JPH1042531A - 電動機 - Google Patents

電動機

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JPH1042531A
JPH1042531A JP9002640A JP264097A JPH1042531A JP H1042531 A JPH1042531 A JP H1042531A JP 9002640 A JP9002640 A JP 9002640A JP 264097 A JP264097 A JP 264097A JP H1042531 A JPH1042531 A JP H1042531A
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iron core
salient
permanent magnet
rotor
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JP9002640A
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Yuichi Nakamura
友一 中村
Ichiro Masago
一朗 真砂
Koichi Uchida
浩一 内田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • H02K29/03—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with a magnetic circuit specially adapted for avoiding torque ripples or self-starting problems
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、永久磁石電動機の固定子界磁鉄心
の補助溝に関するものであり、巻線溝，補助溝を工夫す
ることにより、コギングトルクを低減した永久磁石電動
機を提供することを目的とする。 【解決手段】 回転子の磁極数を２Ｐとし（Ｐは１以上
の整数）、固定子界磁鉄心の突極数を３Ｐとし、固定子
界磁鉄心２１の一つの突極部２１ａに２個の補助溝２４
を有し、突極磁極間の角度を４θとした場合、補助溝２
４ａが巻線用溝２７の中心から、角度θ，２θの間隔で
配置されていることを特徴とするの電動機であり、コギ
ングトルクの基本波成分を除去し、低コギングトルク永
久磁石電動機を提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電動機の磁気構造に
関するものであり、特に工作機，縫製機械，ロボット等
に使用される永久磁石電動機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、コギングトルクを低減する考えと
しては、固定子界磁鉄心に補助溝を設けるものとして
は、特公昭５８−４２７０８号公報に、固定子界磁鉄心
に補助突極と補助溝を設けるものとしては、特公平６ー
８１４６３号公報等に開示されている。
【０００３】図２３，図２４は、コギングトルクを低減
するための永久磁石電動機の一構成例を示した図であ
る。
【０００４】図２３の永久磁石電動機は、固定子界磁鉄
心１と永久磁石回転子２から構成されている。固定子界
磁鉄心１の突極部１ａには、等間隔に補助溝５が施され
ている。図２４に示すように永久磁石回転子の磁極数を
２Ｐとし（Ｐは１以上の整数）、固定子界磁鉄心の突極
数を３Ｐとした場合の固定子界磁鉄心の一つの突極部の
２個の補助溝は、突極磁極間の角度を３θとした場合、
補助溝はθ毎に配置される。この場合、磁石の一極当た
りの角度は４．５θとなる。補助溝が無い場合は、永久
磁石の極数と固定子界磁鉄心の突極部の数の最小公倍数
の次数が回転子一回転当たりのコギングトルクとなり、
この場合一回転当たり６Ｐ（２Ｐと３Ｐの最小公倍数）
となる。補助溝がある場合には、見かけの突極部が増え
たかたちとなり、この場合１８Ｐ（２Ｐと３ｘ３Ｐの最
小公倍数）となる。しかしながら、実際には、基本波
（一回転当たり６Ｐの次数）の上に３倍の高調波（一回
転当たり１８Ｐ）がのったかたちとなる。具体的には図
２３に示すようにＰ＝３の場合、コギングトルクの基本
波は一回転で１８波形（２０ｄｅｇに１波形）である
が、補助溝のために、基本波に３倍の高調波を含んだ波
形になり、コギングトルク波形６ｂに示すように、一回
転で５４波形の高調波成分だけのコギングトルクにはな
