JPH0356059A - motor - Google Patents

motor

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JPH0356059A
JPH0356059A JP18725289A JP18725289A JPH0356059A JP H0356059 A JPH0356059 A JP H0356059A JP 18725289 A JP18725289 A JP 18725289A JP 18725289 A JP18725289 A JP 18725289A JP H0356059 A JPH0356059 A JP H0356059A
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JP
Japan
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motor
permanent magnet
cogging torque
order
magnetic flux
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Pending
Application number
JP18725289A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoji Arita
陽二 有田
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Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Kasei Corp
Mitsubishi Chemical Industries Ltd
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Publication date
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Priority to DE69015911T priority patent/DE69015911T2/en
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Priority to CA002021663A priority patent/CA2021663A1/en
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明゛は、コア型のモータに関し、そのコギングト
ルクを極限まで減少させたものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a core type motor, and its cogging torque is reduced to the utmost limit.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第14図(a),(b)は従来のモータの一例を示す断
面略図と永久磁石表面の磁束密度分布図である。この図
で、1はリング状の永久磁石からなる磁極で、N極とS
極を有し、磁気ヨーク2に固着されている。3は突極を
有するアーマチュアで、コイル4を備え、磁極1とギャ
ップgを置いて対向配置されている。5は回転軸で、図
示していない支持部材によってアーマチュア3や磁極1
とともに支持されている。
FIGS. 14(a) and 14(b) are a schematic cross-sectional view showing an example of a conventional motor and a magnetic flux density distribution diagram on the surface of a permanent magnet. In this figure, 1 is a magnetic pole made of a ring-shaped permanent magnet, with an N pole and an S pole.
It has a pole and is fixed to the magnetic yoke 2. Reference numeral 3 designates an armature having a salient pole, which is provided with a coil 4 and is disposed opposite to the magnetic pole 1 with a gap g therebetween. 5 is a rotating shaft, which is connected to the armature 3 and the magnetic pole 1 by a support member (not shown).
It is also supported.

〔発明が解決しようとする課題) このような従来のモータで、トルクリップルの大きな問
題となるコギングトルクを減少させるために、磁極1の
磁化分布を正弦波的になるようにしたり、着磁角度を制
御したり(特開昭61−254045号公報参照)する
方法が考えられてきたが、いずれも完全にコギングトル
クをなくするような技術ではなかった。
[Problems to be Solved by the Invention] In order to reduce cogging torque, which is a major problem of torque ripple, in such conventional motors, the magnetization distribution of the magnetic pole 1 is made sinusoidal, and the magnetization angle is changed. (see Japanese Patent Laid-Open No. 61-254045), but none of these techniques completely eliminates cogging torque.

この発明は、このような問題点を解決するためになされ
たもので、突極数と永久磁石の極数に対応して、前記永
久磁石の幅方向の距離をフーリエ級数で表した場合、あ
る特定のフーリエ係数を含む形状にすることによりコギ
ングトルクがほとんどない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、m個の磁極を有する永久磁
石と、これに相対する実買上磁気的に等価なP個の突極
を有するモータであり、前記磁極のN,S極1対をモー
タ回転角方向に対して1周期丁とし、前記磁極の幅方向
距離h(θ)を回転角θに対して次なるフーリエ級数 h (θ)=ho  +Σ  an cos(2πnθ
/T)で表した場合、n=(ixj)±1としたときj
=2.4.6,・・・・・・,20のうち少なくとも1
つ以上のnの値においてゼロではないフーリエ係数bn
が存在する形状を有するように、前記永久磁石を特殊な
形状にしたものである。
This invention was made in order to solve such problems, and when the distance in the width direction of the permanent magnet is expressed in a Fourier series according to the number of salient poles and the number of poles of the permanent magnet, The purpose is to provide a motor with almost no cogging torque by creating a shape that includes specific Fourier coefficients. [Means for Solving the Problems] A motor according to the present invention has a permanent magnet having m magnetic poles and P salient poles that are actually magnetically equivalent to the permanent magnet, and the motor has m magnetic poles. One pair of N and S poles is set as one period in the motor rotation angle direction, and the distance h(θ) in the width direction of the magnetic poles is expressed as the following Fourier series with respect to the rotation angle θ: h (θ)=ho +Σ an cos (2πnθ
/T), when n=(ixj)±1, j
=2.4.6,..., at least 1 out of 20
Fourier coefficients bn non-zero at values of n or more
The permanent magnet is made into a special shape so that the permanent magnet has a shape in which .

