JPS6348147A - 電機子鉄芯 - 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】 （１）発明の目的 ［産業上の利用分野］ 本発明は電機子鉄芯、特に永久磁石と、該永久磁石と空
隙を介して対向配設した電機子とを有する電動機の電機
子鉄芯に関するもので、コギングトルクの少ない制御用
電動機に利用されるものである。

［従来技術］ 第３図は従来より実施されている永久磁石と、該永久磁
石と空隙を介して対向配設した電機子とよりなる電動機
の構造を示す断面略図で、１は円環状の永久磁石、２−
１．２−２．２−３は電機子鉄芯の磁極、３−１．３−
２．３−３は夫々の磁極に巻装した巻線、４．−１．４
．−２．４−３は各磁極間の巻線装着用の溝である。第
３図の電動機は３個の巻線に通電制御装置（図示してい
ない）を介して順次通電することにより４極の永久磁石
を備えた回転子を一定方向に回転させて電動機として動
作させるものであるが、其の回転１−ルグは空隙の磁束
と電機子巻線の巻き数及び電機子巻線に流す電流の積に
より定まるもので本来回転子の位置に無関係に一定であ
ることが望ましいものである。依って同じ巻き数の電機
子巻線３個を略等間隔に配置し、常に２個の巻線にほぼ
同一の電流を流すように通電制御装置を構成し、発生ト
ルクが回転子の位置に関係無くほぼ一定の値となるよう
に構成しである。

［発明が解決しようとする問題点］ どころか第３図に示した従来技術の電動機の回転トルタ
は回転子の位置に関係無く一定では無くある程度の１−
ルクの不整を発生している。

電動機の発生Ｉ−ルクは電機子巻線に流れた電流による
Ｉ−ルクと、永久磁石と電機子鉄芯どの吸引力によるト
ルクとの合成が外部に出現するもので、電機子電流によ
るＩ・ルクは従来技術に於ても略−定となるように構成
しであるが、永久磁石と電機子鉄芯との吸引力によるト
ルク即ちコギングトルクについてはほとんど考慮は払わ
れていない。

第４図は第３図の電動機の電機子と永久磁石どの相関杏
示ず展開図で、（ａ）は永久磁石、（ｂ）は永久磁石の
起磁力、（ａ）は電機Ｙ・を夫々示している。１ギング
ｌ−ルクの発生原因は電機子鉄芯のグ周に設けた巻線装
着用の溝４−１へ・４−３が関係しているもので、もし
電機子鉄芯の表面に溝の無い平滑な鉄芯を考えると、永
久磁石と電機子鉄芯との間の空隙のパーミアンスは円周
全体に就いて−・定であるから、永久磁石の回転に依っ
ても空隙内の磁束量が変化せずコギングＩ・ルクが発生
しないが、鉄芯の表面１．−溝があるとこの溝の部分の
磁気抵抗は他の鉄芯のある部勺に比し大きくなりこの溝
の部分の空隙の磁束密度が低下して凹みを生じコギング
１−ルクを発生する。

コギングＩ・ルクは電動機の回転速度と回転子の位置の
制御性能を低下させる原因となるのでこれの低減が制御
用電動機の大きな課題となっている。

（２）発明の構成 ［問題点を解決するための手段］ 本発明は従来技術の問題であるコギングトルクの低減を
する為に、コギング１−ルクが電機子鉄芯の溝により発
生ずることを解明し、電機子鉄芯を改良しコギングトル
クの減少を図るものである。

空隙の磁気エネルギーに依って発生するＩ・ルクは一般
的に次式により表わすことができる。

Ｗｍ：電動機の空隙の磁気エネルギー Ｂ、、（ｆｌｌ）：空隙の磁束密度 ｇ：空隙の長さ ■、：鉄芯の実効長さ ｒ：空隙部の半径 μ。：真空の透磁率 ところが鉄芯には巻線を装着するための溝が設番づられ
でいるのでこの溝のある部分の空隙の磁束密度が低下し
て磁気エネルギーの凹みを生ずる。

溝による磁気エネルギーの変化は平滑電機子の定部分と
溝による変化分の差で次式で表わされる。

（ａ）の項は溝の無い平滑電機子の部分で０に無関係に
一定でコギングトルクは発生しない。

（ｂ）の項は固定子の溝により凹みを生ずる部分でＯに
より変化しコギングトルクを発生する。

（４）式の前提として ａ：溝部の磁気エネルギーの分布Ｂｆ！、”（（Ｊ）は
平滑電機子のＢｇｓ２（ｆ７９−比例し・て減少する。

ｂ：その割合ｋｊは溝の種類（Ｙ１］と深さ）シ、＝よ
って定まる定数である。

第５図は第３図に示した電動機の空隙の磁気エネルギー
を示す空隙の磁束密度Ｂｇの２乗である８ｇ２の回転角
Ｏについての分布曲線をを示すもので、この分布曲線を
下式のようにフーリエ展開し第３高調波までを示すと と表わすことができる。　各調波成分の曲線を展開して
示すと、（ａ）は永久磁石の磁極の周期の基本波成分の
ものを、（ｂ）は同じく第２高調波成分のものを、（ｃ
）は第３高調波成分のものを夫々示している。

