JPH1014190A - ブラシレスdcモータ - Google Patents
ブラシレスdcモータInfo
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- JPH1014190A JPH1014190A JP8204086A JP20408696A JPH1014190A JP H1014190 A JPH1014190 A JP H1014190A JP 8204086 A JP8204086 A JP 8204086A JP 20408696 A JP20408696 A JP 20408696A JP H1014190 A JPH1014190 A JP H1014190A
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- Brushless Motors (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
を介して対向配置させたロータ50よりなり、前記ステ
ータは複数のスロット1〜24を有するステータコア3
1に3相同心巻きの巻線を装着して構成し、前記ロータ
はロータコア51に等配状に永久磁石界磁52を装着し
て構成し、前記ステータ巻線に3相120゜通電を行う
ことによって前記ロータを回転させるブラシレスDCモ
ータにおいて、ロータ重量及び部品コストを削減し、ま
た界磁磁極のすべての領域がトルクに寄与する有効区間
となるようにする。 【構成】 通電によってステータ30の巻線によって生
じる合成起磁力の有効磁極のピッチ角をθ1、前記スロ
ットのスロットピッチ角をθ2としたとき、永久磁石界
磁52のステータ30と対向する回転軸心Oからの開角
をほぼθ1から(θ1−θ2)の範囲に設定する。
Description
駆動用モータ等に代表される永久磁石を装着したインナ
ーロータ型のブラシレスDCモータに関する。
な構成を図10に示す。この例はステータのスロット数
が24、モータの極数が4の場合を示している。ステー
タ30のステータコア31の内周部には多数のティース
37が存在するとともに、この各ティース間には1〜2
4のスロット番号にて示すスロットが設けてあり、この
スロットには絶縁物を介して図示しない巻線が装着され
ている。図11はこの巻線の構成を示すものであり、図
示するように、各スロットには1コイルずつ装着されて
おり、5スロットピッチで同心巻きされた巻線32によ
って各相の1つの極を形成するように配置されている。
図中実線33はU相巻線、一点鎖線34はV相巻線、破
線35はW相巻線をそれぞれ示し、またu,v,wはそ
れぞれU相,V相,W相の口出部であり、36はY結線
された中性点を示し、全体で3相4極のステータ巻線が
構成されている。
41とこのロータコアに等配状に装着された永久磁石4
2とで構成され、ステータコア31の内周部との間に所
定のエアギャップ38を介して対向するようにシャフト
43によって支持されて構成される。4片の永久磁石4
2は、フェライト磁石あるいは希土類磁石等が用いら
れ、1片の永久磁石が1極を形成するように着磁されて
界磁を形成するようになっている。
タにおいて、ステータ巻線32への通電は、ロータ40
の回転によって発生する各相の中性点36を基準とする
誘起電圧の波形の正負の各々において、ピークを中心と
する前後の電気角120゜区間を通電して有効なトルク
を得ている。この様子を図12に示す。図において破線
で示すu1,v1,w1はロータを回転させた時の誘起
電圧波形の例であり、一般的に正弦波状の波形である。
また実線で示すu2,v2,w2は通電電圧波形であ
り、VNは中性点電位を示している。モータを120゜
通電で運転する場合は、各相の誘起電圧波形の正負各々
についてピーク近傍を通電領域にする。即ち、誘起電圧
が大きいということは、その相の巻線に鎖交する磁束の
変化が大きいということであり、磁束の変化が大きい時
間領域で各相に電流を流せば効果的にトルクを発生させ
ることができることは周知の事実である。
区間S1とS2、負方向では区間S4とS5の各々電気
角120゜区間通電し、同様にV相においては正方向で
は区間S3とS4、負方向では区間S6とS1、W相に
おいては正方向では区間S5とS6、負方向では区間S
2とS3といったタイミングで通電を行う。即ち、絶え
