JPH0356060A - Motor - Google Patents

Motor

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Publication number
JPH0356060A
JPH0356060A JP18725389A JP18725389A JPH0356060A JP H0356060 A JPH0356060 A JP H0356060A JP 18725389 A JP18725389 A JP 18725389A JP 18725389 A JP18725389 A JP 18725389A JP H0356060 A JPH0356060 A JP H0356060A
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JP
Japan
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motor
cogging torque
poles
permanent magnet
order
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Application number
JP18725389A
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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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Filing date
Publication date
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Priority to DE69015911T priority patent/DE69015911T2/en
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Abstract

PURPOSE:To decrease cogging torque torque by putting the distance in the thickness direction of a permagnet being the field part, in special shape which includes higher harmonies. CONSTITUTION:In case that the distance d(o) in the thickness direction of magnetic poles is expressed by formula I with respect to an AC servo motor which has four poles of permanent magnets and fifteen pieces of salient poles, m=4 (number of magnetic poles), p=15 (number of salient poles), q=1 (the greatest common measure between m/2 and p, i=15 (p/q), and j=2 (2 is taken for simplification among j=2,4, 6,...20). Accordingly, n=(iXj)+ or -1=(15X2)+ or -1=31 or 29. Finally, the distance d (o) in the thickness direction of magnetic poles becomes the one shown in formula II. What percent of the distance do in the standard thickness direction to set b29 and d31 to is determined from the property figure so that the cogging torque may by the minimum.

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1i1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Ii
n極1とともに支持されている。
Figure 14(a). (b) is 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 equipped with a coil 4 and is arranged to face the magnet 1i1 with a gap g therebetween. 5 is the rotation axis,
Armature 3 and Ii are supported by supporting members (not shown).
It is supported together with n-pole 1.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

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、l+fi
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。
In order to reduce cogging torque, which is a major problem of torque ripple in such conventional motors, l+fi
Methods have been considered to make the magnetization distribution of pole 1 sinusoidal or to control the magnetization angle (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-254045), but none of them completely eliminates the cogging torque. It wasn't the kind of technology that would do that.

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
久磁石の厚さ方向の距離をフーリ工級数で表した場合、
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。
This invention was made in order to solve such problems, and when the distance in the thickness direction of the permanent magnet is expressed as a Fourie series in accordance with the number of salient poles and the number of poles of the permanent magnet, ,
It is an object of the present invention to provide a motor that has almost no cogging torque by having a shape that includes a specific Fourier coefficient.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

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、これに相対する実質上磁気的に等価な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Tとし、前記磁極の厚さ方
向距Md (θ)を回転角θに対して次なるフーリエ級
数 d (θ)=d.  +Σ  a.COS(2 πnθ
/T)で表した場合、n=(iXj)士丁としたときj
=2.4,6,・・・・・・,20のうち少なくとも1
っ以上のnの値においてゼロではないフーリエ係数b.
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。
The motor according to the present invention is a motor having a permanent magnet having m magnetic poles and P salient poles that are substantially magnetically equivalent to the permanent magnet, and a pair of N and S poles of the magnetic poles are connected to the motor. One period T in the direction of the rotation angle, and the distance Md (θ) in the thickness direction of the magnetic pole is expressed by the following Fourier series d (θ)=d. +Σ a. COS(2 πnθ
/T), when n=(iXj)shicho, j
=2.At least 1 out of 4, 6, ..., 20
non-zero Fourier coefficients for values of n greater than or equal to b.
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厚さ方向
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 thickness direction of the permanent magnet, which is the field part, has 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 ν。:ギャップg中の磁気抵抗率である。
Here, F, (θ): radial magnetic flux amount in the gap Fe (θ): rotational direction magnetic flux amount R in the gap; radius ν at the position of the gap g. : is the 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
0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 0 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iF,(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覗値で表す。N
,S$i11対が2π、1周期Tであるから、2πnθ
/2π=nθと表わすことにより次式で表すことができ
る。
Let the radial direction magnetic flux iF, (θ) be the magnetic flux distribution generated by the magnetic pole 1 in the radial direction, and the magnetic flux distribution generated by the permanent magnet is expressed by the combined value of the fundamental wave and harmonics of a sine wave. N
, S$i11 pairs are 2π and one period T, so 2πnθ
By expressing /2π=nθ, it can be expressed by the following equation.

F,(θ)=Fo(sinθ+Σ  β.・sin  
nθ)nm2 ・・・・・・ (3) ただし、FO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,s8i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 /b+ ),Fo=b,とすると
、第 (1)式において直流成分d0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、磁束量F(θ)は永久磁石の厚さ方向の距離d
(θ)と一次の関係があると考えている。
F, (θ) = Fo (sin θ + Σ β.・sin
nθ)nm2 (3) However, FO is a constant. In addition, F.
.. In the distribution equation of (θ), the amount of magnetic flux at the N pole and s8i is equal, so the DC component is expressed as zero, and n is 2, 3
, 4, ..., an integer of β. represents the mixing ratio of the n-order component to the first-order component. In equation (3), β. ” (bn /b+), Fo=b, the form matches the equation when the DC component d0 and cosine component are zero in Equation (1).In other words, in this invention, the magnetic flux amount F(θ ) is the distance d in the thickness direction of the permanent magnet
We believe that there is a linear relationship with (θ).