らない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の固定子界磁鉄心
１では、補助溝を等間隔に設けることにより、コギング
トルク基本波成分に高次成分を含ませることにより、見
かけ上コギングトルクの低減を達成するが、基本波成分
を大きく取り除く最適な補助溝配置にはなっていない。
また、補助突極と補助溝を有する固定子界磁鉄心では、
補助突極があるために、巻線をするのが困難であり、固
定子界磁鉄心を分割コアにした場合コアの分割数が増加
し、組立工数の増加と構造強度が弱くなるという課題を
有していた。
【０００６】また、低コギングトルク永久磁石電動機で
あっても、制御方式によってはトルク脈動が大きくなる
という課題を有していた。
【０００７】本発明は、上記従来の問題点を解決するも
ので、補助溝の最適位置と固定子界磁鉄心を分割コアに
した場合にも、従来と同等の組立工数で構造上の強度も
同等で組み立てられる低コギングトルクの永久磁石電動
機と低トルク脈動電動機を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】これらの課題を解決する
ために本発明は、補助溝なしの場合には、固定子界磁鉄
心の突極部スロット角度を磁石１磁極角度に対して１／
Ｎ（Ｎは３以上の奇数）とする構造とし、また、補助溝
ありの場合には、回転子の磁極数を２Ｐとし（Ｐは１以
上の整数）、固定子界磁鉄心の突極数を３Ｐとし、固定
子界磁鉄心の一つの突極部に最低２個の補助溝を有し、
突極磁極間の間隔を４θとした場合、補助溝の中心が巻
線用溝の中心から、角度θ，２θの間隔で配置される構
成にしたものである。これにより、低コギングトルクの
電動機が得られる。
【０００９】また、更にモータ制御に応じたスキュー構
成により、低コギングトルク及び、低トルク脈動の永久
磁石電動機が得られる。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明は回転子の磁極数を２Ｐと
し（Ｐは１以上の整数）、固定子界磁鉄心の突極数を３
Ｐとし、固定子界磁鉄心の突極部のスロット角度が磁石
１磁極角度の１／Ｎ（Ｎは３以上の奇数）であることを
特徴とする電動機であり、いずれの突極部の固定子磁極
面に働く円周方向の力は、回転中いずれの箇所でもつり
あっている。
【００１１】また、本発明の回転子の磁極数を２Ｐとし
（Ｐは１以上の整数）、固定子界磁鉄心の突極数を３Ｐ
とし、固定子界磁鉄心の一つの突極部に２個の補助溝を
有し、突極磁極間の角度を４θとした場合、補助溝が巻
線用溝の中心から、角度θ，２θの間隔で配置されてい
ることを特徴とする電動機は補助溝を設けたことに磁極
への対向面積を広げることができる。
【００１２】また、本発明の回転子の磁極数を２Ｐとし
（Ｐは１以上の整数）、固定子界磁鉄心の突極数を３Ｐ
とし、固定子界磁鉄心の一つの突極部に２個の補助溝を
有し、突極磁極間の角度を４θとした場合、補助溝の中
心が、巻線用溝の中心から、角度θ，２θの間隔で配置
されていることを特徴とする電動機は、補助溝を設けた
位置が適切であり更にコギングトルクを低減することが
できる。
【００１３】また、本発明の回転子の磁極数を２Ｐとし
（Ｐは１以上の整数）、固定子界磁鉄心の突極数を３Ｐ
とし、固定子界磁鉄心の一つの突極部に２個の補助溝を
有し、突極磁極間の角度を４θとした場合、突極磁極の
中心側の補助溝の端部の角度が、巻線用溝の中心から、
角度θ，２θの間隔で配置されていることを特徴とする
電動機は、補助溝を設けた位置が適切であり更にコギン
グトルクを低減することができる。
【００１４】また、本発明の回転子の磁極数を２Ｐとし
（Ｐは１以上の整数）、固定子界磁鉄心の突極数を３Ｐ
とし、固定子界磁鉄心の一つの突極部に２個の補助溝を
有し、突極磁極間の角度を４θとした場合、突極磁極の
巻線溝側の補助溝の端部の角度が、巻線用溝の中心か
ら、角度θ，２θの間隔で配置されていることを特徴と
する電動機は、補助溝を設けた位置が適切であり更にコ
ギングトルクを低減することができる。
【００１５】また、本発明の回転子を固定子界磁鉄心の
突極スロットの０．４以上１以下スロットピッチだけス
キューした電動機は、スキューをかけたことにより低ト
ルク脈動という作用を得る。
【００１６】また、本発明の回転子を固定子界磁鉄心の
突極スロットの５／６スロットだけスキューした電動機
であり、モータの誘起電圧の波形を台形波とすることが
できる。
【００１７】また、本発明の回転子を固定子界磁鉄心の