ず3相巻線内の2相が通電されて、所定の極数の極を形
成しつつロータの回転角に呼応した回転磁極でもってロ
ータの回転を維持せしめている。
モータでは図10に示されるように、そのロータ40の
界磁磁極数はステータの極数と同数とされ、円周方向に
極数で等分割されたピッチで配されており、従ってその
ピッチの機械角MPは、磁極数をPとすると、Mp=3
60゜/Pとなり、図10の4極の界磁の場合Mp=9
0゜となっている。
する巻線は、図11の場合5スロットピッチで同心巻き
されているので巻線ピッチの機械角α1は75゜となっ
ている。図11の場合における磁極の起磁力分布は、例
えばU相からV相へ向けた通電がなされると図13に示
すようなものとなる。図13において(a)はU相巻線
による起磁力、(b)はV相巻線による起磁力、(c)
はそれらの合成起磁力をそれぞれ示している。この場
合、ステータ磁極は4極であってそのピッチはロータの
磁極ピッチと同じ電気角180゜(機械角90゜)であ
るが、その分布波形をみると実際に磁極として有効な領
域は電気角150゜(機械角75゜)のθ1の範囲とな
っている。即ち1極を形成しようとする合成起磁力のう
ち零領域を除く有効磁極θ1に相当するピッチ角分のみ
が有効磁束領域であり、実際にはこの巻線の跨り内に位
置するステータティースが磁束の流路となっている。
が75゜のステータと対向させて磁極ピッチが機械角9
0゜のロータを回転させると、ステータ巻線の1相当た
り図14(a)のように鎖交磁束が変化し、この相に生
じる誘起電圧は同図(b)のようになる。図14から明
らかなように、誘起電圧は、ステータの有効磁束領域に
等しい区間α2でピーク誘起電圧を発生する。ところが
このピーク誘起電圧の区間は電気角で150゜(機械角
75゜)区間あるのに対し、通電区間はピーク誘起電圧
区間の前後各々電気角60゜の合計120゜の区間のみ
である。従ってその差30゜区間は非有効区間である。
の大きさは、通電を開始してから必要なトルクを導出す
るに十分な電流を流すための時間がかかり、結果として
巻線への印加電圧に対する電流の位相遅れを生じさせて
力率を悪化させる。これは、通電を開始してからの電流
の立ち上がりにおいては、印加する電圧とその時点での
巻線の誘起電圧との差分の電圧がその巻線へ電流を流す
ための電圧であるので、誘起電圧が大きいということは
電流を上昇させるための差電圧が結果として小さくな
る。従って電流はゆっくりとした上昇となり、所望のト
ルクに必要な電流値に達する時間が長くなる結果、印加
電圧との位相が遅れるのである。
の内側にエアギャップを介して対向配置させたロータよ
りなり、前記ステータは複数のスロットを有するステー
タコアに3相同心巻きの巻線を装着して構成し、前記ロ
ータはロータコアに等配状に永久磁石界磁を装着して構
成し、前記ステータ巻線に3相120゜通電を行うこと
によって前記ロータを回転させるブラシレスDCモータ
において、前記通電によって前記ステータの巻線によっ
て生じる合成起磁力の有効磁極のピッチ角をθ1、前記
スロットのスロットピッチ角をθ2としたとき、前記永
久磁石界磁の前記ステータと対向する回転軸心からの開
角をほぼθ1から(θ1−θ2)の範囲に設定したもの
である。
磁束領域とほぼ一致し、これによりステータ巻線への鎖
交磁束の変化によって生じる誘起電圧のピーク区間がス
テータ巻線への通電区間と一致し、この結果界磁磁極の
すべての領域がトルクに寄与する有効区間となって無駄
が生じない。またピークの誘起電圧を発生する区間のわ
ずかに前位相で通電を開始することにより、その相の電
流ひいてはトルクが素早く立ち上がるようになる。
モータの平面断面図であり、図10に示したもの同様ス
テータのスロット数が24、モータの極数が4の場合を
示しており、図9と同一または相当部分には同一の符号
が付してある。また図1におけるステータ30の1〜2
4のスロットには、図11に示す巻線が装着されるた
め、毎相毎極の巻線ピッチの機械角α1は75゜であ
り、またスロット数が24であるためスロットピッチ
(=ティースピッチ)の機械角θ2は15゜となってい
る。また、ステータの巻線による起磁力分布は図13に
示すようになっているので、1極を形成しようとする合
成起磁力のうち零領域を除く有効磁極のピッチ角θ1は
α1と同じ機械角75゜(電気角150゜)となってい
る。一方、ロータ50の構成は、図2に示すようにロー
