JPH08308154A - 電動機 - Google Patents
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- JPH08308154A JPH08308154A JP7129392A JP12939295A JPH08308154A JP H08308154 A JPH08308154 A JP H08308154A JP 7129392 A JP7129392 A JP 7129392A JP 12939295 A JP12939295 A JP 12939295A JP H08308154 A JPH08308154 A JP H08308154A
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- H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
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- Power Engineering (AREA)
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- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
- Synchronous Machinery (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 効率の改善が限界に達した電動機において、
回転に寄与する磁束を増加することにより同一体積当た
りの出力を改善する。 【構成】 基本単位におけるコイル数Ｐと永久磁石数Ｎ
との間に±１の差が存在する電動機で、繰り返しピッチ
Ｃｐのティース１２２の表面に幅ａの溝をｓ個設け、永
久磁石１５１の回転方向の幅ＭＬを、数式７としたも
の。 【数７】
回転に寄与する磁束を増加することにより同一体積当た
りの出力を改善する。 【構成】 基本単位におけるコイル数Ｐと永久磁石数Ｎ
との間に±１の差が存在する電動機で、繰り返しピッチ
Ｃｐのティース１２２の表面に幅ａの溝をｓ個設け、永
久磁石１５１の回転方向の幅ＭＬを、数式７としたも
の。 【数７】
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電動機の出力を改善す
る技術に関する。
る技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】電動機は、回転子の外周に永久磁石を貼
付し、固定子側の三相コイルに制御電流を流し、永久磁
石による磁界とコイルにより形成される磁界との相互作
用により、回転子を回転する。近年、永久磁石を用いた
電動機は、小型かつ出力トルクの大きなモータが実現可
能であるとして、電気自動車の駆動源を初めとし、様々
な改良および応用が試みられている。
付し、固定子側の三相コイルに制御電流を流し、永久磁
石による磁界とコイルにより形成される磁界との相互作
用により、回転子を回転する。近年、永久磁石を用いた
電動機は、小型かつ出力トルクの大きなモータが実現可
能であるとして、電気自動車の駆動源を初めとし、様々
な改良および応用が試みられている。
【０００３】特に、その出力トルクを増大するために、
永久磁石間に突極を設け、突極リラクタンスによる反作
用トルクを積極的に利用しようとするものや、固定子側
のコイルの極数と回転子側の永久磁石の極対数とに所定
の差をもたせて減速機能を持たせるもの（いわゆるバー
ニア型電動機）などが、提案・開発されている。
永久磁石間に突極を設け、突極リラクタンスによる反作
用トルクを積極的に利用しようとするものや、固定子側
のコイルの極数と回転子側の永久磁石の極対数とに所定
の差をもたせて減速機能を持たせるもの（いわゆるバー
ニア型電動機）などが、提案・開発されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電動機
では、その効率は既に理論値に近づきつつあり、電動機
の体積当たりの出力を向上しようとする試みは、電磁鋼
板などの材料の改善や発熱による温度上昇を如何に回避
するかといった程度になりつつあり、飛躍的な改善は望
めない状況となっている。また、磁石や突極形状の改良
なども試みられているが、いずれも試行錯誤の域を出
ず、また僅かな改善に留まっていた。
では、その効率は既に理論値に近づきつつあり、電動機
の体積当たりの出力を向上しようとする試みは、電磁鋼
板などの材料の改善や発熱による温度上昇を如何に回避
するかといった程度になりつつあり、飛躍的な改善は望
めない状況となっている。また、磁石や突極形状の改良
なども試みられているが、いずれも試行錯誤の域を出
ず、また僅かな改善に留まっていた。
【０００５】本発明は、電動機におけるトルクの発生の
メカニズムに立ち戻り、電動機の出力を増大することを
目的としてなされ、次の構成を採った。
メカニズムに立ち戻り、電動機の出力を増大することを
目的としてなされ、次の構成を採った。
【０００６】
【課題を解決するための手段】第１請求項に記載された
本発明の電動機は、回転子の外周に少なくとも永久磁石
対を備え、固定子側には三相コイルを巻回した複数個の
ティースを備えた電動機であって、前記三相コイルとこ
れに対応する前記永久磁石との基本単位において、前記
三相コイルのコイル数と永久磁石の極数との間に所定の
数差を設け、前記固定子のティースを、前記回転子周方
向の幅をＣ、隣接するティース間の隙間をａとして、配
設すると共に、前記永久磁石を、その単体の周方向長さ