ただし、iはm/2とPとの最大公約数をqとしたとき
P/qで表される整数である。
However, i is an integer expressed as P/q, where q is the greatest common divisor of m/2 and P.

〔作用〕[Effect]

この発明においては、界磁部である永久磁石の幅方向の
距離を高調波を含む特殊形状にしたので、コギングトル
クが極めて小さくなる。
In this invention, since the distance in the width direction of the permanent magnet that is the field part is made into a special shape that includes harmonics, the cogging torque becomes extremely small.

〔実施例〕〔Example〕

以下、この発明の実施例について説明するが、その前に
この発明の原理について述べる。
Embodiments of this invention will be described below, but before that, the principle of this invention will be described.

ラジアルギャップ型モータのトルクTQは下記第(2)
式で与えられる。
The torque TQ of the radial gap type motor is shown in (2) below.
It is given by Eq.

ここで、 F,(θ):ギャップ中でのラジアル方向磁束量 Fe  (θ):ギャップ中での回転方向磁束量R:ギ
ャップgの位置の半径 vo :ギャップg中の磁気抵抗率 である。
Here, F, (θ): Amount of radial magnetic flux in the gap Fe (θ): Amount of magnetic flux in the rotational direction in the gap R: Radius at the position of the gap g vo: Magnetic resistivity in the gap g.

第14図(a)に示す最も単純なモータである2磁極.
3突極のモータを例に説明する。ψを1突極の角度、θ
。をある突極の端の基準位置からの角度とする。トルク
TQは第 (2)式に示されるように、F,(θ)・F
e  (θ)の積で発生するから、磁束密度の大きな突
極と永久磁石とのギャップ中のみで発生すると考えてよ
く、第 (2)式の積分は突極のある部分のみでよい。
The simplest motor with two magnetic poles is shown in Figure 14(a).
This will be explained using a three salient pole motor as an example. ψ is the angle of one salient pole, θ
. Let be the angle of the end of a certain salient pole from the reference position. As shown in equation (2), torque TQ is F, (θ)・F
Since it occurs as a product of e (θ), it can be considered that it occurs only in the gap between the salient pole with a large magnetic flux density and the permanent magnet, and the integration of equation (2) only needs to be performed in the portion where the salient pole is located.

ラジアル方向磁束量F,(θ)′を、磁極1がラジアル
方向に発生している磁束分布とし、永久磁石が発生する
磁束分布は正弦波の基本波と高調波との合成値で表す。
Let the radial direction magnetic flux amount F, (θ)' be the magnetic flux distribution generated by the magnetic pole 1 in the radial direction, and the magnetic flux distribution generated by the permanent magnet is expressed by a composite value of the fundamental wave and harmonics of the sine wave.

N,S極1対が2π、1周期Tであるから、2πnθ/
2π=nθと表わすことにより次式で表すことができる
Since one pair of N and S poles is 2π and one period T, 2πnθ/
By expressing 2π=nθ, it can be expressed by the following equation.

F,(θ)=Fo(stnθ+Σ  β,・sin  
nθ)n恕2 ・・・・・・ (3) ただし、F.は定数である。また、永久磁石によるF,
(θ)の分布式においてはN極.S極の磁束量は等しい
から直流成分はゼロと表現されており、nは2,3,4
,・・・・・・の整数で、β。はn次成分の1次成分に
対する混合比を表わしている。第 (3)式において、
β。= (bn/bl ).F0=b,とすると、第 
(1)式において直流成分h.および余弦成分がゼロの
場合の式と形が一致する。つまり、この発明においては
、磁束FcF(θ)は永久磁石の幅方向の距離h(θ)
と一次の関係があると考えている。
F, (θ)=Fo(stnθ+Σ β,・sin
nθ)n恕2 ...... (3) However, F. is a constant. In addition, F by a permanent magnet,
In the distribution formula of (θ), the N pole. Since the amount of magnetic flux at the S pole is equal, the DC component is expressed as zero, and n is 2, 3, 4.
,... is an integer of β. represents the mixing ratio of the n-order component to the first-order component. In equation (3),
β. = (bn/bl). If F0=b, then
In equation (1), the DC component h. and the form matches the expression when the cosine component is zero. In other words, in this invention, the magnetic flux FcF(θ) is the distance h(θ) in the width direction of the permanent magnet.
I believe that there is a first-order relationship.

