JP3350971B2 - Ｐｍ形バーニヤモータ - Google Patents
Ｐｍ形バーニヤモータInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＰＭ（永久磁石）形バ
ーニヤモータの性能を改善し、高トルクを得るようにし
たＰＭ形バーニヤモータに関する。
ーニヤモータの性能を改善し、高トルクを得るようにし
たＰＭ形バーニヤモータに関する。
【０００２】
【従来の技術とその課題】従来から種々のモータがあ
り、そのひとつにいわゆるバーニヤモータがある。この
バーニヤモータは、図８に示すように固定子鉄心１と回
転子鉄心２とがあり、固定子鉄心１には複数個のスロッ
ト（スロット数Ｚ1 で図８では１２）が設けられると共
に回転子鉄心２にも複数個のスロット（スロット数Ｚ2
で図８では１０）が設けられており、更に固定子鉄心に
は通常の交流機と同様の三相巻線（図示省略）が施され
ている構造を有する。しかも、この固定子鉄心１のスロ
ット数Ｚ1 と回転子鉄心２のスロット数Ｚ2とをＺ2 −
Ｚ1 ＝±２Ｐ（ここで２Ｐは固定子三相巻線の極数）と
いう関係に選定した場合、回転速度は１２０ｆ／Ｚ
2 （rpm ）となり、回転角速度ωm と角周波数ωとで表
わすとωm ＝２ω／Ｚ2 となることが判明している。し
たがって、角周波数ωや回転子鉄心２のスロット数Ｚ2
に依存して回転速度がきまる。
り、そのひとつにいわゆるバーニヤモータがある。この
バーニヤモータは、図８に示すように固定子鉄心１と回
転子鉄心２とがあり、固定子鉄心１には複数個のスロッ
ト（スロット数Ｚ1 で図８では１２）が設けられると共
に回転子鉄心２にも複数個のスロット（スロット数Ｚ2
で図８では１０）が設けられており、更に固定子鉄心に
は通常の交流機と同様の三相巻線（図示省略）が施され
ている構造を有する。しかも、この固定子鉄心１のスロ
ット数Ｚ1 と回転子鉄心２のスロット数Ｚ2とをＺ2 −
Ｚ1 ＝±２Ｐ（ここで２Ｐは固定子三相巻線の極数）と
いう関係に選定した場合、回転速度は１２０ｆ／Ｚ
2 （rpm ）となり、回転角速度ωm と角周波数ωとで表
わすとωm ＝２ω／Ｚ2 となることが判明している。し
たがって、角周波数ωや回転子鉄心２のスロット数Ｚ2
に依存して回転速度がきまる。
【０００３】ところが、このバーニヤモータにあって
は、負荷の慣性に打勝って同期に入る最大トルクすなわ
ち引入れトルクが小さく、また回転子の位置ずれに伴う
脱出トルクも小さいという問題が生じていた。このた
め、大きなかつ安定した定常トルクを得るため、スロッ
ト数Ｚ2 ，Ｚ1とをＺ2 −Ｚ1 ＝±Ｐという関係に選定
するとともに固定子鉄心１及び回転子鉄心２の少なくと
も一方に永久磁石（ＰＭ）を埋込んだ構造のものが、平
成３年−第２７０６６５号公開公報に開示されている。
は、負荷の慣性に打勝って同期に入る最大トルクすなわ
ち引入れトルクが小さく、また回転子の位置ずれに伴う
脱出トルクも小さいという問題が生じていた。このた
め、大きなかつ安定した定常トルクを得るため、スロッ
ト数Ｚ2 ，Ｚ1とをＺ2 −Ｚ1 ＝±Ｐという関係に選定
するとともに固定子鉄心１及び回転子鉄心２の少なくと
も一方に永久磁石（ＰＭ）を埋込んだ構造のものが、平
成３年−第２７０６６５号公開公報に開示されている。
【０００４】ところが、本発明者らによりＰＭ形バーニ
ヤモータにおいて、更にトルク特性の改善を試み、高ト
ルクを得たＰＭ形バーニヤモータを完成した。
ヤモータにおいて、更にトルク特性の改善を試み、高ト
ルクを得たＰＭ形バーニヤモータを完成した。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成する本
発明は、（１）スロット数Ｚ1 を有する固定子鉄心と、
等ピッチにてスロット数Ｚ2 を有する回転子鉄心とを、
Ｐを極対数としてＺ2 ＝Ｚ1 ＋Ｐ、またはＺ2 ＝Ｚ1 −
Ｐなる関係に形成し、上記固定子鉄心のスロットには極
対数Ｐの三相巻線が納められ、上記回転子鉄心を軸方向
に沿って二つに分けたブロックにて固定子鉄心に対向さ
せ、この二つのブロックどおしを回転子スロットピッチ
の１／２だけ円周方向に相互にずれた位置に軸に固定
し、上記固定子鉄心及び回転子鉄心の少なくとも一方の
全スロットに永久磁石を埋め込み、ブロック毎に全磁石
を同一方向に着磁するとともに、双方のブロックでは磁
石の極性が互に逆になるよう着磁するＰＭ形バーニヤモ
ータにおいて、また、
発明は、（１）スロット数Ｚ1 を有する固定子鉄心と、
等ピッチにてスロット数Ｚ2 を有する回転子鉄心とを、
Ｐを極対数としてＺ2 ＝Ｚ1 ＋Ｐ、またはＺ2 ＝Ｚ1 −
Ｐなる関係に形成し、上記固定子鉄心のスロットには極
対数Ｐの三相巻線が納められ、上記回転子鉄心を軸方向
に沿って二つに分けたブロックにて固定子鉄心に対向さ
せ、この二つのブロックどおしを回転子スロットピッチ
の１／２だけ円周方向に相互にずれた位置に軸に固定
し、上記固定子鉄心及び回転子鉄心の少なくとも一方の
全スロットに永久磁石を埋め込み、ブロック毎に全磁石
を同一方向に着磁するとともに、双方のブロックでは磁
石の極性が互に逆になるよう着磁するＰＭ形バーニヤモ
ータにおいて、また、
【０００６】（２）スロット数Ｚ1 を有する固定子鉄心
と、等ピッチにてスロット数Ｚ2 を有する回転子鉄心と
を、Ｐを極対数としてＺ2 ＝Ｚ1 ＋Ｐ、またはＺ2 ＝Ｚ
1 −Ｐなる関係に形成し、上記固定子鉄心のスロットに
