JPH0398446A

JPH0398446A - 回転電機

Info

Publication number: JPH0398446A
Application number: JP23459089A
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

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】（産業上の利用分野）本発明は、電動機あるいは発電機として使用される回転
電機に関ずる．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間する．（従来の技術）直流モータのような永久磁石界磁のぞ一夕においては、
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
ットの着磁条件を着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題）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の
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Ｉ４）かかる目的を達成するため、本発明は、２ｎ（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ｌ以上の整数）極の突極数を有するｔＩ！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楕成
した回転電機であって、マグネットの１１４当りの中心
角を電気角で１３８．７゜±１０′、好ましくは約１３
８．　７”とし、無励磁時における静止位置を２種類出
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
おける上述の２種類の静止位置（工）．（ｎ）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１３８．
７゜において、静止位！（Ｉ）と（ＩＦ）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２磁極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２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
．は電気角で１３８。７゜±１０°、好ましくは約１３
８，７゜に設．定されている．また、ヨークｌ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及びマグネット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１２０’未満、好ましくは約１１０゛に設定されてい
る．尚、本実施例の場合、磁極対は１なので、中心角θ
．の電気角と機械角は一致する．ここで、マグネット２
の１磁極当りの中心角θ４とは、マグネットの１つのｒ
ａ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ｌ磁極当りの中心角θヨを電気角で約１
３８．７゜に設定する場合、電機子コア３の突極４の中
心角θ．に関係なく最艮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．は厳密に
約１３８．　７’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
て鱈大１３８．７°±１０１の範囲に設定ずれば支障が
ない．通常、電機子コア３の突極４の中心角θａは実用
可能な範囲においてできるだけ大きい方がコギングトル
クも小さくモータ性能も良くなることから好ましいこと
から、１１０゜程度に設定される．そこで、電機子コア
３の突極４の中心角θａを電気角で１１０゜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１・の中心角θ．は電気角で１３８，７゜±ｌＯ゜の
範囲に設定すれば足りる．また、突極中心角θａを小さ
くする場合、例えば６６゜に設定する場合にも、コギン
グトルクを実用レベルに納めるには、θエは１３８、７
゜±２〜３゜の範囲内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２磁ｌｆｌ３突極楕成のアウタ
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
のマグネットと電機子コアの構造の一例を示す．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、電機子コアは軸部の周面に外側に突出する円
弧状の３つの突極を一体成形して成る．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２磁極３突ｉ梢或のインナー
ロータ型モータの場合のマグネットと電機子コアの！ｆ
４　遣の一例を示す．マグネッｌ−　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［！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謔とコギングとの
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、２ｎｉの磁極を有するマ
グネットと３ｋ［ｉの突極を有する電機子コアとから成
る２−３楕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）のいずれかが現れる．この静止位置
は、マグネット２の中心角θ曽が電気角で１３８．７゜
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、静止位置Ｉのコギングトルク特性
［第５図（Ａ）１と、静止位置（ＩＩ）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゜の靜止回数を有する．そして、θヨ＝１３８．
７＠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■１■で示す）にお
けるコギング１・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１３８．７゜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Ｗ　（　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ｔ・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１３８．７゜において静止位置（Ｉ）
と（Ｉ［）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１・ルクの静止位置が交互に表れ、振幅が
小さく波長も短かい第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、１磁極当りの中心角θ
關が電気角で約１３８、７゜に設定するとき、コギング
は’Ｋ　Ｏ！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／３６
’Ｏ’から１２回／３６０゜と２倍になる．目視ｉ認で
はコギングが減少しているため７〜１２回／３６０＠の
靜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　ｇ　ＣＩ＋　）に比べて半分以下（１
．５〜１．Ｏｇｃｓ＋）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鵬は厳密な意味で１３８。

７゜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−１１０゜〜６６°
の場合を例にとって説明すると、θ．が少なくとも１３
８．７”±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、上述の実肢例は本発明の好適な実ａ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磁極を所定数形成
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２４１
ｉ、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、ａ極数＝２Ｐ　　　　　　　突
極数二ｋａ４６６９８　　　　　　　　１２等のいわゆる多極回転電機にも応用可能である．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、静かな発電機
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１３８．　７”±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ｔａの２倍、．即ち静止位置（Ｉ＋Ｉ
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・！４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
る減磁を受け難く、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２磁極３突極楕成のモータ
に適用した実燵例を示す概略横成図、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タ型
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電機子コ
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関係を電機子
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２−３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■、（Ｂ）は回転位置■を示す．

Claims

【特許請求の範囲】

（１）２ｎ（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した回転電機であって、上記マグネ
ットの１磁極当りの中心角を電気角で１３８．７゜±１
０゜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１３８．７゜としたことを特徴とする回転
電機。