回転方向の磁束Fe  (θ)はFr (θ)の回転=
−F.(cosθ+Σ  β, ・n  cosnθ)
・・・・・・ (4) となる。第 (2)式のF,(θ)・Fθ (θ)の項
において、基本波とある1つの特定のn成分に注目して
検討してみると、 +sin (n−1)  θ+ βn’  sin n
θ ・cos  nθコ・・・・・・ (5) 基本波に対するn次成分の比β。は通常小さくβ。《1
と考えると最後の項は無視できる。
The magnetic flux in the rotational direction Fe (θ) is Fr (θ) rotation =
-F. (cosθ+Σβ, ・n cosnθ)
...... (4) It becomes. In the terms of F, (θ) and Fθ (θ) in equation (2), if we focus on the fundamental wave and one specific n component, we find that +sin (n-1) θ+ βn' sin n
θ ・cos nθ ko (5) Ratio β of the n-th component to the fundamental wave. is usually small β. 《1
Considering this, the last term can be ignored.

次に、liiiiiが発生する磁束成分F,(θ)がk
次成分のみの場合、第 (2)式のF,(θ)・F(θ
)の項は、 k  . F,(θ)l−e  (θ)−  − Fo” − s
tn2 kθ2 ・・・・・・ (6) となる。
Next, the magnetic flux component F, (θ) where liii occurs is k
In the case of only the next component, F, (θ)・F(θ
) is the term k. F, (θ)le (θ)− − Fo” − s
tn2 kθ2 (6).

コギングトルクはliB8i1が単独の高次正弦波の磁
束分布をもつ場合、その次数が突極の整数倍(このモー
タの場合は3,6,9,・・・・・・)の場合以外はゼ
ロであるため、第 (5)式においてn±1が3の整数
倍になるときコギングトルクが発生する。第(5) .
 (8)式を比較すると明らかなようにn±1と2kが
対応している。
Cogging torque is zero when liB8i1 has a magnetic flux distribution of a single high-order sine wave, except when the order is an integral multiple of the salient pole (3, 6, 9, etc. in the case of this motor). Therefore, cogging torque occurs when n±1 becomes an integral multiple of 3 in equation (5). Section (5).
As is clear from comparing equation (8), n±1 and 2k correspond.

つまり、このモータでは基本波にn次モードの高調波磁
束成分のうち(n±1)/2が3の倍数になるような成
分を含む場合にコギングトルクが発生する。例えばn=
5の場合、5次モード単独ではコギングトルクは発生し
ないが、基本モードに5次モードがわずかに加えられた
場合(5十1)/2=3となり、単独の3次高調波磁束
成分が作るコギングトルクパターンが発生する。逆に、
単独ではコギングトルクを発生するモードでもそれが基
本波と合成されている場合は、第 (5)式のβn′の
項でしか影響を与えず、むしろコギングトルクはあまり
発生しない。つまり、基本波に高次モードが混合されて
いる場合、その高次モード単独のコギングトルクパター
ンが発生するのではなく、非線形的に作用する。
That is, in this motor, cogging torque is generated when the fundamental wave includes a component such that (n±1)/2 is a multiple of 3 among the harmonic magnetic flux components of the n-th mode. For example, n=
In the case of 5, cogging torque does not occur in the 5th mode alone, but when the 5th mode is slightly added to the fundamental mode, (5 + 1) / 2 = 3, and a single 3rd harmonic magnetic flux component is created. A cogging torque pattern occurs. vice versa,
Even if a mode generates cogging torque by itself, if it is combined with the fundamental wave, it will only affect the term βn' in equation (5), and rather cogging torque will not be generated much. In other words, when a higher-order mode is mixed with the fundamental wave, a cogging torque pattern of the higher-order mode alone is not generated, but acts nonlinearly.

