JPH04207946A

JPH04207946A - モータ

Info

Publication number: JPH04207946A
Application number: JP2330315A
Authority: JP
Inventors: Yoji Arita; 陽二有田
Original assignee: Mitsubishi Kasei Corp
Current assignee: Mitsubishi Kasei Corp
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1992-07-29

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］この発明は、コア型で実質的に偶数個の突極な有するモ
ータにおいて、そのコギングトルクを局限まで減少させ
たものである。

［従来の技術］第４図（ａ）、（ｂ）は従来のモータの一例を示す断面
略図と永久磁石表面の磁束分布図である。この図で、１
はリング状の永久磁石からなる界磁部で、Ｎ極とＳ極を
有し、磁気ヨーク２に固着され回転軸３を備えている。

４は突極４ａを有するアーマチュアで、コイル５を備え
（１個所のみ表示し、他は省略しである）、界磁部１と
ギャツブｇをおいて対抗配置されている。回転軸３は、
図示していない支持部材によってアーマチュア４や界磁
部１とともに支持されている。

［発明が解決しようとする課題］このような従来のモータで、トリクリップルの大きな問
題となるコギングトルクを減少させるために、界磁部１
の磁束分布を正弦波的になるようにしたり、着磁角度を
制御したり（特開昭６１−２５４０４５号公報参照）す
る方法が考えられてきたが、いずれも完全にコギングト
ルクをな（するような技術ではなかった。

この発明は、このような問題を解決するためになされた
もので、突極数と永久磁石の極数に対応して、前記永久
磁石において、磁束発生領域の幅方向距離を級数で表し
た場合、ある特定の係数を含む形状にすることによりコ
ギングトルクがほとんどないモータ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１この発明にがかるモータは、ｍ個の磁極を有する永久磁
石と、これに相対する実質上磁気的に等価な偶数からな
るｐ個の突極を有するモータであり、前記磁極のＮ、Ｓ
極１対をモータ回転角方向に対して１周期丁とし、前記
磁極において磁束発生傾城の幅方向路１ｆｆｌｈ（θ）
を回転角θに対して、下記級数ｈ（θ　）＝ｈｏ十　Σ　ａｎｃＯ３（２７Ｉ　ｎ　　
θ／Ｔ＋ｎ＝１十　Σ　ｂｎｓｉｎ　（２πｎ　　θ／Ｔ）ｎ・１　　
　　　　　　　　　・・・・・・　（１）で表した場合
、ｎ＝　（ｉＸｊ）±１としたとき、ｊ＝１．２，３．
・・・・・・、１０のうち少なくとも１つ以上の値にお
いてゼロではない係数ｂｎが存在する磁束発生パターン
を有する界磁部からなるようにしたものである。

ただし、ｈｏはり。＝Ｈ（０＜θ〈π）、ｈ。

＝−Ｈ（πくθ〈２π）、Ｈ：前記界磁部の標準の幅方
向距離であり、上式でπくθく２πにおいて符号が負に
なるのは極性の変化とし、幅方向の距離はその絶対値と
みなす。また、ｉはｑをｍ／２とｐの最大公約数どした
とき、ｐ／ｑで表される整数である。

この発明でいう界磁部とは、着磁を施された永久磁石の
部分を意味し、永久磁石そのものの幅を第（１）式にし
たがって変えたものや、一定幅の永久磁石に着磁領域を
第　（１）式にしたがって変化させたものである。また
、この発明は、着磁領域の幅方向距離を変えるかわりに
、磁極表面の一部を薄い軟磁性体でおおい、実質的に突
極と相対する磁極の幅方向距離が第　（１）式で表され
るようにしてもよいし、また、永久磁石の幅を変化され
る場合には、コアに相対する面から磁石の厚み方向に対
し、厚み方向の全領域ではなく、部分的な加工を施して
もよい。通常の幅方向距離が一定の永久磁石は、その幅
方向距離をＨ８とすると、第　（１）式において、ｈｏ
はり。＝Ｈ０（０＜θくπ）、ｈａ　＝−Ｈａ　　（π
＜θく２π）で、係数ａｎ、ｂｎは全てゼロと解釈する
。なお、ａｎは余弦成分の係数である。

