JPH1198790A - ブラシレスdcモータ - Google Patents

ブラシレスdcモータ

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JPH1198790A
JPH1198790A JP9250787A JP25078797A JPH1198790A JP H1198790 A JPH1198790 A JP H1198790A JP 9250787 A JP9250787 A JP 9250787A JP 25078797 A JP25078797 A JP 25078797A JP H1198790 A JPH1198790 A JP H1198790A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
motor
winding
poles
slots
phase
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP9250787A
Other languages
English (en)
Inventor
Masahiro Hirano
雅弘 平野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP9250787A priority Critical patent/JPH1198790A/ja
Publication of JPH1198790A publication Critical patent/JPH1198790A/ja
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  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
  • Brushless Motors (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、多極化による駆動アンプ電流容量を
変化させることなく高出力を実現し、かつ小形化、低コ
スト化を図って製造の作業性を向上させる。 【解決手段】円筒状のステータ鉄心20内の軸方向に、
永久磁石29を表面に配置したロータ鉄心21を回転自
在に配置したブラシレスDCモータで、ロータ鉄心21
の永久磁石29の極数14にするとともにステータ鉄心
20に形成される3相電機子巻線U、V、W、U´、V
´、W´を集中巻配置可能とするスロット数21にす
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、例えば産業用ロボ
ットや工作機械などのFA(工場自動化)製品の可動部
動力源に適用されるブラシレスDC(直流)モータに関
する。
【0002】
【従来の技術】かかるブラシレスDCモータを小形・高
出力でかつ低コストに製造するためには、出力に対する
モータ体積比であるエネルギー密度Edcを大きくとるこ
とと、モータ構造を簡易にするために電機子巻線を配置
するスロット数を極力減らし、作業性の高い巻線方式を
採用することとが必要である。
【0003】このうちエネルギー密度Edcを見てみる
と、図5はロータ外径、巻線方式を同一とし、ステータ
鉄心の磁束密度、電機子巻線の電流密度、他の電気磁気
特性をほぼ同一とした場合に、ステータ鉄心に設けられ
る永久磁石の極数を変化させたときのエネルギー密度E
dcの値を示している。この図から分かるようにエネルギ
ー密度Edcを大きくするためには、モータの極数を多く
する必要がある。
【0004】このような要求のある6極18スロットの
ブラシレスDCモータの断面構成図を図6に示す。ステ
ータ鉄心1内には、ロータ鉄心2が回転自在に配置され
ている。このうちステータ鉄心1にはスロット数18と
するスロット3が形成され、これらスロット3に3相電
機子巻線U、V、W、U´、V´、W´が施されてい
る。
【0005】なお、3相電機子巻線U´は、3相電機子
巻線Uに対して電流の流れる方向が逆であることを示
し、3相電機子巻線V´、W´についても同様に3相電
機子巻線V、Wに対して電流の流れる方向が逆であるこ
とを示し、U相帯巻線4、V相帯巻線5、W相帯巻線
6、U´相帯巻線7、V´相帯巻線8、W´相帯巻線9
としている。
【0006】又、ロータ鉄心2には、極数6とする永久
磁石10が設けられている。このようなモータの巻線方
式は、毎極毎相のスロット数qが1.0(=18スット
/3相/6極)の整数スロット重ね巻きであり、ロータ
外径を制限した条件下で最もエネルギー密度が高くとれ