なお、この発明での突極の数mとは、第14図(a)に
示す通常の集中巻線を有するモータでは各相か゜らなる
コイル4の数と一致するが、第16図で示すような分散
巻線を施し、多数の突極を有するモータでは、コイル4
の数ではなく突極の数そのものである。また、第17図
に示すような主突極に補助溝を有するモータでは、それ
らの小さな凸部の数を意味する。
Note that the number m of salient poles in this invention corresponds to the number of coils 4 of each phase in a motor having a normal concentrated winding shown in FIG. 14(a), but In a motor with distributed winding and many salient poles, the coil 4
It is not the number of , but the number of salient poles itself. In addition, in a motor having auxiliary grooves on the main salient pole as shown in FIG. 17, the term refers to the number of small convex portions.

上記原理に基づくこの発明の実施例について、以下に説
明する。
Examples of the present invention based on the above principle will be described below.

第1図(a),(b),(c)はこの発明の一実施例を
示すもので、第14図(a)に示した2磁極,3突極.
集中巻線(図示せず)を有するモータに、この発明を適
用したものである。このモータはラジアルギャップ型の
モータであるから、磁束の各高調波成分を制御するため
には、永久磁石の回転軸方向の高さhを前記高調波戒分
が加算された形状にする。なお、hはラジアルギャップ
型のモータにおいては回転軸方向の距離、アクシャルギ
ャップ型のモータにおいては半径方向の距離である。
FIGS. 1(a), (b), and (c) show an embodiment of the present invention, in which the two magnetic poles and three salient poles shown in FIG. 14(a).
The present invention is applied to a motor having concentrated windings (not shown). Since this motor is a radial gap type motor, in order to control each harmonic component of the magnetic flux, the height h of the permanent magnet in the direction of the rotation axis is set to a shape in which the harmonic precepts are added. Note that h is the distance in the direction of the rotating shaft in the case of a radial gap type motor, and the distance in the radial direction in the case of an axial gap type motor.

第2図(a),(b),(C)は、例えば5次の高調波
成分を加える方法についての模式的説明である。第2図
(a)は5次のモード、第2図(b)は基本モードを示
している。ただし、この図では基本モードの形状を正弦
波ではなく簡単にするために四角形で表わしている。し
たがって、第2図(a)と(b)を合わせると第2図(
C)で示すようになり、磁極1の幅方向の距離を変える
だけで各高次モードが入れられることがわかる。
FIGS. 2(a), (b), and (C) schematically explain a method of adding, for example, a fifth-order harmonic component. FIG. 2(a) shows the fifth-order mode, and FIG. 2(b) shows the fundamental mode. However, in this figure, the shape of the fundamental mode is not represented as a sine wave but as a rectangle for simplicity. Therefore, when Figure 2 (a) and (b) are combined, Figure 2 (
As shown in C), it can be seen that each higher-order mode can be introduced simply by changing the distance in the width direction of the magnetic pole 1.

第14図(a)に示された従来のモータの永久磁石の磁
化の方向は、通常同図に示すようにラジアル方向か、あ
るいは第15図(a)に示すように一方向である。この
場合、I+ii極1表面の磁束の分布は、第14図(b
),第15図(b)に示すように、1方向の場合は正弦
波的、ラジアル方向のときは方形または台形的である。
The direction of magnetization of the permanent magnets of the conventional motor shown in FIG. 14(a) is usually the radial direction as shown in the same figure, or one direction as shown in FIG. 15(a). In this case, the distribution of magnetic flux on the surface of I+ii pole 1 is as shown in Fig. 14 (b
), as shown in FIG. 15(b), it is sinusoidal in one direction, and rectangular or trapezoidal in radial direction.

しかし、磁束分布が方形や台形的であっても、これらを
フーリ工級数に展開した場合、最も大きな成分は1次の
基本波である。したがって、この基本波に各高次成分を
加えることによって検討を行えばよい。
However, even if the magnetic flux distribution is rectangular or trapezoidal, when these are expanded into a Fourier series, the largest component is the first-order fundamental wave. Therefore, the study can be performed by adding each higher-order component to this fundamental wave.