は極対数Ｐの三相巻線が納められ、上記固定子鉄心の全
スロット及び回転子鉄心の全スロットの少なくとも一方
の全スロットに永久磁石を埋め込み、全磁石を同一方向
に着磁するとともに、永久磁石により発生した直流分磁
束が、鉄心からフレーム、ブラケット、軸受部、軸を経
て循環することを防止した構造としたＰＭ形バーニヤモ
ータにおいて、
と、等ピッチにてスロット数Ｚ2 を有する回転子鉄心と
を、Ｐを極対数としてＺ2 ＝Ｚ1 ＋Ｐ、またはＺ2 ＝Ｚ
1 −Ｐなる関係に形成し、上記固定子鉄心のスロットに
は極対数Ｐの三相巻線が納められ、上記固定子鉄心の全
スロット及び回転子鉄心の全スロットの少なくとも一方
の全スロットに永久磁石を埋め込み、全磁石を同一方向
に着磁するとともに、永久磁石により発生した直流分磁
束が、鉄心からフレーム、ブラケット、軸受部、軸を経
て循環することを防止した構造としたＰＭ形バーニヤモ
ータにおいて、
【０００７】永久磁石をエアギャップに突出させてトル
クの基本波成分を増大させる構造をなしたり、三相巻線
を分数スロット巻線として、ｑを固定子巻線の毎極毎相
のスロット数、ａを固定子歯に小スロットが設けられた
場合は１個の固定子歯に設けた小スロット数に１を加え
た数、小スロットが設けられていない場合は１とすると
き、トルクの６ａｑ±１次高調波成分を減少させる構造
をなすことによってトルクを増大することを特徴とし、
クの基本波成分を増大させる構造をなしたり、三相巻線
を分数スロット巻線として、ｑを固定子巻線の毎極毎相
のスロット数、ａを固定子歯に小スロットが設けられた
場合は１個の固定子歯に設けた小スロット数に１を加え
た数、小スロットが設けられていない場合は１とすると
き、トルクの６ａｑ±１次高調波成分を減少させる構造
をなすことによってトルクを増大することを特徴とし、
【０００８】更には、固定子歯のギャップ面に小スロッ
トを備えた構造を提供する。
トを備えた構造を提供する。
【０００９】
【作用】ＰＭ形バーニヤモータのトルクのピーク値Ｔm
は次式〔数１〕にて表わされる。
は次式〔数１〕にて表わされる。
【００１０】
【数１】 ここでＰは極対数、Ｚ2 は回転子スロット数、Ｄは固定
子鉄心のエアギャップ側の直径、ｌa は鉄心有効長、Ｎ
1 は固定子巻線の直列導体数、Ｉ1 は固定子電流の実効
値、ｑは固定子巻線の毎極毎相のスロット数、ａは１個
の歯に設けられた小スロットの数に１を加えた整数、ｋ
w1及びｋw （６ａｑ±１）はそれぞれ基本波及び（６ａ
ｑ±１）次高調波に対する巻線係数、Ｂm1は永久磁石と
スロットによるパーミアンス脈動によって生ずる基本波
磁束密度のピーク値、Ｂm （Ｚ2／Ｐ）は回転子スロッ
トに納められた永久磁石によって生ずるＺ2 ／Ｐ＝６ａ
ｑ±１次高調波磁束密度のピーク値、Ｔm1は基本波磁束
密度Ｂm1と固定子電流Ｉ1によって生ずるトルクのピー
ク値、Ｔm （Ｚ2 ／Ｐ）は６ａｑ±１次高調波磁束密度
Ｂm （Ｚ2 ／Ｐ）と固定子電流Ｉ1 によって生ずるトル
クのピーク値である。
子鉄心のエアギャップ側の直径、ｌa は鉄心有効長、Ｎ
1 は固定子巻線の直列導体数、Ｉ1 は固定子電流の実効
値、ｑは固定子巻線の毎極毎相のスロット数、ａは１個
の歯に設けられた小スロットの数に１を加えた整数、ｋ
w1及びｋw （６ａｑ±１）はそれぞれ基本波及び（６ａ
ｑ±１）次高調波に対する巻線係数、Ｂm1は永久磁石と
スロットによるパーミアンス脈動によって生ずる基本波
磁束密度のピーク値、Ｂm （Ｚ2／Ｐ）は回転子スロッ
トに納められた永久磁石によって生ずるＺ2 ／Ｐ＝６ａ
ｑ±１次高調波磁束密度のピーク値、Ｔm1は基本波磁束
密度Ｂm1と固定子電流Ｉ1によって生ずるトルクのピー
ク値、Ｔm （Ｚ2 ／Ｐ）は６ａｑ±１次高調波磁束密度
Ｂm （Ｚ2 ／Ｐ）と固定子電流Ｉ1 によって生ずるトル
クのピーク値である。
【００１１】上記〔数１〕にあってトルクＴm1は、寸法
Ｄ，ｌa 、固定子巻線のアンペア導体数Ｎ1 Ｉ1 および
基本波巻線計数ｋw1が同一の場合、Ｚ2 ／ＰとＢm1との
影響下におかれる。Ｂm1と（スロット幅）／（ギャップ
長）の値との間には相関関係があり、後者の値が大きい
程Ｂm1の値も大きくなる。ここで、Ｂm1を大きくしよう
としてスロット幅を大きくすると、寸法Ｄが一定のため
回転子スロット数Ｚ2 が小さくなって、Ｚ2 ／Ｐが小さ
くなり、Ｂm1が大きくなる代りＺ2 ／Ｐが小さくなって
しまう。このため、Ｚ2 ／Ｐが小さくならないよう極対
数Ｐを小さくすると、固定子電流Ｉ1 の増大にて著しい
磁気飽和のおそれがあり、これを避けるべくギャップ長
を大きくすると、Ｂm1が小さくなる。したがって、ギャ
ップ長を大きくしてもＢm1が小さくならないように永久
磁石を突出させており、スロット幅を大きくして回転子
スロット数Ｚ2 が小さくなると共に極対数Ｐを小さくし
ギャップ長を大きくとる代り永久磁石を突出させたもの
で、Ｂm1を大きくできトルクＴm1の増大が図られる。
Ｄ，ｌa 、固定子巻線のアンペア導体数Ｎ1 Ｉ1 および
基本波巻線計数ｋw1が同一の場合、Ｚ2 ／ＰとＢm1との
影響下におかれる。Ｂm1と（スロット幅）／（ギャップ
長）の値との間には相関関係があり、後者の値が大きい
程Ｂm1の値も大きくなる。ここで、Ｂm1を大きくしよう
としてスロット幅を大きくすると、寸法Ｄが一定のため
回転子スロット数Ｚ2 が小さくなって、Ｚ2 ／Ｐが小さ
