JPH1198791A - ブラシレスｄｃモータ - Google Patents
ブラシレスｄｃモータInfo
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- JPH1198791A JPH1198791A JP9250788A JP25078897A JPH1198791A JP H1198791 A JPH1198791 A JP H1198791A JP 9250788 A JP9250788 A JP 9250788A JP 25078897 A JP25078897 A JP 25078897A JP H1198791 A JPH1198791 A JP H1198791A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
- H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
- H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
- H02K21/16—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures having annular armature cores with salient poles
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
- Brushless Motors (AREA)
- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、小形・高出力・低コストなブラシレ
スＤＣモータを提供することを目的とする。 【解決手段】本発明に係るブラシレスＤＣモータは、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、
（Ａ）前記永久磁石の極数を１４にし、（Ｂ）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１２にすることを特徴とする。
スＤＣモータを提供することを目的とする。 【解決手段】本発明に係るブラシレスＤＣモータは、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、
（Ａ）前記永久磁石の極数を１４にし、（Ｂ）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１２にすることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、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
に利用されるブラシレスＤＣモータに関する。 （用語の説明） （ａ）「スロット」 「スロット」とは、電機子鉄心の溝の部分をいう。その
スロットの中に電機子巻線のコイルを納める。 （ｂ）「毎極毎相のスロット数ｑ」 「毎極毎相のスロット数ｑ」とは、電機子スロット数Ｎ
を、モータ相数ｍと、モータ極数Ｐで割った値をいう。
すなわち Ｐ＝Ｎ／（ｍ・Ｐ）＝ａ＋（ｂ／ｃ） ただし、ａ、ｂ、ｃは整数、（ｂ／ｃ）は既約分数であ
る。 （ｃ）「整数スロット巻線」 「整数スロット巻線」とは、「毎極毎相のスロット数
ｑ」が整数なるものをいう。 （ｄ）「分数スロット巻線」 「分数スロット巻線」とは、「毎極毎相のスロット数
ｑ」が分数なるものをいう。 （ｅ）「集中巻」 「集中巻」とは、１つの溝に多回数巻いたもの、すなわ
ち、ステータ鉄心の歯の部分に１相分の巻線を巻き付け
るもので、電気的な３相位相関係が成り立てば、モータ
歯数は３相機の場合、３の倍数の数になる。
工作機械などのＦＡ（工場自動化）製品の可動部動力源
に利用されるブラシレスＤＣモータに関する。 （用語の説明） （ａ）「スロット」 「スロット」とは、電機子鉄心の溝の部分をいう。その
スロットの中に電機子巻線のコイルを納める。 （ｂ）「毎極毎相のスロット数ｑ」 「毎極毎相のスロット数ｑ」とは、電機子スロット数Ｎ
を、モータ相数ｍと、モータ極数Ｐで割った値をいう。
すなわち Ｐ＝Ｎ／（ｍ・Ｐ）＝ａ＋（ｂ／ｃ） ただし、ａ、ｂ、ｃは整数、（ｂ／ｃ）は既約分数であ
る。 （ｃ）「整数スロット巻線」 「整数スロット巻線」とは、「毎極毎相のスロット数
ｑ」が整数なるものをいう。 （ｄ）「分数スロット巻線」 「分数スロット巻線」とは、「毎極毎相のスロット数
ｑ」が分数なるものをいう。 （ｅ）「集中巻」 「集中巻」とは、１つの溝に多回数巻いたもの、すなわ
ち、ステータ鉄心の歯の部分に１相分の巻線を巻き付け
るもので、電気的な３相位相関係が成り立てば、モータ
歯数は３相機の場合、３の倍数の数になる。
【０００２】集中巻線方式は、巻線機を用いた自動巻に
適している。 （ｆ）「巻線係数」 「巻線係数」とは、最も出力を得られる巻線配置・構成