第3図は、第14図(a)の従来のモータの磁極1表面
の回転方向に対する磁束分布を示したもので、基本波以
外に高次の奇数モードを含んでいる。このモータのコギ
ングトルクを第4図に示す。コギングトルクは60”,
30’   15°の周期からなる各コギングトルクを
含んでいる。前述のように、60゜周期は磁束の5.7
次成分、30’は11.13次成分、15゜は17,1
9次戒分の影響と考えられる。
FIG. 3 shows the magnetic flux distribution with respect to the rotating direction of the surface of the magnetic pole 1 of the conventional motor shown in FIG. 14(a), which includes higher-order odd modes in addition to the fundamental wave. The cogging torque of this motor is shown in FIG. Cogging torque is 60”,
30' Contains each cogging torque having a period of 15°. As mentioned above, a 60° period corresponds to 5.7 of the magnetic flux.
Next component, 30' is 11.13th component, 15° is 17,1
This is thought to be the influence of the 9th precept.

第5図は、もともともっている永久磁石の5.7次モー
ドを打ち消すために5次および7次モードをそれぞれ基
本波に対して−8%,−3%入れた磁石形状の模式図、
および第6図はそのときのコギングトルクを示したもの
である。
Figure 5 is a schematic diagram of a magnet shape in which the 5th and 7th modes are inserted by -8% and -3% of the fundamental wave, respectively, in order to cancel the 5.7th mode of the permanent magnet.
6 shows the cogging torque at that time.

第6図から明らかなように、5次,7次の磁束モードを
減少させると、60”周期のコギングトルクはほぼ消え
高次のコギングトルクが残る。
As is clear from FIG. 6, when the 5th and 7th order magnetic flux modes are reduced, the 60'' period cogging torque almost disappears, leaving a high-order cogging torque.

30’周期のコギングトルクは同様の方法で11次,1
3次モードを磁石形状に入れることによって減少させる
ことができる。
The cogging torque with a period of 30' is calculated using the same method as the 11th order, 1
The third order mode can be reduced by placing it in the magnet shape.

第7図は5次モードのみ−5%を入れた磁石形状の模式
図であり、磁極1が発生する磁束成分のうち5次および
7次の成分がほぼ同じ値になるようにしたものである。
Figure 7 is a schematic diagram of the magnet shape with -5% added only to the 5th mode, so that the 5th and 7th order components of the magnetic flux components generated by magnetic pole 1 have approximately the same value. .

この場合も第8図で示すように、60”周期のコギング
トルクは非常に小さな値となる。つまり、5次,7次の
磁束或分によって発生するコギングトルクは、位相が逆
であるため、5次,7次成分を含んでいてもその値が同
符号で値も同程度であれば、そのモードのコギングトル
クは非常に小さな値となる。
In this case as well, as shown in Fig. 8, the cogging torque with a period of 60'' is a very small value.In other words, the cogging torque generated by a certain portion of the 5th and 7th order magnetic fluxes has opposite phases, so Even if fifth-order and seventh-order components are included, if their values have the same sign and values, the cogging torque in that mode will be a very small value.

第9図は、第14図(a)の従来のモータにおいて磁石
形状に5次および11次のモードを加えたもので、第1
0図に示すように、コギングトルクが極めて小さくなる
Figure 9 shows the conventional motor shown in Figure 14(a) with the 5th and 11th modes added to the magnet shape.
As shown in Figure 0, the cogging torque becomes extremely small.

第16図はACサーボモータによく利用される分散巻線
を有する48iの永久磁石.15個の突極を有する従来
のモータを示したものである。通常の永久磁石を用いる
この場合のコギングトルクの周期は、6゜,3゜ ・・
・・・・となる。
Figure 16 shows a 48i permanent magnet with distributed windings that is often used in AC servo motors. A conventional motor with 15 salient poles is shown. The period of cogging torque in this case using a normal permanent magnet is 6°, 3°...
It becomes...

上記モータにこの発明を適用する場合、m=4    
(磁極数) P=15    (突極数) q=1     (一とPの最大公約数)2 P i=15(−) q j=2     (j=2.4,6,・・・・・・20
のうち簡単のため2を とる) したがって、 n=(ixj)±1 = (1 5)l)±1=31  or  29最終的
にh(θ)は h(θ)”ha +bzgsin29θ+ b31si
n 3 1θ となる。b 29.  b 31を何%にするかはコギ
ングトルクが最小になるようコギングトルク特性図から
決める。
When applying this invention to the above motor, m=4
(Number of magnetic poles) P = 15 (Number of salient poles) q = 1 (Greatest common divisor of 1 and P) 2 P i = 15 (-) q j = 2 (j = 2.4, 6, ...・20
Therefore, n=(ixj)±1=(1 5)l)±1=31 or 29Finally, h(θ) is h(θ)”ha+bzgsin29θ+b31si
n 3 1θ. b29. What percentage should be set for b31 is determined from the cogging torque characteristic diagram so that the cogging torque is minimized.

