JPH01122352A - 同期式交流サーボモータ - 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】 光班辺旦旬 ［産業上の利用分野コ 本発明は回転子の軸周面に永久磁石を取り付けた同期式
交流サーボモータに関する。

［従来の技術］ 一般に、同期式交流サーボモータでは、固定子のスロウ
トに巻かれた電機子巻線に正弦波の制御電流を供給し、
かつ回転子の回転によって電機子巻線に誘起される電圧
が正弦波電圧となるよう構成すれば、回転子のトルクが
一定となって良好な回転が得られることが知られている
。このため、従来より、回転子の永久磁石と固定子ティ
ースとの間のエアギャップにおける磁束分布が回転子の
軸周に沿って正弦波分布となるように、さまざまの工夫
が施された同期式交流サーボモータが提案されている。

これらの中には、たとえは、第９図に示すように、回転
子ａの軸を中心とした同心円に沿って均一な厚みを有す
る扇形の永久磁石Ｃを極対に４極形成したものがある。

この永久磁石Ｃは扇形の中央部を飽和磁化まで着磁し、
中央部から外側に向かって徐々に磁化の度合を弱めて着
磁し、エアギャップｄにおける磁束分布が正弦波分布と
なるよう考慮されている。また、第１０図に示すように
、回転子ｆの永久磁石りの周方向端部の厚みが中央部よ
り薄＜（Ｒ＞ｒ）形成されたものもある。この場合、永
久磁石りは総ての部分で飽和磁化まで着磁されているが
、中央部が周方向端部より厚くなっており、更にエアギ
ャップｉは中央部で狭く周方向端部はと広くなっている
ので第９図の場合と同じようにエアギャップｉでの磁束
分布は正弦波分布となる。

［発明が解決しようとする問題点コ しかしながら、以下に掲げる点において、猶−層の改善
が要望された。サーボモータの永久磁石として、最近、
希土類磁石（たとえばＳ　ｍ　Ｃｏ系永久磁石）がその
磁気的特性の点から多く利用され始めているが、希土類
磁石は資源に乏しくしかも高価であるためにその節減は
極めて大切である。

第９図に示す永久磁石Ｃの場合、扇形の永久磁石Ｃの中
央部では飽和磁化まで着磁されているが、その外側に向
かうにつれて着磁率を１００［％コル数［％］まで低下
させているので有効利用率がと低くなってしまう。した
がって、材料を節減することはできない。また、第１０
図に示す永久磁石りの場合、厚みの厚い中央部から比較
的厚みの薄い端部までの総ての部分に亘って飽和磁化ま
で着磁されているので有効利用率は極めて良いが、端部
ではエアギャップｌが広いこともあり端部を薄く成形し
過ぎるとパーミアンス係数が下がり端部は減磁してしま
う。したがって、端部をあまり薄く成形することはでき
ず、全体として厚めに成形され、結果的に有効利用率は
低下し、材料の節減に対して有効でなくなってしまう。

そこで、本発明の同期式交流サーボモータは電機子巻線
に誘起される電圧を正弦波形としつつ、永久磁石の有効
利用率を高め材料の節減を図ることを目的とする。

九脈ｑ講戒 ［問題点を解決するための手段］ 本発明の同期式交流サーボモータは、極対を構成する永
久磁石が軸周面に取り付けられた回転子と、該回転子の
回転角を検出する回転角検出部と、前記回転子の周囲の
固定子に前記極対に対向して取り付けられ、前記回転角
検出部からの回転角のタイミング信号に同期して交流の
制御電流が供給される電機子巻線と、を備えた同期式交
流サーボモータであって、前記極対の少なくとも一対の
Ｎ極およびＳ極の永久磁石を、それぞれ異なる中心角の
大きさに形成し、該Ｎ極およびＳ極の永久磁石に応じた
少なくとも一組の前記電機子巻線を巻線方向が互いに反
対となるよう接続したことを特徴とする。

［作用］ 上記構成を有する本発明の同期式交流サーボモータでは
、回転子の軸周面に取り付けられた少なくとも一対のＮ
極およびＳ極の永久磁石が異なる中心角の大きさに形成
され少なくとも一対のＮ極およびＳ極の永久磁石乞こ応
じた電機子巻線の巻線方向が互いに反対に接続されてい
ることから、回転角検出部からのタイミング信号に同期
して電機子巻線に交流の制御電流が供給され回転子が回
転すると固定子の電機子巻線に誘起される電圧が近似的
に正弦波形となってトルクの変動は抑えられる。このと
き、電機子巻線に誘起される電圧を第１図を用いて詳し
く説明する。

第１図（Ａ）はＳ極、Ｎ極の永久磁石およびこれに対向
する電機子巻線の一部を展開して表し、第１図（Ｂ）は
各電機子巻線に誘起される電圧を表す。図示するよう・
に、Ｓ極、Ｎ極に応じた一組の電機子巻線Ｐ、　　Ｑは
図中矢印に示すように巻線方向をそれぞれ反対巻きにし
て接続されている。