時の出力の値Ｐmax を１．０とした場合に対する出力Ｐ
0UT の値（出力比）をいう。従ってＰ0UT は、 Ｐ0UT ＝（比例定数）・ω・ｋW ・Ｎ・Ｉ・Φg ただし、 ω ：回転速度 ［ｒａｄ／ｓ］ ｋW ：巻線係数 （０≦ｋW ≦１） Ｎ ：巻線数 Ｉ ：電流 ［Ａ］ Φg ：主磁束量 ［Ｗｂ］ となる。 （ｇ）「コギングトルク」 「コギングトルク」とは、非常に低速で生じる電動機の
トルク変動であり、回転子のアライメントや固定子の歯
のために回転子位置によって磁束が変化することが原因
となる。 （ｈ）「コギングトルクリップル次数」 「コギングトルクリップル次数」とは、ロータが１回転
する間に発生するトルク変動（コギングトルク）の周期
数をいう。
適している。 （ｆ）「巻線係数」 「巻線係数」とは、最も出力を得られる巻線配置・構成
時の出力の値Ｐmax を１．０とした場合に対する出力Ｐ
0UT の値（出力比）をいう。従ってＰ0UT は、 Ｐ0UT ＝（比例定数）・ω・ｋW ・Ｎ・Ｉ・Φg ただし、 ω ：回転速度 ［ｒａｄ／ｓ］ ｋW ：巻線係数 （０≦ｋW ≦１） Ｎ ：巻線数 Ｉ ：電流 ［Ａ］ Φg ：主磁束量 ［Ｗｂ］ となる。 （ｇ）「コギングトルク」 「コギングトルク」とは、非常に低速で生じる電動機の
トルク変動であり、回転子のアライメントや固定子の歯
のために回転子位置によって磁束が変化することが原因
となる。 （ｈ）「コギングトルクリップル次数」 「コギングトルクリップル次数」とは、ロータが１回転
する間に発生するトルク変動（コギングトルク）の周期
数をいう。
【０００３】
【従来の技術】従来の技術を図４〜図７に示す。図４
は、従来の６極１８スロットモータの正面断面図、 ［毎極毎相のスロット数ｑ＝１８／３×６＝１．０の場
合］ 図５は、従来の８極１５スロットモータの正面断面図、 ［毎極毎相のスロット数ｑ＝１５／３×８＝５／８の場
合］ 図６は、極数とエネルギー密度の関係を示す図。
は、従来の６極１８スロットモータの正面断面図、 ［毎極毎相のスロット数ｑ＝１８／３×６＝１．０の場
合］ 図５は、従来の８極１５スロットモータの正面断面図、 ［毎極毎相のスロット数ｑ＝１５／３×８＝５／８の場
合］ 図６は、極数とエネルギー密度の関係を示す図。
【０００４】図７は、従来の８極９スロットモータのコ
ギングトルク対策例を示す図。 ［毎極毎相のスロット数ｑ＝９／３×８＝３／８の場
合］ 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、（１）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、
（２）モータの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
を採用することが必要がある。
ギングトルク対策例を示す図。 ［毎極毎相のスロット数ｑ＝９／３×８＝３／８の場
合］ 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、（１）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、
（２）モータの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
を採用することが必要がある。
【０００５】図６はロータ外径と、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、
その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極数を変化させた時のエネルギー密
度Ｅdcの値を示す。
し、ステータ鉄心の磁束密度、電機子巻線の電流密度、
その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極数を変化させた時のエネルギー密
度Ｅdcの値を示す。
【０００６】図６からわかるように、エネルギー密度Ｅ
dc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。図４に従来のブラシレスＤＣモータの断面図を
示す。
dc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。図４に従来のブラシレスＤＣモータの断面図を
示す。
【０００７】図４の例は、ロータ鉄心３に極数６の永久
磁石２を備え、ステータはスロット数１８のステー夕鉄
心１に３相電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｕ´，Ｖ´，Ｗ´を
施したモータの例である。
磁石２を備え、ステータはスロット数１８のステー夕鉄
心１に３相電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｕ´，Ｖ´，Ｗ´を
施したモータの例である。
