JPH088764B2 - 永久磁石界磁形ブラシレスモ−タ - Google Patents

永久磁石界磁形ブラシレスモ−タ

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JPH088764B2
JPH088764B2 JP60248840A JP24884085A JPH088764B2 JP H088764 B2 JPH088764 B2 JP H088764B2 JP 60248840 A JP60248840 A JP 60248840A JP 24884085 A JP24884085 A JP 24884085A JP H088764 B2 JPH088764 B2 JP H088764B2
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permanent magnet
poles
salient
magnetic poles
brushless motor
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文男 田島
邦夫 宮下
昭 田村
猛夫 今野
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Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は永久磁石界磁形ブラシレスモータに関する。
〔発明の背景〕
VTR用キヤプスタンモータ等のような音響機器用小形
モータは、大出力でコギングトルクが小さいことが望ま
れている。この種のモータには、一般に、突極磁極のな
いコアレス形のものが多いがコアレス形のものはコギン
グトルクがない反面大出力のものを得にくい問題があ
る。一方、コア付形のものは大出力のものを得やすいが
突極性をもつためにコギングトルクが大きくなる欠点が
ある。コア付形モータにおけるコギングトルクの改善の
ために、永久磁石極数を突極磁石数よりも大ならしめる
ことが、特公昭49ー8568号広報に開示されている。
コギントルクは1回転につき突極磁極数Mと永久磁石
磁極数Pとの最小公倍数の脈動トルクであり、コギング
トルクの大きさは脈動数に反比例する。
第4図および表1を参照して従来のこの種の永久磁石
回転子形ブラシレスモータについて説明する。ステータ
1は外周に電機子巻線29を集中的に巻回した突極磁極3
を備える。ステータ1の外周には、等間隔にN,Sに着磁
した永久磁石4と磁束を通すヨーク5を備えたロータ6
が空隙を介して回転可能に支承されている。特公昭49ー
8568号の例では、m相構成の永久磁石磁極数Pと突極磁
極数Mの関係を P:M=m+2:m+1 とすることによつてコギングトルクの脈動数を多くし、
コギングトルクの大きさを低減することを提案してい
る。更に、電機子巻線2を突極磁極3に集中的に巻回す
るようにして巻線作業性を向上させている。
表1は、3相で且つ永久磁石磁極数Pと突極磁極数M
の比を P:M=4:3 とした場合のコギングトルクの脈動数と巻線利用率をま
とめたもので、永久磁石磁極数Pが16、突極磁極数Mが
12の例では、コギングトルクの脈動数が48にも達し小さ
なコギングトルクとすることができる。また機械的に90
度の位相をもつ各突極磁極3は電気的には同相であるの
で電機子巻線2の利用率がよく、更に脈動トルクの要因
である誘起電圧の脈動を小さくすることができる利点を
もつている。
しかしながらこの種のモータでは、更にコギングトル
クの低減と電機子巻線の利用効率向上が望まれている。
コギングトルクの低減は相数mを増すことによつて可能
であるが、ブラシレスモータにおいては電機子巻線電流
制御のために用いる回転子の磁極位置検出素子数とスイ
ツチング素子数が増えることになり、構造が複雑になつ
て高価になる。そして、電機子巻線2の利用率向上につ
いては、突極磁極3の間に電機子巻線をもたない補助突
極を設けて電機子巻線利用率を1にする方法もあるが、
補助突極を多く設けると巻線作業性が低下し、また補助
磁極間の溝が増えてコギングトルクを増大する要因とな
る。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、構成が簡単でコギングトルクが小さ
く、比較的大出力の永久磁石界磁形ブラシレスモータを
提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、永久磁石界磁の永久磁石磁極数Pと固定子
の突極磁極数Mの関係を、 P:M=6n±2:6n(但しnは2以上の整数) に設定することにより、巻線係数を向上(出力を向上)
させつつ、コギングトルクの大きさを低減するものであ
る。
〔発明の実施例〕
第1図および第2図を参照して一実施例を説明する。
ステータ1は外周に12個の突極磁極3を備え、この突
極磁極3には電機子巻線2が集中的に巻回されている。
1相当りの突極磁極3の数は4であり突極3U1,3U2,3U3,
3U4に巻回された電機子巻線2が同相に接続されてU相
を構成する。つまりこのU相は中心の突極磁極3U1(任
意に設定し得る)を基準として、電気角で180K(Kは整
数)〜180K+60度未満の範囲の突極磁極3に巻回されさ
電機子巻線2で構成される。V,W相はU相の磁極から機
械的に120度,240度(−120度)隔てた突極磁極3v1,3w1
を中心に180K〜180+60度未満の範囲の突極磁極3に巻
回された電機子巻線(図示せず)によつてそれぞれ構成
される。
そして永久磁石ロータ6は、N,Sに交互に着磁されて
ヨーク5の内側に配置されて前記突極磁極3と対向する
14個の永久磁石磁極4を備える。
以上のような永久磁石界磁形ブラシレスモータによれ
ば、1回転当りのコギングトルク脈動数は、永久磁石磁
極数14と突極磁極数12の最小公倍数である84となつてコ
ギングトルクが軽減される。
一方、巻線利用率(巻線係数)については、短節巻係
