JP4616306B2 - 永久磁石モータ - Google Patents
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Description
Bは、磁石の数を表す。
iは、コギングトルクの測定ポイントを表す。すなわち、各iは、コギングトルクの測定ポイントである各ロータ回転角(0〜360°)を代表する。
jは、磁石位置を表す。すなわち、jは、1から永久磁石数Bの間の任意の整数をとり、各jが、各永久磁石を代表する。
Xjは、j番目の磁石の移動量である。
Tiは、コギングトルクを調整する前のi番目ポイントのコギングトルクである。Tiとして、調整前のコギングトルクの測定データが入力される。
aijは、j番目の磁石を移動させた際の、磁石の移動量あたりのi番目ポイントのコギングトルクの変化量である。具体的には、各i番目ポイントについて、j番目の磁石を移動させた際のコギングトルクの変化量の測定値を、磁石移動量で除することで、aijを求めることができる。
Tlは、コギングトルクを調整する前のロストルクである。Tlは、調整前のコギングトルクの測定値の平均値とすることができる。
toleは、目標のコギングトルクである。toleは、永久磁石モータを適用する対象に応じて、任意に定めることができる。特に、サーボモータや電動パワステアリング用モータ等に適用する場合にあっては、toleは、定格トルクの0.5%以下とすることが好ましい。
Wは、目標のコギングトルク(tole)と、永久磁石を移動させた後のコギングトルクの計算値との差である。具体的には、Wは、以下の式(3)で表される。
P=6n±2,M=6n ・・・式1
(ただし、nは2以上の整数である。)
P=3m±1,M=3m ・・・式2
(ただし、mは3以上の奇数である。)
P=2k,M=3k ・・・式3
(ただし、kは1以上の整数である。)
実施例1にかかる永久磁石モータは、永久磁石の位置や磁石保持手段等の以下に特に記載した事項の他は、上記比較例2にかかる永久磁石モータと同様の構成とした(図11参照)。なお、低炭素鋼のロータヨークの中心には、同じ材質のシャフトを通した。実施例1では、図1に示したように、永久磁石を周方向に移動後に磁石保持具により永久磁石を保持した。ここで、磁石保持手段として、タップ穴を有する磁石保持ヨークと、磁石保持具である六角穴付止ネジとを用いた。また、ステータヨークは、回し積みにより作成した。
式(2)中、i=1〜600,tole=0.001,Ti=測定ポイントiにおける図15に示すトルク波形(T1=−0.01268,T2=−0.01285,T3=−0.01346,・・・),aij=図6に示すコギングトルクの変化量の波形を移動量1.25°で割ったもの(a11=0.00203,a21=0.00195,a31=0.00184、・・・a12=0.00043,a22=0.00023,・・・)。
実施例2は、図2に示したように、永久磁石を径方向に移動させた以外は、実施例1と同様とした。まず、永久磁石を径方向に移動したときのコギングトルクの変化量を測定した。なお、非磁性体シムとして、非磁性SUSを用いた。具体的には、図11の磁石1を径方向に動かしたときに発生するコギングトルクの変化量を測定し、上記比較例と同様に、フーリエ解析により、コギングトルクの変化成分を解析した。図9に、永久磁石を径方向に移動したときのコギングトルクの変化量の波形をフーリエ解析により、波形の次数ごとの成分に分けた結果を示す。永久磁石を周方向に移動させた場合と同様に、コギングトルクの変化成分は12の倍数次で、ほとんどが12次であった。また、コギングトルクの変化量は移動量に比例していた。このことから、永久磁石を径方向に移動させる場合であっても、実施例1と同様に、線形計画法でコギングトルクを低減するための永久磁石の径方向移動量を求めることができることが分かる。
実施例3は、図3に示したように、永久磁石を軸方向に移動させた以外は、実施例1と同様とした。まず、永久磁石を軸方向に移動したときのコギングトルクの変化量を測定した。具体的には、図11の磁石1を軸方向に動かしたときに発生するコギングトルクの変化量を測定し、上記比較例と同様に、フーリエ解析により、コギングトルクの変化成分を解析した。図10に、永久磁石を軸方向に移動したときのコギングトルクの変化量の波形をフーリエ解析により、波形の次数ごとの成分に分けた結果を示す。永久磁石を周方向、径方向に移動させた場合と同様に、コギングトルクの成分はほぼ全て12次であった。また、コギングトルクの変化量は移動量に比例していた。このことから、永久磁石を軸方向に移動させる場合であっても、実施例1、2と同様に、線形計画法でコギングトルクを低減するための永久磁石の軸方向移動量を求めることができることが分かる。
