JPH03150033A

JPH03150033A - モータ

Info

Publication number: JPH03150033A
Application number: JP1284845A
Authority: JP
Inventors: Yoji Arita; 陽二有田
Original assignee: Mitsubishi Kasei Corp; Mitsubishi Chemical Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1989-11-02
Filing date: 1989-11-02
Publication date: 1991-06-26

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】〔産業上の利用分野〕この発明は、３相コルスモータにおいて、トルクリップ
ルを極めて小さくしたものである。

〔従来の技術〕

３相のコアレスモータは、ＶＴＲ等のキャプスタンモー
タとして利用されている。機器の小型化に伴い、低速度
、低慣性のこれらのモータではトルクリップルが発生し
易く、その低減化は重要な問題となっている。モータの
トルクリップルを低減する方法としては、特開昭５フー
２０６２６７号公報、特開昭５８−２２５７４号公報に
見られるように、多極マグネットの各磁極の一部に無着
磁部または反対極性の着磁部を設ける方法、また、特開
昭６３−２５７４４５号公報のように、永久磁石の外周
部に５個の副磁極を設ける方法が知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、特開昭５フー２０６２６７号公報、特開昭５８
−２２５７４号公報の方法では１−ルク９０スが大きく
、また、特開昭６３−２５７４４５号公報の方法では着
磁が難しく、量産性に欠けるといった問題があった。

この発明はこれらの欠点を解決し、また、極めてリップ
ルの少ないコアレスモータを提供することを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

この発明にかかるモータは、Ｉｎ個の永久磁石からなる
磁極と、ｐ個の空心コイルからなるモータであり、前記
磁極Ｎ、Ｓ極一対をモータ回転角方向に対して一周期Ｔ
とし、前記磁極の着磁領域の幅方向距ａｈ（θ）を回転
角θに対して、次式％式％）ａ、またはｂ１が存在するような前記磁極の着磁領域の
幅方向距離の分布を有する磁極としたもの　　である。

ただし、ｈ、はり、＝Ｈ（０≦θ〈π）。

ｈ、＝−Ｈ（πくθ≦２π）、Ｈ：標準の磁極の着磁領
域の幅方向距離であり、上式でπ≦θ（２ｇにおいて符
号が負になるのは極性の変化とし、磁極の着磁領域の幅
方向の距離はその絶対値とみなす。また、ｉはｆｆ１／
２とｐとの最大公約数をｑと　したとき、Ｐ／（ｌで表
される整数である。

〔作用〕

この発明においては、界磁部である磁極の着磁領域の幅
方向の距離を正弦波または余弦波の高調波を含む特殊形
状にしたので、トルクリップルが極めて小さくなる。

〔実施例〕

コアレスモータではもっとも一般的な第１２図（ａ）Ｐ
（ｂ）に示すアクシャルギャップ型４極磁石、３コイル
、Ｙ＠線のモータを例にして説明する。

第１２図（ａ）において、１は永久磁石からなる界磁部
、２はロータヨークで、界磁部１を取り付けており、ロ
ータ軸３が固着されている。４Ｌｔ空心コイルで、３個
のコイルがＹＭ林されている。

５はパックヨークで、空心コイル４が取り付けられてお
り、中心部の軸受け６によってロータ軸３を支承してい
る。第１２図（ｂ）に界磁部１の平面図を示す。第１２
図（ｂ）のように、Ｎ極１ＮとＳ極１Ｓの永久磁石から
なる磁極が交互に２個配置されて、界磁部１が構成され
ている。

このようなモータにこの発明を適用した実施例を述べる
前に、このモータで行った予備的な実験について、第６
図〜第１２図を参照して最初に述べる。

第７図は永久磁石１ＡのｓＷｌ領域１Ｂの幅方向距離を
正弦波状にした４極の永久磁石１人からなる界磁部１を
示している。永久磁石１Ａと空心コイル４背面のバック
ヨーク５間のギャップを非常に小さくすると、この永久
磁石１人によるギャップ中の磁束分布は回転方向に対し
て、正弦波的な磁束分布となると考えられる。

また、第８図は、第７図に対して４倍の正弦高調波を与
えたものである。

このようにして、磁束の各高調波成分がモータのトルク
特性に対してどのような寄与をするかを調へてみた。実
験は第１２図（ａ）の空心コイル４のターン数を１０タ
ーンにして界磁部１の永久磁石１人とバックヨーク５と
の距離を極めて小さくし、永久磁石１Ａを回転して空心
コイル４に発生する逆起電力の波形を検出することによ
って行った。