突極スロットの０．５スロットだけスキューした電動機
であり、モータの誘起電圧の波形を正弦波とすることが
できる。
【００１８】また、本発明の回転子を固定子界磁鉄心の
突極スロットの０．４７スロットだけスキューした電動
機であり、モータの誘起電圧の波形を正弦波とすること
ができる。
【００１９】また、本発明の回転子と対面する固定子界
磁鉄心の巻線溝の幅αが、０．５α＜β＜１．５αであ
れば、コギングトルクを低減することができ、上記の範
囲であれば固定子界磁鉄心の形状を自由に成形すること
ができる。
【００２０】また、本発明の回転子と対面する固定子界
磁鉄心の巻線溝の幅αに対して、補助溝の幅βが、α＝
βである電動機は、巻線溝の幅の大きさが適切であり、
コギングトルクを低減することができる。
【００２１】また、本発明の回転子と対面する固定子界
磁鉄心表面の半径ｒとした場合、固定子界磁鉄心の突極
部の幅ＷｔがＷｔ＞３・ｒ・ｃｏｓθである電動機は、
トルクが大きく、コギングを下げることができる。
【００２２】また、本発明の固定子界磁鉄心の突極部間
の継鉄部の突極部最小幅Ｗｙと突極部の幅Ｗｔが２・Ｗ
ｙ≧Ｗｔである電動機は、鉄心の磁束が流れやすくな
る。
【００２３】
【実施例】
（実施例１）図１，図２には６極９スロットの電動機の
断面図を示している。そして、この電動機のステータは
固定子界磁鉄心１１を円周弧状に組み、このステータの
突極部１１ａは電動機の中心側に向け、永久磁石磁極１
３を円弧状に固定した永久磁石回転子１２をステ−タの
中に配置している。そして、巻線溝１７に巻線し、電流
を流して永久磁石回転子１２を回転させ電動機を駆動す
る。なお、突極部１１ａのスロット角度θは永久磁石回
転子１２の中心及び隣り合う界磁鉄心１１の接触面を通
る線と、回転子中心及び固定子界磁鉄心の突極部１１ａ
を通る線との角度である。そして、図２に示すように永
久磁石回転子１２の永久磁石磁極１３の外周円弧部を６
θ、固定子界磁鉄心１１を４θ、突極磁極間を２θとし
た。
【００２４】図３は、永久磁石磁極１３と固定子界磁鉄
心１１の突極部１１ａとの相対位置関係を示し、溝関数
として巻線溝の場合１、鉄心の場合０という関数を定義
して、溝関数を示している。また、固定子界磁鉄心Ａ，
固定子界磁鉄心Ｂ，固定子界磁鉄心Ｃには、固定子界磁
鉄心１１に働く力Ｆを示している。鉄心と磁石との間に
は吸引力が働き、永久磁石回転子１２を回転する。コギ
ングトルクの原因は、この吸引力の円周方向の力のアン
バランスが発生することであり、このアンバランスによ
りコギングトルクが発生する。
【００２５】この円周方向の力をＦxとし、磁石１１極
対について図３で説明する。固定子界磁鉄心Ａの場合、
鉄心１１ａと１１ｃの円周方向の力−Ｆx1とＦx1，鉄心
１１ａと１１ｃの円周方向の力Ｆx2と−Ｆx2，鉄心１１
ｂの円周方向の力−Ｆx3とＦ x3の力は、バランスが取れ
ているために、円周方向の力、つまりコギングトルクは
生じないという作用を有する。
【００２６】また、固定子界磁鉄心１１と永久磁石回転
子１２が回転し、固定子界磁鉄心Ｃの場合、鉄心１１ｄ
と１１ｅの円周方向の力−Ｆx4とＦx4，鉄心１１ｄと１
１ｆの円周方向の力Ｆx5と−Ｆx5，鉄心１ｅと１ｆの円
周方向の力−Ｆx6とＦx6は、バランスが取れているため
に、円周方向の力、つまりコギングトルクは生じないと
いう作用を有する。これを溝関数で考えると、溝関数が
１から０に変わる場所では、円周方向マイナスの力が、
０から１に変わる場所では、円周方向のプラスの力が働
く。つまり、Ｎ極側の溝関数を固定して、Ｓ極側の溝関
数の０から１を入れ換えた場合、Ｎ極側とＳ極側の溝関
数が同じになれば、円周方向の力は生じないという作用
を有するもので、永久磁石回転子の磁極数を２Ｐとし
（Ｐは１以上の整数）、固定子界磁鉄心の突極数を３Ｐ
とし、固定子界磁鉄心の突極部のスロット角度が磁石１
磁極角度の１／Ｎ（Ｎは３以上の奇数）から構成されて
いる。なお、ここでは６極９スロットの電動機の構成を
示しているが、８極１２スロット、１０極１５スロット
の電動機でも同様に用いることは可能である。
【００２７】なお、上記説明では磁極、回転子として永
久磁石を用いているが、永久磁石を用いなくても表面に
樹脂などでカバーをして内部に永久磁石を備えたもの
や、巻線により電流を流して磁極を形成するものでもよ
い。
【００２８】（実施例２）図４，図５には巻線溝中心か
ら１０度，３０度の位置の突極部に２個の補助溝を設け
た６極９スロットの電動機の断面図を示している。そし
て、この電動機のステータは固定子界磁鉄心２１を円周
