WO2004010565A1

WO2004010565A1 - ギャップワインディングモータ

Info

Publication number: WO2004010565A1
Application number: PCT/JP2003/007166
Authority: WO
Inventors: Takashi Miyamoto
Original assignee: Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki
Priority date: 2002-07-18
Filing date: 2003-06-05
Publication date: 2004-01-29
Also published as: JP2004056897A; JP4235792B2

Abstract

永久磁石の投入量が最適化され、かつ設計時間の短縮が可能となるギャプワインディングモータを提供する。固定子コア（５）と固定子コア（５）の内周面に装着された回転磁界形成用の固定子コイル（４）とを備えた固定子と、回転子コア（１）と回転子コア（１）の外周面上に取り付けられた複数個の永久磁石（２）とを備え、かつ固定子コイル（４）に空隙を介して対向するように配置された回転子、とを有するギャプワインディングモータにおいて、モータの磁極数Ｎｐが、Ｎｐ＝０．１１×ｄ（ギャップ径：ｍｍ）＋ａ（ａの範囲は３～７）の関係式で表される２の倍数となる整数であり、磁石数と固定子コイル数の組合せが４：３であり、磁極を形成する永久磁石の厚さＬｍと磁極面から固定子コアまでの空隙間隔Ｌｇを足しあわせた値Ｌｍｇと、ギャップ径の周長を４倍して磁極数で割った値の比Ａｓが９～１５の範囲とした。

Description

明細書

[技術分野]

本発明は、 F A、〇 A用途に使用される平滑電機子巻線形ブラシレス D Cモータ、いわゆるギヤプワインディングモータの構成に関するものである。

[背景技術]

従来、スロットワインディングモータの設計では、基本となるスロットコンビネーションを決定ると、モータの外径が変化しても同じ構成で設計を進めるという手法を取っていた。

ギヤプワインディングモータでも同じ手法を使用した場合、モー外径が大きくなるにつれて、必要とされるマグネット量が必要以上に増加していく。

また、スロットコンビネーション（磁極数とスロット■コイル数の組合せ）、永久磁石厚さ等、各種の設計パラメータを変更しながら最適点を探るという手法を実施していた。

しかしながら、従来の設計手法では同一のスロットコンビネーションでモータをシリーズ展開した場合、モータ外径が変化するに従って永久磁石の無駄分が増加し、コストアップの要因となっていた。

また、検討するべき多くのパラメータがあり、最適点を決定するまでの検討に要する時間がかかっており、設計期間に占める基^:検討時間の割合が非常に多く占めるという問題点があった。

[発明の開示]

本発明はこれらの課題を解決するためのもので、モータ外径が変化しても永久磁石の無駄分が増加しない、設計期間に占める基本検討時間の割合が多くならないギヤップワインデイングモータを提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項 1記載のギャップワインデイングモータの発明は、固定子コアと該固定子コアの内周面に装着された回転磁界形成用の固定子コイルとを備えた固定子と、回転子コアと該回転子コアの外周面上に取り付けられた複数個の永久磁石とを備え、力、'つ前記固定子コイルに空隙を介して対向するように配置された回転子、とを有するギヤプワインディングモータにおいて、（1 ) モータの磁極数 N p力 N p = 0 . 1 1 X d (ギャップ径： mm) + a ( aの範囲は 3〜 7 ) の関係式で表される 2の倍数となる整数であり、（2 ) 磁石数と固定子コィノレ数の組合せが 4 ： 3であり、（3 ) 磁極を形成する永久磁石の厚ざ L mと磁極面から固定子コアまでの空隙間隔 L gを足しあわせた値 L m gと、ギヤップ径の周長を 4倍して磁極数で割った値である L Pの比 A sが 9〜 1 5の範囲にあることを特徴とする。

請求項 2記載の発明は、請求項 1記載のギヤプワインディングモータにおいて、前記永久磁石の厚さ L mと、前記永久磁石と前記固定子コアの間の空隙間隔 L gとの比