ＭＬが、以下の数式３により求められる長さとしてなる
ことを要旨とする。
本発明の電動機は、回転子の外周に少なくとも永久磁石
対を備え、固定子側には三相コイルを巻回した複数個の
ティースを備えた電動機であって、前記三相コイルとこ
れに対応する前記永久磁石との基本単位において、前記
三相コイルのコイル数と永久磁石の極数との間に所定の
数差を設け、前記固定子のティースを、前記回転子周方
向の幅をＣ、隣接するティース間の隙間をａとして、配
設すると共に、前記永久磁石を、その単体の周方向長さ
ＭＬが、以下の数式３により求められる長さとしてなる
ことを要旨とする。
【数３】
【０００７】請求項３の電動機は、請求項１記載の電動
機とほぼ同様の構成において、ティースの幅がＣである
として、このティースの回転子側表面に、隣接するティ
ース間ピッチａと略同一の幅であり回転子の回転軸方向
に沿った溝をｓ個形成すると共に、回転子に設けられた
前記永久磁石を、その単体の周方向長さＭＬが、以下の
数式４により求められる長さとしたことを特徴とする。
機とほぼ同様の構成において、ティースの幅がＣである
として、このティースの回転子側表面に、隣接するティ
ース間ピッチａと略同一の幅であり回転子の回転軸方向
に沿った溝をｓ個形成すると共に、回転子に設けられた
前記永久磁石を、その単体の周方向長さＭＬが、以下の
数式４により求められる長さとしたことを特徴とする。
【０００８】
【数４】
【０００９】請求項４の電動機は、請求項３記載の電動
機の溝の深さｄが該溝の幅ａの略１ないし２倍であるこ
とを特徴とする。
機の溝の深さｄが該溝の幅ａの略１ないし２倍であるこ
とを特徴とする。
【００１０】なお、これらの電動機において永久磁石
は、逆突極で代替することが可能である（請求項２，
５）。この場合、永久磁石の長さＭＬを求めた式を、ス
テータ側に対して凹部をなす逆突極部の長さを求める式
として適用すればよい。
は、逆突極で代替することが可能である（請求項２，
５）。この場合、永久磁石の長さＭＬを求めた式を、ス
テータ側に対して凹部をなす逆突極部の長さを求める式
として適用すればよい。
【００１１】
【作用】本発明に共通する解決原理について、電動機に
おける回転力発生のメカニズムに立ち戻って説明する。
図１１は、電動機における磁束の状態を模式的に示すた
めに、電動機の回転子と固定子とを直線方向に展開して
示す説明図である。ＵＶＷの三相のコイルがスロットに
巻かれた固定子ＳＴと、三相コイル１組み当たり一つの
永久磁石ＰＭが対応する回転子ＲＴとの間には、図１１
（Ａ）に示すように永久磁石による磁束と、同図（Ｂ）
に示すようにコイルに流した電流による磁束とが形成さ
れる。実際に電動機の回転に意味を持つ磁束は、両磁束
の合成磁束であり、これを図１１（Ｃ）に示した。な
お、図において、矢印ａ，ｂは、磁束の中心を示してい
る。
おける回転力発生のメカニズムに立ち戻って説明する。
図１１は、電動機における磁束の状態を模式的に示すた
めに、電動機の回転子と固定子とを直線方向に展開して
示す説明図である。ＵＶＷの三相のコイルがスロットに
巻かれた固定子ＳＴと、三相コイル１組み当たり一つの
永久磁石ＰＭが対応する回転子ＲＴとの間には、図１１
（Ａ）に示すように永久磁石による磁束と、同図（Ｂ）
に示すようにコイルに流した電流による磁束とが形成さ
れる。実際に電動機の回転に意味を持つ磁束は、両磁束
の合成磁束であり、これを図１１（Ｃ）に示した。な
お、図において、矢印ａ，ｂは、磁束の中心を示してい
る。
【００１２】図１１（Ｃ）の磁束の状態を、理解の便を
図って、図１２に拡大して示した。図示するように、合
成磁束は、ティースＴＴや突極ＬＲの形状や配置により
対称形にはならず、特に突極ＬＲの端部において、突極
ＬＲからこれに対向するティースＴＴに渡る部位（図１
２符号ＦＦ部）で斜めの磁路を形成する。ティースＴＴ
と回転子ＲＴ側との間のギャップに存在する傾きを持っ
た磁束は、この磁路の長さをより短かい状態にしようと
し、あたかも回転子ＲＴ側を手繰りよるよせるように力
を発生させる。これが電動機における回転力発生のメカ
ニズムである。なお、永久磁石ＰＭ２個（一対）当たり
６個のティースＴＴが存在するとした場合のＵＶＷ各相
のコイルを通るマグネット磁束φｍＵ，φｍＶ，φｍ
Ｗ、およびコイル電流による磁束φｃＵ，φｃＶ，φｃ
Ｗの一例を、図１３に示す。
図って、図１２に拡大して示した。図示するように、合
成磁束は、ティースＴＴや突極ＬＲの形状や配置により
対称形にはならず、特に突極ＬＲの端部において、突極
ＬＲからこれに対向するティースＴＴに渡る部位（図１
２符号ＦＦ部）で斜めの磁路を形成する。ティースＴＴ
と回転子ＲＴ側との間のギャップに存在する傾きを持っ
た磁束は、この磁路の長さをより短かい状態にしようと
し、あたかも回転子ＲＴ側を手繰りよるよせるように力
を発生させる。これが電動機における回転力発生のメカ
ニズムである。なお、永久磁石ＰＭ２個（一対）当たり
６個のティースＴＴが存在するとした場合のＵＶＷ各相
のコイルを通るマグネット磁束φｍＵ，φｍＶ，φｍ
Ｗ、およびコイル電流による磁束φｃＵ，φｃＶ，φｃ
Ｗの一例を、図１３に示す。
【００１３】従って、電動機において回転力を向上する
には、傾きを持った磁束の数を多くするか、磁束の傾き
を大きくすることが望ましい。前者については、傾きを
持った磁束の形成に寄与する磁界を強めることによって
も改善されるが、形成された磁束の内、できるだけ多く
の磁束を傾かせること、即ち回転力に寄与しない磁束を
少なくすることによっても改善される。
には、傾きを持った磁束の数を多くするか、磁束の傾き
を大きくすることが望ましい。前者については、傾きを
持った磁束の形成に寄与する磁界を強めることによって