タコア51とこのロータコアに等配状に装着された永久
磁石52とで構成されるが、図10のものと異なり、永
久磁石52のステータ30の内周部と対向する回転軸心
Oからの開角θ3は、θ1と同じ75゜となっている。
成したモータにおいて、ステータ内でロータを回転させ
ると、ステータ巻線の1相当たり図3(a)のように鎖
交磁束が変化し、この相に生じる誘起電圧は同図(b)
のようになる。この場合図3から明らかなように、ピー
ク誘起電圧を発生する区間α3は電気角で120゜(機
械角60゜)となり、通電区間である電気角120゜と
一致し、この区間α3のすべてが有効区間となって無駄
が生じない。従って、ピークの誘起電圧を発生する区間
のわずかに前位相で通電することにより、誘起電圧は低
いので印加電圧との差電圧が大きくなり電流の立ち上が
りが早い。
磁52の開角θ3をステータ巻線32によって生じる合
成起磁力の有効磁極のピッチ角θ1とほぼ等しくなるよ
うに構成したが、θ3がθ1以下であっても、ある一定
の範囲であれば同様の効果が得られるものである。即
ち、ロータの界磁極が移動する場合の界磁磁束の様子
は、移動に比例してステータ巻線に鎖交する界磁磁束の
量が変化するのではなく、エアギャップ38の中で磁束
が偏向されるため、鎖交磁束のトータルはティースピッ
チ毎にほぼ階段状に変化する。従って図4に示すよう
に、(θ1−θ2)なる開角θ3を有する界磁極52−
aは、θ1の範囲の一方の端部に存在する状態52−b
からもう一方の端部に存在する状態52−cまで1スロ
ットピッチ(=ティースピッチ)分移動する間は磁束の
変化はさほど生じないことになる。逆に言えば、角度θ
2に相当する分界磁極が小さくてもよいことになる。以
上は界磁を永久磁石で説明したが、巻線界磁であっても
同様であることは自明である。
51内に永久磁石52を埋め込んだ構成となっている
が、これ以外に、ロータコアの外周部に永久磁石を取り
付けた構成のロータにおいても本発明は何等支障なく適
用可能である。さらに本発明においては、種々の永久磁
石が形状を問わず適用可能であり、この点について以下
若干説明する。
に設けた複数のV字形の収容孔に永久磁石62,63を
埋め込んだものであり、各永久磁石62,63のペアに
よって形成される各V字形のそれぞれが1極を形成する
ように着磁されて、全体で4極の界磁を形成している。
このようなロータ60の場合、各極のV字のステータと
対向する側の面の回転軸心Oからの開角を本発明で定義
するθ3とする。即ち、このθ3を前述のθ1から(θ
1−θ2)の範囲に設定すればよい。
けた4つのU字形の永久磁石72によって構成されてお
り、このような場合は、U字形の永久磁石72のステー
タ側円弧面の開角をθ3とし、これを本発明の角度範囲
に設定する。また図7に示すロータ80は、図6に示し
たU字形の永久磁石を各極において多重に配置したもの
であり、2重の永久磁石82,83のペアによって1極
を形成するように着磁されて、全体で4極の界磁を形成
している。このようなロータ80の場合、外側の永久磁
石83はスペースの都合上開角を大きくできないため、
内側に配置された永久磁石82のステータ側円弧面の開
角をθ3とし、これを本発明の角度範囲に設定する。図
7のロータ80における永久磁石82,83はU字形に
限定されるものではなくV字形であってもよく、また2
重ではなくさらに多重に構成してもよい。
石92によって構成された場合を示しており、このよう
な場合は、断面長方形の永久磁石92のステータ側直線
面の開角をθ3とし、これを本発明の角度範囲に設定す
る。尚、図中93は磁束短絡防止部であり、ロータコア
91に設けられた永久磁石92の収容孔に連なって設け
てあり、空間によって形成したりあるいは非磁性材料を
挿入して形成される。
C面取り等の面取り部分が存在するのが一般的である
が、このような場合における上記実施例に示す開角θ3
の範囲は概ね次のように定めるものとする。即ち、図8
に示すようにステータ側の面の端部にC面取り74,7
4を有する永久磁石73により構成されるU字の開角θ
3は、このC面取り74,74の最も極間部寄り端部と
回転軸心Oとを結ぶ線により形成される開角とする。こ
れは、このC面取りによって、C面取り部分とエアギャ
ップとの間の回転子鉄心部分の幅が大きくなるために、
この部分においては固定子コイルによる磁束が飽和する
