JP5179462B2 - 2相ハイブリッド型回転電機及びその製造方法 - Google Patents
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「手段1」
略環状のコアバック部、及びこのコアバック部より放射状に突出形成されそれぞれの先端に複数(Ns)個の誘導子歯を形成してなる2m個(mは2,4,6何れかの数)の主極からなる固定子コアと、該固定子コアのそれぞれの前記主極に巻回された2相の巻き線とを含む固定子と、前記固定子にエアギャップを介して回転自在に設けられ磁性材からなる1対の回転子磁極と該両回転子磁極で挟み込まれ軸方向に着磁された永久磁石とからなる単位回転子を2組共通回転軸上で軸方向に隣接させて構成された回転子とを備え、
各回転子磁極の外周面には複数(Nr=4n)個(nは1以上の整数)の磁歯が等ピッチで形成され、各単位回転子の1対の回転子磁極はそれぞれの磁歯が1/2ピッチ分ずらせて配置されると共に、両単位回転子はそれぞれの永久磁石の着磁方向が互いに逆になる向きで隣接する回転子磁極の歯位置が一致するように配置されてなる2相ハイブリッド型回転電機であって、
前記各主極それぞれに形成されるNs個の誘導子歯は、前記固定子コアが90°非対称となる配置に設定されており、前記回転子磁極の磁歯の歯数Nrは4n(nは1以上の整数)個に設定されていることを特徴とする2相ハイブリッド型回転電機。
手段1において、前記固定子の各主極の先端に設けたNs個の誘導子歯を、前記回転子の回転子歯ピッチより略90°/(Ns・Nr)異なるピッチに設定し、第4次平面でNs個のパーミアンスベクトルを2つの単位回転子の磁路内の、それぞれの主極内で各磁路内1次バランスさせ、更に軸方向に2分割した2つの単位回転子の磁路による短縮磁路長効果と2磁路間境界部磁界非干渉効果を活かして、第4次平面で各主極のNs個のパーミアンスベクトルを2磁路間で重畳し、2次バランスをさせる、2重バランス機能を有したことを手段とする回転電機。
手段1又は2において、前記固定子コアは磁性鉄板を積層させて1枚ごとに180°回転積層させ、4次平面で固定子コアの回転部と非回転部で作られる2種類のベクトル群の間で、1次バランスをさせ、更に軸方向に2分割した2つの単位回転子の磁路による短縮磁路長効果と2磁路間境界部磁界非干渉効果を活かして、第4次平面で各主極のNs個のパーミアンスベクトルを2磁路間で重畳し、2次バランスをさせる、2重バランス機能を有したことを手段とする回転電機。
手段1において、手段2及び手段3の条件が同時に設定実施されることを手段とする回転電機。
手段1〜4のいずれかにおいて、回転子に用いる永久磁石の残留磁束密度が略0.5T以下のフェライト系永久磁石であることを手段とする回転電機。
対称形の固定子は圧延珪素鋼板の板厚偏差や圧延時に生ずるパーミアンスの方向による偏差をキャンセルさるさせることができる90°回転積層が可能となる。これを本願では90°対称形、また90°回転積層が不可能な形状は90°非対称形と定義する。そして通常の設計では90°対称形に設計される。そこで90°対称形となる条件を以下に述べる。
θs=±{(360°/2m) −(360°n/Nr)}
(1)
Nr=m(2n±1/2)
(2)
これが、対称形2相磁路の場合の回転子歯数Nrの一般関係式となる。例えば、mは偶数であり8主極の場合はm=4として、(2)式に代入して(3)式を得る。
Nr=8n±2
(3)
例えば、2相HB型の最も標準形で広く使用されている8主極でステップ角度1.8°のものは、(3)式で、n=6を代入して、Nr=50の場合であり、従来技術として示した90°対称形の図8の例に相当する。
(2)式はその右辺のmは2、4、6のいずれかの数ではNrは整数であるが4の倍数とはなり得ないため、回転子歯数を4の倍数とする本願の2相HB機の固定子形状は90°非対称形となる。
尚、mは偶数であるがm=8では固定子主極数は16個となり巻き線が複雑高価となり、低速トルクも減少するので、m=8以上は現実的ではない。
図3は、図8A,図8Bで説明したような、一般的なHB型ステッピングモータにおける固定子の任意主極31と回転子32との関係を示したものである。主極31に6個の誘導子歯31aが等間隔に設けられた場合において、主極31の中央軸を回転子32の回転子歯32a間の溝幅の中央に一致させた時、6個の誘導子歯31aの位置を対向する回転子歯32aの位置とのずれ角としてθ1〜θ6と表示している。今、固定子主極の誘導子歯ピッチは均一で回転子歯ピッチよりθsだけ小さい値とする。θsは略360°/(f・Ns・Nr)で決まる値となる。これはパーミアンスの第f次高調波成分をNs個の固定子小歯(誘導子歯)数のベクトルバランスで極小化するものであり、回転子歯数をNrとした場合、回転子歯ピッチは機械角表示で360°/Nrであるが、その第4次高調波ベクトル平面表示はf=4として1/4の1周角が90°/Nrでその平面をNs等分した放射状ベクトルにバランスすることから誘導したものである。この場合、Nr=50、Ns=6、f=4とすればθsは0.3°となる。回転子歯ピッチは7.2°なので、固定子の誘導子歯ピッチは6.9°となる。このベクトルバランスを数式で示せば以下のようになる。