弧状に組み、ステータの突極部２１ａは電動機の中心側
を向き、永久磁石磁極２３を円弧状に固定した永久磁石
回転子をステータの中に配置している。そして、電流を
流して永久磁石回転子を回転させ電動機を駆動し、突極
部２１ａの対極面に補助溝２４を備える。なお、突極部
２１ａのスロット角度θは永久磁石回転子の中心及び補
助溝２４の中心を通る線と、回転子中心及び固定子界磁
鉄心の巻線溝の中心を通る線との角度である。そして、
図４に示すように永久磁石回転子２２の永久磁石磁極２
３の外周円弧部を６θ、固定子界磁鉄心２１を４θ、突
極磁極間を２θとした。
【００２９】図６は、永久磁石磁極２３と補助溝２４付
きの固定子界磁鉄心の突極部との相対位置関係を示して
おり、その溝関数と、その溝関数の基本波を描くと、図
５で示したコギングトルクを生じない溝関数となる。つ
まり、この固定子界磁鉄心の突極部に図４で示した補助
溝２４を作ることで、コギングトルクの基本波成分を無
くすことが可能となり、実際に生じるコギングトルク
は、溝関数の高調波成分になり、この溝配置により、低
コギングトルクの作用を行うもので、永久磁石回転子の
磁極数を２Ｐとし（Ｐは１以上の整数）、固定子界磁鉄
心の突極数を３Ｐとし、固定子界磁鉄心の一つの突極部
に２個の補助溝を有し、突極磁極間の角度を４θとした
場合、補助溝の中心が巻線用溝の中心から、角度θ，２
θの間隔で配置される構造で構成されている。
【００３０】本発明では、永久磁石回転子と対面する固
定子界磁鉄心の巻線溝２７の幅αに対し補助溝２４の幅
βを０．５倍以上１．５倍以下とすることにより、補助
溝２４によるコギングトルクの基本波の打ち消し効果が
現れ低コギングトルクとなる。より好ましくは巻線溝の
幅αと補助溝の幅βをα＝βとする。
【００３１】また、永久磁石電動機を正弦波駆動する場
合には、１／２スロットピッチスキューすることでトル
ク脈動を更に低減できる構造とすることができる。
【００３２】図８はスキュー角度を変化させた場合の線
間誘起電圧波形を示し、図７にはスキュー角度の説明図
を示す。永久磁石電動機を制御方式として、矩形波駆動
する場合、矩形波の平坦部分に相当する制御位置では、
永久磁石電動機が持っているトルク脈動特性（線間誘起
電圧波形に相当）も平坦であれば、トルク脈動を生じな
い。矩形波の駆動通電方式によっても変化するが、図８
に示すように線間誘起電圧波形は、スロットピッチスキ
ューの角度を大きくしていけば、線間誘起電圧波形は台
形波となり、低トルク脈動で低コギングトルクという作
用を行うもので、永久磁石回転子の磁極数を２Ｐとし
（Ｐは１以上の整数）、固定子界磁鉄心の突極数を３Ｐ
とし、制御方式として１２０度通電の矩形波駆動の場合
は、永久磁石回転子を固定子界磁鉄心の突極スロットの
０．４以上１以下スロットピッチスキューした構造から
構成するが、より好ましくは５／６スロットピッチスキ
ューする。
【００３３】なお、上記スキューを補助溝により低コギ
ングトルクを行った永久磁石電動機に適用することで、
更に低コギングトルクにする効果が得られる。
【００３４】なお、上記説明では磁極、回転子として永
久磁石を用いているが、永久磁石を用いなくても表面に
樹脂などでカバーをして内部に永久磁石を備えたもの
や、巻線により電流を流して磁極を形成するものでもよ
い。
【００３５】（実施例３）実施例３は１つの突極部の補
助溝が２以上設けたものであり、図９は永久磁石磁極と
補助溝付きの固定子界磁鉄心の突極部との相対位置関係
を示し、溝関数として巻線溝の場合１、鉄心の場合０と
いう関数を定義し、溝関数を描き、その溝関数の基本波
を描くと、図６で示したコギングトルクを生じない溝関
数となる。つまり、この固定子界磁鉄心の突極部に図６
のような補助溝３４を作ることで、コギングトルクの基
本波成分を無くすことが可能となり、実際に生じるコギ
ングトルクは、補助溝３４，補助溝３５の溝関数による
高調波成分になり、低コギングトルクの作用を行うもの
で、永久磁石回転子３２の磁極数を２Ｐとし（Ｐは１以
上の整数）、固定子界磁鉄心の突極数を３Ｐとし、固定
子界磁鉄心の一つの突極部に３個以上の補助溝を有し、
突極磁極間の角度を４θとした場合、その内の２個の補
助溝の中心が巻線用溝の中心から、角度θ，２θの間隔
で配置され、残りの補助溝は任意の位置に配置される構
造で構成されている。
【００３６】本発明では、永久磁石回転子と対面する固
定子界磁鉄心の巻線溝の幅αに対し補助溝３４の幅βを
０．５倍以上１．５倍以下とすることにより、補助溝３
４によるコギングトルクの基本波の打ち消し効果が表れ