第９図は基本波、４倍正弦高調波、２倍正弦高調波の永
久磁石１Ａを用いた時の逆起電カバタルンを示したもの
である。乙のモータでは、通電切替えの回転角が３０度
であり、第９図においてはこの区間の逆起電力の最小、
最大の比は約８６％である。永久磁石１Ａの着磁領域１
Ｂの形状が４゜２倍正弦高調波のものを用いた時の逆起
電力の波形は、それぞれ凸、門である。また、４，２倍
圧弦高調波を負にすると、波形は、形状は全く同じで正
負が逆になり、それぞれ凹、凸のようになった。こうし
た結果から、基本波に正の４倍正弦高調波、負の２倍正
弦高調波を少し加えた着磁領域１Ｂをもつ磁石形状にす
れば、逆起電力波形は、よりフラッ１・になると予想さ
れた。

第６図（ａ）、（ｂ）、（ｅ）はこうした正弦高調波を
加えた着磁領域１Ｂをもつ磁石を作るための方法を模式
的に示したものである。すなわち、第６図（ＪＬ）に示
す４倍高調波モードの波形を第６図（ｂ）に示す基本正
弦波モードの波形（ただし、直線で表されている）に加
えることによって、第６図（ｃ）に示す目的とする着磁
領域１Ｂの形状の磁極のＮ極ＩＮとＳ極１Ｓが得られる
。実際のモータでは数百ターンの空心コイル４（第１２
図（ａ））が使われるため、界磁部１とバックヨーク５
との距離は通常、永久磁石ＩＡの高さと同じぐらいにな
るのが一般的である。

第１０図はこうしたギャップの大きな通常のフラットモ
ータのギャップ中の磁束密度の分布を示し、また、第１
１図は同じく通常のフラッ１〜モ〜りの駆動１−ルクと
ロータ回転角の関係を示したものである。永久磁石は第
１２図（ｂ）に示された通常の形状をしたもので、各永
久磁石は全体に亘って着磁されている。第１０図から明
らかなように、こうしたギャップの大きいモータでは、
磁束密度の分布は正弦波から台形に近く、基本波に高調
波が少し加わったものとなっていることがわかるｏした
がって、トルクリップル低減に必要な高調波成分が含ま
れるように磁極の着磁領域１Ｂの形状を変えてやれば良
く、基本波は加えても加えなくてもよい。

第１図（ａ）、（ｂ）は乙の発明の一実施例を示す界磁
部１の着磁領域１Ｂの形状を示すもので、通常のフラッ
トモータに使われる永久磁石１人の形状に正６４倍正弦
高調波をその着磁領域１Ｂの幅方向距離に対して１０％
および２倍正弦高調波を−５％加えた時の着磁領域１Ｂ
の形状を示したものである。

第２図、第１１図は、このような第１図（ａ）。

（ｂ）に示す着磁領域１Ｂの形状の永久磁石１人を用い
た場合の１〜ルクリップルを、通常の永久磁石を用いた
モータと比較するために示したものである。トルクの最
小と最大の比率は第１１図に示す通常のモータが約８７
％であるのに対し、この発明にょるモータでは約９４％
と大幅に改善されていることがわかる。また、平均トル
クの減少も約１３％と小さい。

第３図は４倍正弦高調波を１０％と、さらに負の２倍正
弦高調波を５％加えたときの着磁領域１Ｂの形状を示し
たもので、この場合、トルクの最小、Ｉ＆大の比はさら
に改善されて、第４図に示すように、約９７％となった
。

次に、構造は同じであるが、空心コイル４の結線方法が
Δの場合について、全く同様の実験を行った。この場合
は磁束の高調波成分のトルクリップルへの寄与はＹ結線
の場合とは異なり、正の４倍余弦高調波成分１０％と負
の２倍余弦高調波成分を５％加えた着磁領域ＩＢの形状
にしたときにトルクの最小、最大の比は約９７％と、ト
ルクリフプルの非常に小さいモータができた。第５図は
この実施例のモータに使われた永久磁石１Ａの着磁領域
１Ｂの形状を模式的に示したものである。

混合する高調波の最適な量は永久磁石１Ａの特性やモー
タの構造によって異なるが、各成分のトルク特性を調べ
、それらを線形的に加えることにより、トルクリップル
がほとんどないモータを作ることができる。

なお、乙の発明における磁極の着磁領域１Ｂの幅方向距
ｇｉｈ　（θ）に関する式％式％）において、符号が負になるのは極性の変化として取り扱
い、着磁領域ＩＢの幅方向の距離ｔよその絶対値をとる
ものとする。また、ｎ　＝　ｉ±１におけるｉは、ｑｅ
ｍ／２とｐの最大公約数としたと門、ｐ／ｑで表される
整数である。