も改善されるが、形成された磁束の内、できるだけ多く
の磁束を傾かせること、即ち回転力に寄与しない磁束を
少なくすることによっても改善される。
【００１４】係る解決原理に従い、請求項１の電動機で
は、合成磁束のうち、回転子の回転方向に傾いた磁束の
割合を高めるために、まず三相コイルとこれに対応する
永久磁石との基本単位において、三相コイルのコイル数
と永久磁石の極数との間に所定の数差を設ける。例え
ば、三相コイルＵＶＷ３つに対して永久磁石を２個また
は４個配置する。この結果、いずれかのティースと磁石
とが正対しても他のいずれかはずれた位置関係となる。
更にティースの幅Ｃと隣接するティース間の間隙ａと永
久磁石の周方向長さＭＬとの間の寸法関係を、請求項１
の電動機では、上記数式３の関係を満たすように規定す
るから、傾きを持つ磁束の数は増加する。即ち、永久磁
石一つ当たりの回転子の回転に寄与する合成磁束数が増
加する。このため、同一体積の電動機における出力が向
上する。他方、請求項３の電動機では、ティースの表面
に幅ａの溝をｍ個形成し、上記数式３の関係を満たすよ
う永久磁石の長さＭＬを定めれば、永久磁石一つ当たり
の回転に寄与する合成磁束数は増大し、かつ全永久磁石
についての回転に寄与する合成磁束数も増大する。ここ
で、ｍ，ｓを適宜定めれば、種々の組合わせが可能とな
る。これらの組合わせの代表的な例については、実施例
の項で明らかにする。
は、合成磁束のうち、回転子の回転方向に傾いた磁束の
割合を高めるために、まず三相コイルとこれに対応する
永久磁石との基本単位において、三相コイルのコイル数
と永久磁石の極数との間に所定の数差を設ける。例え
ば、三相コイルＵＶＷ３つに対して永久磁石を２個また
は４個配置する。この結果、いずれかのティースと磁石
とが正対しても他のいずれかはずれた位置関係となる。
更にティースの幅Ｃと隣接するティース間の間隙ａと永
久磁石の周方向長さＭＬとの間の寸法関係を、請求項１
の電動機では、上記数式３の関係を満たすように規定す
るから、傾きを持つ磁束の数は増加する。即ち、永久磁
石一つ当たりの回転子の回転に寄与する合成磁束数が増
加する。このため、同一体積の電動機における出力が向
上する。他方、請求項３の電動機では、ティースの表面
に幅ａの溝をｍ個形成し、上記数式３の関係を満たすよ
う永久磁石の長さＭＬを定めれば、永久磁石一つ当たり
の回転に寄与する合成磁束数は増大し、かつ全永久磁石
についての回転に寄与する合成磁束数も増大する。ここ
で、ｍ，ｓを適宜定めれば、種々の組合わせが可能とな
る。これらの組合わせの代表的な例については、実施例
の項で明らかにする。
【００１５】請求項３の構成において、ティースの表面
に形成される溝の深さｄを溝の幅ａの１ないし２倍程度
にすれば（請求項４）、磁束を効率よく所望の関係にす
ることができる。
に形成される溝の深さｄを溝の幅ａの１ないし２倍程度
にすれば（請求項４）、磁束を効率よく所望の関係にす
ることができる。
【００１６】なお、永久磁石に代えて突極を用いる突極
型の電動機における作用は、上述した永久磁石を用いた
電動機の作用がそのまま適用される。
型の電動機における作用は、上述した永久磁石を用いた
電動機の作用がそのまま適用される。
【００１７】
【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明ら
かにするために、以下本発明の好適ないくつかの実施例
について説明する。図１は、本発明の第１実施例として
の同期型三相モータ４０の構造を示す断面図である。こ
の同期型三相モータ４０では、固定子３０のティース２
２は計６個存在するが、ＵＶＷ相の３個のコイルを基本
単位としており、基本単位当たりのコイル数Ｐは３であ
る。永久磁石は回転子５０の外周に４個貼付されてお
り、コイルの基本単位に対応する永久磁石の極数Ｎは２
であり、Ｎ＝Ｐ−１の関係となっている。
かにするために、以下本発明の好適ないくつかの実施例
について説明する。図１は、本発明の第１実施例として
の同期型三相モータ４０の構造を示す断面図である。こ
の同期型三相モータ４０では、固定子３０のティース２
２は計６個存在するが、ＵＶＷ相の３個のコイルを基本
単位としており、基本単位当たりのコイル数Ｐは３であ
る。永久磁石は回転子５０の外周に４個貼付されてお
り、コイルの基本単位に対応する永久磁石の極数Ｎは２
であり、Ｎ＝Ｐ−１の関係となっている。
【００１８】まず、図２を用いて、同期型三相モータ４
０の全体構造について説明する。この同期型三相モータ
４０は、固定子３０と回転子５０とこれらを収納するケ
ース６０とからなる。回転子５０は、外周に永久磁石５
１ないし５４が貼付されており、その軸中心に設けられ
た中空の回転軸５５を、ケース６０に設けられた軸受６
１，６２により回転自在に軸支している。
０の全体構造について説明する。この同期型三相モータ
４０は、固定子３０と回転子５０とこれらを収納するケ
ース６０とからなる。回転子５０は、外周に永久磁石５
１ないし５４が貼付されており、その軸中心に設けられ
た中空の回転軸５５を、ケース６０に設けられた軸受６
１，６２により回転自在に軸支している。
【００１９】回転子５０は、無方向性電磁鋼板を打ち抜
いて成形したロータ５７を複数枚積層したものである。
このロータ５７は、図１に示すように、その外周の４箇
所に、９０度ずつ隔たって突極７１ないし７４が設けら
れている。突極７１ないし７４は、ロータ５７に一体に
構成しても良いし、別部材により構成しても差し支えな
い。ロータ５７には、４箇所、組立用のピン５９を挿入
する孔が設けられており、このピン５９により位置決め
しつつ積層した後、積層体の前後にエンドプレート５７