低コギングトルクとなる。より好ましくは巻線溝の幅α
と補助溝の幅βをα＝βとする。また、永久磁石電動機
を正弦波駆動する場合には、１／２スロットピッチスキ
ューすることでトルク脈動を更に低減できる構造とする
ことができる。補助溝の設け方は様々な方法があり以下
に示す。
【００３７】図１０は複数の溝を設けた固定子界磁鉄心
の１例を示し、巻線溝中心から１０度，２０度，３０度
の位置の突極部に３個の補助溝と突極部中心の補助溝で
低コギングトルク化を図った６極９スロットの永久磁石
電動機と、コギングトルクを示している。
【００３８】図１１は複数の溝を設けた固定子界磁鉄心
の１例を示し、巻線溝中心から５度，１０度，２０度，
２５度の位置の突極部に４個の補助溝とその補助溝と巻
線溝の間に補助溝で低コギングトルク化を図った６極９
スロットの永久磁石電動機と、コギングトルクの性能を
示す。
【００３９】図１２は複数の溝を設けた固定子界磁鉄心
の１例を示し、巻線溝中心から１０度，１５度，２０
度，２５度，３０度の位置の突極部に２個の補助溝とそ
の補助溝と補助溝の間に３個の補助溝で低コギングトル
ク化を図った６極９スロットの永久磁石電動機と、コギ
ングトルクの性能を示す。
【００４０】図１３は複数の溝を設けた固定子界磁鉄心
の１例を示し、巻線溝中心から５度，１０度，２０度，
３０度，３５度の位置の突極部に５個の補助溝とその補
助溝と巻線溝の間に補助溝と突極部中心に補助溝で低コ
ギングトルク化を図った６極９スロットの永久磁石電動
機と、コギングトルクを示す。
【００４１】図１４は複数の溝を設けた固定子界磁鉄心
の１例を示し、巻線溝中心から５度，１０度，１５度，
２５度，３０度，３５度の位置の突極部に６個の補助溝
とその補助溝との両隣の補助溝で低コギングトルク化を
図った６極９スロットの永久磁石電動機と、コギングト
ルクを示す。
【００４２】図１５は複数の溝を設けた固定子界磁鉄心
の１例を示し、巻線溝中心から５度，１０度，１５度，
２０度，２５度，３０度，３５度の位置の突極部に７個
の補助溝を含む７個の等間隔の補助溝で低コギングトル
ク化を図った６極９スロットの永久磁石電動機と、コギ
ングトルクを示す。
【００４３】（実施例４）図１６，図１７には、固定子
界磁鉄心の一つの突極部に突極磁極の中心側の補助溝の
端部の角度が、巻線用溝の中心から、角度７．５度、１
５．０度の位置に設けた補助溝で低コギングトルク化を
図った８極１２スロットの永久磁石電動機の断面図を示
している。
【００４４】そして、この電動機のステータは固定子界
磁鉄心４１を円周弧状に組み、ステータの突極部４１ｂ
は電動機の中心側を向き、永久磁石磁極４３を円弧状に
固定した永久磁石回転子をステータの中に配置してい
る。そして、電流を流して永久磁石回転子を回転させ電
動機を駆動し、突極部４１ｂの対極面に補助溝４４ａを
備える。なお、突極部４１ｂのスロット角度θは永久磁
石回転子の中心及び補助溝４４ａの突極部４１ｂの中心
側の端部を通る線と、回転子中央及び固定子界磁鉄心の
巻線溝の中心を通る線との角度である。そして、図１７
に示すように永久磁石回転子４２の永久磁石磁極４３の
外周円弧部を６θ、固定子界磁鉄心４２を４θ、突極磁
極間を２θとした。
【００４５】図１８は、コギングトルク成分を高調波分
析した場合に一番大きな基本波成分を取り除く原理図を
示しており、永久磁石磁極と固定子界磁鉄心の突極部と
巻線部との相対角度関係が３θ：θ：θで配置されてい
る永久磁石電動機の永久磁石と固定子界磁鉄心の位置を
変化させた場合の固定子界磁鉄心Ａ，Ｂ，Ｃに働く力Ｆ
を示している。
【００４６】ここで、溝関数として、溝の場合（この場
合は、巻線溝）に１、鉄心の場合には０という関数を定
義する。鉄心と永久磁石との間には吸引力が働き、コギ
ングトルクの原因は、この吸引力の円周方向の力のアン
バランスにより発生する。この円周方向の力をＦxと
し、磁石１極対について説明する。固定子界磁鉄心Ａの
場合、図１８に示すように、鉄心４１ａと４１ｃの円周
方向の力−Ｆx1とＦx1、鉄心４１ａと４１ｃの円周方向
の力Ｆx2と−Ｆx2、鉄心１ｂの円周方向の力−Ｆ x3とＦ
x3は、バランスがとれているために、円周方向の力は生
じない。
【００４７】また、固定子界磁鉄心Ｂの場合、鉄心４１
ｄと４１ｅの円周方向の力−Ｆx4とＦx4、鉄心４１ｄと
４１ｆの円周方向の力Ｆx5、−Ｆx5、鉄心４１ｅと４１
ｆの円周方向の力−Ｆx6とＦx6は、バランスがとれてい
るために、円周方向の力、つまりコギングトルクは生じ
