JPH0720361B2

JPH0720361B2 - 回転電機

Info

Publication number: JPH0720361B2
Application number: JP23458889A
Authority: JP
Inventors: 伸浩平島
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 1989-09-12
Filing date: 1989-09-12
Publication date: 1995-03-06
Anticipated expiration: 2010-03-06
Also published as: JPH0398445A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、電動機あるいは発電機として使用される回転
電機に関する。更に詳述すると、本発明はコギングトル
クの低減を図った回転電機に関する。

（従来の技術）直流モータのような永久磁石界磁のモータにおいては、
鉄心によるレラクタンス変化と永久磁石の磁界分布の相
関によって発生するコギングトルクが問題となる。この
コギングトルクは回転の円滑を損う原因となることから
小さく抑えることが望まれる。

従来のコギングトルク低減方法の一つとしては、マグネ
ットの着磁条件を着磁器の電圧や容量等を制御すること
によって変化させ、コギングが小さく抑えられる最良点
を決めるようにしている。例えば、着磁条件を変化させ
てマグネット表面の磁化分布が正弦波状を示すように未
飽和着磁を行っている。この場合、コア突極部の中心角
に関係なくコギングの最良点を簡単に決めることができ
る。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、マグネットが未飽和着磁状態にあるため
個々のマグネットの磁化分布が微妙に異なってしまい、
モータ毎にコギングの大きさがばらついて安定した特性
が得られない問題を伴なう。また、マグネットが未飽和
着磁のため利用する磁束数が少なく出力トルクが低くな
る問題がある。換言すれば、コギングトルクを少なくす
るために、磁束の変化を正弦波様となるように未飽和着
磁するために、大きな出力トルクを得るだけの磁束数が
得られないという欠点がある。加えて、未飽和着磁のマ
グネットは電機子反作用磁界で減磁されるため、磁束数
が減少してやはり出力トルクが減少する問題がある。

本発明は、コギングトルクの小さな回転電機を提供する
ことを目的とする。更に、本発明は電機子コアの突極の
中心角とは無関係にコギングトルクを小さくできる回転
電機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）かかる目的を達成するため、本発明の回転電機は、4n
（ｎは１以上の整数）極の磁極数を有するマグネット
と、3k（ｋは１以上の整数）極の突極数を有する電機子
コアとを備え、いずれか一方を他方に対して回転するよ
うに構成した回転電機であって、マグネットの１磁極当
りの中心角を電気角で108゜±10゜、好ましくは約108゜
とし、無励磁時における静止位置を２種類出現させるよ
うにしている。

（作用）したがって、マグネットあるいは電機子コアの無励磁に
おける２種類の静止位置（Ｉ），（II）が双方とも現れ
易くなり、静止回数が従来の６回/360゜よりも多い７回
/360゜以上となる。そして、約108゜において、静止位
置（Ｉ）と（II）の両方が電機子コアの突極の中心角の
大きさとは無関係に完全に成立し、位相が異なる２種の
コギングの静止位置が交互に表れ、振幅が小さく波長も
短かいコギングに変化する。

（実施例）以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基づいて詳細
に説明する。

本発明をモータに適用した一実施例を第１図に示す。こ
のモータは４磁極３突極構成のアウターロータ形モータ
であって、モータケース・ヨーク１の内周面に４個の円
弧状マグネット２が等間隔をあけて均等配置されてい
る。各マグネット２は厚さ方向に着磁され１個のマグネ
ットが１磁極を構成している。各マグネット２の中心角
θ_Ｍは電気角で108゜±10゜、好ましくは約108゜に設定
されている。また、ヨーク１にはその中心軸線に沿って
突極４を有するステータコア３が軸支され、各突極４が
マグネット２の内周面と対向するように配置されてい
る。ヨーク１及びマグネット２はステータコア３を中心
に回転可能に設けられている。コア３の突極４は３個で
あり各突極４毎にコイル５が巻回されている。各突極４
の中心角θａは任意の角度例えば電気角で約120゜〜180
゜に設定されている。尚、本実施例の場合、磁極対は２
なので、電気角と機械角は一致せず、中心角θ_Ｍは機械
角で1/2となる。

