JPH04304131A - モ−タ - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コア型で実質的に突極
を有するモ−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。

【０００２】

【従来の技術】図４（ａ），（ｂ）は従来のモ−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−ク２に固着され、回転軸３
を有している。４は突極４ａを有するア−マチュアで、
コイル５（１箇所のみ示し、他は省略）を備え、磁極１
とギャップｇをおいて対向配置されている。回転軸３は
図示していない支持部材によってア−マチュア４や界磁
部１とともに支持されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような従来のモ−
タで、トル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に
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
をなくすような技術ではなかった。また、本発明者らが
先に提出した前記級数において、ｎ＝（ｉ×ｊ）±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−ンを有するように界磁部１を構成する方
法がある。これは界磁部１が発生する磁束分布の１次基
本波と高次成分波とのカップリングによって発生するコ
ギングトルクを押えるためには非常に有効な方法である
が、界磁部１に意図的に発生させた高次磁束成分が大き
く、また、通電電流によって発生する永久磁石と突極４
ａ間とのギャップｇ中に発生する磁束分布中に前記と同
一の高次磁束成分がある場合は、通電時の駆動リップル
の原因となるという欠点があった。

【０００４】本発明は、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く、また、駆動トルク
にもほとんど影響を与えることがないモ−タを提供する
ことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係るモ−タは、
ｍ個の磁極を有する永久磁石からなる界磁部と、これに
相対する実質上磁気的に等価なｐ個の突極を有するモ−
タであり、前記磁極のＮ，Ｓ極一対をモ−タ回転角方向
に対して１周期Ｔとし、前記磁極において磁束発生領域
の幅方向距離ｈ（θ）を回転角θに対して次なる級数

【
０００６】

【数２】 で表した場合、ｎ＝（ｉ×ｊ）±｛（２×ｋ）＋１｝と
したとき、（ｊ＝１，２，３，…１０：ｋ＝１，２，…
５）のうち少なくともｊ，ｋの組合せにおける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−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、ｈ０はｈ０＝Ｈ（０＜θ＜π）、ｈ０＝−Ｈ
（π＜θ＜２π）、Ｈ：前記界磁部の異形の着磁あるい
は形状パタ−ンをつくる際の標準の幅方向距離であり、
上式でπ＜θ＜２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。なお、ａｎは余弦成分の係数である
。

【０００７】本発明でいう界磁部１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、本発明は、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覆い、
実質的に突極４ａ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
の幅を変化させる場合には、コアに相対する面から永久
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。

【０００８】通常の幅方向距離が一定の永久磁石はその
幅方向の距離をＨ０とすると、第　（１）式において、
ｈ０はｈ０＝Ｈ（０＜θ＜π）、ｈ０＝−Ｈ（π＜θ＜
２π）であり、係数ａｎ，ｂｎは全てゼロと解釈する。

【０００９】また、図２（ｃ），（ｅ）に示すように、
Ｈの値はこのＨ０に必ずしも同一の値である必要はない
。つまり、本発明において、異形の永久磁石や着磁のパ
タ−ンを決定するための基準となる永久磁石の幅はＨ０
と異なった値をとってもよい。さらに、永久磁石の加工
を容易にするために、図２（ｆ）に示すように、矩形的
な形状にしてもよく、この場合は矩形で示すモ−ドとさ
らにそれより大きな高次モ−ドを入れたものと解釈する
ことができるが、矩形で示すモ−ドが最も大きな値で入
り、それ以上の高次モ−ドはコギングトルクに影響を与
えないものが多いため実質的な効果としては同一となる
。

【００１０】

【作用】本発明においては、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−ンにしたので、コギングトルクが極め
て小さくなり、また、駆動トルクリップルへの影響も小
さい。

【００１１】

【実施例】本発明の基本原理については、本発明者らが
先に提出した特願平１−１８７５２１〜１８７５２４号
の中で詳しく説明した。

【００１２】これらの説明では、界磁部１の磁束分布の
うち、基本波にｎ次モ−ドの高調波磁束成分が含まれる
場合、ｎ次モ−ド単独のコギングトルクが発生するので
はなく、（ｎ±１）／２次なる単独波によるのと同じコ
ギングトルクが発生し、基本モ−ドと高調波との関係は
非線形的であることを示した。

【００１３】これは、例えばモ−タの半径に対して永久
磁石の厚みが比較的厚く、永久磁石が有する磁束分布が
１次基本モ−ドが大部分の場合はこれで問題はないが、
永久磁石の厚みが薄いような場合、永久磁石が発生する
磁束分布は図４（ｂ）に示すように、１次基本モ−ドの
他に３，５，７，９次高調波モ−ドをかなり含む。なお
、図４（ｂ）において磁石の磁束分布（実線）と１，３
次モ−ドのみを示してある。