始めに、回転する回転子の永久磁石と電機子巻線Ｐとの
相対位置が一点鎖線■の状態にあるとき、電機子巻線Ｐ
の一方の巻線部分ＰＬはＮ極の永久磁石に対向する位置
にあり大きな誘導起電力を生ずるが、反対側の巻線部分
ＰＲはＮ極の永久磁石とＳ極の永久磁石との隙間に対向
する位置にありほとんど誘導起電力を生じない。つぎに
、永久磁石と電機子巻線Ｐとの相対位置が実線■の状態
まで進んだとき、巻線部分ＰＬはＮ極に位置し、巻線部
分ＰＲはＳ極に対向する位置にくる。このとき、それぞ
れ巻線部分ＰＬ、　　ＰＲに同位相の大きな誘導起電力
が発生する。さらに、永久磁石と電機子巻線Ｐとの相対
位置が破線■の状態にまで至ると、巻線部分ＰＬは依然
としてＮ極に位置したままだが、再び巻線部分ＰＲはＳ
極とＮ極との隙間に位置してほとんど誘導起電力を生じ
なくなり、巻線全体としての誘導起電力は小さくなる。

この結果、第１図（Ｂ）に示すように、電機子巻線Ｐに
誘起される電圧波形は凸型の電圧波形Ｖρ１となる。さ
らに電機子巻線Ｐと永久磁石との相対位置が進むと、つ
ぎに電機子巻線Ｐに誘起される電圧は位相の反転した凸
型の電圧波形Ｖρ２どなる。

一方、電機子巻線Ｑは、電機子巻線Ｐの対向する永久磁
石の極性と反対の極性の永久磁石と対向するよう設けら
れており、しかも電機子巻線Ｐの巻線方向と反対に巻か
れていることから、電機子巻線Ｐに誘起される電圧と同
位相の誘起電圧ＶＱＩ。

ＶＯ２を生ずる。したがって、電機子巻線Ｐと電機子巻
線Ｑとが接続される一組の電機子巻線から誘起される電
圧は重なり合った凸型の電圧波形となって、正弦波形に
近いものとなる。

［実施例コ 以下に、本発明の同期式交流サーボモータの実施例につ
いて説明する。第２図は同期式交流サーボモータの回転
子周辺の構造を概略的に示す。第３図は同期式交流サー
ボモータの全体の構造を表す。第４図は電機子巻線に制
御電流を供給する駆動部の回路を示す。

図示するように、同期式交流サーボモータ１は、回転子
が制御電流の周波数、垢幅にしたがって回転する同期式
のものであり、回転子５の軸７に取り付けられたヨーク
９の上に永久磁石１２が４極貼付され、この永久磁石１
２と向かい合う固定子１４のスロットには電機子巻線１
日が巻かれた構造を有する。また、回転子５の一方の端
部には回転角を検出するレゾルバ２１が取り付けられて
おり、検出される回転角に同曲して周知のインバータ回
路として構成された駆動ｇｉＰＪ２２は電機子巻線１日
に正弦波の制御電流を供給する。

回転子５の永久磁石１２はヨーク９を挟んでＳ極および
Ｎ極がそれぞれ対向した２極対をなしているが、この永
久磁石１２は軸７の軸方向に沿った長手状のものであり
、電気角１２０°弱（軸を中心としたときに中心角６０
°弱）の均一な厚みのＳ極１２ａと電気角１８０°弱（
中心角９０゜弱）の均一な厚みのＮ極１２ｂとからなる
。この永久磁石１２は総ての部分で飽和磁化まで着磁さ
れている。

また、Ｓ極１２ａおよびＮ極１２ｂに向い合う固定子１
４のスロットは２４個設けられている。

各スロットに巻かれる電機子巻線１８の巻線方向を説明
するために、各スロットの位置を便宜的に制御電流のＵ
相、■相、Ｗ相に対応してＵ１〜Ｕ８、■１〜ＶＢ、Ｗ
ｌ〜Ｗ８とする。電機子巻線１日は第４図に示すように
中性点をもつ星型に結線されており、電気的に隣合う位
置（第４図参照）の電機子巻線１８は巻線方向を反対に
して直列接続されている。つまり、スロットＵ１．Ｕ２
間の巻線方向とスロワ［Ｊ３．０４間の巻線方向とは互
いに反対に直列接続されている。尚、スロットＵ１．Ｕ
２間の巻線とスロットＵ３．Ｕ４間の巻線とは巻線方向
が互いに反対であれば並列に接続されていても良い。

このような構成を有する同量式交流サーボモータ１に駆
動部２２から制御電流を供給すると、回転子５は回転す
る。このとき、回転子５０回転に際して電機子巻線１日
に誘起される電圧を第５図。

