JPH04207947A - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、コア型で実質的に偶数個の突極を有するモ
ータにおいて、そのコギングトルクを局限まで減少させ
たものである。

［従来の技術］ 第４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界磁部で、Ｎ極とＳ極を
有し、磁気ヨーク２に固着され、回転軸３を備えている
。４は突極４ａを有するアーマチュアで、コイル５を備
え（１個所のみ表示し、他は省略しである）、界磁部１
とギャップｇをおいて対抗配置されている。回転軸３は
、図示していない支持部材によってアーマチュア４や界
磁部１とともに支持されている。

［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、トリクリップの大きな問題
となるコギングトルクを減少させるために、界磁部１の
磁束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。

この発明は、このような問題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
磁石において、磁束発生領域の厚さを級数で表した場合
、ある特定の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］ この発明にがかるモータは、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偶数からな
る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庶に対して１周期Ｔとし、前記
磁極において磁束発生領域の厚さ方向距離ｄ（θ）を回
転角θに対巳で、下記級数 で表した場合、ｎ＝（ｉｘｊ）±１としたき、ｊ＝１，
２，３．・・・・・・、１０のうち少なくとも１つ以上
の値においてゼロではない係数ｂｎが存在する磁束発生
パターンを有する界磁部からなるようにしたものである
。

ただし、ｄｏはｄＯ”Ｄ（○くθ〈π）、ｄ。

＝−Ｄ（πくθく２π）、Ｄ：前記界磁部の標準の厚さ
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、厚さ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。

この発明でいう界磁部とは、着磁を施された永久磁石の
部分を意味し、永久磁石そのものの厚さを第　（１）式
にしたがって変えたものである。第（１）式にしたがっ
て、通常は突極に相対する面において凹凸の形状をもた
せるためのものである。

なお、通常の厚みが一定の永久磁石はその厚さ方向距離
をＤｏとすると、第　（１）式において、ｄ。

はｄｏ＝ＤＯ（○くθ＜ｘ）　、ｄｏ　＝−ｐ。　（π
くθく２π）で、係数ａｎｌｂｎは全てゼロと解釈する
。なお、ａゎは余弦成分の係数である。

また、第２図（ｃ）、（ｅ）に示すように、特許請求の
範囲におけるＤの値は、このＤｏに必ずしも同一の値で
ある必要はない。つまり、この発明に異形の永久磁石や
着磁のパターンを決定するための基準となる永久磁石の
幅はり。と異なった値を取っても良い。さらに永久磁石
の加工を容易にするために、第２図（ｆ）に示すように
矩形的な形状としてもよく、この場合は、１７次モード
を更にそれより大きな高次モードを入れたものと解釈で
きるものの、１７次モードが最も大きな値で入っている
ため、それ以上の高次モードはコギングに対して大きな
影響を与えないことが多く、実質的な効果としてはほぼ
同一となる。

［イ乍用］ この発明においては、界磁部である永久磁石の磁束発生
部分の厚さ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。

［実施例］ この発明の基本原理にっては本発明者らが先に提案した
特願平１−１８７５２１〜１８７５２４の中で詳しく説
明した。

これらの説明では界磁部１の磁束分布の内、基本波にｎ
次モードの高調波磁束成分が含まれる場合、０次モード
単独のコギングトルクが発生するのではなく、（ｎ±１
）／２単独波によるのと同じコギングトルクが発生し、
基本モードと高調波との関係は非線形的であることを示
した。

これは第４図（ｂ）に示すように、通常のモータにおけ
る永久磁石が持っている磁束分布が１次基本モードが大
部分であることによる。そして、第　（１）式において
、ｊ＝２．４．・・・・・・、２０の高次モードを有す
るｍ型窩調波を界磁部に加えることによってコギングト
ルクが極小になることを示した。通常、集中巻き線を有
するモータでは、第（１）式におけるｊが奇数の場合、
ｉＸｊ±１が奇数であるためにはｊが偶数のみで十分で
あった。

ｊが奇数の場合にはｊＸｊ±１は偶数となる。つまり、
Ｎ、Ｓ極の面積や磁束量が多極で同じであれば偶数モー
ドの高次磁束モードは界磁部１においてもともとほとん
ど含まれず、また、意図的に含ませた場合でも、駆動ト
ルクパターンに悪影響をおよぼすことから第　（１）式
におけるｊの値として、偶数は必要ではなかった。

しかし、例えばＡＣサーボモータ等のような分散巻き線
を有するモータではコギングトルクの次数を大きくし、
コギングトルクを小さくする目的で突極の数が非常に多
く、また、その数は偶数であっても差し支えない場合が
存在する。このようなモータにおいては、第　（１）式
のｊの値は偶数であってもｉＸｊ±１は必ず奇数になる
ため、この場合においてはｊが整数でありさえすればよ
い。

先に述べた第４図（ａ）はＡＣサーボモータによく利用
される分散巻き線を有する２極の永久磁石からなる界磁
部１．１８個の突極４ａを有するアーマチュア４を備え
た従来のモータを示したものである。通常の永久磁石を
用いた場合のコギングトルクを第３図（ａ）に示した。