( L g / L m) が 1 . 0以下であることを特徴とする。請求項 3記載の発明は、請求項 2記載のギヤプワインディングモータにおいて、固定子コィル対向面における隣接した磁極面間の極間寸法 L' i pと前記空隙間隔 L g の比率（LgZL i p) が 1. 1以下となるように設定されることを特徴とする。以上のように、ギヤプワインディングモータにおいて、（1) モータの磁極数 Np 力 N P = 0. 11 d (ギヤップ径： mm) + a (aの範囲は 3〜 7 ) の関係式で表される 2の倍数となる整数であり、（2) 磁石数と固定子コイル数の組合せが 4 ： 3であり、（3) 磁極を形成する永久磁石の厚さ Lmと磁極面から固定子コアまでの空隙間隔 L gを足しあわせた値 Lmgと、ギャップ径の周長を 4倍して磁極数で割つた値である Lpの比 A sが 9〜15の範囲にくるようにし、また、上記ギヤプワインデイングモータにおいて、永久磁石の厚さ Lmと、前記永久磁石と前記固定子コアの間の空隙間隔 Lgとの比（Lg/Lm) が 1. 0以下であり、さらに、上記ギヤプヮィンディングモータにおいて、固定子コイル対向面における隣接した磁極面間の極間寸法 L i pと前記空隙間隔 Lgの比率（LgZL i p) が 1. 1以下となるように設定されるので、モータ夕!^が変化しても永久磁石の無駄分が増加せず、したがってコストアップとならないギヤプワインディングモータが得られる。

また、本発明によれば、まずギャップ径 Dgによって磁極数 Npが大まかに設計され、その結果とモータのスロットコンビネーションを m極！)相とし、 m=bx4， ρ = bx3 (bは任意の整数）、 N p =mを満足する任意の整数 bと磁極数 N を決定するようにしているので、検討すべきパラメータが少なくなり、最適点を決定するまでの検討に要する時間が少なくてすみ、したがって設計期間に占める基本検討時間の割合が非常に少なくできるという効果もある。

[図面の簡単な説明]

図 1.は、本発明の実施の形態に係るギヤップワインディングモータを示す正断面図である。図 2は、図 1の 4極 3コイル分について本発明の数値関係を示すギャップ部分の拡大図である。図 3は、本発明における Lmgと Lpの比 Asの関係を示すダラフである。

[発明を実施するための最良の形態]

以下、.本発明について図面に基づいて詳細に説明する。

図 1は本発明の実施の形態に係るギヤップワインディングモータを示す正断面図であり、図 2は図 1の 4極 3コイル分について本発明の数値関係を示すギヤップ部分の拡大図である。

図 1において、 1は回転子コア、 2は永久磁石、 3は樹脂、 4は固定子コイル、 5 は固定子コアであり、図 2において、 Lmは永久磁石 2の厚さ、 Lgは永久磁石 2と固定子コア 5の空隙、 Lmgは回転子コア 1と固定子コア 5の空隙、 L i pは永久磁石 2の空隙対向面における永久磁石の間隔、 L pは 4極 3コイル分の必要長をそれぞれ示している。

本発明によれば、まずギャップ径 Dgによって磁極数 Npが大まかに設計され、その結果とモータのスロットコンビネーションを m極 p相とし、 m=bx4, p = b χ 3 (bは任意の整数）、 Np=mを満足する任意の整数 bと磁極数 Npを決定する。この時、電磁部体積を最小にしたい場合には、磁極数の大きい構成とする。

磁極数 Npの大きい構成とした場合、ヨークの鎖交磁束数が少ないためにヨーク厚さが薄くできる。そのため、電極部に必要とされる体積が抑制され、よりコンパクトな電磁部とすることが可能である。