Ａ，５７Ｂを配置する。この状態でピン５９の端部をエ
ンドプレート５７Ａ，５７Ｂに溶接またはかしめること
で、積層したロータ５７を固定する。ロータ５７の中心
部は回転軸５５が圧入されるように抜かれており、更に
周り止め用のキー溝５８が設けられているので、回転軸
５５のキー溝にキー５６を打ち込んだ状態で回転軸５５
を、積層されたロータ５７に挿入する。こうして回転子
５０が組み立てられる。
いて成形したロータ５７を複数枚積層したものである。
このロータ５７は、図１に示すように、その外周の４箇
所に、９０度ずつ隔たって突極７１ないし７４が設けら
れている。突極７１ないし７４は、ロータ５７に一体に
構成しても良いし、別部材により構成しても差し支えな
い。ロータ５７には、４箇所、組立用のピン５９を挿入
する孔が設けられており、このピン５９により位置決め
しつつ積層した後、積層体の前後にエンドプレート５７
Ａ，５７Ｂを配置する。この状態でピン５９の端部をエ
ンドプレート５７Ａ，５７Ｂに溶接またはかしめること
で、積層したロータ５７を固定する。ロータ５７の中心
部は回転軸５５が圧入されるように抜かれており、更に
周り止め用のキー溝５８が設けられているので、回転軸
５５のキー溝にキー５６を打ち込んだ状態で回転軸５５
を、積層されたロータ５７に挿入する。こうして回転子
５０が組み立てられる。
【００２０】回転子５０を形成した後、回転子５０の外
周面に、所定厚さの永久磁石５１ないし５４を軸方向に
亘って貼付する。この永久磁石５１ないし５４は、厚み
方向に磁化されている。この永久磁石５１ないし５４
は、回転子５０を固定子３０に組み付けると、隣接する
永久磁石およびロータ５７，ステータ２０を貫く磁路Ｍ
ｇを形成する（図１参照）。
周面に、所定厚さの永久磁石５１ないし５４を軸方向に
亘って貼付する。この永久磁石５１ないし５４は、厚み
方向に磁化されている。この永久磁石５１ないし５４
は、回転子５０を固定子３０に組み付けると、隣接する
永久磁石およびロータ５７，ステータ２０を貫く磁路Ｍ
ｇを形成する（図１参照）。
【００２１】固定子３０を構成するステータ２０は、ロ
ータ５７と同じく無方向性電磁鋼板の薄板を打ち抜くこ
とで形成されており、図１に示すように、計６個のティ
ース２２を備える。また、ステータ２０の外周には、固
定用の溶接を行なうための切欠３４が８箇所、周り止め
のキーを挿入するキー溝３６が４箇所、各々設けられて
いる。固定子３０は、板状のステータ２０を、治具を利
用して位置決めしつつ積層し、その状態で外周に設けら
れた切欠３４を溶接することで固定される。この状態
で、ティース２２間に形成されたスロット２４に、固定
子３０に回転磁界を発生させるＵ，Ｖ，Ｗ相の各コイル
３２を巻回する。
ータ５７と同じく無方向性電磁鋼板の薄板を打ち抜くこ
とで形成されており、図１に示すように、計６個のティ
ース２２を備える。また、ステータ２０の外周には、固
定用の溶接を行なうための切欠３４が８箇所、周り止め
のキーを挿入するキー溝３６が４箇所、各々設けられて
いる。固定子３０は、板状のステータ２０を、治具を利
用して位置決めしつつ積層し、その状態で外周に設けら
れた切欠３４を溶接することで固定される。この状態
で、ティース２２間に形成されたスロット２４に、固定
子３０に回転磁界を発生させるＵ，Ｖ，Ｗ相の各コイル
３２を巻回する。
【００２２】こうして固定子３０を組み立てた後、ケー
ス６０に設けられたキー溝と、固定子３０の外周のキー
溝とを一致させ、ここに周り止めのキーを介装させつ
つ、ケース６０に固定子３０を組み付ける。更に回転子
５０をケース６０の軸受６１，６２により回転自在に組
み付けることにより、この同期型三相モータ４０は完成
する。
ス６０に設けられたキー溝と、固定子３０の外周のキー
溝とを一致させ、ここに周り止めのキーを介装させつ
つ、ケース６０に固定子３０を組み付ける。更に回転子
５０をケース６０の軸受６１，６２により回転自在に組
み付けることにより、この同期型三相モータ４０は完成
する。
【００２３】固定子３０の固定子コイル３２に回転磁界
を発生するよう励磁電流を流すと、これにより隣接する
突極およびロータ５７，ステータ２０を貫く磁路Ｍｑが
形成される。尚、上述した永久磁石５２により形成され
る磁束が回転子５０を径方向に貫く軸をｄ軸と呼び、固
定子３０の固定子コイル３２により形成される磁束が回
転子５０を径方向に貫く軸をｑ軸と呼ぶ。本実施例で
は、永久磁石５１ないし５４による磁束と三相コイル３
２による磁束との合成磁束の形態に特徴が存在するが、
その点については、後で詳述する。
を発生するよう励磁電流を流すと、これにより隣接する
突極およびロータ５７，ステータ２０を貫く磁路Ｍｑが
形成される。尚、上述した永久磁石５２により形成され
る磁束が回転子５０を径方向に貫く軸をｄ軸と呼び、固
定子３０の固定子コイル３２により形成される磁束が回
転子５０を径方向に貫く軸をｑ軸と呼ぶ。本実施例で
は、永久磁石５１ないし５４による磁束と三相コイル３
２による磁束との合成磁束の形態に特徴が存在するが、
その点については、後で詳述する。
【００２４】この同期型三相モータ４０のＵ相，Ｖ相，
Ｗ相のコイルは、図３に示すように、コントローラ９０
により制御されるモータドライバ８０に接続されてお
り、このモータドライバ８０から各相に位相が１２０度
ずつ異なる所定周波数の交流電圧を加えることにより、
その周波数に対応した回転数で、同期型三相モータ４０
の回転子５０は回転する。三相に印加される電圧の様子
を図４に示した。
Ｗ相のコイルは、図３に示すように、コントローラ９０
により制御されるモータドライバ８０に接続されてお
り、このモータドライバ８０から各相に位相が１２０度