【０００８】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相帯巻線を４、Ｖ相帯巻線を５、Ｗ相帯巻
線を６、Ｕ´相帯巻線を７、Ｖ´相帯巻線を８、Ｗ´相
帯巻線を９で表している。
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相帯巻線を４、Ｖ相帯巻線を５、Ｗ相帯巻
線を６、Ｕ´相帯巻線を７、Ｖ´相帯巻線を８、Ｗ´相
帯巻線を９で表している。
【０００９】図４のモータの毎極毎相のスロット数ｑ
は、ｑ＝１８／（３×６）＝１．０となる。このような
モータの巻線方式は、 （ａ）毎極毎相のスロット数ｑが１．０（＝１８スロッ
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、他の極数にも適用される。 （ｂ）また、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、特公平７−９９９２３の巻
線方式などが用いられている。
は、ｑ＝１８／（３×６）＝１．０となる。このような
モータの巻線方式は、 （ａ）毎極毎相のスロット数ｑが１．０（＝１８スロッ
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、他の極数にも適用される。 （ｂ）また、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、特公平７−９９９２３の巻
線方式などが用いられている。
【００１０】そのモータの断面図の例を図５に示す。図
５の例は、一般に最も用いられている極数８のモータの
例である。図５のモータの毎極毎相のスロット数ｑは、
ｑ＝１５／（３×８）＝５／８となる。
５の例は、一般に最も用いられている極数８のモータの
例である。図５のモータの毎極毎相のスロット数ｑは、
ｑ＝１５／（３×８）＝５／８となる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術には、次の
ような問題がある。 （１）図６のエネルギー密度Ｅdcと極数の関係から、モ
ータを小形・高出力化するためには、多極化が必要であ
るが、定格回転速度Ｎ［ｒｐｍ］を一定にして、多極化
すると電気的な周波数は極数Ｐに比例するため、駆動ア
ンプがモータヘ供給可能な電圧（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、すなわち ２πＮ／６０・Ｐ／２・Ｌa ・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。
ような問題がある。 （１）図６のエネルギー密度Ｅdcと極数の関係から、モ
ータを小形・高出力化するためには、多極化が必要であ
るが、定格回転速度Ｎ［ｒｐｍ］を一定にして、多極化
すると電気的な周波数は極数Ｐに比例するため、駆動ア
ンプがモータヘ供給可能な電圧（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、すなわち ２πＮ／６０・Ｐ／２・Ｌa ・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。
【００１２】そのため、駆動アンプの電流容量が上が
り、システムコストが割高になるという問題がある。 （２）駆動アンプがモータヘ供給可能な電圧Ｖinは、 Ｖｉｎ≧［（Ｒa ・Ｉ＋Ｋ1 ・Φg ・Ｎ）２ ＋（２πＮ／６０・Ｐ／２・Ｌａ ・Ｉ）2 ］1/2 式（１） であり，出力トルクτは、 τ＝Ｋ2 ・Φg ・Ｉ 式（２） ただし、 Ｒa ：電機子巻線抵抗 ［Ω］ Ｋ1 ：誘起電圧に関する係数 ［Ｖ／Ｗｂ／ｒｐｍ］ Ｋ2 ：トルクに関する係数 ［Ｎｍ／Ｗｂ／Ａ］ という関係式が成り立つが、 （ａ）この時のスロット数として、毎極毎相のスロット
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が得ら
れ、トルクリップルなどのモータ特性は良好なものとな
るが、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下がり、モータのコスト高を招くと
いう問題がある。 （ｂ）毎極毎相のスロット数ｑ＝１．０を採用すれば、
良好な誘起電圧波形を得るために、ステータまたは磁石
のスキューや、磁石の縁を薄くするなどの対策が別途必
要であり、さらにコスト高になるという問題がある。 （ｃ）毎極毎相のスロット数ｑ＝０．５は、有効な方式
であるが、エネルギー密度と比例関係にある巻線係数が
０．８６６となり、図５の従来モータの巻線係数０．９
５４と比較して１０％程度小さくなることから、同極数
のモータより若干大きくなるという欠点がある。 （ｄ）一般に、毎極毎相のスロット数ｑ＜０．５を採用
すれば、省スロット化の影響から生産性は向上するが、
省スロット化が進むにつれてステータ側のティースとロ