また、第17図は突極に補助溝を有する従来のモータで
ある。この従来のモータにこの発明を適用する場合、コ
ギングトルクに影響を与える突極数としては6となり、
N.S磁極対に対してn=6j±1 (j=2.4,・
・・・・・)のモードを磁石形状に入れればよい. これまではラジアル方向の磁化分布を有する磁石につい
て形状を変化させたが、この発明は第15図(a)に示
したような1方向の磁化成分を有する永久磁石を用いた
モータの場合もほぼ同様のやり方でリップルを消すこと
ができる。この場合は永久磁石の幅h(θ)がθに対し
て一定の状態で、すでに1次の成分が大部分である。し
たがって、この永久磁石に、例えば形状を変えてn次の
高調波を加えるのは、βnsin nθlsinθの高
調波を加えたことを意味する。
Furthermore, FIG. 17 shows a conventional motor having auxiliary grooves on the salient poles. When this invention is applied to this conventional motor, the number of salient poles that affect the cogging torque is 6,
N. n=6j±1 (j=2.4,・
All you have to do is put the mode (...) into the magnet shape. Until now, the shape of a magnet with a magnetization distribution in the radial direction was changed, but this invention can also be applied to a motor using a permanent magnet with a magnetization component in one direction as shown in FIG. 15(a). You can eliminate ripples in a similar way. In this case, the width h(θ) of the permanent magnet is constant with respect to θ, and most of the components are already primary. Therefore, adding n-th harmonics to this permanent magnet by changing its shape, for example, means adding harmonics of βn sin nθlsinθ.

第11図はn=5.β5=1を加えた時、実際にはどの
ような高調波が加わるかを示したものである。同図から
明らかなように、加えた5次成分は加えた値の約60%
に減少するが、そのまま存在し、負の7次成分が約20
%.その他3Xk(k=1.2,・・・・・・)の成分
がわずかに発生する。したがって、こうした減少する割
合を予測して加える成分の値を制御すればよく、ラジア
ル方向に磁化成分を有する永久磁石を用いたのと同様の
効果を得ることができる。
In FIG. 11, n=5. This shows what harmonics are actually added when β5=1 is added. As is clear from the figure, the added 5th order component is approximately 60% of the added value.
However, it remains as it is, and the negative seventh order component is approximately 20
%. In addition, a slight component of 3Xk (k=1.2, . . . ) is generated. Therefore, the value of the added component can be controlled by predicting this rate of decrease, and the same effect as using a permanent magnet having a magnetization component in the radial direction can be obtained.

第18図は1方向に磁化を有し、liの角度が180゜
に満たないC型磁石を用いた従来のモータを示したもの
である。このような従来のモータにこの発明を適用する
場合を説明する。
FIG. 18 shows a conventional motor using a C-shaped magnet with magnetization in one direction and an angle of li less than 180°. A case in which the present invention is applied to such a conventional motor will be described.

第12図は角度が150゜のC型磁石が発生する表面の
磁束分布を各次数の高調波に分解したものである。1方
向に磁化をもつ永久磁石を用いた場合は、永久磁石のな
い部分でも第(3)式におけるF,(θ)成分がゼロで
はなく、全体としては基本波にわずかの高調波成分が加
わった形になっている。こうした永久磁石に形状を変え
てn次の高調波を加えた場合、 F,(θ)=βn’ Sin nθ・lSinθで示さ
れる磁束の高調波を加えたことを意味する。
FIG. 12 shows the magnetic flux distribution on the surface generated by a C-type magnet having an angle of 150°, broken down into harmonics of each order. When a permanent magnet with magnetization in one direction is used, the F and (θ) components in equation (3) are not zero even in areas without permanent magnets, and the overall result is that a slight harmonic component is added to the fundamental wave. It is shaped like this. When the shape of such a permanent magnet is changed and an n-th harmonic is added, it means that a harmonic of the magnetic flux represented by F, (θ)=βn' Sin nθ·lSinθ is added.