くなり、Ｂm1が大きくなる代りＺ2 ／Ｐが小さくなって
しまう。このため、Ｚ2 ／Ｐが小さくならないよう極対
数Ｐを小さくすると、固定子電流Ｉ1 の増大にて著しい
磁気飽和のおそれがあり、これを避けるべくギャップ長
を大きくすると、Ｂm1が小さくなる。したがって、ギャ
ップ長を大きくしてもＢm1が小さくならないように永久
磁石を突出させており、スロット幅を大きくして回転子
スロット数Ｚ2 が小さくなると共に極対数Ｐを小さくし
ギャップ長を大きくとる代り永久磁石を突出させたもの
で、Ｂm1を大きくできトルクＴm1の増大が図られる。
【００１２】また、〔数１〕にあって第２項であるＴm
（Ｚ2 ／Ｐ）は負号を有し、第１項の基本波トルクＴm1
を打消す方向に作用して有効なトルクＴm を減少させる
効果を有するので、小さくすることが望ましい。第２項
において、６ａｑ±１次高調波磁束密度Ｂm （Ｚ2 ／
Ｐ）は、回転子スロットに納められた永久磁石による磁
束密度のスロットピッチを１波長として空間分布する成
分のピーク値で、永久磁石の材質とギャップ長によって
決まるが、これらはＢm1を最大とするよう設計されると
き、Ｂm （Ｚ2 ／Ｐ）も大きな値となり、その値を自由
に変更できない。従って、Ｔm （Ｚ2 ／Ｐ）を小さくす
るため、ｋw （６ａｑ±１）を小さくすることが考えら
れるが、固定子巻線が整数スロット巻線の場合は６ａｑ
±１次はスロット高調波であり、ｋw （６ａｑ±１）の
絶対値はｋw1に等しく１に近い。そこで、分数スロット
巻線を用いることにより、ｋw （６ａｑ±１）を小さく
し、Ｔm （Ｚ2 ／Ｐ）を小さくしたものである。
（Ｚ2 ／Ｐ）は負号を有し、第１項の基本波トルクＴm1
を打消す方向に作用して有効なトルクＴm を減少させる
効果を有するので、小さくすることが望ましい。第２項
において、６ａｑ±１次高調波磁束密度Ｂm （Ｚ2 ／
Ｐ）は、回転子スロットに納められた永久磁石による磁
束密度のスロットピッチを１波長として空間分布する成
分のピーク値で、永久磁石の材質とギャップ長によって
決まるが、これらはＢm1を最大とするよう設計されると
き、Ｂm （Ｚ2 ／Ｐ）も大きな値となり、その値を自由
に変更できない。従って、Ｔm （Ｚ2 ／Ｐ）を小さくす
るため、ｋw （６ａｑ±１）を小さくすることが考えら
れるが、固定子巻線が整数スロット巻線の場合は６ａｑ
±１次はスロット高調波であり、ｋw （６ａｑ±１）の
絶対値はｋw1に等しく１に近い。そこで、分数スロット
巻線を用いることにより、ｋw （６ａｑ±１）を小さく
し、Ｔm （Ｚ2 ／Ｐ）を小さくしたものである。
【００１３】
【実施例】ここで、図１〜図７を参照して本発明の実施
例を説明する。図１は回転子１０及び固定子１１を示し
ている。図１において、固定子１１には、その内周に等
ピッチのスロット１１ａが形成され、その数Ｚ1 （図１
では６）である。このスロット１１ａには三相巻線１２
であるＵ，Ｖ，Ｗが施され、極数２Ｐ（Ｐは極対数、図
１ではＰ＝１）の回転磁界が生ずるようになっている。
更に、スロット１１ａの入口部には永久磁石１５が埋め
込まれている。他方、回転子１０には、その外周に等ピ
ッチのスロット１０ｃを有し、その数Ｚ2 （図１では
７）となっている。そして、この回転子１０の全スロッ
ト１０ｃにも永久磁石１６が埋込まれている。これらの
永久磁石１５と１６は図１に示すように半径方向に中心
に向って、すべての磁石が同一極性を持つように着磁さ
れる。そして、これらスロット数Ｚ1 ，Ｚ2 とは、 Ｚ2 ＝Ｚ1 ＋Ｐ又はＺ2 ＝Ｚ1 −Ｐ なる関係を有して形成されている（図１の場合はＺ2 ＝
Ｚ1 ＋Ｐ）。
例を説明する。図１は回転子１０及び固定子１１を示し
ている。図１において、固定子１１には、その内周に等
ピッチのスロット１１ａが形成され、その数Ｚ1 （図１
では６）である。このスロット１１ａには三相巻線１２
であるＵ，Ｖ，Ｗが施され、極数２Ｐ（Ｐは極対数、図
１ではＰ＝１）の回転磁界が生ずるようになっている。
更に、スロット１１ａの入口部には永久磁石１５が埋め
込まれている。他方、回転子１０には、その外周に等ピ
ッチのスロット１０ｃを有し、その数Ｚ2 （図１では
７）となっている。そして、この回転子１０の全スロッ
ト１０ｃにも永久磁石１６が埋込まれている。これらの
永久磁石１５と１６は図１に示すように半径方向に中心
に向って、すべての磁石が同一極性を持つように着磁さ
れる。そして、これらスロット数Ｚ1 ，Ｚ2 とは、 Ｚ2 ＝Ｚ1 ＋Ｐ又はＺ2 ＝Ｚ1 −Ｐ なる関係を有して形成されている（図１の場合はＺ2 ＝
Ｚ1 ＋Ｐ）。
【００１４】ここで、永久磁石１５，１６は、ギャップ
内に突出される構造であり、ギャップ長を大きくとりそ
のギャップ内に例えば図２（ｂ）に示すように突出され
る。図２（ｂ）では一例として固定子１１及び回転子１
０にて幅１０mmの永久磁石１５，１６を長さ０．５mmギ
ャップ中に０．１７mmずつ突出させた場合を示してい
る。
内に突出される構造であり、ギャップ長を大きくとりそ
のギャップ内に例えば図２（ｂ）に示すように突出され
る。図２（ｂ）では一例として固定子１１及び回転子１
０にて幅１０mmの永久磁石１５，１６を長さ０．５mmギ
ャップ中に０．１７mmずつ突出させた場合を示してい
る。
【００１５】図１にて磁気回路に着目するに、各磁石に
よって生ずる磁束は、ギャップを介して磁石と歯の部分
で閉じた磁路を構成するが、通常の電動機の構造では固