[実施態様1]
ロータヨークと、該ロータヨークの側面上に、所定の間隔で、極性がロータヨークの周方向に交互に異なるように配置された複数の永久磁石とを含んでなる回転子と、
該回転子と空間を隔てて配置されたステータヨークと、上記永久磁石と対向し、周方向に関して等間隔で該ステータヨーク上に配置された突極磁極と、該突極磁極に集中巻され三相結線された電機子巻き線とを含んでなる固定子と
を含んでなる永久磁石モータであって、
上記永久磁石の少なくとも1つが、上記ロータヨークの周方向に関して等間隔で、径方向に関して中心軸から等距離で、軸方向に関してロータヨークの軸方向端面から等距離である基準位置から、上記ロータヨークの周方向、径方向および軸方向の少なくとも1方向に移動させた調整位置に配置され、上記複数の永久磁石のうち、該調整位置に配置された永久磁石以外の永久磁石は、上記基準位置に配置され、
複数の永久磁石の少なくとも1つが該調整位置に配置された永久磁石モータが、複数の永久磁石の全てが該基準位置に配置された永久磁石モータよりも小さいコギングトルクを有するように、該調整位置が設定されている永久磁石モータ。
[実施態様2]
上記基準位置および/または上記調整位置で、上記永久磁石を保持することができる磁石保持手段をさらに備えた実施態様1に記載の永久磁石モータ。
[実施態様3]
上記調整位置で、上記複数の永久磁石が接着剤により固定されている実施態様1に記載の永久磁石モータ。
[実施態様4]
上記回転子の極数Pと上記固定子突極数Mが、以下の式1または式2を満たす実施態様1〜3のいずれかに記載の永久磁石モータ。
P=6n±2,M=6n ・・・式1
(ただし、nは2以上の整数である。)
P=3m±1,M=3m ・・・式2
(ただし、mは3以上の奇数である。)
[実施態様5]
ロータヨークと、該ロータヨークの側面上に、所定の間隔で、極性がロータヨークの周方向に交互に異なるように配置された複数の永久磁石とを含んでなる回転子と、
該回転子と空間を隔てて配置されたステータヨークと、上記永久磁石と対向し、周方向に関して等間隔で該ステータヨーク上に配置された突極磁極と、該突極磁極に集中巻され三相結線された電機子巻き線とを含んでなる固定子と
を含んでなる永久磁石モータのコギングトルクを調整する方法であって、
上記複数の永久磁石を、上記ロータヨークの周方向に関して等間隔で、径方向に関して中心軸から等距離で、軸方向に関してロータヨークの軸方向端面から等距離である基準位置に、極性が周方向に交互に異なるように上記ロータヨーク上に配置する段階と、
上記永久磁石の少なくとも1を、上記ロータヨークの周方向、径方向および軸方向の少なくとも1方向に移動させて、コギングトルクを調整する段階と
を含む永久磁石モータのコギングトルク調整方法。
[実施態様6]
上記コギングトルクを調整する段階が、
コギングトルクを調整する前のコギングトルクを測定する段階と、
上記永久磁石の1つを、上記ロータヨークの周方向、径方向および軸方向の少なくとも1方向に移動させた際のコギングトルクを測定する段階と、
得られた測定値に基づき、線形計画法を用いて、コギングトルクがより小さくなるように、移動させる永久磁石および当該永久磁石の移動距離を決定する段階と
を含む実施態様5に記載の方法。
[実施態様7]
磁石保持手段により、上記基準位置で、上記複数の永久磁石を保持する段階、および/または
磁石保持手段により、上記移動後の調整位置で、上記複数の永久磁石を保持する段階
をさらに含む実施態様5または6に記載の方法。
[実施態様8]
接着剤により、上記調整位置で、上記複数の永久磁石を固定する段階と、
上記永久磁石を固定した後に、上記磁石保持手段を取り外す段階と
をさらに含む実施態様7に記載の方法。
[実施態様9]
上記線形計画法が、条件(2)の下で、(1)を最小にすることである実施態様5〜8のいずれかに記載の方法。
Bは、磁石の数を表す。
iは、コギングトルクの測定ポイントを表す。
jは、磁石位置を表す。
X j は、j番目の磁石の移動量である。
T i は、コギングトルクを調整する前のi番目ポイントのコギングトルクである。
a ij は、j番目の磁石を移動させた際の、磁石の移動量あたりのi番目ポイントのコギングトルクの変化量である。
T l は、コギングトルクを調整する前のロストルクである。
toleは、目標のコギングトルクである。
Wは、目標のコギングトルクと、永久磁石を移動させた後のコギングトルクの計算値との差である。
C 0 とC 1 は、磁石の移動量とコギングトルクとのバランスで設定される係数である。)
[実施態様10]
実施態様5〜9のいずれかに記載の方法により、コギングトルクが調整された永久磁石モータ。
10:回転子
11:ロータヨーク
12:シャフト
13:磁石保持手段