次に等間隔に分布した溝により発生するコギングトルク
′ｒｃは次式で表わされる。

同一種類の溝ｊによる第ｉ次高調波Ｉ−ルクＴｃｊｉｌ
：Ｊ：Ｔｃｊｉ＝　Ｋｃ　ｉ　Ｐ　ＡｊΣ５ｉｎ２　ｉ
　Ｐθに□−−−−−（７）ｌ（＝１ ＬＪ Ｋｃ＝− θには円周をｎ等分して設けた溝の位置を示しｅｋ−０
＋□　　（ｋ＝１．２，１、。５）−（８）（９）式よ
り、第、ｊグループの溝による第３次高調波コギングト
ルクを零にする条件は（９）式のＴｃｊｉを角度Ｏに無
関係となるようシこすれば良い。

このためには（９）式のΣ中の各項が２π／ｎの位相で
分布すればロギングＩ−ルクのバク１ヘル和が零となり
コギング１−ルクを零とすることができる。

この条件は この関係を満足する永久磁石の極対数Ｐと溝数Ｓを計算
し、其の数値を次頁の第１表に示す。

第１表において　のアンダーラインを引いた溝数は基本
波と第２高調波ｌ・ルクを同時にキャンセルできる溝数
で、３相巻線が可能な溝数３ｎ（ｎ＝　１．２，３，…
・・・・）は全部この条件を満足している。

対数が４の電動機の磁気エネルギー５）布曲線第５図に
於て、（ａＬ　（ｂ）、（ｃ）の各曲線のなかでＳ−１
，ｓ−２，ｓ−３で示した曲線の凹みの部分は電機子鉄
芯の溝４−１．４−２．４−３に依って発生するもので
、この凹みは各調波の成分についても全て同じ位置に発
生している為に、基本波成分に於てはｓ−１，ｓ−２の
部分の凹みは（−）方向に発生し、ｓ−２の部分の凹み
は（＋）方向に発生し、かつ（＋）方向と（−）方向の
凹みの大きさがほぼ等しくなるのでキャンセルされる。

又第２高調波成分に於ても同様に（＋）方向の凹みと（
−）方向の凹みとがほぼ等しくキャンセルされている。

然し乍ら第３高調波成分の曲線に於ては（ｃ）図に示す
ように凹みは全て（＋）方向に発生しキャンセルされず
に残っておりこれが大きなコギングトルク発生の原因と
なっている。本発明は第］−表に示した基本波と第２高
調波成分のコギングトルクをキャンセル出来る永久磁石
の極対数Ｐと溝数Ｓとを備えかつ巻線を装着する主溝の
他に補助溝を適宜に設けて該補助溝による磁気エネルギ
・−曲線の凹みが主溝による凹みと逆の位相となる位置
に形成し、この逆位相の凹みにより総体的な磁気エネル
ギーの凹みをキャンセルするように構成してコギング１
〜ルクを減少させようとするものである。

［作　　用コ 本発明による電機子鉄芯の構成は巻線を装着する為の主
溝の他に適宜の大きさの補助溝を鉄芯の表面に設け、そ
の補助溝の部分でも磁気エネルギー曲線に凹みを発生さ
せ、この補助溝による曲線の凹みが主溝による凹みと逆
の位相となる位置に上記の補助溝を設けることにより主
溝による曲線の凹みと補助溝による凹みとをキャンセル
させることによりコギングトルクを減少せしめるもので
ある。

［発明の実施例］ 本発明は上記の補助溝を設ける位置を確定し主溝による
曲線の凹みと補助溝による曲線の凹みとをキャンセルし
ようとするもので、上溝と補助溝との位相差をα（機械
角）とすると、（９）より第ｊ−次高調波ト・ルクゴｃ
ｊ−は次式のようになる。

この場合も（１１）式が零となる条件を見出せばよく、
左側のｓｕｎの項は（９）式と同じ形であるから同じ結
果しか出ないのでＣｏｓの項が零となる条件を求めれば
良い。

ｃｏｓｉＰα＝ｏ　　　（ｉ＝１．２，３．−）　　−
−４４２）となるためには ３、Ｐａ＝−±ｍｘ　　　（ｍ＝ｏ、］、２．−）これ
より 即ち第５４次の高調波によるコギングトルクをキャンセ
ルするには補助溝を主溝に対しく１３）式で示したαの
位置に配設すれば良く、永久磁石の極対数Ｐに対応する
第３高調波によるコギングトルクをキャンセルできる位
相角αの数値を計算して第２表に示す。