第13図はn=5.β5=1のとき、どのような高調波
が加わるかを調べたものである。この場合も、第15図
(a)で示した全周に永久磁石が存在する従来のモータ
と同様であり、ただ加えた成分以外に3k,3k±1 
(k=1.2,・・・・・・)の高次成分が発生するだ
けである。したがって、こうした全周に永久磁石が存在
しないモータにおいても永久磁石の存在する部分におい
て高次成分を加えた形状にすることによって同様の効果
を得ることができる。この場合、磁束分布において高次
成分を多く含んでいるため、すでに存在している高次モ
ードの比率を考慮して新たに加える高次モードの量を制
御することが重要である。
In Figure 13, n=5. This study investigated what kind of harmonics are added when β5=1. In this case as well, it is similar to the conventional motor in which permanent magnets exist around the entire circumference as shown in Fig. 15(a), and in addition to the added components, 3k, 3k±1
Only higher-order components (k=1.2, . . . ) are generated. Therefore, even in such a motor where permanent magnets are not present around the entire circumference, the same effect can be obtained by adding a higher-order component to the part where permanent magnets are present. In this case, since the magnetic flux distribution contains many high-order components, it is important to control the amount of newly added high-order modes in consideration of the ratio of already existing high-order modes.

〔発明の効果) 以上詳細に説明したように、この発明は、m4fの永久
磁石からなる界磁部と、これに相対する実質上磁気的に
等価なP個の突極をもつモータにおいて、前記磁極のN
,Si1対をモータ回転角方向に対して1周期Tとし、
前記磁極の幅方向距離h(θ)を回転角θに対して第 
(1)式なるフーリ工級数で表わしたとき、N,S各磁
極対毎にn=(iXj)±1 (j=2.4,・・・・
・・)においてフーリエ係数bnのいずれかがゼロでは
ない値をもつ形状にしたので、コギングトルクが極めて
小さい高品質のモータにす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。
[Effects of the Invention] As explained in detail above, the present invention provides a motor having a field section consisting of m4f permanent magnets and P salient poles that are substantially magnetically equivalent and facing the field section. magnetic pole N
, Si 1 pair has one period T in the motor rotation angle direction,
The widthwise distance h(θ) of the magnetic pole is expressed as the rotation angle θ.
When expressed in the Foury series of equation (1), n=(iXj)±1 (j=2.4,...) for each N and S magnetic pole pair.
) in which one of the Fourier coefficients bn has a value other than zero, it has the advantage of being a high-quality motor with extremely low cogging torque.
This is of great industrial significance.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図(a),(b),(c)はこの発明のー実施例を
示す断面略図、永久磁石の展開正面図および斜視図、第
2図(a),(b),(c)はこの発明による高調波成
分の加え方の説明図、第3図は従来のモータの磁極表面
の回転方向に対する磁束分布図、第4図は同じくコギン
グトルク特性図、第5図は同じくこの発明による5次,
7次モードを加えた場合の永久磁石の形状を示す模式図
、第6図は同じくコギングトルク特性図、第7図は同じ
く5次モードのみを入れた永久磁石の形状を示す模式図
、第8図はその場合のコギングトルク特性図、第9図は
従来のモータに5次,11次モードを加えた場合の永久
磁石の形状を示す模式図、第10図は、第9図における
コギングトルク特性図、第11図は従来のモータに5次
モードを加えた時の駆動トルク特性図、第12図は従来
のC型磁石を用いたモータの表面磁束分布図、第13図
はこの従来のモータに5次モードを加えた場合の駆動ト
ルク特性図、第14図〜第18図はいずれも従来のモー
タを示すもので、第14図(a)は永久磁石の磁化方向
がラジアル方向であるモータの断面略図、第14図(b
)はその表面の磁束密度分布図、第15図(a)は同じ
く磁化方向が一方向のモータの断面略図、第15図(b
)はその表面の磁束密度分布図、第16図は48iの永
久磁石と15個の突極を有するモータの断面略図、第1
7図は突極に補助溝を有するモータの断面略図、第18
図はC型磁石を用いたモータの断面略図である。 図中、1Iif1極、2は磁気ヨーク、3はアーマチ仝
 d 第 2 図 5次モード 甚木4ミート゛ 第 3 図 Uり転7Ii!(Uノ 第 5 図 第 6 図 第 7 図 第 8 図 第 9 図 第 11 図 第 12 図 第 13 図 第 14 図 第 ]5 図 第 16 図 手 糸売 補 正 」ヨーヒ (自発) 平成 l 年 12 月 28 日
FIGS. 1(a), (b), and (c) are a schematic cross-sectional view showing an embodiment of the present invention, a developed front view and a perspective view of a permanent magnet, and FIGS. 2(a), (b), and (c). is an explanatory diagram of how to add harmonic components according to this invention, FIG. 3 is a magnetic flux distribution diagram with respect to the rotation direction of the magnetic pole surface of a conventional motor, FIG. 4 is a cogging torque characteristic diagram, and FIG. 5 is also according to this invention. 5th order,