ない。また、固定子鉄心Ｃの場合、鉄心４１ｇの円周方
向の力Ｆx7と−Ｆx7、鉄心１ｈと１ｉの円周方向の力−
Ｆx8とＦx8、Ｆx9と−Ｆx9は、バランスがとれているた
めに、円周方向の力は生じない。これを溝関数で考える
と、溝関数が１から０に変わる場所では円周方向マイナ
スの力が、０から１に変わる場所では円周方向プラスの
力が働く。つまり、Ｎ極側の溝関数を固定して、Ｓ極側
の溝関数の０と１を入れ替えた場合、Ｎ極側とＳ極側の
溝関数が同じになれば、円周方向の力は生じない。この
構成によるとコギングトルクの基本波成分を取り除くこ
とができるが、永久磁石と対向する固定子界磁鉄心突極
部が少ないために、回転子に働くトルクが小さくなる。
【００４８】図１９は、固定子界磁鉄心突極部の磁石に
対向する面積を大きくし、永久磁石による磁界を有効利
用し、コギングトルクを小さくする永久磁石磁極と補助
溝付きの固定子界磁鉄心の突極部との相対位置関係と力
の関係を示しており、その溝関数Ｇ11を描くと、図１８
で示したコギングトルクを生じない基本波成分Ｇ10と高
調波成分−Ｇ11Mに分離できる。つまり、コギングトル
ク成分を高調波分析した場合に一番大きな基本波成分を
無くすことが可能となり、実際に生じるコギングトルク
は、溝関数の高調波成分になり、この溝配置により、低
コギングトルクの作用を行うもので、永久磁石回転子の
磁極数を２Ｐとし（Ｐは１以上の整数）、固定子界磁鉄
心の突極数を３Ｐとし、固定子界磁鉄心の１つの突極部
に２個の補助溝を有し、突極磁極間の角度を４θとした
場合、突極磁極の中心側の補助溝の端部の角度が、巻線
用溝の中心から、角度θ，２θの間隔で配置される構造
で構成される。
【００４９】本発明では、永久磁石回転子と対面する固
定子界磁鉄心の巻線溝７の幅αに対して、補助溝４の幅
βが、０．５以上１．５以下とすることにより、低コギ
ングトルクとなる。より好ましくは巻線溝の幅αと補助
溝の幅βをα＝βとする。
【００５０】また、より好ましくは、永久磁石回転子と
対面する固定子界磁鉄心表面の半径をｒとした場合、固
定子界磁鉄心の突極部の幅ＷｔをＷｔ＞３・ｒ・ｃｏｓ
θとすることにより突極部の磁束の流れが滑らかにな
り、磁束の歪みが少なくなり、低コギングトルクとな
る。
【００５１】また、より好ましくは、固定子界磁鉄心の
突極部間の継鉄部の最小幅Ｗｙと突極部の幅Ｗｔが２・
Ｗｙ≧Ｗｔとすることにより突極部の磁束の流れが滑ら
かになり、低コギングトルクとなる。
【００５２】また、永久磁石電動機を正弦波駆動する場
合には、１／２スロットピッチスキューすることでトル
ク脈動を更に低減できる構造とすることができる。永久
磁石電動機を制御方式として、正弦波駆動する場合、永
久磁石電動機が持っているトルク脈動特性も正弦波であ
れば、トルク脈動を生じない。永久磁石回転子を固定子
界磁鉄心の突極スロットの０．４以上１以下スロットピ
ッチスキューした構造から構成するが、より好ましくは
０．５、０．４７スロットピッチスキューする。
【００５３】（実施例５）図２０，図２１は、固定子界
磁鉄心の一つの突極部に突極磁極の巻線溝側の補助溝の
端部の角度が、巻線用溝の中心から、角度７．５度、１
５．０度の位置に設けた補助溝で低コギングトルク化を
図った８極１２スロットの永久磁石電動機を示してい
る。
【００５４】そして、この電動機のステータは固定子界
磁鉄心５１を円周弧状に組み、ステータの突極部５１ｃ
は電動機の中心側を向き、永久磁石磁極５３を円弧状に
固定した永久磁石回転子をステ−タの中に配置してい
る。そして、電流を流して永久磁石回転子を回転させ電
動機を駆動し、突極部５１ｃの対極面に補助溝５４ｂを
備える。なお、突極部５１ｃのスロット角度θは永久磁
石回転子の中心及び補助溝５４ｂの巻線溝５７側端部を
通る線と、回転子中央及び固定子界磁鉄心の巻線溝５７
を通る線との角度である。そして、図２０に示すように
永久磁石回転子５２の永久磁石磁極５３の外周円弧部を
６θ、固定子界磁鉄心５２を４θ、突極磁極間を２θと
した。
【００５５】図２２は、固定子界磁鉄心突極部の磁石に
面する面積を大きくし、永久磁石による磁界を有効利用
し、コギングトルクを小さくする永久磁石磁極と補助溝
付きの固定子界磁鉄心の突極部との相対位置関係と力の
関係を示しており、その溝関数Ｇ12を描くと、図１８で
示したコギングトルクを生じない基本波成分Ｇ10と高調
波成分−Ｇ12MとＧ12Pに分離できる。
【００５６】つまり、コギングトルク成分を高調波分析
した場合に一番大きな基本波成分を無くすことが可能と
なり、実際に生じるコギングトルクは、溝関数の高調波