定子鉄心の外周と回転子鉄心内周との間に永久磁石によ
り一定の磁位差を生じこれによって固定子鉄心−フレー
ム−ブラケット−軸受部−軸−固定鉄心を磁路とする磁
束を生じ、軸受に有害な現象を生ずるおそれがある。こ
れを防ぐために二つの方法が考案されている。
よって生ずる磁束は、ギャップを介して磁石と歯の部分
で閉じた磁路を構成するが、通常の電動機の構造では固
定子鉄心の外周と回転子鉄心内周との間に永久磁石によ
り一定の磁位差を生じこれによって固定子鉄心−フレー
ム−ブラケット−軸受部−軸−固定鉄心を磁路とする磁
束を生じ、軸受に有害な現象を生ずるおそれがある。こ
れを防ぐために二つの方法が考案されている。
【００１６】その一つの具体例の回転子１０は、図３に
示すように軸方向に沿って二つのブロック１０ａ，１０
ｂに分割されていて、ブロック１０ａのギャップ面であ
るＡ−Ｂ面とブロック１０ｂのギャップ面であるＣ−Ｄ
面とは、互いに異なる方向に磁束が通るようにＡ−Ｂ面
とＣ−Ｄ面では、スロットに納められた永久磁石１５，
１６の着磁方向を互に逆方向とする。このため上記一定
の磁位差による磁束に対してはブロック１０ａ−固定子
鉄心１１−ブロック１０ｂ−軸−ブロック１０ａという
矢印のような閉磁路が形成されるので、軸受部に磁束が
通ることを防止できる。
示すように軸方向に沿って二つのブロック１０ａ，１０
ｂに分割されていて、ブロック１０ａのギャップ面であ
るＡ−Ｂ面とブロック１０ｂのギャップ面であるＣ−Ｄ
面とは、互いに異なる方向に磁束が通るようにＡ−Ｂ面
とＣ−Ｄ面では、スロットに納められた永久磁石１５，
１６の着磁方向を互に逆方向とする。このため上記一定
の磁位差による磁束に対してはブロック１０ａ−固定子
鉄心１１−ブロック１０ｂ−軸−ブロック１０ａという
矢印のような閉磁路が形成されるので、軸受部に磁束が
通ることを防止できる。
【００１７】更に、ブロック１０ａとブロック１０ｂと
は、双方のスロット位置が１／２スロットピッチだけ円
周方向に相互にずれた関係を持つように軸１４に固定さ
れているので、両ブロックの発生トルクは同一方向とな
る。
は、双方のスロット位置が１／２スロットピッチだけ円
周方向に相互にずれた関係を持つように軸１４に固定さ
れているので、両ブロックの発生トルクは同一方向とな
る。
【００１８】図３は第１の具体例であるが、第２の具体
例は、上記のように回転子鉄心を二つのブロックに分け
ることなく、一ブロックのみとして、直流磁束の磁路の
一部に非磁生部を設けることによって、軸受１９に磁束
が通ることを防ぐことができる。永久磁石による直流磁
束は図４において固定子磁束１１−フレーム１７−ブラ
ケット１８−軸受１９−軸１４−回転子鉄心１０−固定
子鉄心１１という磁路を通るので、例えばフレーム１７
を非磁性材料のアルミニウムフレームとすることによっ
て、直流磁束の循環を容易に防止することができる。
例は、上記のように回転子鉄心を二つのブロックに分け
ることなく、一ブロックのみとして、直流磁束の磁路の
一部に非磁生部を設けることによって、軸受１９に磁束
が通ることを防ぐことができる。永久磁石による直流磁
束は図４において固定子磁束１１−フレーム１７−ブラ
ケット１８−軸受１９−軸１４−回転子鉄心１０−固定
子鉄心１１という磁路を通るので、例えばフレーム１７
を非磁性材料のアルミニウムフレームとすることによっ
て、直流磁束の循環を容易に防止することができる。
【００１９】以上電動機としての説明を行なってきた
が、軸に機械的動力を外部から供給することによって、
発電機としても運転できる。
が、軸に機械的動力を外部から供給することによって、
発電機としても運転できる。
【００２０】これまでの説明は図１のように少数のスロ
ットの組合せで説明してきたが、回転角速度として低速
を必要とする場合にはスロット数をふやせばよい。この
場合Ｚ1 とＺ2 とはＺ2 ＝Ｚ1 ±Ｐの関係があるので図
１のような構造でＺ2 を増加するには限界がある。そこ
で図５のように、巻線の入っているスロット以外に歯部
に小スロットを設け、両者の和の全スロット数をＺ1 と
したときに、この全スロット数Ｚ1 に対してＺ2 ＝Ｚ1
±Ｐが成り立つようにＺ2 を選べばよいので、このよう
な構造ではＺ2 を充分大きく出来、極低速を容易に得る
ことができる。
ットの組合せで説明してきたが、回転角速度として低速
を必要とする場合にはスロット数をふやせばよい。この
場合Ｚ1 とＺ2 とはＺ2 ＝Ｚ1 ±Ｐの関係があるので図
１のような構造でＺ2 を増加するには限界がある。そこ
で図５のように、巻線の入っているスロット以外に歯部
に小スロットを設け、両者の和の全スロット数をＺ1 と
したときに、この全スロット数Ｚ1 に対してＺ2 ＝Ｚ1
±Ｐが成り立つようにＺ2 を選べばよいので、このよう
な構造ではＺ2 を充分大きく出来、極低速を容易に得る
ことができる。
【００２１】図５はこの変形した電動機のギャップ部を
示しており固定子鉄心１１の内周側には三相巻線が挿入
される巻線スロット１１ａが形成され、この巻線スロッ
ト１１ａ間の歯１１ｂの内周側にも回転子と対向する小
スロット１１ｃが形成されている。そして、この巻線ス
ロット１１ａの入口部と小スロット１１ｃとは同一幅を
有している。この場合、全スロット数をＺ1 とすれば、
固定子鉄心１１のスロットピッチφ1 は２π／Ｚ1 の等
ピッチとなっている。なお、巻線スロット１１ａの入口
部と小スロット１１ｃとは運転時のトルクリップルを低