ことなく回転子に流出入できる有効な区間になり得るか
らである。同じ理由から、C面取りやR面取り等を有す
るV字形の永久磁石における開角θ3についても同様で
ある。尚、以上の実施例では4極構造のモータに関して
説明したが、2極や6極等いかなる極数のものに対して
も本発明は有効に寄与し得ることは勿論である。
幅を120゜通電と同じ電気角度幅分確保しているの
で、同一能力を有する従来のモータと比べて界磁磁極幅
を小さくすることができる。従ってロータ重量を削減で
き、特に界磁磁極ピッチを小さくした分永久磁石を小さ
くすることができて部品コストの削減がなされる。
範囲としたので、ステータ巻線の120゜通電区間と一
致し、この結果界磁磁極のすべての領域がトルクに寄与
する有効区間となって無駄が生じない。またピーク誘起
電圧を発生する区間のわずかに前位相で通電を開始する
ことにより、その相の電流が素早く立ち上がり、印加電
圧に対する電流位相のずれが少なく、結果としてモータ
としての力率が改善される。また上記素早い電流の立ち
上がりは、トルクも素早く立ち上がることになり、モー
タとしてのトルクリプルが少なくなるといった効果を奏
する。
タ巻線への鎖交磁束の変化と図14に示した従来品にお
けるものとを比較すると明らかなように、その変化の様
子は本発明のものが滑らかな正弦波に近いものとなって
おり、従って磁束変化に起因する振動や音が発生しにく
いといった特長を備えている。
平面断面図。
りの鎖交磁束の変化と誘起電圧を示す波形図。
式図。
図。
断面図。
断面図。
断面図。
図。
面図。
線の展開模式図。
形図。
の起磁力分布図であり、(a)はU相巻線によるもの、
(b)はV相巻線によるもの、(c)はそれらの合成起
磁力を示す。
当たりの鎖交磁束の変化と誘起電圧を示す波形図。
2 永久磁石 43 シャフト
Claims (1)
- 【請求項1】 ステータとこの内側にエアギャップを介
して対向配置させたロータよりなり、前記ステータは複
数のスロットを有するステータコアに3相同心巻きの巻
線を装着して構成し、前記ロータはロータコアに等配状
に永久磁石界磁を装着して構成し、前記ステータ巻線に
3相120゜通電を行うことによって前記ロータを回転
させるブラシレスDCモータにおいて、前記通電によっ
て前記ステータの巻線によって生じる合成起磁力の有効
磁極のピッチ角をθ1、前記スロットのスロットピッチ
角をθ2としたとき、前記永久磁石界磁の前記ステータ
と対向する回転軸心からの開角をほぼθ1から(θ1−
θ2)の範囲に設定したことを特徴とするブラシレスD
Cモータ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20408696A JP3734889B2 (ja) | 1996-06-27 | 1996-06-27 | ブラシレスdcモータ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20408696A JP3734889B2 (ja) | 1996-06-27 | 1996-06-27 | ブラシレスdcモータ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1014190A true JPH1014190A (ja) | 1998-01-16 |
JP3734889B2 JP3734889B2 (ja) | 2006-01-11 |
Family
ID=16484562
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20408696A Expired - Lifetime JP3734889B2 (ja) | 1996-06-27 | 1996-06-27 | ブラシレスdcモータ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3734889B2 (ja) |
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-
1996
- 1996-06-27 JP JP20408696A patent/JP3734889B2/ja not_active Expired - Lifetime
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