14:磁石保持ヨーク
15:磁石保持具
16:シム
17:接着剤
20:固定子
21:突極磁極
22:ステータヨーク
23:電機子巻き線
Claims (10)
- ロータヨークと、該ロータヨークの側面上に、所定の間隔で、極性がロータヨークの周方向に交互に異なるように配置された複数の永久磁石とを含んでなる回転子と、
該回転子と空間を隔てて配置されたステータヨークと、上記永久磁石と対向し、周方向に関して等間隔で該ステータヨーク上に配置された突極磁極と、該突極磁極に集中巻され三相結線された電機子巻き線とを含んでなる固定子と
を含んでなる永久磁石モータであって、
上記永久磁石の少なくとも1つが、上記ロータヨークの周方向に関して等間隔で、径方向に関して中心軸から等距離で、軸方向に関してロータヨークの軸方向端面から等距離である基準位置から、上記ロータヨークの径方向および軸方向の少なくとも1方向に移動させた調整位置に配置され、上記複数の永久磁石のうち、該調整位置に配置された永久磁石以外の永久磁石は、上記基準位置に配置され、
複数の永久磁石の少なくとも1つが該調整位置に配置された永久磁石モータが、複数の永久磁石の全てが該基準位置に配置された永久磁石モータよりも小さいコギングトルクを有するように、該調整位置が設定されている永久磁石モータ。 - 上記基準位置および/または上記調整位置で、上記永久磁石を保持することができる磁石保持手段をさらに備えた請求項1に記載の永久磁石モータ。
- 上記調整位置で、上記複数の永久磁石が接着剤により固定されている請求項1に記載の永久磁石モータ。
- 上記回転子の極数Pと上記固定子突極数Mが、以下の式1または式2を満たす請求項1〜3のいずれかに記載の永久磁石モータ。
P=6n±2,M=6n ・・・式1
(ただし、nは2以上の整数である。)
P=3m±1,M=3m ・・・式2
(ただし、mは3以上の奇数である。) - ロータヨークと、該ロータヨークの側面上に、所定の間隔で、極性がロータヨークの周方向に交互に異なるように配置された複数の永久磁石とを含んでなる回転子と、
該回転子と空間を隔てて配置されたステータヨークと、上記永久磁石と対向し、周方向に関して等間隔で該ステータヨーク上に配置された突極磁極と、該突極磁極に集中巻され三相結線された電機子巻き線とを含んでなる固定子と
を含んでなる永久磁石モータのコギングトルクを調整する方法であって、
上記複数の永久磁石を、上記ロータヨークの周方向に関して等間隔で、径方向に関して中心軸から等距離で、軸方向に関してロータヨークの軸方向端面から等距離である基準位置に、極性が周方向に交互に異なるように上記ロータヨーク上に配置する段階と、
上記永久磁石の少なくとも1を、上記ロータヨークの径方向および軸方向の少なくとも1方向に移動させて、コギングトルクを調整する段階と
を含む永久磁石モータのコギングトルク調整方法。 - 上記コギングトルクを調整する段階が、
コギングトルクを調整する前のコギングトルクを測定する段階と、
上記永久磁石の1つを、上記ロータヨークの周方向、径方向および軸方向の少なくとも1方向に移動させた際のコギングトルクを測定する段階と、
得られた測定値に基づき、線形計画法を用いて、コギングトルクがより小さくなるように、移動させる永久磁石および当該永久磁石の移動距離を決定する段階と
を含む請求項5に記載の方法。 - 磁石保持手段により、上記基準位置で、上記複数の永久磁石を保持する段階、および/または
磁石保持手段により、上記移動後の調整位置で、上記複数の永久磁石を保持する段階
をさらに含む請求項5または6に記載の方法。 - 接着剤により、上記調整位置で、上記複数の永久磁石を固定する段階と、
上記永久磁石を固定した後に、上記磁石保持手段を取り外す段階と
をさらに含む請求項7に記載の方法。 - 上記線形計画法が、条件(2)の下で、(1)を最小にすることである請求項5〜8のいずれかに記載の方法。
Bは、磁石の数を表す。
iは、コギングトルクの測定ポイントを表す。
jは、磁石位置を表す。
Xjは、j番目の磁石の移動量である。
Tiは、コギングトルクを調整する前のi番目ポイントのコギングトルクである。
aijは、j番目の磁石を移動させた際の、磁石の移動量あたりのi番目ポイントのコギングトルクの変化量である。
Tlは、コギングトルクを調整する前のロストルクである。
toleは、目標のコギングトルクである。
Wは、目標のコギングトルクと、永久磁石を移動させた後のコギングトルクの計算値との差である。
C0とC1は、磁石の移動量とコギングトルクとのバランスで設定される係数である。) - 請求項5〜9のいずれかに記載の方法により、コギングトルクが調整された永久磁石モータ。
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