ずつ異なる所定周波数の交流電圧を加えることにより、
その周波数に対応した回転数で、同期型三相モータ４０
の回転子５０は回転する。三相に印加される電圧の様子
を図４に示した。
【００２５】この実施例で、ティース２２の幅をＣ、隣
接するティース２２間の間隔をａとすると、永久磁石５
１ないし５４の回転方向の幅ＭＬは、数式５によって定
められる。
接するティース２２間の間隔をａとすると、永久磁石５
１ないし５４の回転方向の幅ＭＬは、数式５によって定
められる。
【００２６】
【数５】
【００２７】この場合、三相コイルの最小単位（１セッ
ト＝３個）に対して永久磁石が２個対応しているので、
回転子５０が固定子３０に対していずれの回転角度にあ
っても、いずれか一つのティース２２と永久磁石とは正
対する位置からずれており、永久磁石による磁束とコイ
ルによる磁束の合成磁束は、いずれかの突極７１ないし
７４において傾く。しかも、永久磁石の回転方向の幅Ｍ
Ｌが上記数式５により定められており、かつＵＶＷ三相
に流れる電流の位相が図４に示した関係になっている場
合、斜めになっている磁束の数はほぼ最大となる。
ト＝３個）に対して永久磁石が２個対応しているので、
回転子５０が固定子３０に対していずれの回転角度にあ
っても、いずれか一つのティース２２と永久磁石とは正
対する位置からずれており、永久磁石による磁束とコイ
ルによる磁束の合成磁束は、いずれかの突極７１ないし
７４において傾く。しかも、永久磁石の回転方向の幅Ｍ
Ｌが上記数式５により定められており、かつＵＶＷ三相
に流れる電流の位相が図４に示した関係になっている場
合、斜めになっている磁束の数はほぼ最大となる。
【００２８】この関係を、他の構成例に展開し、一般化
する。以下の一般化に際しては、三相コイルの基本単位
のコイル数Ｐに対してＰ＝Ｎ＋１またはＰ＝Ｎ−１の関
係が成立していることを前提とする。また、永久磁石の
回転方向の幅ＭＬは一種類に限らず、変数ｍを用いて
（ｍは正の整数）いくつかの選択が可能である。更に、
ティースの回転子側表面にｓ個の溝を設けることが考え
られる。溝を設けることで、合成磁束が溝を避けてティ
ース側に渡るため、磁束が傾く関係がティースが存在す
る場合と同様、成立するのである。
する。以下の一般化に際しては、三相コイルの基本単位
のコイル数Ｐに対してＰ＝Ｎ＋１またはＰ＝Ｎ−１の関
係が成立していることを前提とする。また、永久磁石の
回転方向の幅ＭＬは一種類に限らず、変数ｍを用いて
（ｍは正の整数）いくつかの選択が可能である。更に、
ティースの回転子側表面にｓ個の溝を設けることが考え
られる。溝を設けることで、合成磁束が溝を避けてティ
ース側に渡るため、磁束が傾く関係がティースが存在す
る場合と同様、成立するのである。
【００２９】溝の個数ｓ＝１，変数ｍ＝２であり、ＵＶ
Ｗの三相コイル（コイル数３）に対応する３個のティー
ス１２２が基本単位（１セット）を構成しており、これ
に対して永久磁石が２個（Ｎ＝Ｐ−１）の場合の同期型
三相モータ４０のコイルと永久磁石とを直線上に展開し
たものを、図５に示す。この場合、ＵＶＷの三相コイル
に対応した各ティース１２２は、隣接するティースとは
間隔ａだけ隔たっており、各ティース１２２の幅はＣで
ある。従って、ティース１２２一つ当たりの繰り返しピ
ッチＣｐは、Ｃｐ＝ａ＋Ｃとなる。なお、溝の深さは、
その幅ａの約１．５倍とされている。
Ｗの三相コイル（コイル数３）に対応する３個のティー
ス１２２が基本単位（１セット）を構成しており、これ
に対して永久磁石が２個（Ｎ＝Ｐ−１）の場合の同期型
三相モータ４０のコイルと永久磁石とを直線上に展開し
たものを、図５に示す。この場合、ＵＶＷの三相コイル
に対応した各ティース１２２は、隣接するティースとは
間隔ａだけ隔たっており、各ティース１２２の幅はＣで
ある。従って、ティース１２２一つ当たりの繰り返しピ
ッチＣｐは、Ｃｐ＝ａ＋Ｃとなる。なお、溝の深さは、
その幅ａの約１．５倍とされている。
【００３０】このティース１２２の中心に設けられた溝
１２２Ｌの幅は、ティース間隔ａと等しい。従って、テ
ィース１２２の幅Ｃは、ティース１２２の繰り返しピッ
チＣｐとの間には、次式の関係が成り立っている。 Ｃ ＝ｂ＋ａ＋ｂ＝（ａ＋ｂ）＋ｂ Ｃｐ＝Ｃ＋ａ＝ｂ＋ａ＋ｂ＋ａ＝２（ａ＋ｂ） この時、永久磁石１５１ないし１５４の回転方向の長さ
ＭＬは、次の数式６によって定められる。
１２２Ｌの幅は、ティース間隔ａと等しい。従って、テ
ィース１２２の幅Ｃは、ティース１２２の繰り返しピッ
チＣｐとの間には、次式の関係が成り立っている。 Ｃ ＝ｂ＋ａ＋ｂ＝（ａ＋ｂ）＋ｂ Ｃｐ＝Ｃ＋ａ＝ｂ＋ａ＋ｂ＋ａ＝２（ａ＋ｂ） この時、永久磁石１５１ないし１５４の回転方向の長さ
ＭＬは、次の数式６によって定められる。
【数６】
【００３１】上記数式６にｓ＝１（溝が一つ），ｍ＝２
を代入すると、 ＭＬ≒Ｃｐ＋ｋ・Ｃｐ2 を得る。図示していないが、ｍ＝１として永久磁石の長
さＭＬを求めることもでき、この場合、永久磁石の長さ
はおよそ１／２となる。
を代入すると、 ＭＬ≒Ｃｐ＋ｋ・Ｃｐ2 を得る。図示していないが、ｍ＝１として永久磁石の長
さＭＬを求めることもでき、この場合、永久磁石の長さ
はおよそ１／２となる。
【００３２】ティースの間隔およびｓ個の溝の幅ａ、テ
ィースの幅Ｃ、ティースの繰り返しピッチＣｐ、永久磁
石の回転方向の幅ＭＬの間に以上の関係が成立している
場合、回転子５０の回転に寄与する斜めの合成磁束は最
大となる。更に、他の例として、三相コイルの最小単位
（ティース２２２、３個分）に対して４個の永久磁石２
５１ないし２５４が配設され（Ｎ＝Ｐ＋１）、溝の数ｓ
＝３，変数ｍ＝２の場合を、図６に示した。
