から生じる磁束が径り向
に対し接線方向となるように配置されるので、前記磁束
が径り向と同方向になるように磁石３を配置したのに比
べ、同極数とい・う条件下ではシャフト５の直径ｄは小
さくなる。とくに七−夕外径を一定とした条件下でモー
タ定数Ｍ　を最人にするモータ外径り。に対づ゛る−１
＝ヤツプダイヤＤｇの割合はＤｏ初０．７０．　　　　・・・・・・・・・（１）と
なり、効率の高い七−夕を実現Ｊるさいには、シーＩフ
１−径ｄが減少りることへの影響は大ぎい。

シｔ・フトの捻り剛ざ丁、［＜、はシトフト径ｄの／１
乗に比例す°るので、シト７１〜径ｄの減少は捻り剛さ
１”、Ｒ，の減少に大きく影響づる。したがって、過負
荷１〜ルクが大きい低速人トルク用のモータとしＣ用い
る場合に、このシャツ１−の捻り剛ざの問題が生じる。

（つ）　出力トルクを！ヘルツ発生に必要な部分の中１
−で割−）た値“トルク／ｆｉ効電磁重ｈ１″をとえる
と、この型のモータは前記磁束が径方向と同り向になる
Ｊ、うに磁石３を配置したモータに比べ、「］−夕内申
空部が小さくなり、ｍｍは重くなる。

したがって、“Ｉ・ルク／右効電磁重足″は低下し好ま
しくない。

ここにおいて本発明は、従来例の隘路を克服し、ｆｒｊ
極毎相のス［１ツ１−数について考究し界磁を基＋４ｉ
化した永久磁石同期機形モータを提供することを、その
目的とする。

（問題点を解決するための手段）本発明は、３相Ｐ極のブラシレスモータにおいて、［１−夕は、回転自在に支承されたシトフトの外周に非磁性リングを
嵌合固６し、このリングの外周に円筒状の磁性体からな
る【コータヨークを嵌合固着さけ、この［」−タＥ１−
りの外周面から前記非磁性リングの外周面に至りその看
過方向がステータとの対内ギトツブ面にえ１し）＆線方
向としたＰ個の永久磁石を１７１−タヨークの外周面に
秀間隔にかつ隣接する＋、ｎ極がＩ′ｉ′１１４４と仕
るにう埋設同省して形成するどどム　に　、ステークは、円筒状磁性体の内周面にＮ個のス【−Ｉットを等間隔に
軸方向に開設し、（３／２）Ｐ＜Ｎ＜３Ｐを満Ｊ゛整数Ｎとし、缶極旬相のス［Ｉツ１−散ｑは（１／２＞＜ａ＜１とし、各ス［］ットにｔＪ３相およびぞの逆位相の６組帯に分
１ノで上辺Ｊ３よび下辺に２層に！ｆｉねで巻回して構
成した永久磁石機形モータＣある。

（作　用〕電機子のスロワ１〜数Ｎが（３／２）Ｐ＜Ｎ＜３Ｐの条
件に適合しＦｉ極毎相のス［Ｊツト故ｑが（１／２）＜
ｑ＜１の範囲にあたる分数スロットどとし、巻線は２層
用ね巻ぎの３相巻線を実施りるととし、極数Ｐ＝Ｎ／　
（３・ｑ）により設定しＵ　Ｊ３す、多極となり推力が
増大する。

（実施例）本発明の一実施例における正断面図を第１図に表わり°
。

リベでの図面において、同一符号は同一もしくは相当部
分を示す。

この一実施例は分数スロットを施したタンジェンシせル
構造で、３相１０極あり、ステータ二１ア１の１８１１
Ｍ＋のスロット内には、以下のような手順で電機子巻線
が巻回されている。

第１図かられかるように、１番目から１８８番目ぐのス
ロット（以下、＃１〜＃１８のように記ず）を順次、空
隙円周に沿−）て刃間隔に配置するとともに、各スロッ
トには上＝１１イルと下コイル辺の２つのコイル辺を収
容さぼる。

ｕ、ｗ、ｖ、ｕ、ｗ、ｖの６Ｈ１帯の各引掛に属Ｊるコ
イルのスロワ１−への配置を行なうには第２図（各引掛
］イルのスロットへの配分図）に示すＪ：うに、まず複
素平面を考え原点の周りに単位半径の円（単位円）を描
き、Ｉｖ位内円周６等分してそれら円弧を順次ｕ、ｗ、
ｖ、ｕ、ｗ、ｖの６相帯に対応さＵる。