また、磁極の着磁領域ＩＢの幅方向距離ｈ（θ）とは、
ラジアルギャップ型のモータでは回転軸方向の距離、ア
クシャルギャップ型のモータでは半径方向の距離である
。

〔発明の効果〕

乙の発明は、以上詳細に述べたように、永久磁石からな
るｍ個の磁極と、ｐ個の空心コイルからなるモータにお
いて、前記磁極Ｎ、Ｓ極一対をモータ回転角方向に対し
て一周期Ｔとし、前記磁極の着磁領域の輻方向距＃ｈ（
θ）を回転角θに対して、次なるフーリエ係数ｈ（０）＝ｈ、十Σａ、ｃ　ｏ　ｓ　（２ｘｎθ／Ｔ）
＋ΣｂｌＩｓｉｎ（２πｎθ／Ｔ）で表した場合、ｎ＝ｉ±１としたとき少なくとも１つ以
上のｎの値において、ゼロではない係数ａ。

またはｂ１が存在するように前記磁極の着磁領域の幅方
向距離ｈ（θ）を変えたので、トルクリップルが極めて
小さい高品質のモータを得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】

第１図はこの発明の一実施例を示す磁極の着磁領域を示
す平面図、第２図は、第１図の実施例のモータの１−ル
クリップルを示す特性図、第３図はこの発明の他の実施
例を示す磁極の着磁領域を示す平面図、第４図は、第３
図の実施例のトルクリップルを示す特性図、第５図はこ
の発明のさらに他の実施例を示す磁極の着磁領域を示す
平面図、第６図（ａ）＃　（ｂ）、（ｅ）はこの発明に
よる磁石の着磁パターンを作るための方法を模式的に示
した図、第７図〜第１２図はこの発明の原理説明のため
の図で、第７図は正弦波状の着磁を施した４極の永久磁
石からなる界磁部の平面図、第８図は、第７図に対し５
倍の高調波を与えた着磁領域をもつ界磁部の平面図、第
９図は基本波、２倍正弦高調波、４倍正弦高調波に着磁
された永久磁石を用いた時の逆起電力パターンを示す図
、第１０図はギャップの大きな通常のフラットモータの
ギャップ中の磁束密度分布を示す図、第１１図は同じく
駆動トルクとロータ同転角の関係を示す図、第１２図（
ａ）、（ｂ）はこの発明の対象の一例として示したアク
シャルギャップ型のモータの側断面図と磁極の平面図で
ある。図中、１は界磁部、１Ａは永久磁石、１Ｂは着磁領域、
１ＮはＮ極、１５はＳ極、２はロータヨーク、３はロー
タ軸、４は空心コイル、５はパックヨーク、６は中心部
の軸受けである。第１図１１ｌ　　八１ＩＩ１５：＠ＮＩＫ１１１１１ｂ第４図七−一ト第４図全１１第５図第６図４膚＆一波モード基本七律（ｂ）　　　　　　　　　Ｎ　　　　　　　　　　　　
Ｓ１Ｎ　　　　　　　　　　　Ｉｓ第７図　　　　　第８図第９図否＼　　　７ υ　　　　　　　　ａ−ゲ回に角θ傭）　　　　　ｊｕ
ｌ第１０図＝　　　　＼　。　／ローダ回焉セ角θ喰フ第１１図第１２図旧

Claims

【特許請求の範囲】永久磁石からなるｍ個の磁極をもつ界磁部と、これに相
対する３相からなるｐ個の空心コイルを有するモータに
おいて、前記磁極Ｎ、Ｓ極一対をモータ回転角方向に一
周期Ｔとし、前記磁極の着磁領域の幅方向距離ｈ（θ）
を回転角θに対して、次式ｈ（θ）＝ｈ＿０＋■ａ＿ｎｃｏｓ（２πｎθ／Ｔ）＋
■ｂ＿ｎｓｉｎ（２πｎθ／Ｔ）で表した場合、ｎ＝ｉ
±１としたとき、少なくとも１つ以上のｎの値において
、ゼロではない係数ｂ＿ｎまたはａ＿ｎをもつような前
記磁極の着磁領域の幅方向距離の分布を有する磁極から
なることを特徴とするモータ。ただし、ｈ＿０はｈ＿０＝Ｈ（０≦θ＜π）、ｈ＿０＝
−Ｈ（π＜θ≦２π）、Ｈ：標準の磁極の着磁領域の幅
方向距離であり、上式でπ≦θ＜２π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。