【００１４】この場合には、これらの高調波とさらに高
次モ−ドとのカップリングによるコギングトルクが無視
できず、本発明においては、これらのモ−ドとカップリ
ングを起こす高次モ−ド成分を磁極に付加，制御するこ
とによってコギングトルクを減少させるものである。

【００１５】前述した図４（ａ）はＡＣサ−ボモ−タに
良く利用される分散巻き線を有する２極の永久磁石、１
８個の突極４ａを有する従来のモ−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図
３（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。

【００１６】上記モ−タに本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＝１８　　ｐ／ｑ ｊ＝１　　（ｊ＝１，２，３，…１０のうち１をとる）
ｋ＝１　　（ｋ＝１，２，…５のうち１をとる）このモ
−タで、コギングトルクが周期２０度をもつ単独の磁束
モ−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の値としては最低の１をとればよい。 また、ｋの値としては、３，５次等の高次モ−ドの割合
から判断すればよいが、このモ−タの場合は３次モ−ド
が大きいため、ｋ＝１とした。したがって、ｎ＝（ｉ×
ｊ）±｛（２×ｋ）＋１｝＝（１８×１）±（２×１）
＋１｝＝１５ または２１最終的にｈ（θ）は ｈ（θ）＝ｈ０＋ｂ１５ｓｉｎ（１５θ）＋ｂ２１ｓｉ
ｎ（２１θ） となる。ｂ１５，ｂ２１を何％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。

【００１７】なお、図２（ａ）〜（ｆ）は本発明による
高次の磁束モ−ド入力の方式に関する模式図である。こ
の方式に従って、図３（ｂ）は、永久磁石の幅方向距離
に対し１５次，２１次のモ−ドをそれぞれ＋２２％入れ
た場合のコギングトルク特性を示したものである。１５
次のモ−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、２１次のモ−ドを入れたも
のは逆に大きくなっている。これは、１５次と２１次の
モ−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−タの場合、図３（ｃ）に示すよう
に１５次のモ−ドを＋１７％入れた場合にコギングトル
クが極めて小さい値となり、現れたのは１０度周期の非
常に小さい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、３３，３９次（ｊ＝２，ｋ＝
１）モ−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。１５次モ−ドの磁束分布を加
えた場合の実施例の永久磁石の形状を図１（ａ）に示し
た。

【００１８】このように、発生しているコギングトルク
のモ−ドに対応する磁束分布の高次モ−ドを磁石形状や
着磁領域の幅に反映させる（つまり、ｊ，ｋ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。加えるべきｎ次高次モ−ド
を正確に把握するためには、逆起電力の周波数解析を行
い、混入している磁束分布のモ−ドを調べればよい。

【００１９】なお、コギングトルクにおいて複数のモ−
ドを含むときは、磁束分布もそれに応じて複数のモ−ド
を界磁部１に加えれば良く、この場合、磁束分布の高次
モ−ドの入れ方としては、例えば図１（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良いし、ま
た、片側のみに合成波の形状を加えても良い。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ｍ個の
磁極を有する永久磁石からなる界磁部と、これに相対す
る偶数からなるｐ個の突極をもつモ−タにおいて、前記
磁極のＮ，Ｓ極一対をモ−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各磁極毎にｎ＝（ｉ×ｊ）±｛（２×ｋ
）＋１｝としたとき、（ｊ＝１，２，３，…１０：ｋ＝
１，２，…５）において、係数ｂｎのいずれかがゼロで
はない値をもつ着磁パタ−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−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】

【図１】本発明の実施例を示す界磁部の斜視図である。

【図２】本発明における高次の磁束モ−ド入力の方式を
説明するための界磁部を展開して示した模式図である。

【図３】本発明によりコギングトルクが減少したことを
説明するための特性図である。

【図４】従来のモ−タを示す断面略図および磁束分布図
である。

【符号の説明】

１　　　　界磁部 ２　　　　磁気ヨ−ク ３　　　　回転軸 ４　　　　ア−マチュア ４ａ　　突極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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ｐ個の突極をもつモ−タにおいて
   、前記磁極のＮ，Ｓ極一対をモ−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１】 で表した場合、ｎ＝（ｉ×ｊ）±｛（２×ｋ）＋１｝と
   したとき、（ｊ＝１，２，３，…１０：ｋ＝１，２，…
   ５）のうち少なくともｊ，ｋの組合せにおける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−ンを有する界磁部からなることを特徴とするモ−
   タ。ただし、ｈ０はｈ０＝Ｈ（０＜θ＜π）、ｈ０＝−
   Ｈ（π＜θ＜２π）、Ｈ：前記界磁部の異形の着磁ある
   いは形状パタ−ンをつくる際の標準の幅方向距離であり
   、上式でπ＜θ＜２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、ａｎ　は余弦成分の係数である。