次いで、Ｕ相帯の円弧の中点をスロワＩ〜＃１に対応さ
せ、その後はこの点を起点として単位円周上で角度Ｐ　
７ｒ　／　Ｎ　（ｒ　ａ　ｄ　）　、コＬ　テハ（５／
　９　）π（ｒａｄ）ずつ隔てて、割り出した点を順次
ス目ット＃２以降＃１８まで対応さＶる。

そして、各スロワ１−の下コイル辺はそのスロットが単
位円周一トで所属している引掛に割り付ける。

以上のような手順を追うと、６相帯の各引掛に属Ｊ゛る
各コイルの下コイル辺の１８個のステータス【］ツトへ
の配７１が決定される。

ス［１ツ１〜＃１．１＄８．＃１２にはＵ相帯に属す゛
る二１イルの下コイル辺が、スロワｈ＃５．＃９゜＃１
６にはＷ引掛に属Ｊ゛る下コイル辺が、ス［１ツ１−４
ｔ２．＃６．＃１３にはＶ引掛に属するコイルの下二１
イル辺が、スロワｈ＃３．＃７．＃１０には（」相（ｆ
）に属する下コイル辺が、スロワｌ−＃　７　。

＃１／Ｉ、４事１８にはＷ引掛にＦｄ　する下」イル辺
が、ス１−１ツｌ−＃／Ｉ、　＃１１．　＃１５にはＶ
引掛に属する：１イルの下コイル辺が、それぞれ配ｊｌ
される。

次に、各相り１）に属覆る各コイルの上コイル辺のスロ
ワｌ−，／＼の配δを決める必要がある。

基準どしてスロット＃１をとって、単位円周りにおいて
＃１に対してほぼ角度π（ｒａｄ）ずれた位δ、ずなわ
らＵ引掛円弧の中点附近にあるスロットを１つだけとっ
て、そのス〔ｌツｈ　＃　ｎ　（ここではｎ　＝　３　
）を選定する。

そしＣ１これを基に各下コイル辺からそれど対をなず上
コイル辺までのコイル飛びｔが、全てＬ−ｎ−１（ここ
ではｔ＝３−１＝２）となるような、１８個の要素コイ
ルを使って２層重ね巻の３相巻線を構成している。

第３図に６つの各引掛に属する上および下コイル辺を各
スＬ１ットに配置した図を表わす。

０相、■相、Ｗ相の各相に属Ｊる：１イルはおの−３の極数１〕×毎捗１０′相のスロット数ｑ＝１０Ｘ（３１
５）一〇個でぞの８ｈ向は第３図の矢印の示すとおりである。

Ｕ引掛コイル６と（Ｊ引掛］イル７は巻回数は同−Ｃ，
巻方向は反対となってＪ３す、Ｖ引掛コイル相帯コイル
１１についても同様である。

Ｕ相、■相、Ｗ相に属する：１１イルは、それぞれ機械
的に（２／３）π（ｒ　ａ　（１）の位相差を持ら配置
されている。

「１−９部の構成について述べる。

磁性体のロータ］−り２にＧ、Ｌ、磁石厚みＬ　ど同じ
幅で磁Ｇ幅Ｗ、と同じ深さの溝が、モータの極ａ　１１
と同数分等間隔に設Ｇプる。前記溝に永久磁石３をその
磁束方向が径方向と接線方向になるように収容する。

そして、ロータヨーク２の内側に内接する磁束の漏れを
防ぐノー磁性体のリング４を施づ。これに嵌合固るづる
シｐ）１−３０を配置する。

磁石のパーミアンス係数を従来例と同じとし、本発明の
電機子巻線を構成し多極にした分だ【ノ、シーｌフｒ−
ｆｆ　ｄを人ぎくＪることがで０゛る。よって、これＪ
：ウシ１１フ１−５の捻り剛さも４乗で向上し、さらに
モータ定数Ｍｃ乙向上し、モータ効率が良い低速人１−
ルクモータとりることができる。

モータ極数を多極にすると、界磁用永久磁石３の徂を低
減できる。つまり、′電機子巻線による減磁アンペアタ
ーンΔ”ｗｉｎｄは次の（２）式で表ねされる。

△−ｒ　　　−（（３／２）・（４／π）・Ｗｌｎ（１
− ｋ　　’　Ｗ　”　？　２１　）　／　Ｐ　（Ａ　Ｔ　
）賽・・・・・・・・・（２）ただし、ｋｗは巻線係数、Ｗは１相のターン数１は電機
子電流、Ｐは極数である。

