JP2019198224A - 永久磁石を備えた同期モータ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータの幾何形状はロータの位置フィードバックとして役に立つ磁気センサを形成することを可能にし、且つ外側のセンサ装置を排除してモータの全長を減少する同期モータを提供する。【解決手段】巻き線（Ｕ，Ｖ，Ｗ）が設けられた円筒形ステータの内側に配置された永久磁石３を備えている円筒形ロータ４を具備した同期モータであり、ロータ４には巻き線に面した突起４１が設けられていることを特徴としている。【選択図】図１

Description

本発明は、巻き線が設けられた円筒形ステータの内側に配置された永久磁石を備えている円筒形ロータを具備した同期モータに関する。

そのようなモータの、ステータに関するータの位置は、通常はモータの電気的位相のインダクタンスの変化を確認する外側のセンサによって制御されている。

欧州特許第９９１０２１２号明細書

本発明は同期モータを提案しており、そのモータでは、ロータの幾何形状はロータの位置フィードバックとして役に立つ磁気センサを形成することを可能にし、且つ外側のセンサ装置を排除してモータの全長を減少することを可能にしている。

本発明による同期モータは、請求項１の特徴部によって特徴付けられている。

本発明は特徴的なロータ形状を形成することを可能にしており、この形状は通常のセンサ制御ユニット無しにロータの位置を与えている。

まったくスロットの無いステータを備えることで、モータのリラクタンスはロータが有する形状に依存することは明らかである。

ステータにスロットが設けられた場合、スロット入口の寸法が最小化されてリラクタンス変化が減少されることが重要である。

磁石が円筒形ロータの側面全体にわたって配置された場合、レアアース磁石の比透磁率は空気に近接するので、リラクタンス変化が発生しない。このことはコギングトルク（cogging torque；特許文献１において詳細に説明されている。）においてだけでなく、一定を維持する各々の位相の巻き線のインダクタンス値にも影響を与える。センサを備えていないいくつかの制御器は、モータの移送において電流を発するための電子駆動部への信号として、モータのインダクタンス値の数値変化を基にしている。このことは、スロットを備えたモータにおいては極めて一般的であるが、スロットを備えていないモータにおいては明確ではない。

本発明および他のクレームされた特徴は添付図に関係付けられて詳細に記載されている。

軸方向に延在した突起を備えたロータの斜視図を示している。 異なった電気的位相に各々が対応した３つのコイルを備えた、図１のロータを示した図である。 径方向に延在した突起が存在するロータが設けられたモータの側面を示した図である。 径方向に延在した突起が存在する別のロータが設けられたモータの側面を示した図である。 スロットを備えたステータの側面を示した図である。

図１において、永久磁石３は円筒のロータ４の側面全体にわたって配置されている。ロータにはその側面の両端部において軸方向に延在した突起４１が設けられている。突起４１は、コイルの巻きが納まる（図２）位置の正面の領域に配置されている。コイルは、コイル近傍のロータ４の鋼または鉄の有無に対して敏感であり、ロータが回転したときのインダクタンス値の変化に敏感である。ロータの極の組と同数の突起４１を備えることが必要であり、もちろん、突起はロータの中心に関して対称に配置されていなければならない。その一方で、突起の影響は他に対して一側から補正される。これらの突起は、代替的な形状、三角形、正弦曲線でなければならない。突起は、ロータの１つの位相、例えばＵ（図２）の位置において、インダクタンスの最大値を備え、別の位相、例えば位相Ｗにおいてインダクタンスの最小値を備え、２番目に、例えば位相Ｖにおいて、インダクタンスの中間値を備えるようにデザインされている。

電子部品の敏感さに依存して、ロータの突起の寸法は変化してもよい。突起はロータの材料とは異なった材料から形成されて、ロータの接着またはネジによって固定されることも可能である。その材料は例えばμメタルのような高透磁率の材料であってもよい。

突起は、モータの制御が通常の外部センサを必要としないために、モータの長さを減少させることが可能である。

磁石が、表面の代わりにロータの径方向内側に配置された場合、突起のうねりがロータの側面の活性部において形成されなければならず、その様子は図３に示されている。

ロータ４に配置されたステータ１、巻き線２、永久磁石３が図２において模式的に図示されている。ロータ４の側面には、その面の活性部において軸方向に延在するうねった突起群４２が設けられている。側面の活動部は、巻き線２に面した面を意味している。ロータの位置に依存して、すでに説明したように、インダクタンス値は各々の電気的位相に関して変化する。