回転方向の磁束Fe  (θ)はF,(θ)の回転=−
Fo(cosθ+Σ  β,・n  cosnθ)・・
・・・・ (4) となる。第 (2)式のF,(θ)・Fe  (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”cosnθ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。
Magnetic flux in the rotation direction Fe (θ) is F, rotation of (θ) = -
Fo(cosθ+Σβ,・n cosnθ)・・
...(4) becomes. In the term F, (θ)・Fe (θ) of equation (2), if we focus on the fundamental wave and one specific n component, +sin (n-1) θ}◆βn ' sin n
θ"cosnθko... (5) The ratio β of the n-order component to the fundamental wave is usually small.《1
Considering this, the last term can be ignored.

次に、磁極1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、 ・・・・・・ (6) となる。
Next, when the magnetic flux component F, (θ) generated by the magnetic pole 1 is only the k-order component, the terms F, (θ) and F(θ) in equation (2) are as follows: 6) It becomes.

コギングトルクは磁極1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 calculated when magnetic pole 1 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). Since it is zero, cogging torque occurs when n±1 becomes an integer multiple of 3 in equation (5). Section (5), (8
), it is clear that 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+1)/2=3となり、単独の3次高調波Ii
ii東成分が作るコギングトルクパターンが発生する。
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=
5, the fifth-order mode alone does not generate cogging torque, but when the fifth-order mode is slightly added to the fundamental mode, (5+1)/2=3, and the independent third harmonic Ii
ii A cogging torque pattern created by the east component occurs.

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β
n′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11 <、非線形的に作用す
る。
Conversely, even if a mode generates cogging torque by itself, if it is combined with the fundamental wave, β in equation (5)
It only affects the term n', and rather cogging torque does not occur much. That is, when a higher-order mode is mixed with the fundamental wave, if a cogging torque pattern of the higher-order mode alone is generated, 11 <, the cogging torque pattern 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 as shown in FIG. In a motor that is provided with distributed windings and has a large number of salient poles, it is not the number of coils 4 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、永久磁石の半径方向の厚さdを前記高調波唆分が加
算された形状にする。なお、dはラジアルギャップ型の
モータにおいては半径方向の距離、アクシャルギャップ
型のモータにおいては回転軸方向の距離である。
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 radial thickness d of the permanent magnet is made into a shape in which the harmonic components are added. Note that d is a distance in the radial direction in a radial gap type motor, and a distance in the rotation axis direction in 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の厚さ方向の距離を変え
るだけで各高次モードが入れられることがわかる。
Figure 2 (a), (b). (c) is a schematic explanation of 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 thickness 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、磁極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。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。
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 the magnetic pole 1 is as shown in FIG. 14(b). As shown in Figure 15(b), in the case of one direction, it is a sine wave,
In the radial direction, it is square or trapezoidal. 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17,19次
成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°. It includes each cogging torque having a period of 15°. As mentioned above, the 60'' period is considered to be the effect of the 5.7th order component of the magnetic flux, the 30@ to the 11th and 13th order components, and the 15@ to the 17th and 19th order components.

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%入れた永久磁石の厚さ方向
の形状の模式図、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。
Fig. 5 shows that in order to cancel the 5.7th mode of the permanent magnet, the 5th and 7th modes are each set to -8% relative to the fundamental wave. A schematic diagram of the shape in the thickness direction of a permanent magnet containing -3% and FIG. 6 show 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 fifth-order and seventh-order magnetic flux modes are reduced, the 60° cycle 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 of 30” period is calculated using the same method as 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
磁束成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 Figure 8, the cogging torque with a period of 60" is a very small value. In other words, the cogging torque generated by the 5th and 7th order magnetic flux components has opposite phases, so Even if second and seventh order components are included, if the values have the same sign and the same value, 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、永
久磁石の厚さ方向の形状に5次および11次のモードを
加えたもので、第10図に示すように、コギングトルク
が極めて小さくなる。
Fig. 9 shows the conventional motor shown in Fig. 14(a) in which the 5th and 11th modes are added to the shape of the permanent magnet in the thickness direction, and as shown in Fig. 10, the cogging torque is 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4極の永久磁石,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。
FIG. 16 shows a conventional motor having a four-pole permanent magnet with distributed windings and 15 salient poles, which is often used in AC servo motors. The period of cogging torque in this case using a normal permanent magnet is 6°, 3°...
...becomes...