モータの過負荷時に磁石３を減磁させないためには、磁
石３にこの減磁アンペアターン分の起磁力を持たせばに
いこととなる。

過負荷耐力をｈｌ−にして磁石３の厚みし、を誠η°に
は、モータの極数を多極にして、電機子巻線にＪ：る減
磁アンペアターンを減Ｕばよいことが（２）式よりわか
る。ただし、Ｌ−タ極数を多極化した場合でも、磁石３
のパーミアンス係数は一定とする。よって、モータの極
数を多極にしていくと過負荷耐力は同じにして、磁石３
、厚みＬＩＩｌがＦｔＱ　＜　＜’ｃった分だ番ノ磁石
ｒｉ１を低減できる。

〔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１！１られる。

■　本発明の分数スロット巻線において、スロット数Ｎ
を（３／２）Ｐ＜Ｎ＜３Ｐの条件で電機子に／／１１と、ステータスロット数Ｎが
整数ス］〕ツＩ−巻線のｆｌｊ４４．ｆＯ相のスロット
数ｑ−１の場合と同数またはそれ以下に−３いて−ｂ、
モータの極数を２倍近くにでき、したがってモータ定数
Ｍｃは向上し、ステータティースの機械的強度にし無理
のない、小形高出力のタンジエンシ＋？ルタイブの永久
磁石層ＪＩＩＪ機形モータを実現することができる。

■　モータ極数を多極にすることにより、タンジＬンシ
ＩＩルタイブのモータを低速人！・ルク出力用とりる場
合に問題となっていた、シャツ１〜の捻れ剛さの低上の
問題も解決でき、安価でかつロータの作り易い、高性能
で低速、大１−ルクのモータを実現できる。

■　整数スロット′６Ｉ！１ｌｑ＝１の場合に比較し、
本発明の分数スロット巻線を適用しモータの極数を多極
にＪることで、３０〜４０％の磁石間の低減ができる。

■　本発明の巻線方式における巻線係数ｋｗｒにより、
４＝１メツプ磁束密度分布中に含まれる各空間高調波成
分を低減でき、よって良好な穫めて正弦波に近い誘起電
圧波形が得られ、この誘起電圧の歪みの影響で発生する
トルクリップルを低減することができる。

■　本発明の巻線方式により磁石からみたスロツ１〜パ
ーミアンスが正弦波状に変化Ｊるため、従来の整数スロ
ット巻線Ｑ＝１の場合に比べ、コギングトルクを苫しく
低減できる。

■　従来例ではステータスロットにスキューを施しス〔
１ツ１−内のδ線占有率を悪くしていたが、本発明の巻
線方式にＪ：す、■、■からその必要がｈ（、Ｊ、って
モータ効率を向上ざＵる。

■　以上から、小形高出力となり、がっ磁石コストの低
減と、［ｌ−夕製伯性が良りＴとなる特長から、安価な
とくに低速人トルクの永久磁石同期機形モータを実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にＪ３りる正断面図、第２図
はスデータスロツ！−への各引掛巻線の配置図、第３図
はステータの展開図、各相コイルの展間配置ｖｔ図、第
４図ないし第７図は従来例の説明図、第８図はこの秤モ
ータにＪ３けるモータ定数ＭＣと極ｆｉＰの関係図であ
る。１・・・・・・ステータコア２・・・・・・ロータヨーク３・・・・・・永久磁石（界磁用）４・・・・・・非磁性リング５・・・・・・シｔＩフト６〜１１・・・・・・各引掛コイル。出１１ｒ１人代理人　　佐　　藤　　−雄第３図

Claims

【特許請求の範囲】１、３相Ｐ極のブラシレスモータにおいて、ロータは、回転自在に支承されたシャフトの外周に非磁性リングを
嵌合固着し、このリングの外周に円筒状の磁性体からな
るロータヨークを嵌合固着させ、このロータヨークの外
周面から前記非磁性リングの外周面に至りその着磁方向
がステータとの対内ギャップ面に対し接線方向としたＰ
個の永久磁石をロータヨークの外周面に等間隔にかつ隣
接する磁極が同極となるよう埋設固着して形成するとと
もに、ステータは、円筒状磁性体の内周面にＮ個のスロットを等間隔に軸方
向に開設し、（３／２）Ｐ＜Ｎ＜３Ｐを満す整数Ｎとし、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構成したことを特徴とする永久磁石同期機形モータ。