また、第２図（ｃ）、（ｅ）に示すように、特許請求の
範囲におけるＨの値は、このＨ８に必ずしも同一の値で
ある必要はない。つまり、この発明に異形の永久磁石や
着磁のパターンンを決定するための基準となる永久磁石
の幅はＨ６と異なった値を取ってもよい。さらに、永久
磁石の加工を容易にするために、第２図（ｆ）に示すよ
うに矩形的な形状としてもよく、この場合は１７次モー
ドを更にそれより大きな高次モードを入れたものと解釈
できるものの、１７次モードが最も大きな値で入ってい
るため、それ以上の高次モードはコギングに対して大き
な影響を与えないことが多く、実質的な効果としては、
はぼ同一となる。

［作用１この発明においては、界磁部である永久磁石の磁束発生
部分の幅方向距離を高調波を含む特殊形状、または、特
殊な着磁パターンにしたので、コギングトルクが極めて
小さくなる。

ｒ実施例］この発明の基本原理にっては本発明者らが先に提案した
特願平１−１８７５２１〜１８７５’２４の中で詳しく
説明した。

これらの説明では界磁部１の磁束分布の内、基本波にｎ
次モードの高調波磁束成分が含まれる場合、０次モード
単独のコギングトルクが発生するのではなく、（ｎ±１
）／２単独波によるのと同じコギングトルクが発生し、
基本モードと高調波との関係は非線形的であることを示
した。

これは第４図（ｂ）に示すように、通常のモータにおけ
る永久磁石が持っている磁束分布が１次基本モードが大
部分であることによる。そして、第　（１）式において
、ｊ＝２．４．・・・・・・、２０の高次モードを有す
る磁束高調波を界磁部１に加えることによってコギング
トルクが極小になることを示した。通常、集中巻き線を
有するモータでは、第　（１）式におけるｉが奇数の場
合、ｉＸｊ±１が奇数であるためにはｊが偶数のみで十
分であった。ｊが奇数の場合にはｉｘｊ±１は偶数とな
る。つまり、Ｎ、Ｓ極の面積や磁束量が多極で同じであ
れば偶数モードの高次磁束モードは界磁部１においても
ともとほとんど含まれず、また、意図的に含ませた場合
でも、駆動トルクパターンに悪影響をおよぼすことから
第　（１）式におけるｊの値として、偶数は必要ではな
かった。

しかし、例えばＡＣサーボモータ等のような分散巻き線
を有するモータではコギングトルクの次数を大きくし、
コギングトルクを小さくする目的で突極の数が非常に多
く、また、その数は偶数であっても差し支えない場合が
存在する。このようなモータにおいては、第　（１）式
のｊの値は偶数であってもｉｘｊ±１は必ず奇数になる
ため、この場合においてはｊが整数でありさえすればよ
い。

先に述べた第４図（ａ）はＡＣサーボモータによく利用
される分散巻き線を有する２極の永久磁石からなる界磁
部１，１８個の突極４ａを有するアーマチュア４を備え
た従来のモータを示したものである。通常の永久磁石を
用いた場合のコギングトルクを第３図（ａ）に示した。

この場合のコギングトルクの周期は２０度のものが最も
大きい。

上記モータにこの発明を適用する場合、ｍ＝２　　　　
磁極数ｐ：１８　　突極数ｑ　＝　１　　　　ｍ　／　２とｐの最大公約数ｉ：１
ｓ　　　ｐ／ｑｊ＝１　　　　　（ｊ＝１．２，３．・・・・・・、１
０のうち１をとる。）このモータで、コギングトルクが周期２０度をもつ単独
の磁束モードは９次であるため、このコギングトルクを
減少させるためには、ｊの値としては基本モードの１を
とればよい。したがって、ｎ＝　（ｉＸｊ）±１＝　（１８Ｘ１）±１＝１７ｏｒ１９最終的にｈ（θ）はｈ（θ）　＝ｈｏ　＋ｂ＋７ｓｘｎ　　（１７θ）＋ｂ
ｚｅ　　ｓｉｎ　　（１９θ）となる。

ｋ）＋２，１）Ｉｇをり。に対して何％にするかはコギ
ングトルクが最小になるようコギングトルクの特性から
決めればよい。なお、第２図（ａ）〜（ｆ）はこの発明
による高次の磁束モード入力の方式に関する模式図であ
る。

第２図（ａ）は１７次モードの磁束モード、第２図（ｂ
）は修正を加える前の界磁部１の形状を示し、第２図（
Ｃ）は第２図（ｂ）に第２図（ｃ）の磁束パターンを重
ねた状態で、斜線を施した部分が磁束パターンである。