数がcos30/2=0.966、突極磁極の分布による係数も同様
にcos30/2=0.966となることから、全体では0.966×0.9
66=0.933となり従来のものより向上する。同様な結果
は、永久磁石磁極数Pを10、突極磁極数Mを12とするこ
とによつても得られる。
更に、同じ相の突極磁極3、例えば3U1,3U2,3U3,3U4
が分布して配置され、これを巻回された電機子巻線2の
誘起電圧が正弦波状に近くなることから、これに適合し
た正弦波電流を通電するような電流制御を行うことによ
り、誘起電圧高調波成分によるトルク脈動が補正される
効果がある。
なお、上記では、Mが12でP=M±2の場合を例にと
りコギングトルク及び巻線係数には遜色の無いことを述
べたが、PをMより小さくした場合には、上記PをMよ
り大きくした場合に比べて上述しないブラシレスモータ
特有の効果が得られることについて以下に説明する。
ブラシレスモータでは電気角で120度毎に設けられた
永久磁石磁極の位置検出素子からの信号に基づいて三相
巻線に電流を分配して流すようにしているが、位置検出
素子の取り付け誤差(120度毎)による制御精度への影
響としては、永久磁石磁極数Pが少ない方が電気角での
誤差が小さくなるのでこの誤差によって発生するところ
のトルクリプルを小さくすることができる。
表2は縦方向に永久磁石磁極数Pを横方向に突極磁極
数Mをおき両者の組合せに対するコギングトルクの脈動
数、巻線係数を示している。巻線係数は短節巻係数と分
布巻係数の積である。短節巻係数はsin(90P/M)で求め
られ、分布巻係数は同じ相の突極磁極の分布状況から算
出される。従来のこの種モータの場合、M=(3/4)P
あるいはM=(3/2)Pにおいて分布巻係数は1である
が、短節巻係数は0.866となる。
表2から、永久磁石磁極数Pと突極磁極数Mを(2/
3)M<P<(4/3)Mとすれば、コギングトルクと巻線
係数の両面で改善されることが明らかである。しかしM
=Pの場合には3相結線ができないことからM≠Pであ
ることが必要となる。
表2の例では、P=M±1,M=3m(但しmは2より大
きい奇数)の場合にコギングトルクの脈動数が最も大き
くなりトルクの脈動が最も小さくなる。
第3図には永久磁石磁極数Pを16、突極磁極数Mを15
の場合例を示しており、この組合せは表2を見るよう
に、いずれの組合せよりもコギングトルク脈動数,巻線
係数ともに良い。しかし、特にPが大きくなるに従い巻
線係数の減少傾向が大きくなっていることがわかる。な
お、同図においてはPとMの組合せとは関係無く、電機
子巻線方式として、これまでの第1図や第2図と異なる
巻線方式を記載しているが、同図の場合には、同じ相の
電機子巻線2が巻回される突極磁極3が一ヶ所に偏在す
るために、空隙長を均等にしないと相間に電圧の不平衡
を生じやすい。
一方、表2で示した例では永久磁石磁極数Pと突極磁
極数Mの関係を、6n±2:6n(但しnは2以上の整数)と
することによつて、コギングトルクの脈動数を大きくし
つつ、機械的に180度近く異なる位置の突極磁極3に巻
回した電機子巻線2を同相に選べるために、空隙の不平
衡の影響が少ないモータを得ることができる。
なお、巻線係数は、電気角で180K+0〜60度(Kは整
数)未満の範囲に位置する突極磁極3に巻回した電機子
巻線2を同相として接続した場合に最も大きくなり、表
2はこの考え方に基づいた最良の巻線係数を示してい
る。
以上の実施例は突極磁極3のすべてに電機子巻線2を
巻回することを前提にして説明したが、突極磁極3の一
部を補助突極(電機子巻線を巻回しない)とすることも
可能である。
また本発明は直線モータにも適用できる。この場合に
は、永久磁石の幅1/Pと突極磁極の幅1/Mを 2/3<P/M<4/3 にすることになる。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、永久磁石磁極数Pと突
極磁極数Mとの関係を適切に選ぶことにより、巻線係数
を向上(出力を向上)させつつ、コギングトルクの小さ
な永久磁石界磁形ブラシレスモータを提供することがで
きる。さらに、モータの中心に対して機械的に180度近
く異なる位置(対称な位置)の突極磁極に巻回した電機
子巻線を同相に選ぶことにより、空隙の不平衡の影響が
少なく、振動が小さなモータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第3図は本発明の各実施例を示すモータの
側面図、第2図は第1図に示したモータの展開図、第4
図は従来のモータの側面図である。 1……ステータ、2……電機子巻線、3……突極磁極、 4……永久磁石磁極、6……ロータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今野 猛夫 茨城県日立市東多賀町1丁目1番1号 株 式会社日立製作所多賀工場内 (56)参考文献 特開 昭54−72410(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】等間隔に配列されたP個の永久磁石磁極を
    もつ永久磁石界磁と、等間隔に配列されたM個の突極磁
    極とこの突極磁極に集中的に巻回され且つ3相接続され
    た電機子巻線を有する電機子とを備え、前記永久磁石界
    磁の移動位置に応じて前記電機子巻線電流を制御して該
    永久磁石界磁にトルクを発生する永久磁石界磁形ブラシ
    レスモータにおいて、 前記永久磁石磁極数Pと前記突極磁極数Mの関係を、 P:M=6n±2:6n(但しnは2以上の整数) としたことを特徴とする永久磁石界磁形ブラシレスモー
    タ。
JP60248840A 1985-11-08 1985-11-08 永久磁石界磁形ブラシレスモ−タ Expired - Lifetime JPH088764B2 (ja)

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