減するため同一幅とすることは良いが、特にこれに限定
されない。小スロット及び巻線スロットの入口には永久
磁石１５がギャップ中に突出しつつ埋め込まれている。
示しており固定子鉄心１１の内周側には三相巻線が挿入
される巻線スロット１１ａが形成され、この巻線スロッ
ト１１ａ間の歯１１ｂの内周側にも回転子と対向する小
スロット１１ｃが形成されている。そして、この巻線ス
ロット１１ａの入口部と小スロット１１ｃとは同一幅を
有している。この場合、全スロット数をＺ1 とすれば、
固定子鉄心１１のスロットピッチφ1 は２π／Ｚ1 の等
ピッチとなっている。なお、巻線スロット１１ａの入口
部と小スロット１１ｃとは運転時のトルクリップルを低
減するため同一幅とすることは良いが、特にこれに限定
されない。小スロット及び巻線スロットの入口には永久
磁石１５がギャップ中に突出しつつ埋め込まれている。
【００２２】他方、回転子鉄心１０の外周側にもスロッ
ト数Ｚ2 のスロット１０ｃが形成され、このスロット１
０ｃのスロットピッチφ2 は２π／Ｚ2 の等ピッチとな
っている。これらの回転子のスロットにも永久磁石１６
がギャップ中に突出しつつ埋め込まれている。
ト数Ｚ2 のスロット１０ｃが形成され、このスロット１
０ｃのスロットピッチφ2 は２π／Ｚ2 の等ピッチとな
っている。これらの回転子のスロットにも永久磁石１６
がギャップ中に突出しつつ埋め込まれている。
【００２３】今、ここで６種類の具体的なモータのモデ
ルＡ〜Ｆについて説明する。表１は各モデルの主要諸元
である。このうちＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ及びＥは図２（ａ）の
ように永久磁石が突出していないモデルで、Ｆのみが図
２（ｂ）のように永久磁石を突出させたモデルである。
ルＡ〜Ｆについて説明する。表１は各モデルの主要諸元
である。このうちＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ及びＥは図２（ａ）の
ように永久磁石が突出していないモデルで、Ｆのみが図
２（ｂ）のように永久磁石を突出させたモデルである。
【表１】
【００２４】この表１にあって、Ａ，Ｂ，Ｃは８極のモ
デルで、図５に示すように小スロットによって固定子全
スロット数Ｚ1 とともに回転子小スロット数Ｚ2 を次第
に多くしていったケースを示し、Ｄ，Ｅ，ＦはＺ2 を少
なくするとともに極数も４極としてＺ2 ／ＰをモデルＡ
と同一に保ちつつスロット幅を大きくし、モデルＤはギ
ャップ長を８極と同じ０．２５とし、モデルＥ，Ｆはギ
ャップ長を０．５と拡げ、Ａ，Ｂ，Ｃに比べＤ，Ｅ，Ｆ
では固定子外径寸法を１．１１倍とした外は同一の条件
となっている。
デルで、図５に示すように小スロットによって固定子全
スロット数Ｚ1 とともに回転子小スロット数Ｚ2 を次第
に多くしていったケースを示し、Ｄ，Ｅ，ＦはＺ2 を少
なくするとともに極数も４極としてＺ2 ／ＰをモデルＡ
と同一に保ちつつスロット幅を大きくし、モデルＤはギ
ャップ長を８極と同じ０．２５とし、モデルＥ，Ｆはギ
ャップ長を０．５と拡げ、Ａ，Ｂ，Ｃに比べＤ，Ｅ，Ｆ
では固定子外径寸法を１．１１倍とした外は同一の条件
となっている。
【００２５】上記モデルにつき図６、図７に示す如く特
性比較をした場合、図６に示すＴm−Ｉ1 特性及び図７
に示すＢm1−Ｉ1 特性から明らかなように、モデルＡＢ
ＣにてＺ2 を増大させてもＢm1が減少するためにトルク
の大幅な増大は認められず、またモデルＤでは電流の増
加とともに歯部の磁気飽和が著しくなるためＢm1が急激
に減少している。そこで磁気飽和をさけてギャップ長を
０．５と大きくした場合永久磁石を突出させないモデル
ＥではＤに比べＢm1が著しく小さくなり従ってトルクＴ
m も小さくなっている。ギャップ長を増大した場合のＢ
m1の減少を避けるために図２（ｂ）に示すように、永久
磁石をギャップ中に突出させたモデルＦにおいてはモデ
ルＥに比べてＢm1及びＴm を著しく増大させることがで
きた。モデルＥ，ＦのＴm −Ｉ1 特性比較を下表２にて
示す。
性比較をした場合、図６に示すＴm−Ｉ1 特性及び図７
に示すＢm1−Ｉ1 特性から明らかなように、モデルＡＢ
ＣにてＺ2 を増大させてもＢm1が減少するためにトルク
の大幅な増大は認められず、またモデルＤでは電流の増
加とともに歯部の磁気飽和が著しくなるためＢm1が急激
に減少している。そこで磁気飽和をさけてギャップ長を
０．５と大きくした場合永久磁石を突出させないモデル
ＥではＤに比べＢm1が著しく小さくなり従ってトルクＴ
m も小さくなっている。ギャップ長を増大した場合のＢ
m1の減少を避けるために図２（ｂ）に示すように、永久
磁石をギャップ中に突出させたモデルＦにおいてはモデ
ルＥに比べてＢm1及びＴm を著しく増大させることがで
きた。モデルＥ，ＦのＴm −Ｉ1 特性比較を下表２にて
示す。
【００２６】
【表２】 このように、モデルＦではギャップ中に磁石を突出させ
ることによって大幅なトルクの増大が図れる。
ることによって大幅なトルクの増大が図れる。
【００２７】次に分数スロット巻線について説明する。
１極１相のスロット数ｑと前述の固定子歯に設けた小ス
ロットの１歯当りの数に１を加えた数をａとすると、Ｚ
1 ＝６ａｑＰであり、Ｚ2 ＝Ｚ1 ±Ｐの関係から、回転
子の１極対当りの永久磁石の数は、Ｚ2 ／Ｐ＝Ｚ1 ／Ｐ