この、場合のコ罵ｒ斤− ギングトルクの周期は２０度のものが最も大きい。

上記モータにこの発明を適用する場合、ｍ＝２　　　　
磁極数 ｐ＝１８　　突極数 ｑ＝、１　　　　ｍ／２とｐの最大公約数ｉ　＝　１８
　　　ｐ　／　ｑ Ｊ　＝　１　　　　　（Ｊ　＝　１　＋　、３　、・・
・・・・、９のうち１をとる。） このモータで、コギングトルクが周期２０度をもつ単独
の磁束モードは９次であるため、このコギングトルクを
減少させるためには、ｊの値としては基本モードの１を
とればよい。したがって、ｎ＝　（ｉｘｊ）±１ ＝　（１８ｘ１）±１＝１７ｏｒ１９ 最終的にｄ（θ）は ｄ（θ）＝＝ｄ０＋ｂ＋７　ｓｉｎ　　（１７θ）十ｂ
ｚｓ　　ｓｉｎ　　（１９θ） となる。

ｂ　ｌ？、　ｂ　Ｉｇをｄｏに対して何％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の特性か
ら決めればよい。なお、第２図（ａ）〜（ｆ）はこの発
明による高次の磁束モード入力の方式に関する模式図で
ある。

第２図（ａ）は１７次モードの磁束モード、第２図（ｂ
）は修正を加える前の界磁部１の形状を示し、第２図（
ｃ）は第２図（ｂ）に第２図（ｃ）の磁束パターンを重
ねた状態で、斜線を施した部分が磁束パターンである。

第２図（ｄ）は磁束パターンの形状に合わせた界磁部１
の形状を示す。第２図（ｅ）はｄｏ＞Ｄｏの場合の界磁
部１の形状を示し、第２図（ｆ）は矩形的な形状の界磁
部１の形状を示す。

この方式に従って、第３図（ｂ）は、永久磁石の厚さに
対し１７次、１９次のモードをそれぞれ＋５％入れた場
合のコギングトルク特性を示したものである。１７次の
モードを入れたものは位相が逆転し、コギングトルクが
大幅に減少しているが、１９次のモードを入れたものは
逆に大きくなっている。これは、１７次と１９次のモー
ドがそれぞれ逆の位相のコギングトルクを発生するため
である。

このモータの場合、第３図（Ｃ）に示すように１７次の
モードを＋３％入れた場合にコギングトルクが極めて小
さい値となり、現れたのは１θ度周期の非常に小さなコ
ギングトルクであった。このコギングトルクをさらに消
すためには３５゜３７次（ｊ−２）モードを適当に界磁
部１に追加すればよいが、通常はこれだけで十分である
。１７次モードの磁束分布を加えた場合の永久磁石の形
状を第１図（ａ）に示した。

このように、発生しているコギングトルクのモードに対
応する磁束分布の高次モードを磁石形状や着磁領域の厚
み形状に反映させる（つまり、ｊの値を適当に選択する
）ことにより、コギングトルクを実質上無視しえる程度
まで減少できる。

また、コギングトルクにおいて複数のモードを含むとき
は、磁束分布もそれに応じて複数のモードを界磁部１に
加えればよ゛い。この場合、磁束分布の高次モードの入
れ方としては、例えば、第１図（ｂ）に示すように永久
磁石の両側にそれぞれ独立に加えてもよいし、また、片
側のみに合成波の形状を加えてもよい。

〔発明の効果］ 以上詳細に説明したように、この発明は、ｍ個の磁極を
有する永久磁石からなる界磁部と、これに相対する偶数
からなる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
、前記磁極における磁束発生領域の厚さｄ（θ）を回転
角θに対して第　（１）式からなる級数で表した場合、
Ｎ、Ｓ各磁極対毎にｎ＝＝（ｉ’ｘｊ）±（ｊ＝１．３
．・・・・・・。

９）において、係数ｂｎのいずれかがゼロではない値を
もつ磁石形状にしたので、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。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）はこの発明の一実施例をそれぞれ
示す界磁部の永久磁石の斜視図、第２図（ａ）〜（ｆ）
はこの発明による高次の磁束モード入力を説明する模式
図、第３図（ａ）〜（ｃ）は高次モードとコギングトル
クとの関係を説明するための図、第４図（ａ）、（ｂ）
は従来のモータの断面略図とその表面の磁束密度分布図
である。 図中、１は界磁部、２は磁気ヨーク、３は回転軸、４は
アーマチュア、４ａは突極、５はコイルである。 一丁ミ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｍ個の磁極を有する永久磁石からなる界磁部と、これに
   相対する偶数からなる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、前記磁極における磁束発生領域の厚さ方
   向距離ｄ（θ）を回転角θに対して下記級数 ▲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＝１
   ，３，５，・・・・・・，９のうち少なくとも１つ以上
   の値においてゼロではない係数ｂｎが存在する磁束発生
   パターンを有する界磁部からなることを特徴とするモー
   タ。 ただし、ｄ＿ｏはｄ＿ｏ＝Ｄ（０＜θ＜π）、ｄ＿ｏ＝
   −Ｄ（π＜θ＜２π）、Ｄ：前記界磁部の異形の着磁あ
   るいは形状のパターンを作る際の標準の厚さであり、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、厚さ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。