成分になり、この溝配置により、低コギングトルクの作
用を行うもので、永久磁石回転子の磁極数を２Ｐとし
（Ｐは１以上の整数）、固定子界磁鉄心の突極数を３Ｐ
とし、固定子界磁鉄心の１つの突極部に２個の補助溝を
有し、突極磁極間の角度を４θとした場合、突極磁極の
巻線溝側の補助溝の端部の角度が、巻線用溝の中心か
ら、角度θ，２θの間隔で配置される構造で構成され
る。
【００５７】本発明では、永久磁石回転子と対面する固
定子界磁鉄心の巻線溝５７の幅αに対して、補助溝５４
の幅βが、０．５以上１．５以下とすることにより、低
コギングトルクとなる。より好ましくは巻線溝の幅αと
補助溝の幅βをα＝βとする。
【００５８】また、より好ましくは、永久磁石回転子と
対面する固定子界磁鉄心表面の半径をｒとした場合、固
定子界磁鉄心の突極部の幅ＷｔをＷｔ＞３・ｒ・ｃｏｓ
θとすることにより突極部の磁束の流れが滑らかにな
り、磁束の歪みが少なくなり、低コギングトルクとな
る。
【００５９】また、より好ましくは、固定子界磁鉄心の
突極部間の継鉄部の最小幅Ｗｙと突極部の幅Ｗｔが２・
Ｗｙ≧Ｗｔとすることにより突極部の磁束の流れが滑ら
かになり、低コギングトルクとなる。
【００６０】また、永久磁石電動機を正弦波駆動する場
合には、１／２スロットピッチスキューすることでトル
ク脈動を更に低減できる構造とすることができる。永久
磁石電動機を制御方式として、正弦波駆動する場合、永
久磁石電動機が持っているトルク脈動特性も正弦波であ
れば、トルク脈動を生じない。永久磁石回転子を固定子
界磁鉄心の突極スロットの０．４以上１以下スロットピ
ッチスキューした構造から構成するが、より好ましくは
０．５、０．４７スロットピッチスキューする。
【００６１】
【発明の効果】以上のように請求項１記載の発明によれ
ば、固定子一体コア・分割コア、いずれの場合にも低コ
ギングトルクの永久磁石電動機を提供することができ
る。
【００６２】また、請求項２記載の発明によれば、コギ
ングトルクを抑えつつトルクを上げることができる。
【００６３】また、請求項３記載の発明によれば適切な
配置により、効率よくコギングトルクを抑えることがで
きる。
【００６４】また、請求項４，５記載の発明によれば適
切な配置により、効率よくコギングトルクを抑えること
ができる。
【００６５】また、請求項６記載の発明によれば、トル
ク脈動を低くすることができる。また、請求項７記載の
発明によれば、モータの誘起電圧の波形を台形波とする
ことにより、電流を流したとき発生するトルクリップル
を抑えることができる。
【００６６】また、請求項８，９記載の発明によれば、
モータの誘起電圧の波形を正弦波とすることにより、電
流を流したとき発生するトルクリップルを抑えることが
できる。
【００６７】また、請求項１０，１１記載の発明は、コ
ギングトルクを抑え、且つ容易に電動機を製造すること
ができる。
【００６８】また、請求項１２記載の発明は、トルクが
大きく、コギングを下げた電動機を提供することができ
る。
【００６９】また、請求項１３記載の発明は、磁束が流
れやすくなりトルクが大きくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における永久磁石電動機の構
造図
【図２】本発明の実施例１における永久磁石電動機の要
部拡大図
【図３】本発明の実施例１のコギングトルクを生じない
原理の説明図
【図４】（ａ）本発明の実施例２における永久磁石電動
機の構造図 （ｂ）本発明の実施例２における回転角度・コギングト
ルクの関係を示す図
【図５】本発明の実施例２における永久磁石電動機の要
部拡大図
【図６】本発明の実施例２のコギングトルクを生じない
原理の説明図
【図７】本発明のスキュー角度の説明図
【図８】本発明のスキュー角度を変えたときの線間誘起
電圧の説明図
【図９】本発明の実施例３のコギングトルクを生じない
原理の説明図
【図１０】（ａ）本発明の実施例３の永久磁石電動機の
構造図 （ｂ）本発明の実施例３における回転角度・コギングト
ルクの関係を示す図
【図１１】（ａ）本発明の実施例３の永久磁石電動機の
構造図 （ｂ）本発明の実施例３における回転角度・コギングト
ルクの関係を示す図
【図１２】（ａ）本発明の実施例３の永久磁石電動機の
構造図 （ｂ）本発明の実施例３における回転角度・コギングト
ルクの関係を示す図
【図１３】（ａ）本発明の実施例３の永久磁石電動機の
構造図 （ｂ）本発明の実施例３における回転角度・コギングト
ルクの関係を示す図
【図１４】（ａ）本発明の実施例３の永久磁石電動機の