±１＝６ａｑ±１であるため、永久磁石による磁束密度
の高調波成分のうちで、この次数の成分は著しく大きな
値となる。ギャップにおける固定子巻線起磁力分布に含
まれる高調波の次数は６ｌ±１次（ｌは正の整数）であ
るが、そのなかで、６ａｑ±１次の成分は、回転子スロ
ットに納められた永久磁石による有力な高調波成分の次
数と同じであるため、トルクを発生し、その値は〔数
１〕の第２項で示されている。このトルクＴm(Z2/p) は
基本波磁束によるトルクＴm1と反対方向のトルクとなっ
て、有効なトルクを減少することになるので、Ｔ
m(Z2/p) は小さい方が望ましい。〔数１〕の第２項の式
から明らかなように、このトルクＴm(Z2/p) を小さくす
るにはｋW （６ａｑ±１）を小さくすればよいが、通常
の整数スロットの場合、６ａｑ±１次はいわゆるスロッ
ト高調波であるためにその絶対値はｋW1に等しく１に近
い値となるので、Ｔm(Z2/p) はかなりの値となる。
１極１相のスロット数ｑと前述の固定子歯に設けた小ス
ロットの１歯当りの数に１を加えた数をａとすると、Ｚ
1 ＝６ａｑＰであり、Ｚ2 ＝Ｚ1 ±Ｐの関係から、回転
子の１極対当りの永久磁石の数は、Ｚ2 ／Ｐ＝Ｚ1 ／Ｐ
±１＝６ａｑ±１であるため、永久磁石による磁束密度
の高調波成分のうちで、この次数の成分は著しく大きな
値となる。ギャップにおける固定子巻線起磁力分布に含
まれる高調波の次数は６ｌ±１次（ｌは正の整数）であ
るが、そのなかで、６ａｑ±１次の成分は、回転子スロ
ットに納められた永久磁石による有力な高調波成分の次
数と同じであるため、トルクを発生し、その値は〔数
１〕の第２項で示されている。このトルクＴm(Z2/p) は
基本波磁束によるトルクＴm1と反対方向のトルクとなっ
て、有効なトルクを減少することになるので、Ｔ
m(Z2/p) は小さい方が望ましい。〔数１〕の第２項の式
から明らかなように、このトルクＴm(Z2/p) を小さくす
るにはｋW （６ａｑ±１）を小さくすればよいが、通常
の整数スロットの場合、６ａｑ±１次はいわゆるスロッ
ト高調波であるためにその絶対値はｋW1に等しく１に近
い値となるので、Ｔm(Z2/p) はかなりの値となる。
【００２８】今ここで、Ｉ1 ＝８（Ａ）として前述の
〔表１〕にて示したモデルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｆにつき高
調波磁束によるトルクを〔表３〕にて示す。
〔表１〕にて示したモデルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｆにつき高
調波磁束によるトルクを〔表３〕にて示す。
【表３】
【００２９】この表３の如くＺ2 ／Ｐが小さいほど高調
波トルクの割合が大きく、Ｔm(Z2/p ) ／Ｔm （％）が大
きくなってしまう。このことは有効なトルクＴm を減少
させることになる。これは前述のように整数スロットの
場合にはｋW （６ａｑ±１）が１に近い値をもつためで
あることに着目し、分数スロット巻線とすることによっ
てｋW （６ａｑ±１）の値を小さくし、有害なＴ
m(Z2/p) を小さくできることを明らかにした。
波トルクの割合が大きく、Ｔm(Z2/p ) ／Ｔm （％）が大
きくなってしまう。このことは有効なトルクＴm を減少
させることになる。これは前述のように整数スロットの
場合にはｋW （６ａｑ±１）が１に近い値をもつためで
あることに着目し、分数スロット巻線とすることによっ
てｋW （６ａｑ±１）の値を小さくし、有害なＴ
m(Z2/p) を小さくできることを明らかにした。
【００３０】４極でｑ＝２．５の分数スロット巻線とし
た場合、Ｚ1 ＝３０、Ｚ2 ＝３２となるがこの場合の計
算例をモデルＧとして表３に示す。これを整数スロット
のモデルＡ〜Ｆと比較すれば、Ｔm(Z2/p) ／Ｔm の値は
分数スロット巻線とすることによって著しく小さくなる
ことが明らかで、有効トルクの減少が防止可能となるこ
とがわかる。
た場合、Ｚ1 ＝３０、Ｚ2 ＝３２となるがこの場合の計
算例をモデルＧとして表３に示す。これを整数スロット
のモデルＡ〜Ｆと比較すれば、Ｔm(Z2/p) ／Ｔm の値は
分数スロット巻線とすることによって著しく小さくなる
ことが明らかで、有効トルクの減少が防止可能となるこ
とがわかる。
【００３１】これまでの説明は回転子が固定子の内側に
ある通常の構造について行なったが回転子を固定子の外
周部に配置したアウター・ロータ形とすることも出来
る。
ある通常の構造について行なったが回転子を固定子の外
周部に配置したアウター・ロータ形とすることも出来
る。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、Ｐ
Ｍ形バーニヤモータにあってＺ2 ＝Ｚ 1 ±Ｐなるスロッ
ト数で永久磁石を設けたものにあっては、永久磁石をギ
ャップ中に突出させることにより基本波のトルクが増大
し、分数スロット巻線により高調波の負のトルクを減少
させることによって、ＰＭ形バーニヤモータの有効トル
クを増大することができた。
Ｍ形バーニヤモータにあってＺ2 ＝Ｚ 1 ±Ｐなるスロッ
ト数で永久磁石を設けたものにあっては、永久磁石をギ
ャップ中に突出させることにより基本波のトルクが増大
し、分数スロット巻線により高調波の負のトルクを減少
させることによって、ＰＭ形バーニヤモータの有効トル
クを増大することができた。
