JPH0398445A

JPH0398445A - 回転電機

Info

Publication number: JPH0398445A
Application number: JP23458889A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Hirashima; 平島　伸浩
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 1989-09-12
Filing date: 1989-09-12
Publication date: 1991-04-24
Anticipated expiration: 2010-03-06
Also published as: JPH0720361B2

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】（産業上の利川分野）本発明は、電動機あるいは発電機として使用される回転
電機に関する．更に詳述すると、本発明はコギングトル
クの低減を図った回転電機に関する．（従来の技術）直流モータのような永久磁石界磁のモータにおいては、
鉄心によるレラクタンス変化と永久磁石の磁界分布の相
関によって発生するコギングトルクが問題となる．この
コギングトルクは回転の円滑を損う原因となることから
小さく抑えることが望まれる．従来のコギングトルク低減方法の一つとしては、マグネ
ットの着磁条件を＠磁器の電圧や容量等を制御すること
によって変化させ、コギングが小さく抑えられる最良点
を決めるようにしている．例えば、着磁条件を変化させ
てマグネット表面の磁化分布が正弦波状を示すように未
飽和着磁を行っている．この場合、コア突極部の中心角
に関係なくコギングの最良点を簡単に決めることができ
る．（発明が解決しようとずる課Ｂ）しかしながら、マグネットが未飽和着磁状態にあるため
個々のマグネットの磁化分布が微妙に異なってしまい、
モータ毎にコギングの大きさがばらついて安定した特性
が得られない問題を伴なう．また、マグネットが未飽和
着磁のため利用する磁束数が少なく出力トルクが低くな
る問題がある．換言すれば、コギングトルクを少なくす
るために、磁束の変化を正弦波様となるように未飽和着
磁するために、大きな出力トルクを．得るだけの磁束数
が得られないという欠点がある．加えて、未飽和着磁の
マグネットは電機子反作用磁界で減磁されるため、磁束
数が減少してやはり出力トルクが減少する問題がある．本発明は、コギングトルクの小さな回転電機を提供する
ことを目的とする．更に、本発明は電機子コアの突極め
中心角とは無関係にコギングトルクを小さくできる回転
電機を提供することを目的とする．（課題を解決するための手段）かかる目的を達成するため、本発明の回転電機は、４ｎ
（ｎは１以上の整数）極の磁極数を有するマグネットと
、３ｋ（ｋは１以上の整数）極の突極致を有する電機子
コアとを備え、いずれか一方を他方に対して回転するよ
うに構成した回転電機であって、マグネットの１磁極当
りの中心角を電気角で１０８°±１０＠、好ましくは約
１０８４とし、無励磁時における静止位置を２！ｌ！類
出現させるようにしている．（作用）したがって、マグネットあるいは電機子コアの無励磁に
おける２種類の静止位置（Ｉ）．（ＩＩ）が双方とも現
れ易くなり、静止回数が従来の６回／３６０゜よりも多
い７回／３６０’以上となる．そして、約１０８゜にお
いて、静止位置（Ｉ）と（ＩＩ）の両方が電機子コアの
突極の中心角の大きさとは無関係に完全に成立し、位相
が異なる２種のコギングの静止位置が交互に表れ、振幅
が小さく波長も短かいコギングに変化する．（実施例）以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基づいて詳細
に説明する．本発明をモータに適用したー実施例を第１図に示す．こ
のモータは４磁［！３突極楕成のアウターロータ形モー
タであって、モータケース・ヨーク１の内周面に４個の
円弧状マグネット２が等間隔をあけて均等配置されてい
る．各マグネット２は厚さ方向に着磁され１個のマグネ
ットが１磁極を楕成している．各マグネット２の中心角
θ画は電気角で１０８°±１０４、好ましくは約１０８