る方式であり、他極数へも適用される。
【0007】又、毎極毎相のスロット数qが1.0>q
>0.5超の範囲については、例えば特公平7−999
23号公報に記載されている巻線方式が用いられてお
り、その8極15スロットのブラシレスDCモータの断
面図を図7に示す。このモータは、一般に最も用いられ
ている極数8、スロット数15の例である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記図5に
示すエネルギー密度Edcと極数との関係からモータを小
形・高出力化するためには、上記の如く多極化が必要で
あるが、定格回転速度N[rpm] を一定に、多極化すると
電気的な周波数は極数Pに比例するので、駆動アンプが
モータへ供給可能な電圧(電源電圧に比例した値)Vin
[V]に占める電機子インダクタンスLa [H]による
電圧降下分2πN/60P/2La ・I[V]が大きくな
り、ある極数以上から主磁束量Φg [Wb]を下げた
分、電流I[A]を上げることで出力トルクτ[Nm]
を維持するような設計となる。このため、駆動アンプの
電流容量が大きくなり、システムコストが割高になる。
なお、駆動アンプがモータへ供給可能な電圧Vinは、
【0009】
【数1】 であり、出力トルクτは、 τ=K2 ・Φg ・I …(2) という関係式が成り立つ。ここで、Ra は電機子巻線抵
抗[Ω]、K1 は誘起電圧に関する係数[V/Wb/rp
m ]、K2 はトルクに関する係数[Nm/Wb/A]で
ある。
【0010】このときのスロット数としては、毎極毎相
スロット数q>1.0の分数スロット巻線や1.0>q
>0.5の重ね巻きを採用すれば、良好な誘起電圧波形
を得られ、トルクリップルなどモータ特性は良好なもの
となる。
【0011】しかしながら、多極化による多スロット
化、電機子巻線の複雑化の影響から生産性が低下し、モ
ータのコスト高を招く問題がある。又、毎極毎相スロッ
ト数q=1.0では、良好な誘起電圧波形を得るために
ステータ鉄心1又は永久磁石10のスキューや、永久磁
石10の縁を薄くするなどの対策が別途必要となり、さ
らにコスト高となる問題がある。
【0012】毎極毎相スロット数q<0.5では、電機
子巻線に流れる電流により生じる起磁力磁束による影響
から主磁束に大きな歪みすなわち電機子反作用が生じ、
ロータ鉄心2の部分に大きな鉄損が発生するため、効率
低下及び新たに冷却手段を講じる必要性の発生などの問
題がある。
【0013】そこで本発明は、多極化による駆動アンプ
電流容量を変化させることなく高出力を実現し、かつ小
形化、低コスト化を図って製造の作業性を向上させたブ
ラシレスDCモータを提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】請求項1によれば、ステ
ータ鉄心内に永久磁石を表面に配置したロータ鉄心を回
転自在に配置したブラシレスDCモータにおいて、永久
磁石の極数を14にし、かつステータ鉄心に形成される
3相電機子巻線を集中巻配置可能とするスロット数を2
1にするブラシレスDCモータである。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。図1はブラシレスDCモ
ータの断面構成図である。円筒状のステータ鉄心20内
の軸方向には、ロータ鉄心21が回転自在に配置されて
いる。
【0016】このうちロータ鉄心21の外周表面には、
極数14とする永久磁石29が配置されている。なお、
各永久磁石29の間すなわちN極とS極との各間は、透
過率1(一般的には空気)の隙間が形成されている。
【0017】すなわち、図2は同一トルク発生時極数の
対する電流の関係図を示し、モータのエネルギー密度E
dcを上げるための多極化と駆動アンプ電流容量の増加関
係を考慮した同図の結果から、電流増加の少ない極数1
4を採用している。
【0018】この極数14の採用により、駆動アンプ容
量を変化させることなく最もエネルギー密度Edcの高い
モータを実現できる。一方、ステータ鉄心20には、ス
ロット数21(毎極毎相スロット数q=0.5)とする
スロット22が形成されている。
【0019】このスロット数21の採用により、モータ
特性的にも優れ、巻線作業性上最も量産に優れた集中巻
きを採用する。これらスロット22には、電気的角度で
120°位相のずれた位置に3相電機子巻線U、V、
W、U´、V´、W´が施されている。
【0020】ここで、3相電機子巻線U´は、上記同様
に3相電機子巻線Uに対して電流の流れる方向が逆であ
ることを示し、3相電機子巻線V´、W´についても3