図４において、ロータ４内部における永久磁石３の別の配列が図示されている。うねった突起群４２もロータ４の側面の活性部において軸方向に延在している。

図５において、ステータにスロットが設けられていた場合、スロットの入口幅Ｅを最小化することがモータリラクタンス（motor reluctance）においてエアギャップへの影響を最小化できることが重要である。

我々は、スロットの入口に依存した単一または複数のエアギャップの影響を限定し、リラクタンス値が５％よりも大きく変動しないようにすることを提案している。インダクタンスの標準測定は正確に５％の変動を特徴付ける。５％以下のインダクタンスの変動は、ロータの突起の有無として解釈されないだろう。

図５において、連続した２つのスロットのスロット内部または歯Ｔの周りに巻かれた第１コイルＣが図示されている。このコイルのピッチはＰであり、入口幅はＥである。別の実施例が同じ図５において示されているが、同じロータに関してではない。我々は、連続していない２つのスロット内部にまかれたコイルＣ１を有している。コイルＣ１のピッチはＰ１であり、スロット幅は上述の通りＥである。それらはコイルＣ１内の４つのスロットである。

スロット入口においてエアギャップまたは磁性材料の欠乏を最小化するために、以下の式に従っている。
（ｎ＋１）Ｅ≦０．０５Ｐ
ここで、Ｐはコイルが巻かれた２つのスロット間のピッチであり、Ｅはスロットの入口幅であり、ｎはコイル内に配置されたスロットの数である。

第１実施例において、コイルＣに関してはｎ＝０、Ｅ≦０．０５Ｐである。第２実施例において、コイルＣ１に関しては、ｎ＝４であり、関係は４Ｅ≦０．０５Ｐ１である。すべての形態において、巻き線に面したロータ材料のバリエーションは、各々の電気的位相のために５％よりも大きいインダクタンス値の変化を可能にしており、特別なセンサ装置を使用することなくロータ位置を検出することを可能にしている。

１ ・・・ステータ、 ２ ・・・巻き線、 ３ ・・・永久磁石、 ４ ・・・ロータ、 ４１ ・・・突起、 ４２ ・・・うねった突起群

Claims (4)

1. 円筒状のロータ本体（４）を具備する円筒状のロータを備えている同期モータであって、
   前記ロータ本体（４）が、透磁性材料から作られており、且つ、シリンドリカルなシャフトに取り付けられており、
   前記ロータ本体（４）が、永久磁石（３）の組を備えており、
   前記ロータ本体（４）が、管状の巻き線（Ｕ，Ｖ，Ｗ）を具備する管状のステータ（１）の内側に配置されており、
   前記永久磁石（３）が、前記ロータ本体（４）の周方向面に配置されており、
   前記ロータ本体（４）の２つの軸方向端部が、軸方向に延在している突起（４１）を備えており、
   前記ロータ本体（４）が、前記巻き線（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の穴の内側に、前記突起（４１）を含む前記ロータ本体（４）の長さ全体に亘って配置されており、これにより、前記巻き線（Ｕ，Ｖ，Ｗ）のコイルが、前記ロータの材料が前記コイルに近接して存在するか否かに対して敏感であると共に、前記ロータ本体（４）が回転する時のインダクタンス値の変化に敏感であり、
   前記ステータ（１）が、スロットレスステータとされ、
   前記ロータ本体（４）の前記軸方向端部それぞれの前記突起（４１）の数量が、前記永久磁石（３）の組の数量と等しく、
   前記ロータ本体（４）の前記軸方向端部それぞれの前記突起（４１）が、前記ロータ本体（４）の回転軸線に関して対称に配置されており、
   前記突起（４１）を具備する前記ロータ本体（４）の前記軸方向端部が、前記ロータ本体（４）の回転軸線に対して垂直な平面に関して対称とされることを特徴とする同期モータ。
2. 前記突起（４１）が、前記ロータ本体（４）の材料とは異なる材料から作られており、
   前記突起（４１）が、前記ロータ本体（４）に接着されていることを特徴とする請求項１に記載の同期モータ。
3. 前記突起（４１）が、前記ロータ本体（４）の材料とは異なる材料から作られており、
   前記突起（４１）が、前記ロータ本体（４）に接着されており、
   前記突起（４１）の前記材料が、前記ロータ本体（４）の透磁率より高い透磁率を有していることを特徴とする請求項１に記載の同期モータ。
4. 前記ロータ本体（４）の透磁率より高い透磁率を有している前記突起（４１）の前記材料が、μメタルとされることを特徴とする請求項３に記載の同期モータ。