＠に設定されている．また、ヨーク１にはその中心軸線
に沿って突極４を有するステータコア３が軸支され、各
突極４がマグネット２の内周面と対向するように配置さ
れている．ヨーク１及びマグネッ１・２はステータコア
３を中心に回転可能に設けられている．コア３の突極４
は３個であり各突極４毎にコイル５が巻回されている．
各突極４の中心角θａは任意の角度例えば電気角で約１
２０゜〜１８０゜に設定されている．尚、本実施例の場
合、磁極対は２なので、電気角と機械角は一致せず、中
心角θヨは機械角で１７２となる．ここで、マグネット
２の１磁極当りの中心角θ．とは、マグネットの１つの
磁極を構成する着磁部位の円周上の両端・２点が中心Ｏ
を挾む角を意味し、１磁極当りの着磁角度を意味する．
マグネット２の１磁極当りの中心角θ．を電気角で約１
０８゜に設定する場合、電機子コア３の突椹４の中心角
θａに関係なく最良のコギング特性が得られる．しかし
、コギングトルクを一般に実用的な小さなものと考えら
れているレベル（第４図に鎖線で示される範囲〉よりも
小さな領域内に単に抑える場合には、θ謔は厳密に約１
０８゜に設定する必要はなく、突極４の中心角θａによ
っても若干異なるが、θａの大きさに比例して最大１０
８°±１０°の範囲に設定すれば支障がない．例えば、
電機子コア３の突極４の中心角θａを電気角でθａ＝１
２０’あるいは１８０゛にとるとき、実用レベルのコギ
ングトルク特性を得るには、マグネットの中心角θ．は
電気角で少なくとも１０８＠±１０６の範囲に設定すれ
ば足りる．この値は十分製作誤差に収まる値であると考
えられる．第２図（Ａ）．（Ｂ）に４１ｉＩ１極３突極
横成のアウターロータ型モータあるいはステータマグネ
ット型の場合のマグネットとｔｅａ子コアの楕迫の一例
を示す．マグネット２は円筒形状のヨーク１の内周面に
等間隔をあけて固着され、’４　ＩＩ子コアは軸部の周
面に外側に突出する円弧状の３つの突極を一体或形して
成る．この場合の中心角θ．，θａは図示の通りである
．第３図（Ａ）．（Ｂ）に４磁極３突極梢成のインナーロ
ータ型モータの場合のマグネットと電機子コアの楕遣の
一例を示す．マグネット２はスピンドル形状のヨーク１
の周面に等間隔をあけて固着されている．また、電機子
コア３は円筒状コアの内側に突出する円弧状の３つの突
極４を有し各々に電機子コイルが巻回される．この場合
の中心角θ．，θａは図示の通りである．以上のように構成した回転電機によると次のようにコギ
ングトルクが低減される．第５図の特性図は実験結果であり、θヨとコギングとの
関係を、θａをパラメータとして示している．この実験
からも明らかなように、通常、４ｎＷの磁極を有するマ
グネットと３ｋ極の突極を有する電機子コアとから成る
４−３構成の回転電機においては、無励磁時に第６図（
Ａ）に示す静止位置（Ｉ）若しくは第６図（Ｂ）に示す
静止位置（ＩＩ）のいずれかを取る．この静止位置は、
マグネット２の中心角θ一が１０８゜よりも大きく離れ
ている場合（第４図中■，■で示す）に取る．そのとき
の、静止位ＩＩのコギングトルク特性［第５図（Ａ）１
と、静止位置（ｆ［）のコギング特性［第５図（Ｇ〉］
とは、位相が異なるだけで共に６回／３６０゜の静止回
数を有する．そして、θＭ＝１０８゜に近づくに従いあ
る角度においてその静止位置の転換が起る．その過渡領
域《第４図中■，■で示す）におけるコギングトルクは
第５図（Ｂ）及び第５図（Ｆ）で示されるように、振幅
が小さくなる。そこで、更にθ．を１０８゜に近づける
と、第５図（Ｃ）及び第５図（Ｅ）に示すように、静止
位置（Ｉ）のコギングトルク特性に静止位置（ｎ）の特
性が若干出現し始め、あるいは静止位置（ＩＩ）のコギ
ングトルク特性に静止位置（Ｉ）の特性が若干出現し始
め、振幅及び波長の圧縮が起る．即ち静止位置の転換の
過渡現象が生じている．そして、約１０８゜において静
止位置（Ｉ）と（ＩＦ）とが双方とも完全に成立し、位
相が異なる２種のコギングトルクの静止位置が交互に表
れ、振幅が小さく波長も頗かい第５図（Ｄ）のようなコ
ギングトルク特性に変化する．したがって、ｌｉｉｉ極
当りの中心角θ．が電気角で約１０８゜に設定するとき
、コギングはｔａ子コア３の突極４の中心角θａの大き