ィースの幅Ｃ、ティースの繰り返しピッチＣｐ、永久磁
石の回転方向の幅ＭＬの間に以上の関係が成立している
場合、回転子５０の回転に寄与する斜めの合成磁束は最
大となる。更に、他の例として、三相コイルの最小単位
（ティース２２２、３個分）に対して４個の永久磁石２
５１ないし２５４が配設され（Ｎ＝Ｐ＋１）、溝の数ｓ
＝３，変数ｍ＝２の場合を、図６に示した。
【００３３】図７は、図６に示した同期型三相モータ４
０における磁束の様子を示す説明図である。図中Ａは、
図４に示したＡ点、即ちいずれか一つの相（ここではＵ
相）のコイル電流が零の場合の合成磁束の様子を例示
し、図中Ｂは、図４に示したＢ点、即ち、一つの相（こ
こではＷ相）のコイル電流がピーク値となっている場合
の合成磁束の様子を例示している。ＵＶＷの各相の電流
は位相が１２０度ずつずれているだけで相似なので、合
成磁束の様子は、６０度毎にＡまたはＢに示した形態と
なる。
０における磁束の様子を示す説明図である。図中Ａは、
図４に示したＡ点、即ちいずれか一つの相（ここではＵ
相）のコイル電流が零の場合の合成磁束の様子を例示
し、図中Ｂは、図４に示したＢ点、即ち、一つの相（こ
こではＷ相）のコイル電流がピーク値となっている場合
の合成磁束の様子を例示している。ＵＶＷの各相の電流
は位相が１２０度ずつずれているだけで相似なので、合
成磁束の様子は、６０度毎にＡまたはＢに示した形態と
なる。
【００３４】図示するように、Ａ，Ｂいずれの場合で
も、傾いた磁束の数は大幅に増加するから、合成磁束を
効率よく回転子５０の回転に寄与させることができる。
実際、永久磁石５１ないし５４の回転方向の長さＭＬを
上記数式５に従って定めた同期型三相モータ４０、ある
いは更にティース２２にｓ個の溝を設け、かつ永久磁石
５１ないし５４の回転方向の長さＭＬを上記数式６に従
って定めた同期型三相モータ４０では、従来の同一形式
・同一体積の同期モータと較べて、出力トルクは大きく
改善された。
も、傾いた磁束の数は大幅に増加するから、合成磁束を
効率よく回転子５０の回転に寄与させることができる。
実際、永久磁石５１ないし５４の回転方向の長さＭＬを
上記数式５に従って定めた同期型三相モータ４０、ある
いは更にティース２２にｓ個の溝を設け、かつ永久磁石
５１ないし５４の回転方向の長さＭＬを上記数式６に従
って定めた同期型三相モータ４０では、従来の同一形式
・同一体積の同期モータと較べて、出力トルクは大きく
改善された。
【００３５】以上の関係をまとめたのが図８である。即
ち、ｎを零および正の整数として、三相のコイル数Ｐが
Ｐ＝３×（１＋２ｎ）として定められ、これに対する永
久磁石（マグネット）の個数Ｎに、Ｎ＝Ｐ−１もしくは
Ｎ＝Ｐ＋１のいずれかの関係が成立している。この場合
において、ティースに溝が形成されていない場合（ｓ＝
０）には、ティースの必要個数Ｔは、Ｔ＝（Ｎ＋１）×
２となる。ティースの幅をＣ、隣接するティース間の間
隔および溝が存在する場合の溝の幅をａ、溝が存在する
場合の溝間の間隔（実質的にティースとして作用する部
分の幅）をｂとすると、ティースの繰り返しピッチＣｐ
は、 Ｃｐ＝ａ＋Ｃ （溝がない場合） Ｃｐ＝ａ＋Ｃ＝（ｓ＋１）×（ａ＋ｂ） （ｓ個の溝が
ある場合） となる。
ち、ｎを零および正の整数として、三相のコイル数Ｐが
Ｐ＝３×（１＋２ｎ）として定められ、これに対する永
久磁石（マグネット）の個数Ｎに、Ｎ＝Ｐ−１もしくは
Ｎ＝Ｐ＋１のいずれかの関係が成立している。この場合
において、ティースに溝が形成されていない場合（ｓ＝
０）には、ティースの必要個数Ｔは、Ｔ＝（Ｎ＋１）×
２となる。ティースの幅をＣ、隣接するティース間の間
隔および溝が存在する場合の溝の幅をａ、溝が存在する
場合の溝間の間隔（実質的にティースとして作用する部
分の幅）をｂとすると、ティースの繰り返しピッチＣｐ
は、 Ｃｐ＝ａ＋Ｃ （溝がない場合） Ｃｐ＝ａ＋Ｃ＝（ｓ＋１）×（ａ＋ｂ） （ｓ個の溝が
ある場合） となる。
【００３６】また、永久磁石の長さＭＬは、上述した数
式６に従う。なお、上述した数式６で、ｓ＝０とすれ
ば、溝がない場合の数式５と等しくなる。
式６に従う。なお、上述した数式６で、ｓ＝０とすれ
ば、溝がない場合の数式５と等しくなる。
【００３７】以上の関係について、いくつかの組合わせ
を、図９に例示する。図９において、ティース数は、溝
を設けた場合、溝によって区切られた部分を、各々一つ
のティースとしてカウントしている。
を、図９に例示する。図９において、ティース数は、溝
を設けた場合、溝によって区切られた部分を、各々一つ
のティースとしてカウントしている。
【００３８】以上説明したように、本実施例および図８
に一般式として示した関係を有する同期型三相モータ
は、回転子５０の回転に寄与する傾いた磁束の数を、従
来と較べて大幅に増加することができ、同一体積のモー
タと較べてその出力を格段に向上させることができる。
に一般式として示した関係を有する同期型三相モータ
は、回転子５０の回転に寄与する傾いた磁束の数を、従
来と較べて大幅に増加することができ、同一体積のモー
タと較べてその出力を格段に向上させることができる。
【００３９】なお、本発明は、こうした実施例に何等限
定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲
において、種々の態様で実施できることは勿論である。
例えば、図１０に示すように、永久磁石に代えて、磁性
体からなる突極１００を備えた突極モータなどに適用す
ることができる。この場合には、突極１００と突極の間
（逆突極）の回転方向の幅ＴＬを、上述した数式５もし
くは数式６により定めれば良い。