構造図 （ｂ）本発明の実施例３における回転角度・コギングト
ルクの関係を示す図
【図１５】（ａ）本発明の実施例３の永久磁石電動機の
構造図 （ｂ）本発明の実施例３における回転角度・コギングト
ルクの関係を示す図
【図１６】本発明の実施例４の永久磁石電動機の構造図
【図１７】本発明の実施例４の永久磁石電動機の要部拡
大図
【図１８】本発明の実施例４のコギングトルクを生じな
い原理説明図
【図１９】本発明の実施例４における説明図
【図２０】本発明の実施例５の永久磁石電動機の構造図
【図２１】本発明の実施例５の永久磁石電動機の要部拡
大図
【図２２】本発明の実施例５のコギングトルクを生じな
い原理説明図
【図２３】従来の永久磁石電動機の構造図
【図２４】従来の永久磁石電動機の要部拡大図
【符号の説明】
２１ 固定子界磁鉄心 ２１ａ 突極部 ２２ 永久磁石回転子 ２３ 永久磁石磁極 ２４ 補助溝 ２７ 巻線溝 γ スロットピッチ φ スキュー角度

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】回転子の磁極数を２Ｐとし（Ｐは１以上の
    整数）、固定子界磁鉄心の突極数を３Ｐとし、固定子界
    磁鉄心の突極部のスロット角度が１磁極角度の１／Ｎ
    （Ｎは３以上の奇数）であることを特徴とする電動機。
  2. 【請求項２】回転子の磁極数を２Ｐとし（Ｐは１以上の
    整数）、固定子界磁鉄心の突極数を３Ｐとし、固定子界
    磁鉄心の一つの突極部に２個の補助溝を有し、突極磁極
    間の角度を４θとした場合、補助溝が巻線用溝の中心か
    ら、角度θ，２θの間隔で配置されていることを特徴と
    する電動機。
  3. 【請求項３】回転子の磁極数を２Ｐとし（Ｐは１以上の
    整数）、固定子界磁鉄心の突極数を３Ｐとし、固定子界
    磁鉄心の一つの突極部に２個の補助溝を有し、突極磁極
    間の角度を４θとした場合、補助溝の中心が、巻線用溝
    の中心から、角度θ，２θの間隔で配置されていること
    を特徴とする請求項２記載の電動機。
  4. 【請求項４】回転子の磁極数を２Ｐとし（Ｐは１以上の
    整数）、固定子界磁鉄心の突極数を３Ｐとし、固定子界
    磁鉄心の一つの突極部に２個の補助溝を有し、突極磁極
    間の角度を４θとした場合、突極磁極の中心側の補助溝
    の端部の角度が、巻線用溝の中心から、角度θ，２θの
    間隔で配置されていることを特徴とする請求項２記載の
    電動機。
  5. 【請求項５】回転子の磁極数を２Ｐとし（Ｐは１以上の
    整数）、固定子界磁鉄心の突極数を３Ｐとし、固定子界
    磁鉄心の一つの突極部に２個の補助溝を有し、突極磁極
    間の角度を４θとした場合、突極磁極の巻線溝側の補助
    溝の端部の角度が、巻線用溝の中心から、角度θ，２θ
    の間隔で配置されていることを特徴とする請求項２記載
    の電動機。
  6. 【請求項６】回転子を固定子界磁鉄心の突極スロットの
    ０．４以上１以下スロットピッチだけスキューした請求
    項１または請求項２記載の電動機。
  7. 【請求項７】回転子を固定子界磁鉄心の突極スロットの
    ５／６スロットだけスキューした請求項１または請求項
    ２記載の電動機。
  8. 【請求項８】回転子を固定子界磁鉄心の突極スロットの
    ０．５スロットだけスキューした請求項１または請求項
    ２記載の電動機。
  9. 【請求項９】回転子を固定子界磁鉄心の突極スロットの
    ０．４７スロットだけスキューした請求項１または請求
    項２記載の電動機。
  10. 【請求項１０】回転子と対面する固定子界磁鉄心の巻線
    溝の幅βが、０．５α＜β＜１．５αである請求項２記
    載の電動機。
  11. 【請求項１１】回転子と対面する固定子界磁鉄心の巻線
    溝の幅αに対して、補助溝の幅βが、α＝βである請求
    項２記載の電動機。
  12. 【請求項１２】回転子と対面する固定子界磁鉄心表面の
    半径ｒとした場合、固定子界磁鉄心の突極部の幅Ｗｔが
    Ｗｔ＞３・ｒ・ｃｏｓθである請求項１または請求項２
    記載の電動機。
  13. 【請求項１３】固定子界磁鉄心の突極部間の継鉄部の突
    極部最小幅Ｗｙと突極部の幅Ｗｔが２・Ｗｙ≧Ｗｔであ
    る請求項１または請求項２記載の電動機。
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