磁極数 N pが決定されることによって、前記 4極 3コイル分の必要長 L pが決定され、 4極 3コイル分の必要長 Lpと比率 As

で回転子コアと固定子コアの空隙 Lmgが決定されることになる。

図 3は、 4極 3コイル分の必要長 LpZ回転子コア 5と固定子コア 5の空隙 Lmg の比率 Asと、誘起電圧および Mg質量の関係を示している。図 3において、横軸は回転子コア 5と固定子コア 5の空隙 Lmgの比率 A s、縦軸は実線が誘起電圧（V)、および点線が M g質量をそれぞれ表している _P

図 3から解るように、永久磁石 2の投入量が最適点近傍となるのは比率 A sの範囲が 9〜15の範囲であり、その範囲を外れると、永久磁石 2の Mg質量（投入量）に対して誘起電圧の出力が飽和してしまい理想的ではない。

また、回転子コアと固定子コアの空隙 Lmgは、

Lmg = Lm+L g (ただし、 Lmは永久磁石の厚さ、 Lgは永久磁石と固定子コァの空隙）であり、 Lg/LmDl. 0となる様に永久磁石の厚さ Lmを決定する。永久磁石の厚さ L mが決定されると、永久磁石と固定子コアの空隙 L gが求められ、

となるように永久磁石 2の極弧率を決定する。

この結果、永久磁石 2の投入量は、ほぼ最適化されており、コストアツプは十分に抑制される。

また、検討項目が大幅に簡略化され、設計時間の短縮が可能となった。

以下、 1実施例として、図 1のギャップワインデイングモータにおける具体的な寸法について説明する。図 1において、ギャップ径 Dgは φΐ 1 5 mmであり、磁極数は Np = 0. 1 1 X 1 15 + a = 16〜 20となる。

ここで、モータ電磁部の径方向厚さを抑制したいため、磁極数 Npは 20と選択されている。また、スロットコンビネーションは 20極 15コイルである。

図 2は各部の関係を示すために 4極 3コイル分を拡大したものであり、図 2において、

111 : し_§は1. 0、と設定されており、

L i p : Lgは 0. 95、

Lmg : Lpは 10. 05、となっている。

[産業上の利用可能性]

本発明は、 FA、 OA用途に使用される平滑電機子巻線形ブラシレス DCモータ、いわゆるギヤプワインディングモータに適用して、モータ外径が変化しても永久磁石の無駄分が増加しない、設計期間に占める基本検討時間の割合が多くならないギヤッ

-ータを製造、提供する分野に利用することができる。

Claims

請求の範囲

1. 固定子コアと該固定子コアの内周面に装着された回転磁界形成用の固定子コィルとを備えた固定子と、回転子コアと該回転子コアの外周面上に取り付けられた複数個の永久磁石とを備え、かつ前記固定子コイルに空隙を介して対向するように配置された回転子、とを有するギヤプワインディングモータにおいて、

(1) モータの磁極数 Npは、 Np = 0. 1 lxd (ギャップ径： mm) + a (a の範囲は 3〜 7) の関係式で表される 2の倍数となる整数であり、

(2) 磁石数と固定子コイル数の組合せが 4 ： 3であり、

(3) 磁極を形成する永久磁石の厚さ Lmと磁極面から固定子コアまでの空隙間隔 L gを足しあわせた値 Lmgと、ギヤップ径の周長を 4倍して磁極数で割った値である Lpの比 Asが 9〜1 5の範囲にあること

を特徴とするギヤップワインディングモータ。

2. 前記永久磁石の厚さ Lmと、前記永久磁石と前記固定子コアの間の空隙間隔 L gとの比（L g/Lm) が 1. 0以下であることを特徴とする請求項 1記載のギヤプワインデイングモータ。

3. 固定子コイル対向面における隣接した磁極面間の極間寸法 L i pと前記空隙間隔 Lgの比率（Lg/L i p) が 1. 1以下となるように設定されることを特徴とする請求項 2記載のギヤプワインディングモータ。