定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲
において、種々の態様で実施できることは勿論である。
例えば、図１０に示すように、永久磁石に代えて、磁性
体からなる突極１００を備えた突極モータなどに適用す
ることができる。この場合には、突極１００と突極の間
（逆突極）の回転方向の幅ＴＬを、上述した数式５もし
くは数式６により定めれば良い。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１な
いし５記載の電動機は、回転子の回転に直接寄与する磁
束、即ちティースから回転子側に亘る箇所で傾いた磁束
の数を増加することができ、体積当たりの出力トルクを
格段に向上させることができるという優れた効果を奏す
る。
いし５記載の電動機は、回転子の回転に直接寄与する磁
束、即ちティースから回転子側に亘る箇所で傾いた磁束
の数を増加することができ、体積当たりの出力トルクを
格段に向上させることができるという優れた効果を奏す
る。
【図１】本発明の第１実施例である同期型三相モータ４
０の構造を示す平面図である。
０の構造を示す平面図である。
【図２】実施例の回転子５０を組み込んだ同期型三相モ
ータ４０の構造を示す断面図である。
ータ４０の構造を示す断面図である。
【図３】同期型三相モータ４０を駆動するモータドライ
バ８０およびコントローラ９０を示すブロック図であ
る。
バ８０およびコントローラ９０を示すブロック図であ
る。
【図４】三相のコイルに流れる電流の様子を示すグラフ
である。
である。
【図５】実施例の他の例として、三相コイルの基本単位
当たり２個の永久磁石が配設され、ティース１２２の表
面に１個の溝が形成された場合を示す説明図である。
当たり２個の永久磁石が配設され、ティース１２２の表
面に１個の溝が形成された場合を示す説明図である。
【図６】同様に、三相コイルの基本単位当たり４個の永
久磁石が配設され、ティース２２２の表面に３個の溝が
形成された場合を示す説明図である。
久磁石が配設され、ティース２２２の表面に３個の溝が
形成された場合を示す説明図である。
【図７】回転子と固定子との異なる位相における磁束の
様子を示す説明図である。
様子を示す説明図である。
【図８】コイル，マグネット，ティースの関係を一般化
して示す説明図である。
して示す説明図である。
【図９】図８に示した関係のいくつかを模式的に例示す
る説明図である。
る説明図である。
【図１０】突極型のモータでの磁束の様子を示す説明図
である。
である。
【図１１】電動機において回転に寄与する磁束の形成の
様子を示す説明図である。
様子を示す説明図である。
【図１２】合成磁束を拡大して示す説明図である。
【図１３】各ティースにおける磁束の様子を示すグラフ
である。
である。
２０…ステータ ２２…ティース ２４…スロット ３０…ステータ ３０…固定子 ３２…固定子コイル ３４…切欠 ３６…キー溝 ４０…同期型三相モータ ５０…回転子 ５１ないし５４…永久磁石 ５１ａ，５１ｂ…側端面 ５５…回転軸 ５７…ロータ ５７Ａ，５７Ｂ…エンドプレート ５８…キー溝 ５９…ピン ６０…ケース ６１，６２…軸受 ７１ないし７４…突極 ８０…モータドライバ ９０…コントローラ
Claims (5)
- 【請求項１】 回転子の外周に少なくとも永久磁石対を
備え、固定子側には三相コイルを巻回した複数個のティ
ースを備えた電動機であって、 前記三相コイルとこれに対応する前記永久磁石との基本
単位において、前記三相コイルのコイル数と永久磁石の
極数との間に所定の数差を設け、 前記固定子のティースを、前記回転子周方向の幅をＣ、
隣接するティース間の隙間をａとして配設すると共に、 前記永久磁石を、その単体の周方向の長さＭＬが、以下
の数式１により求められる長さとしてなる電動機。 【数１】 - 【請求項２】 前記永久磁石に代えて、逆突極を設け、
該逆突極の長さＭＬを数式１により求めるものとした請
求項１記載の電動機。 - 【請求項３】 回転子の外周に少なくとも永久磁石対を
備え、固定子側には三相コイルを巻回した複数個のティ
ースを備えた電動機であって、 前記三相コイルとこれに対応する前記永久磁石との基本
単位において、前記三相コイルのコイル数と永久磁石の
極数との間に所定の数差を設け、 前記固定子のティースを、前記回転子周方向の幅をＣ、
隣接するティース間の隙間をａとして配設すると共に、 幅Ｃの前記ティースの前記回転子側表面に、隣接するテ
ィース間ピッチａと略同一の幅であり、該回転子の回転
軸方向に沿った溝をｓ個形成すると共に、 前記回転子に設けられた前記永久磁石を、その単体の周
方向長さＭＬが、以下の数式２により求められる長さと
してなる電動機。 【数２】 - 【請求項４】 前記溝の深さｄが該溝の幅ａの略１ない
し２倍である請求項３記載の電動機。 - 【請求項５】 前記永久磁石に代えて、逆突極を設け、
該逆突極の長さＭＬを数式２により求めるものとした請
求項３記載の電動機。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7129392A JPH08308154A (ja) | 1995-04-28 | 1995-04-28 | 電動機 |
| EP96106115A EP0740405A1 (en) | 1995-04-28 | 1996-04-18 | Magnetic circuit for electric motor |