【図１】本発明の一実施例の構成図。
【図２】永久磁石の配置図。
【図３】モータの軸方向に沿う断面図。
【図４】モータの端部の構成図。
【図５】小スロットの説明図。
【図６】Ｔm −Ｉ1 特性線図。
【図７】Ｂm −Ｉ1 特性線図。
【図８】従来のバーニヤモータの構成図。
１０ 回転子 １０ａ，１０ｂ ブロック １０ｃ，１１ａ，１１ｂ スロット １１ 固定子 １３，１５，１６ 永久磁石
Claims (8)
- 【請求項１】 スロット数Ｚ1 を有する固定子鉄心と、
等ピッチにてスロット数Ｚ2 を有する回転子鉄心とを、
Ｐを極対数としてＺ2 ＝Ｚ1 ＋Ｐ、またはＺ2 ＝Ｚ1 −
Ｐなる関係に形成し、 上記固定子鉄心のスロットには極対数Ｐの三相巻線が納
められ、 上記回転子鉄心を軸方向に沿って二つに分けたブロック
にて固定子鉄心に対向させ、この二つのブロックどうし
を回転子スロットピッチの１／２だけ円周方向に相互に
ずれた位置に軸に固定し、 上記固定子鉄心及び回転子鉄心の少なくとも一方の全ス
ロットに永久磁石を埋め込み、ブロック毎に全磁石を同
一方向に着磁するとともに、双方のブロックでは磁石の
極性が互に逆になるよう着磁するＰＭ形バーニヤモータ
において、 埋込んだ永久磁石のうち上記固定子鉄心及び回転子鉄心
の少なくとも一方の永久磁石がエアギャップ中に突出
し、トルクの基本波成分を増大させる構造をなすことを
特徴とするＰＭ形バーニヤモータ。 - 【請求項２】 スロット数Ｚ1 を有する固定子鉄心と、
等ピッチにてスロット数Ｚ2 を有する回転子鉄心とを、
Ｐを極対数としてＺ2 ＝Ｚ1 ＋Ｐ、またはＺ2 ＝Ｚ1 −
Ｐなる関係に形成し、 上記固定子鉄心のスロットには極対数Ｐの三相巻線が納
められ、 上記回転子鉄心を軸方向に沿って二つに分けたブロック
にて固定子鉄心に対向させ、この二つのブロックどうし
を回転子スロットピッチの１／２だけ円周方向に相互に
ずれた位置に軸に固定し、 上記固定子鉄心及び回転子鉄心の少なくとも一方の全ス
ロットに永久磁石を埋め込み、ブロック毎に全磁石を同
一方向に着磁するとともに、双方のブロックでは磁石の
極性が互に逆になるよう着磁するＰＭ形バーニヤモータ
において、 上記三相巻線が分数スロット巻線であり、ｑを固定子巻
線の毎極毎相のスロット数、ａを固定子歯に小スロット
が設けられた場合は１個の固定子歯に設けた小スロット
数に１を加えた数、小スロットが設けられていない場合
は１とするとき、トルクの６ａｑ±１次高調波成分を減
少させる構造をなすことを特徴とするＰＭ形バーニヤモ
ータ。 - 【請求項３】 スロット数Ｚ1 を有する固定子鉄心と等
ピッチにてスロット数Ｚ2 を有する回転子鉄心とをＰを
極対数としてＺ2 ＝Ｚ1 ＋ＰまたはＺ2 ＝Ｚ1 −Ｐなる
関係に形成し、 上記固定子鉄心のスロットには極対数Ｐの三相巻線が納
められ、 上記固定子鉄心の全スロット及び回転子鉄心の全スロッ
トの少なくとも一方の全スロットに永久磁石を埋め込
み、全磁石を同一方向に着磁するとともに、永久磁石に
より発生した直流分磁束が、鉄心からフレーム、ブラケ
ット、軸受部、軸を経て循環することを防止した構造と
したＰＭ形バーニヤモータにおいて、 埋込んだ永久磁石のうち上記固定子鉄心及び回転子鉄心
の少なくとも一方の永久磁石がエアギャップ中に突出
し、トルクの基本波成分を増大させる構造をなすことを
特徴とするＰＭ形バーニヤモータ。 - 【請求項４】 スロット数Ｚ1 を有する固定子鉄心と等
ピッチにてスロット数Ｚ2 を有する回転子鉄心とをＰを
極対数としてＺ2 ＝Ｚ1 ＋ＰまたはＺ2 ＝Ｚ1 −Ｐなる
関係に形成し、 上記固定子鉄心のスロットには極対数Ｐの三相巻線が納
められ、 上記固定子鉄心の全スロット及び回転子鉄心の全スロッ
トの少なくとも一方の全スロットに永久磁石を埋め込
み、全磁石を同一方向に着磁するとともに、永久磁石に
より発生した直流分磁束が鉄心からフレーム、ブラケッ
ト、軸受部、軸を経て循環することを防止した構造とし
たＰＭ形バーニヤモータにおいて、 上記三相巻線が分数スロット巻線であり、ｑを固定子巻
線の毎極毎相のスロット数、ａを固定子歯に小スロット
が設けられた場合は１個の固定子歯に設けた小スロット
数に１を加えた数、小スロットが設けられていない場合
は１とするとき、トルクの６ａｑ±１次高調波成分を減
少させる構造をなすことを特徴とするＰＭ形バーニヤモ
ータ。 - 【請求項５】 スロット数Ｚ 1 を有する固定子鉄心と、
等ピッチにてスロット数Ｚ 2 を有する回転子鉄心とを、
Ｐを極対数としてＺ 2 ＝Ｚ 1 ＋Ｐ、またはＺ 2 ＝Ｚ 1 −
Ｐなる関係に形成し、 上記固定子鉄心のスロットには極対数Ｐの三相巻線が納
められ、 上記回転子鉄心を軸方向に沿って二つに分けたブロック
にて固定子鉄心に対向 させ、この二つのブロックどうし
を回転子スロットピッチの１／２だけ円周方向に相互に
ずれた位置に軸に固定し、 上記固定子鉄心及び回転子鉄心の少なくとも一方の全ス
ロットに永久磁石を埋め込み、ブロック毎に全磁石を同
一方向に着磁するとともに、双方のブロックでは磁石の
極性が互に逆になるよう着磁するＰＭ形バーニヤモータ
において、 上記固定子鉄心の全スロット及び回転子鉄心の全スロッ
トに永久磁石が埋め込まれ、埋込んだ全ての永久磁石が
エアギャップ中に突出し、トルクの基本波成分を増大さ
せる構造をなすことを特徴とするＰＭ形バーニヤモー
タ。 - 【請求項６】 スロット数Ｚ 1 を有する固定子鉄心と等