さに関係なく最良となる．このとき、静止位置が６回／
３６０゜から１２回／３６０゜と２倍になる．目視確認
ではコギングが減少しているため７〜ｌ２回／３６０゜
の静止位置が確認できた．因みに、このときのコギング
トルクは、従来の着磁制御によるコギングトルク低減方
法の場合（５〜３　ｇｃｍ　）に比べて半分以下｛１．
５〜１．０ｇｃｍ）に低減することができた。尚、この
マグネット２の中心角θ．は厳密な意味で１０８゛に限
定されるものではなく、実用レベルにおいて若干の誤差
を許容し得る．例えばθａ＝１２０゜〜１８０゛の場合
を例にとって説明すると、θ．が少なくとも１０包゜±
１０゜の当りから第４図に鎖線で示される実用レベル（
図中■，■で示す）に収まる．尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の一例ではある
がこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱し
ない範囲において種々変形実施可能である．例えば、本
実施例ではマグネットは磁極毎に１つのブロックを形成
するようにしているが、全体を１つのブロックとするリ
ング状のマグネット材に所定電気角の８１極を所定数形
成するように着磁によって形成しても良い．また、本発明はアウターロータ型あるいはインナーロー
タ型に限定されず、面対向（アキュシャル）型回転電機
にも適用することができる．また、本実施例では２極、
３突極の３相モータについて説明したが、これに限定さ
れるものではなく、８ｌ極数：２Ｐ　　　　突極数：ｋ
ａ８６１２　　　　　　　　９１６　　　　　　　１２２０　　　　　　　　　　　１５２４　　　　　　　　　　　１８２８　　　　　　　　　　　２１３２　　　　　　　　　　　２４等のいわゆる多極回転ｔａにも応用可能である．尚、各
磁極数の括弧内には１磁極当りの中心角θ．が機械角で
表示されている．更に、本実施例ではモータとして説明しているが、発電
機としても利用可能である．この場合、コギングトルク
が低減するため振動による騒音発生が抑制され、静かな
発ｔＩｌを提供できる．《発明の効果〉以上の説明より明らかなように、本発明の回転電機は、
マグネットの中心角を電気角で１０８゜±１０°に設定
しているので、無励磁時に２種類の静止位置が成立し、
従来の回転電機の２倍、即ち静止位置（Ｉ＋［）の状態
となりコギングが小さく抑えられる．しかも、本発明は
、マグネットの中心角・着磁角度を一定の値に設定する
だけでコギングトルクを減少させているので、各磁極を
飽和着磁できる．したがって、本発明の回転電機は、磁
束の減少がなく、電機子反作用磁界によΔ減磁を受け難
く、モータとして使用する場合、出力トルクが従来より
も大きくできる．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の回転電機を４磁極３突＠構成のモータ
に適用した実施例を示す概略構成図、第２図（Ａ）及び
（Ｂ）は本発明の回転電機を構成するアウターロー夕型
ないしステータマグネット型のマグネットと電機子コア
の一例を示す正面図、第３図（Ａ），（Ｂ）は本発明の
回転電機のインナーロータ型のマグネット及びｔｍ子コ
アの一実施例を示す正面図、第４図は本発明の回転電機
のマグネット中心角とコギングトルクとのｒＩｌｉｔｘ
を電機子コアの中心角をパラメータとして示すグラフで
ある．第５図（Ａ）〜（Ｇ）は第４図の■〜■の状態に
おけるコギングトルク特性図、第６図は４−３構成の回
転ｔ機の無励磁時における静止位置を示す正面図で、（
Ａ）は回転位置Ｉ、（Ｂ）は回転位置■を示す．

Claims

【特許請求の範囲】

（１）４ｎ（ｎは１以上の整数）極の磁極数を有するマ
グネットと、３ｋ（ｋは１以上の整数）極の突極数を有
する電機子コアとを備え、いずれか一方を他方に対して
回転するように構成された回転電機であつて、上記マグ
ネットの１磁極当りの中心角を電気角で１０８゜±１０
゜とし、上記マグネットと上記電機子コアとの無励磁時
における静止位置を２種類出現させることを特徴とする
回転電機。
（２）請求項１記載のマグネットの１磁極当りの中心角
を電気角で約１０８゜としたことを特徴とする回転電機
。