第６図および第７図を用いて模式的に説明する。

第５図は回転子の軸周囲に貼付された永久磁石の配置を
直線状に展開して示し、第６図はこの永久磁石に対向す
る電機子巻線の配置を直線状に展開して示す。Ｓ極およ
びＮ極に対向する電機子巻線は互いに反対方向に巻かれ
ていることから、回転子が回転したときに電機子巻線に
誘起される電圧は第７図に示すように、それぞれの電機
子巻線に誘起される電圧を重ねたものとなる。したがっ
て、電機子巻線に誘起される電圧は階段状の波形となり
正弦波形に近いものとなる。

第８図に実際に電機子巻線１日に誘起される電圧波形を
測定した結果を示す。永久磁石１２の端部からの漏れ磁
束などによる効果も加わって、誘起される電圧波形は階
段状の波形とならず、角がとれたほぼ完全な正弦波形と
なる。電気角１８０°のＮ極と電気角１２０°のＳ極と
の永久磁石５は総ての部分に亘って飽和磁化まで着磁さ
れているので、少なくとも有効利用率は０．８［＝（６
０＋６０）／　（９０＋６０）コ以上となり、従来の有
効利用率０．６４と較べて大きくなる。実際に、本実施
例の永久磁石１２の誘起電圧定数および第９図の永久磁
石Ｃを総ての部分に亘って飽和磁化まで着磁させた場合
の誘起電圧定数を求めると、それぞれ５９．９　［ｍｍ
Ｖ／ｒｐｍコ、６１．５　［ｍｍＶ／ｒｐｍコとなり、
有効利用率は０．９７４　（＝５９．９／６１．５）と
極めて大きな値となっている。

以上示したように、本実施例の同量式交流サーボモータ
１によれば、電機子巻線１日に誘起される電圧の正弦波
形を損なうことなく、磁石の有効利用率を高めて材料の
節減を図ることができる。

また、永久磁石の形状を簡単にでき、しかも総ての部分
の磁化を飽和磁化まで着磁させればよいので、製造工数
を減らすことができる。

さらに、回転子５のイナーシャを低減でき、サーボモー
タとしての起動、加速、減速、停止などの応答性を高め
ることができる。

尚、本発明の同期式交流サーボモータはこうした実施例
に同等限定されるものではなく、例えは、回転角検出部
としてレゾルバの代わりにロータリエンコーダを用いた
構成や、回転子の永久磁石を４極に限らず２極、６極に
した構成など種々なる態様で実施できることは勿論であ
る。

九咀曳効呈 以上詳述したように、本発明の同期式交流サーボモータ
によれば、電機子巻線に誘起される電圧の正弦波形を損
なうことなく、磁石の有効利用率を高めて材料の節減を
図ることができるという優れた効果を奏する。

また、永久磁石の形状を簡単にでき、しかも総ての部分
の磁化を飽和磁化まで着磁させればよいので、製造工数
を減らすことができる。

さらに、回転子のイナーシャを低減でき、サーボモータ
としての起動、加速、減速、停止などの応答性を高める
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）はＳ極、Ｎ極の永久磁石およびこれに対向
する電機子巻線の一部を展開して表す説明図、第１図（
Ｂ）は各電機子巻線に誘起される電圧を表す説明図、第
２図は実施例の同期式交流サーボモータの回転子周辺の
構造を概略的に表す説明図、第３図は同期式交流サーボ
モータの全体の構造を表す説明図、第４図は電機子巻線
に制御電流を供給する駆動部を表す回路図、第５図は回
転子の軸周囲に貼付された永久磁石の配置を直線状に表
す展開図、第６図は固定子の電機子巻線の配置を直線状
に表す展開図、第７図は電機子巻線に誘起される電圧の
時間変化を表すグラフ、第８図は実測した電機子巻線に
誘起される電圧の時間変化を表すグラフ、第９図及び第
１０図は従来の回転子の構造を表す説明図である。 １　・・・　同期式交流サーボモータ ５　・・・　回転子 １２　・・・　永久磁石 １日　・・・　電機子巻線 ２１　・・・　レゾルバ ２２　・・・　駆動部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 極対を構成する永久磁石が軸周面に取り付けられた回転
   子と、 該回転子の回転角を検出する回転角検出部と、前記回転
   子の周囲の固定子に前記極対に対向して取り付けられ、
   前記回転角検出部からの回転角のタイミング信号に同期
   して交流の制御電流が供給される電機子巻線と、 を備えた同期式交流サーボモータであって、前記極対の
   少なくとも一対のＮ極およびＳ極の永久磁石を、それぞ
   れ異なる中心角の大きさに形成し、 該Ｎ極およびＳ極の永久磁石に応じた少なくとも一組の
   前記電機子巻線を巻線方向が互いに反対となるよう接続
   したこと を特徴とする同期式交流サーボモータ。