すものであるから正負いづわの符号でも成立する。

第」図は本発明を実施した電機子鉄芯の一実施例を示す
もので、第２表の極対数４の場合の補助溝の位置を示し
ている。　（ａ）は鉄芯の磁極部分、（ｂ）は磁気エネ
ルギー曲線の第３高調波成分の波形を夫々示し、鉄芯の
磁極部２０−１．２０−２゜２０−３に夫々補助溝２１
，２２，２３．２４が設けられている。上記の補助溝２
１，２２，２３゜２４の夫々の配設位置は、主溝４−］
−に対し補助溝２１−と２４とは夫々±ｘ　／　１２の
位相の位置に、又補助溝２２と２３とは夫々主溝４−１
に刻し±π／４の位相の位置に配設されている。この補
助溝の効果を同上で説明すると、（ａ）図に示した電機
子鉄芯と空隙を介して配設された永久磁石とで構成され
た電動機の空隙内の磁気エネルギーの角度分布曲線の第
３高調波成分の波形を示した（ｂ）図に於て、上記磁極
に設Ｌ−また補助溝２１，２２．２３．２４と対応する
位置に曲線の凹みｐｘ　＋Ｐ２１　ｐｇ＋　］’４が（
−）方向に発生し、主溝４−］−と対応する位置に発生
した（＋）方向の凹みとがキャンセルして第３高調波成
分のコギングトルクを減少させ全体のコギングトルクを
大幅に減少させることができる。　補助溝の大きさは４
個の補助溝の合計で主溝１個に依って発生する磁気エネ
ルギーの凹みに相当する大きさに設ければ良い。

又、上記の補助溝に依って基本波と第２高調波の各曲線
にも凹みが発生するが、上溝の場合と同じ＜（＋）方向
の凹みと（−）方向の凹みとがキャンセルするので補助
溝によるコギングトルクは発生しない。又、第２図は１
個の磁極部に２個の補助溝を設けた他の実施例で、鉄芯
の磁極部３０−１゜３０−２．３０−３の表面に夫々補
助溝３１．３２が設けられている。補助溝３１．３２と
主溝４どの位相角は±π／Ｊ−２となるように配設され
、補助溝の大きさは上記の２個の補助溝でよ溝による曲
線の凹みをキャンセルできる大きさに設げれば良い。　
更にその他の実施例として２個の補助溝と主溝との位相
角を±π／４となるように配設しても同じ結果が得られ
る。

［発明の効果コ 本発明による電機子鉄芯は上記のような構成であるから
、電機子鉄芯に巻線を装着する３ｎ個（ｎ　＝１．２．
３・・・・・）の主溝を略等間隔に設けたものに於ては
、」１記主溝の間の磁極面に複数個の補助溝を、上記主
溝に対しα＝（π±２ｍπ）／２ｉＰの位相の位置に配
設することにより、空隙の磁気エネルギー分布曲線の第
３高調波成分上に生ずる主溝による凹みを、上記補助溝
によって発生する逆位相の凹みに依りキャンセルし、コ
ギングトルクを減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例で永久磁石の極数が４極の場合
の補助溝の配設位置を示し、第２図は他の実施例の補助
溝の配設位置を示し、第３図は従来技術による電動機の
構造図を示し、第４７図は第３図の電動機の展開図を示
し、第５図は第３図の電動機の空隙の磁気エネルギーの
分布を夫々示した曲線である。 符号の説明 １：永久磁石、　２−１．２−２．２−３．　：電機子
鉄芯の磁極、　３−１．３−２．３−３７電機子巻線、
　４−１．４−２．４−３　：巻線装着用の溝、　Ｓ−
１，Ｓ−２，Ｓ−３８磁気工ネルギー曲線の凹み、　２
０−１．２０−２．２０−３　：　：　４個の補助溝を
設けた電機子鉄芯の磁極、　３０−１．．３０−２．３
０−３　：　２個の補助溝を設けた電機子磁極、　２１
，２２，２３，２４，３１．３２　：補助溝＊　ＰｔＰ
２Ｐ３Ｐ４”補助溝による磁気エネルギー曲線の凹み。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　永久磁石と、該永久磁石と空隙を介して対向配設した
   電機子とを有する電動機で、上記電機子の鉄芯に、巻線
   を巻装する３ｎ個（ｎ＝１，２，３，…自然数）の主溝
   を備えるものに於て、上記対向する永久磁石の磁極ピッ
   チをπとしたときに、上記主溝の間の磁極面に複数個の
   補助溝を、上記主溝に対しα＝（π±２ｍπ）／２ｉＰ
   の位相となる位置に配設したことを特徴とする電機子鉄
   芯。 （但しｍ＝０，１，２……，ｉ＝高調波コギングトルク
   の次数、Ｐ＝永久磁石の極対数）