A schematic diagram showing the shape of a permanent magnet when the 7th mode is added, FIG. 6 is also a cogging torque characteristic diagram, FIG. 7 is a schematic diagram showing the shape of a permanent magnet when only the 5th mode is added, and FIG. The figure shows the cogging torque characteristics in that case, Figure 9 is a schematic diagram showing the shape of the permanent magnet when the 5th and 11th modes are added to the conventional motor, and Figure 10 shows the cogging torque characteristics in Figure 9. Figure 11 is a drive torque characteristic diagram when a 5th mode is added to a conventional motor, Figure 12 is a surface magnetic flux distribution diagram of a motor using a conventional C-shaped magnet, and Figure 13 is a diagram of this conventional motor. Figures 14 to 18 all show conventional motors, and Figure 14(a) shows a motor in which the magnetization direction of the permanent magnet is in the radial direction. Schematic cross-sectional view of FIG. 14 (b
) is a magnetic flux density distribution diagram on its surface, FIG. 15(a) is a schematic cross-sectional diagram of a motor with one direction of magnetization, and FIG. 15(b) is a diagram of the magnetic flux density distribution on its surface.
) is a magnetic flux density distribution diagram on its surface, and Figure 16 is a schematic cross-sectional diagram of a motor with a 48i permanent magnet and 15 salient poles.
Figure 7 is a schematic cross-sectional view of a motor having auxiliary grooves on salient poles, No. 18
The figure is a schematic cross-sectional view of a motor using C-shaped magnets. In the figure, 1Iif1 pole, 2 is the magnetic yoke, 3 is the armature. (Fig. 5, Fig. 6, Fig. 7, Fig. 8, Fig. 9, Fig. 11, Fig. 12, Fig. 13, Fig. 14)] 5, Fig. 16, Fig. 16, ``Correcting hand sales'' Yohi (self-motivated), 1999, 12 28th of the month

Claims (1)

【特許請求の範囲】 m個の磁極からなる永久磁石からなる界磁部と、これに
相対するP個の突極をもつモータにおいて、前記磁極の
N、S極1対をモータ回転角方向に対して1周期Tとし
、前記磁極の幅方向距離h(θ)を回転角θに対して下
記フーリエ級数▲数式、化学式、表等があります▼ で表した場合、n=(i×j)±1としたときj=2,
4,6,……,20のうち少なくとも1つ以上のnの値
においてゼロではないフーリエ係数b_nが存在する形
状を有する前記界磁部からなることを特徴とするモータ
。 ただし、h_0は直流成分、a_nはフーリエ係数、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。
[Scope of Claims] In a motor having a field part made of a permanent magnet having m magnetic poles and P salient poles facing the field part, a pair of N and S poles of the magnetic poles are arranged in the motor rotation angle direction. If one period is T, and the distance h(θ) in the width direction of the magnetic pole is expressed as the following Fourier series ▲ There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc. ▼ for the rotation angle θ, then n = (i x j) ± When set to 1, j=2,
A motor characterized in that the field portion has a shape in which a non-zero Fourier coefficient b_n exists for at least one value of n among 4, 6, . . . , 20. However, h_0 is the DC component, a_n is the Fourier coefficient, i
is an integer expressed as P/q, where q is the greatest common divisor of m/2 and P.
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