相電機子巻線V、Wに対して電流の流れる方向が逆であ
ることを示し、U相帯巻線23、V相帯巻線24、W相
帯巻線25、U´相帯巻線26、V´相帯巻線27、W
´相帯巻線28としている。なお、これら巻線U、V、
Wと巻線U´、V´、W´とは、巻線U、V、W(往)
と巻線U´、V´、W´(復)とで一組のコイルを形成
している。
【0021】このようにロータ鉄心21の永久磁石29
の極数14にするとともにステータ鉄心20に形成され
る3相電機子巻線U、V、W、U´、V´、W´を集中
巻配置可能とするスロット数21にする構成であれば、
極数14への多極化によるエネルギー密度Edcの向上か
ら、従来に比較してモータ体積で10〜15%の小形か
が可能にできる。又、磁石使用量でも従来に比較して減
磁耐力同一品で30〜40%の削減が可能であり、低コ
スト化ができる。そして、多極化による駆動アンプ電流
容量の変化がなく、従来モータと同等の電力半導体素子
を用いることができる。
【0022】又、スロット数21(毎極毎相スロット数
q=0.5)とすることで、巻線係数は、0.866若
干低いが良好なモータ特性を有した状態で小スロットで
かつ巻線作業を自動機にて行える集中巻線方式を採用で
き、製造の作業性を向上できる。
【0023】このようにスロット数21としたのは、毎
極毎相スロット数q<0.5(スロット数20以下)と
なるモータでは、図3の8極9スロットモータのギャッ
プ主磁束密度分布図に示すように電機子巻線電流により
発生する磁束の影響から主磁束に歪みが生じ、これがモ
ータ内部で回転磁界となるため、場所によりステータ・
ロータ部分で磁束の変化が起こり、それに応じて鉄心2
0、21、永久磁石(抵抗率は鉄心とほぼ同様の特性を
有する)29に渦電流が流れ、鉄損が発生し、効率が低
下するからである。又、ロータ部分の鉄損による発熱を
冷却するためには新たに冷却手段を講じる必要が出るこ
とから製造コストの増加につながるからである。
【0024】これに対してスロット数21にすると、図
4の14極21スロットモータのギャップ主磁束密度分
布図に示すように電機子巻線電流により発生する磁束の
影響から主磁束に歪みが生じることはない。
【0025】
【発明の効果】以上詳記したように本発明の請求項1に
よれば、ステータ鉄心内に永久磁石を表面に配置したロ
ータ鉄心を回転自在に配置したブラシレスDCモータに
おいて、永久磁石の極数14にし、かつステータ鉄心に
形成される3相電機子巻線を集中巻配置可能とするスロ
ット数21にしたので、多極化による駆動アンプ電流容
量を変化させることなく高出力を実現し、かつ小形化、
低コスト化を図って製造の作業性を向上できるブラシレ
スDCモータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わるブラシレスDCモータの一実施
の形態を示す断面構成図。
【図2】同一トルク発生時極数の対する電流の関係図。
【図3】8極9スロットモータのギャップ主磁束密度分
布図。
【図4】14極21スロットモータのギャップ主磁束密
度分布図。
【図5】永久磁石の極数を変化させたときのエネルギー
密度Edcの値を示す図。
【図6】従来の6極18スロットのブラシレスDCモー
タの断面構成図。
【図7】従来の8極15スロットのブラシレスDCモー
タの断面構成図。
【符号の説明】
20…ステータ鉄心、 21…ロータ鉄心、 22…スロット、 23…U相帯巻線、 24…V相帯巻線、 25…W相帯巻線、 26…U´相帯巻線、 27…V´相帯巻線、 28…W´相帯巻線、 29…永久磁石。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ステータ鉄心内に永久磁石を表面に配置
    したロータ鉄心を回転自在に配置したブラシレスDCモ
    ータにおいて、 前記永久磁石の極数を14にし、かつ前記ステータ鉄心
    に形成される3相電機子巻線を集中巻配置可能とするス
    ロット数を21にすることを特徴とするブラシレスDC
    モータ。
JP9250787A 1997-09-16 1997-09-16 ブラシレスdcモータ Withdrawn JPH1198790A (ja)

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Cited By (4)

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A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20041207