ここで、マグネット２の１磁極当りの中心角θ_Ｍとは、
マグネットの１つの磁極を構成する着磁部位の円周上の
両端・２点が中心Ｏを挾む角を意味し、１磁極当りの着
磁角度を意味する。マグネット２の１磁極当りの中心角
θ_Ｍを電気角で約108゜に設定する場合、電機子コア３
の突極４の中心角θａに関係なく最良のコギング特性が
得られる。しかし、コギングトルクを一般に実用的な小
さなものと考えられているレベル（第４図に鎖線で示さ
れる範囲）よりも小さな領域内に単に抑える場合には、
θ_Ｍは厳密に約108゜に設定する必要はなく、突極４の
中心角θａによっても若干異なるが、θａの大きさに比
例して最大108゜±10゜の範囲に設定すれば支障がな
い。例えば、電機子コア３の突極４の中心角θａを電気
角でθａ＝120゜あるいは180゜にとるとき、実用レベル
のコギングトルク特性を得るには、マグネットの中心角
θ_Ｍは電気角で少なくとも108゜±10゜の範囲に設定す
れば足りる。この値は十分製作誤差に収まる値であると
考えられる。

第２図（Ａ），（Ｂ）に４磁極３突極構成のアウターロ
ータ型モータあるいはステータマグネット型の場合のマ
グネットと電機子コアの構造の一例を示す。マグネット
２は円筒形状のヨーク１の内周面に等間隔をあけて固着
され、電機子コアは軸部の周面に外側に突出する円弧状
の３つの突極を一体成形して成る。この場合の中心角θ
_M,θａは図示の通りである。

第３図（Ａ），（Ｂ）に４磁極３突極構成のインナーロ
ータ型モータの場合のマグネットと電機子コアの構造の
一例を示す。マグネット２はスピンドル形状のヨーク１
の周面に等間隔をあけて固着されている。また、電機子
コア３は円筒状コアの内側に突出する円弧状の３つの突
極４を有し各々に電機子コイルが巻回される。この場合
の中心角θ_M,θａは図示の通りである。

以上のように構成した回転電機によると次のようにコギ
ングトルクが低減される。

第５図の特性図は実験結果であり、θ_Ｍとコギングとの
関係を、θａをパラメータとして示している。この実験
からも明らかなように、通常、4n極の磁極を有するマグ
ネットと3k極の突極を有する電機子コアとから成る４−
３構成の回転電機においては、無励磁時に第６図（Ａ）
に示す静止位置（Ｉ）若しくは第６図（Ｂ）に示す静止
位置（II）のいずれかを取る。この静止位置は、マグネ
ット２の中心角θ_Ｍが108゜よりも大きく離れている場
合（第４図中，で示す）に取る。そのときの、静止
位置Ｉのコギングトルク特性［第５図（Ａ）］と、静止
位置（II）のコギング特性［第５図（Ｇ）］とは、位相
が異なるだけで共に６回/360゜の静止回数を有する。そ
して、θ_Ｍ＝108゜に近づくに従いある角度においてそ
の静止位置の転換が起る。その過渡領域（第４図中，
で示す）におけるコギングトルクは第５図（Ｂ）及び
第５図（Ｆ）で示されるように、振幅が小さくなる。そ
こで、更にθ_Ｍを108゜に近づけると、第５図（Ｃ）及
び第５図（Ｅ）に示すように、静止位置（Ｉ）のコギン
グトルク特性に静止位置（II）の特性が若干出現し始
め、あるいは静止位置（II）のコギングトルク特性に静
止位置（Ｉ）の特性が若干出現し始め、振幅及び波長の
圧縮が起る。即ち静止位置の転換の過渡現象が生じてい
る。そして、約108゜において静止位置（Ｉ）と（II）
とが双方とも完全に成立し、位相が異なる２種のコギン
グトルクの静止位置が交互に表れ、振幅が小さく波長も
短かい第５図（Ｄ）のようなコギングトルク特性に変化
する。したがって、１磁極当りの中心角θ_Ｍが電気角で
約108゜に設定するとき、コギングは電機子コア３の突
極４の中心角θａの大きさに関係なく最良となる。この
とき、静止位置が６回/360゜から12回/360゜と２倍にな
る。目視確認ではコギングが減少しているため７〜12回
/360゜の静止位置が確認できた。因みに、このときのコ
ギングトルクは、従来の着磁制御によるコギングトルク
低減方法の場合（５〜3g cm）に比べて半分以下（1.5〜
1.0g cm）に低減することができた。尚、このマグネッ
ト２の中心角θ_Ｍは厳密な意味で108゜に限定されるも
のではなく、実用レベルにおいて若干の誤差を許容し得
る。例えばθａ＝120゜〜180゜の場合を例にとって説明
すると、θ_Ｍが少なくとも108゜±10゜の当りから第４
図に鎖線で示される実用レベル（図中，で示す）に
収まる。

尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の一例ではある
がこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱し
ない範囲において種々変形実施可能である。例えば、本
実施例ではマグネットは磁極毎に１つのブロックを形成
するようにしているが、全体を１つのブロックとするリ
ング状のマグネット材に所定電気角の磁極を所定数形成
するように着磁によって形成しても良い。

また、本発明はアウターロータ型あるいはインナーロー
タ型に限定されず、面対向（アキュシャル）型回転電機
にも適用することができる。また、本実施例では２極、
３突極の３相モータについて説明したが、これに限定さ
れるものではなく、磁極数:2P 突極数:ka ８ 6 12 9 16 12 20 15 24 18 28 21 32 24 等のいわゆる多極回転電機にも応用可能である。尚、各
磁極数の括弧内には１磁極当りの中心角θ_Ｍが機械角で
表示されている。

更に、本実施例ではモータとして説明しているが、発電
機としても利用可能である。この場合、コギングトルク
が低減するため振動による騒音発生が抑制され、静かな
発電機を提供できる。

（発明の効果）以上の説明より明らかなように、本発明の回転電機は、
マグネットの中心角を電気角で108゜±10゜に設定して
いるので、無励磁時に２種類の静止位置が成立し、従来
の回転電機の２倍、即ち静止位置（Ｉ＋II）の状態とな
りコギングが小さく抑えられる。しかも、本発明は、マ
グネットの中心角・着磁角度を一定の値に設定するだけ
でコギングトルクを減少させているので、各磁極を飽和
着磁できる。したがって、本発明の回転電機は、磁束の
減少がなく、電機子反作用磁界による減磁を受け難く、
モータとして使用する場合、出力トルクが従来よりも大
きくできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の回転電機を４磁極３突極構成のモータ
に適用した実施例を示す概略構成図、第２図（Ａ）及び
（Ｂ）は本発明の回転電機を構成するアウターロータ型
ないしステータマグネット型のマグネットと電機子のコ
アの一例を示す正面図、第３図（Ａ），（Ｂ）は本発明
の回転電機のインナーロータ型のマグネット及び電機子
コア一実施例を示す正面図、第４図は本発明の回転電機
のマグネット中心角とコギングトルクとの関係を電機子
コアの中心角をパラメータとして示すグラフである。第
５図（Ａ）〜（Ｇ）は第４図の〜の状態におけるコ
ギングトルク特性図、第６図は４−３構成の回転電機の
無励磁時における静止位置を示す正面図で、（Ａ）は回
転位置Ｉ、（Ｂ）は回転位置IIを示す。２……マグネット、３……電機子コア、 θ_Ｍ……マグネットの１磁極当りの中心角。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】4n（ｎは１以上の整数）極の磁極数を有す
るマグネットと、3k（ｋは１以上の整数）極の突極数を
有する電機子コアとを備え、いずれか一方を他方に対し
て回転するように構成された回転電機であって、上記マ
グネットの１磁極当りの中心角を電気角で108゜±10゜
とし、上記マグネットと上記電機子コアとの無励磁時に
おける静止位置を２種類出現させることを特徴とする回
転電機。
【請求項２】請求項１記載のマグネットの１磁極当りの
中心角を電気角で約108゜としたことを特徴とする回転
電機。