上記モータにこの発明を適用する場合、m=4 P = 1 5 (磁極数) (突極数) P i=15(−) q j=2        (j=2.  4,  6. 
 ・・・・・・20のうちN単のため2を とる) したがって、 n=(iXj)±1 = (1 5X2)±1=31  or  29最終的
にd(θ)は d(θ) =do+b29 sin29θ十b nis
1n 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 this invention is applied to the above motor, m=4 P=1 5 (number of magnetic poles) (number of salient poles) P i=15(-) q j=2 (j=2. 4, 6.
・・・・・・Take 2 because there is only N out of 20) Therefore, n=(iXj)±1=(1 5X2)±1=31 or 29Finally, d(θ) is d(θ)= do+b29 sin29θ ten b nis
1n 3 1θ. What percentage should be set for b 29 and b 31 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,56fl極対に対してn=6j±1  (j=2.
4,・・・・・・)のモードを永久磁石の厚さ方向の形
状に入れればよい。
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, for 56fl pole pair n=6j±1 (j=2.
4,...) should be included in the shape of the permanent magnet in the thickness direction.

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厚さd(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。
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 thickness d(θ) of the permanent magnet is constant with respect to θ, and the primary component is already the majority.

したがって、この未久bii石に、例えば形状を変えて
n次の高調波を加えるのは、β。sin nθlsin
θ1の高調波を加えたことを意味する。
Therefore, for example, changing the shape and adding the n-th harmonic to this Miku bii stone is β. sin nθl sin
This means that harmonics of θ1 are added.

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、1極の角度が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。
Figure 18 has magnetization in one direction, and the angle of one pole is 180@
This figure shows a conventional motor using a C-shaped magnet with a diameter smaller than 1. 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戊分が加
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)=β.− sin nθl sinθ1F,
(θ)=0 で示される磁束の高調波を加えたことを意味する。
Figure 12 shows the magnetic flux distribution on the surface generated by a C-shaped magnet with 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 the part without a permanent magnet, and the fundamental wave as a whole has a slight harmonic component. It has an added shape. When changing the shape of such a permanent magnet and adding n-th harmonics, F, (θ) = β. - sin nθl sinθ1F,
This means that a harmonic of the magnetic flux shown by (θ)=0 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 there are no permanent magnets around the entire circumference, the same effect can be obtained by adding a higher-order component to the part where the permanent magnet is present.In this case, the higher-order components in the magnetic flux distribution Therefore, it is important to control the amount of newly added higher-order modes by considering the ratio of already existing higher-order modes.

(発明の効果) 以上詳細に説明したように、この発明は、m極の永久磁
石からなる界磁部と、これに相対する実買上Iin気的
に等価なP個の突極をもっモータにおいて、前記bni
のN,S8i1対をモータ回転角方向に対して1周期T
とし、前記磁極の厚さ方向距憩d(θ)を回転角θに対
して第 (1)式なるフーリエ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b。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 m-pole permanent magnets and P salient poles that are actually mechanically equivalent to the field section. , said bni
N, S8i one pair in one period T in the motor rotation angle direction
When the thickness direction distance d(θ) of the magnetic pole is expressed by the Fourier series of equation (1) with respect to the rotation angle θ, N
, S for each magnetic pole pair n=(ixj)±1 (j=2.4,
), the Fourier coefficient b. Since the shape has a non-zero value, there is an advantage that a high-quality motor with extremely low cogging torque can be produced, and 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−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戊
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4極の永久
磁石と15個の突極を有するモータの断面略図、第17
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、 1磁極、 2は磁気ヨーク、 3はアーマチ ユア〜 4はコイル、 5は回転軸である。 第 2 図 5次モード 塾本モード あ 目 第 3 図 凹1ロに71−Uノ 第 5 図 第 6 図 一回転角(θ) 60− 第 7 図 第 8 図 第 9 図 第 11 図 第 12 図 第 13 図 第 14 図 第 15 図 第 16 図 手 続 補 正 書 (自発) 平戒 1 年 l2 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 rotating direction of the magnetic pole surface of a conventional motor, FIG. 4 is also a cogging torque characteristic diagram, and FIG. 5 is also a diagram of this invention. 5th order according to.
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, Figure 16 is a schematic cross-sectional diagram of a motor with 4-pole permanent magnets and 15 salient poles, and Figure 17 is a diagram of the magnetic flux density distribution on its surface.
The figure is a schematic cross-sectional view of a motor having auxiliary grooves on salient poles, and FIG. 18 is a schematic cross-sectional view of a motor using C-shaped magnets. In the figure, 1 is a magnetic pole, 2 is a magnetic yoke, 3 is an armature, 4 is a coil, and 5 is a rotating shaft. 2nd figure 5th mode cram school mode Figure 13 Figure 14 Figure 15 Figure 16 Figure Procedure Amendment (Voluntary) December 28, 1997

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
、前記磁極の厚さ方向距離d(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=(1×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、d_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 d(θ) in the thickness direction of the magnetic pole is expressed as the following Fourier series for the rotation angle θ, n = (1 x j) When ±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, d_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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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7839045B2 (en) * 2006-12-28 2010-11-23 Delta Electronics, Inc. Permanent magnet rotary structure of electric machine

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US7839045B2 (en) * 2006-12-28 2010-11-23 Delta Electronics, Inc. Permanent magnet rotary structure of electric machine

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