| KR1019960013353A KR960039547A (ko) | 1995-04-28 | 1996-04-27 | 전동기 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7129392A JPH08308154A (ja) | 1995-04-28 | 1995-04-28 | 電動機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08308154A true JPH08308154A (ja) | 1996-11-22 |
Family
ID=15008447
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7129392A Pending JPH08308154A (ja) | 1995-04-28 | 1995-04-28 | 電動機 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0740405A1 (ja) |
| JP (1) | JPH08308154A (ja) |
| KR (1) | KR960039547A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10133654A1 (de) * | 2001-07-11 | 2003-02-06 | Siemens Ag | Synchronmaschine |
| EP1451467B1 (en) * | 2001-10-01 | 2018-02-21 | Magnemotion, Inc. | Synchronous machine design and manufacturing |
| US6983701B2 (en) | 2001-10-01 | 2006-01-10 | Magnemotion, Inc. | Suspending, guiding and propelling vehicles using magnetic forces |
| EP1315274B1 (en) * | 2001-11-27 | 2006-12-13 | Rexroth Indramat GmbH | Travelling field synchronous ac motor |
| US9032880B2 (en) | 2009-01-23 | 2015-05-19 | Magnemotion, Inc. | Transport system powered by short block linear synchronous motors and switching mechanism |
| US8616134B2 (en) | 2009-01-23 | 2013-12-31 | Magnemotion, Inc. | Transport system powered by short block linear synchronous motors |
| US9802507B2 (en) | 2013-09-21 | 2017-10-31 | Magnemotion, Inc. | Linear motor transport for packaging and other uses |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3740630A (en) * | 1972-02-28 | 1973-06-19 | J Jarret | Variable-reluctance electric motor |
| JPS6087639A (ja) * | 1983-10-19 | 1985-05-17 | Nippon Denso Co Ltd | 車輌用交流発電機 |
| JPS60121949A (ja) * | 1983-12-05 | 1985-06-29 | Fanuc Ltd | 永久磁石型同期電動機の回転子 |
| EP0180815B2 (en) * | 1984-10-19 | 1994-12-28 | Kollmorgen Corporation | Variable speed variable reluctance electrical machines |
| JPS6277840A (ja) * | 1985-09-30 | 1987-04-10 | Toshiba Corp | 回転電機 |
| WO1990009698A2 (de) * | 1989-02-08 | 1990-08-23 | Zahnradfabrik Friedrichshafen Ag | Permanentmagneterregter drehfeldmotor |
| IT1245432B (it) * | 1991-03-04 | 1994-09-20 | Magneti Marelli Spa | Perfezionamenti nei motori brushless trifasi con controllo ad una semionda |
-
1995
- 1995-04-28 JP JP7129392A patent/JPH08308154A/ja active Pending
-
1996
- 1996-04-18 EP EP96106115A patent/EP0740405A1/en not_active Withdrawn
- 1996-04-27 KR KR1019960013353A patent/KR960039547A/ko not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0740405A1 (en) | 1996-10-30 |
| KR960039547A (ko) | 1996-11-25 |
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