第２図（ｄ）は磁束パターンの形状に合わせた界磁部１
の形状を示す。第２図（ｅ）はり。＞Ｈｏの場合の界磁
部１の形状を示し、第２図（ｆ）は矩形的な形状の界磁
部１の形状を示す。

この方式に従って、第３図（ｂ）は、永久磁石の幅方向
距離に対し１７次、１９次のモードをそれぞれ＋１０％
入れた場合のコギングトルク特性を示したものである。

１７次のモードを入れたものは位相が逆転し、コギング
トルクが大幅に減少しているが、１９次のモードを入れ
たものは逆に大きくなっている。これは、１７次と１９
次のモードがそれぞれ逆の位相のコギングトルクを発生
するためである。

このモータの場合、第３図（Ｃ）に示すように１７次の
モードを＋７％入れた場合にコギングトルクが極めて小
さい値となり、規れたのは１０度周期の非常に小さなコ
ギングトルクであった。このコギングトルクをさらに消
すためには３５゜３７次（ｊ＝２）モードを適当に界磁
部１に追加すればよいが、通常はこれだけで十分である
。１７次モードの磁束分布を加えた場合の永久磁石の形
状を第１図（ａ）に示した。

このように、発生しているコギングトルクのモードに対
応する磁束分布の高次モードを磁石形状や着磁領域の幅
に反映させる（つまり、ｊの値を適当に選択する）こと
により、コギングトルクを実質上無視しえる程度まで減
少できる。

また、コギングトルクにおいて複数のモードを含むとき
は、磁束分布もそれに応じて複数のモードを界磁部１に
加えればよい。この場合、磁束分布の高次モードの入れ
方としては、例えば、第１図（ｂ）に示すように永久磁
石の両側にそれぞれ独立に加えてもよいし、また、第１
図（ａ）のように片側のみに合成波の形状を加えてもよ
い。

［発明の効果］以上詳細に説明したように、この発明は、ｍ個の磁極を
有する永久磁石からなる界磁部と、こねに相対する偶数
からなるｐ個の突極をもつモータにおいて、前記磁極の
Ｎ、Ｓ極１対をモータ回転角方向に対して１周期Ｔとし
、前記磁極における磁束発生領域の幅方向距離ｈ（θ）
を回転角θに対して第　（１）式からなる級数で表した
場合、Ｎ。

Ｓ各磁極対毎にｎ＝　（ｉＸｊ）±（ｊ＝Ｌ　３゜・・
・・・・、９）において、係数ｂｎのいずれかがゼロで
はない値をもつ＠磁パターンあるいは磁石形状にしたの
で、コギングトルクが極めて小さい高品質のモータにす
ることができる利点があり、工業的意義の大きいもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）はこの発明の一実施例をそれぞれ
示す界磁部の永久磁石の斜視図、第２図（ａ）〜（ｆ）
はこの発明による高次の磁束モード入力を説明する模式
図、第３図（ａ）〜（ｃ）は高次モードとコギングトル
クとの関係を説明するための図、第４図（ａ）、（ｂ）
は従来のモータの断面略図とその表面の磁束密度分布図
である。図中、１は界磁部、２は磁気ヨーク、３は回転軸、４は
アーマチュア、４ａは突極、５はコイルである。Ｌ　Ｆ”、−− 第１図１界磁部第２図第２図第４図

Claims

【特許請求の範囲】ｍ個の磁極を有する永久磁石からなる界磁部と、これに
相対する偶数からなるｐ個の突極をもつモータにおいて
、前記磁極のＮ，Ｓ極１対をモータ回転角方向に対して
１周期Ｔとし、前記磁極における磁束発生領域の幅方向
距離ｈ（θ）を回転角θに対して下記級数 ▲数式、化学式、表等があります▼ で表した場合、ｎ＝（ｉ×ｊ）±１としたとき、ｊ＝１
，３，５，・・・・・・，９のうち少なくとも１つ以上
の値においてゼロではない係数ｂｎが存在する磁束発生
パターンを有する界磁部からなることを特徴とするモー
タ。ただし、ｈ＿ｏはｈ＿ｏ＝Ｈ（０＜θ＜π）、ｈ＿ｏ＝
−Ｈ（π＜θ＜２π）、Ｈ：前記界磁部の異形の着磁あ
るいは形状のパターンを作る際の標準の幅方向距離であ
り、上式でπ＜θ＜２πにおいて符号が負になるのは極
性の変化とし、幅方向の距離はその絶対値とみなす。ま
た、ｉはｑをｍ／２とｐの最大公約数としたとき、ｐ／
ｑで表される整数である。