ピッチにてスロット数Ｚ 2 を有する回転子鉄心とをＰを
極対数としてＺ 2 ＝Ｚ 1 ＋ＰまたはＺ 2 ＝Ｚ 1 −Ｐなる
関係に形成し、 上記固定子鉄心のスロットには極対数Ｐの三相巻線が納
められ、 上記固定子鉄心の全スロット及び回転子鉄心の全スロッ
トの少なくとも一方の全スロットに永久磁石を埋め込
み、全磁石を同一方向に着磁するとともに、永久磁石に
より発生した直流分磁束が、鉄心からフレーム、ブラケ
ット、軸受部、軸を経て循環することを防止した構造と
したＰＭ形バーニヤモータにおいて、 上記固定子鉄心の全スロット及び回転子鉄心の全スロッ
トに永久磁石が埋め込まれ、埋込んだ全ての永久磁石が
エアギャップ中に突出し、トルクの基本波成分を増大さ
せる構造をなすことを特徴とするＰＭ形バーニヤモー
タ。 - 【請求項７】 上記三相巻線が分数スロット巻線であ
り、ｑを固定子巻線の毎極毎相のスロット数、ａを固定
子歯に小スロットが設けられた場合は１個の固定子歯に
設けた小スロット数に１を加えた数、小スロットが設け
られていない場合は１とするとき、トルクの６ａｑ±１
次高調波成分を減少させる構造をなすことを特徴とする
請求項１，３，５又は６のＰＭ形バーニヤモータ。 - 【請求項８】 固定子鉄心の固定子歯のギャップ面に小
スロットを備え、この小スロットと巻線が収められたス
ロットとを加えたものを固定子全スロット数Ｚ1 とした
ことを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６又は７
のＰＭ形バーニヤモータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26896292A JP3350971B2 (ja) | 1992-10-07 | 1992-10-07 | Ｐｍ形バーニヤモータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26896292A JP3350971B2 (ja) | 1992-10-07 | 1992-10-07 | Ｐｍ形バーニヤモータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06121504A JPH06121504A (ja) | 1994-04-28 |
| JP3350971B2 true JP3350971B2 (ja) | 2002-11-25 |
Family
ID=17465721
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26896292A Expired - Fee Related JP3350971B2 (ja) | 1992-10-07 | 1992-10-07 | Ｐｍ形バーニヤモータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3350971B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105978199A (zh) * | 2016-07-12 | 2016-09-28 | 深圳大学 | 永磁游标电机 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE523478C2 (sv) * | 2003-04-14 | 2004-04-20 | Swedish Seabased Energy Ab | vågkraftaggegat innefattande en elektrisk linjärgenerator försedd med elektromekaniskt dämpningsorgan |
| JP2007143323A (ja) * | 2005-11-21 | 2007-06-07 | Mitsubishi Electric Corp | 交流励磁形発電機 |
| JP2013021840A (ja) * | 2011-07-12 | 2013-01-31 | Honda Motor Co Ltd | リラクタンスモータのロータ |
| CN102437702A (zh) * | 2011-12-27 | 2012-05-02 | 东南大学 | 直驱海浪发电用游标式直线电机 |
| JP7063013B2 (ja) * | 2018-03-02 | 2022-05-09 | 株式会社豊田中央研究所 | 回転電機 |
| CN110649729B (zh) * | 2019-09-10 | 2020-10-16 | 华中科技大学 | 一种多励磁单极游标永磁电机 |
-
1992
- 1992-10-07 JP JP26896292A patent/JP3350971B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105978199A (zh) * | 2016-07-12 | 2016-09-28 | 深圳大学 | 永磁游标电机 |
| CN105978199B (zh) * | 2016-07-12 | 2018-10-19 | 深圳大学 | 永磁游标电机 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06121504A (ja) | 1994-04-28 |
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