P4=cos(4・θ3)+cos(4・θ2)+cos(4・θ1)+cos(4・θ4)
+cos(4・θ5)+cos(4・θ6)
=2(cos30°+cos90°+cos150°)=0 (4)
この場合の鎖交磁束となりモータトルクとなる基本波成分は次式となる。
P1=cosθ3+cosθ2+cosθ1+cosθ4+cosθ5+cosθ6
=2(cos7.5°+cos22.5°+cos37.5°)/6=0.902 (5)
即ち90%がトルク成分として残ることになる。
Tc=k1sinθ+k2sin(2θ)+k3sin(3θ)+k4sin(4θ)
+k5sin(5θ)+k6sin(6θ)+k7sin(7θ)+… (6)
ここで、θは固定子と回転子間の角度、k1、k2、k3、…は各高調波成分の係数である。
Tc/k4=sin(4θ)+sin{4(θ−π/2)}+sin{4(θ−π)}
+sin{4(θ−3π/2)}+sin{4(θ−π)}+sin{4(θ−π/2−π)}
+sin{4(θ−2π)}+sin{4(θ−π/2)}=8sin4θ (7)
本発明の図5は各主極11bにおける2個の誘導子歯11cのパーミアンスのコギングトルク成分である第4次成分を第4次平面でベクトルバランスさせてキャンセルさせる具体例を示したものである。図1との対比で説明する。
θs=90°/(Ns・Nr) (8)
また各主極の2個の小歯ピッチをθqとすると次式を得る。
θq=(360°/Nr)―θs=(360°/Nr)―90°/(Ns・Nr)
=(90°/Nr)(4―1/Ns) (9)
図1よりNs=2,Nr=24であるから(8)、(9)式より
θs=1.875°、θq=13.125°を得る。
これは即ち図1の小歯ピッチである。
11 :固定子コア
11b:主極
11c:誘導子歯
12 :巻き線
20 :回転子
21 :回転子軸
22,23,24,25:回転子磁極
26,27:永久磁石
28 :磁歯
Claims (6)
- 略環状のコアバック部、及びこのコアバック部より放射状に突出形成されそれぞれの先端に複数(Ns)個の誘導子歯を形成してなる2m個(mは2,4,6何れかの数)の主極からなる固定子コアと、該固定子コアのそれぞれの前記主極に巻回された2相の巻き線とを含む固定子と、
前記固定子にエアギャップを介して回転自在に設けられ磁性材からなる1対の回転子磁極と該両回転子磁極で挟み込まれ軸方向に着磁された永久磁石とからなる単位回転子を2組共通回転軸上で軸方向に隣接させて構成された回転子とを備え、
各回転子磁極の外周面には複数個の磁歯が等ピッチで形成され、各単位回転子の1対の回転子磁極はそれぞれの磁歯が1/2ピッチ分ずらせて配置されると共に、両単位回転子はそれぞれの永久磁石の着磁方向が互いに逆になる向きで隣接する回転子磁極の歯位置が一致するように配置されてなる2相ハイブリッド型回転電機であって、
前記各主極それぞれに形成されるNs個の誘導子歯は、前記固定子コアが90°非対称となる配置に設定されており、前記回転子磁極の磁歯の歯数Nrは4n(nは1以上の整数)個に設定されていることを特徴とする2相ハイブリッド型回転電機。 - 請求項1において、前記固定子の各主極の先端に設けたNs個の誘導子歯は、前記回転子の回転子歯ピッチより略90°/(Ns・Nr)異なるピッチである略(90°/Nr)(4―1/Ns)に設定されていることを特徴とする2相ハイブリッド型回転電機。
- 請求項1又は2において、前記固定子コアは磁性鉄板を積層させて1枚ごとに180°回転積層されていることを特徴とする2相ハイブリッド型回転電機。
- 請求項1において、前記固定子の各主極の先端に設けたNs個の誘導子歯は、前記回転子の回転子歯ピッチより略90°/(Ns・Nr)異なるピッチである略(90°/Nr)(4―1/Ns)に設定され、かつ、前記固定子コアは磁性鉄板を積層させて1枚ごとに180°回転積層されていることを特徴とする2相ハイブリッド型回転電機。
- 請求項1〜4のいずれかにおいて、前記回転子に用いる永久磁石の残留磁束密度が略0.5T以下のフェライト系永久磁石であることを特徴とする2相ハイブリッド型回転電機。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の2相ハイブリッド型回転電機において、前記回転子の永久磁石は未着磁でモータとして組み立て後に、一方の単位回転子の永久磁石を軸方向に正方向着磁され、その後、時間差を設けて他方の単位回転子の永久磁石が逆方向に部分着磁されることを特徴とする2相ハイブリッド型回転電機の製造方法。
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JP2009267303A JP5179462B2 (ja) | 2009-11-25 | 2009-11-25 | 2相ハイブリッド型回転電機及びその製造方法 |
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