ータ側の磁石との間の吸引力の変化が大きくなり、コギ
ングトルクが大きくなるため、図７に示すコギングトル
ク対策例の様に磁石の縁を薄くするか、ステータまたは
磁石のスキューという対策が別途必要となる。その為、
コスト高となる問題がある。 本発明は、これらの問題を解決することができるブラシ
レスＤＣモータを提供することを目的とする。
り、システムコストが割高になるという問題がある。 （２）駆動アンプがモータヘ供給可能な電圧Ｖinは、 Ｖｉｎ≧［（Ｒa ・Ｉ＋Ｋ1 ・Φg ・Ｎ）２ ＋（２πＮ／６０・Ｐ／２・Ｌａ ・Ｉ）2 ］1/2 式（１） であり，出力トルクτは、 τ＝Ｋ2 ・Φg ・Ｉ 式（２） ただし、 Ｒa ：電機子巻線抵抗 ［Ω］ Ｋ1 ：誘起電圧に関する係数 ［Ｖ／Ｗｂ／ｒｐｍ］ Ｋ2 ：トルクに関する係数 ［Ｎｍ／Ｗｂ／Ａ］ という関係式が成り立つが、 （ａ）この時のスロット数として、毎極毎相のスロット
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が得ら
れ、トルクリップルなどのモータ特性は良好なものとな
るが、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下がり、モータのコスト高を招くと
いう問題がある。 （ｂ）毎極毎相のスロット数ｑ＝１．０を採用すれば、
良好な誘起電圧波形を得るために、ステータまたは磁石
のスキューや、磁石の縁を薄くするなどの対策が別途必
要であり、さらにコスト高になるという問題がある。 （ｃ）毎極毎相のスロット数ｑ＝０．５は、有効な方式
であるが、エネルギー密度と比例関係にある巻線係数が
０．８６６となり、図５の従来モータの巻線係数０．９
５４と比較して１０％程度小さくなることから、同極数
のモータより若干大きくなるという欠点がある。 （ｄ）一般に、毎極毎相のスロット数ｑ＜０．５を採用
すれば、省スロット化の影響から生産性は向上するが、
省スロット化が進むにつれてステータ側のティースとロ
ータ側の磁石との間の吸引力の変化が大きくなり、コギ
ングトルクが大きくなるため、図７に示すコギングトル
ク対策例の様に磁石の縁を薄くするか、ステータまたは
磁石のスキューという対策が別途必要となる。その為、
コスト高となる問題がある。 本発明は、これらの問題を解決することができるブラシ
レスＤＣモータを提供することを目的とする。
【００１３】
（第１の手段） 本発明に係るブラシレスＤＣモータは、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、（Ａ）前記永久
磁石の極数を１４にし、（Ｂ）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１２にすることを特徴とする。
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、（Ａ）前記永久
磁石の極数を１４にし、（Ｂ）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１２にすることを特徴とする。
【００１４】
（第１の実施の形態）本発明の第１の実施の形態を図１
〜図３に示す。図１は、第１の実施の形態に係るモータ
の正面断面図。
〜図３に示す。図１は、第１の実施の形態に係るモータ
の正面断面図。
【００１５】図２は、同一トルク発生時のモータの極数
と電流の関係を示す図。図３は、第１の実施の形態に係
るモータのコギングトルクを示す図である。図１に示す
ように、本発明のブラシレスＤＣモータは、ロ一タ鉄心
３に極数１４の永久磁石２を備え、ステータはスロット
数１２のステータ鉄心１に、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´を配置したモータである。
と電流の関係を示す図。図３は、第１の実施の形態に係
るモータのコギングトルクを示す図である。図１に示す
ように、本発明のブラシレスＤＣモータは、ロ一タ鉄心
３に極数１４の永久磁石２を備え、ステータはスロット
数１２のステータ鉄心１に、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´を配置したモータである。
【００１６】なお、３相電機子巻線Ｕ´は３相電機子巻
線Ｕに対して巻方向が逆、すなわち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に対して巻方向が逆、
すなわち電流の流れる方向が逆であることを示し、Ｕ相
帯巻線を４、Ｖ相帯巻線を５、Ｗ相帯巻線を６、Ｕ´相
帯巻線を７、Ｖ´相帯巻線を８、Ｗ´相帯巻線を９で表
している。
線Ｕに対して巻方向が逆、すなわち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に対して巻方向が逆、
すなわち電流の流れる方向が逆であることを示し、Ｕ相
帯巻線を４、Ｖ相帯巻線を５、Ｗ相帯巻線を６、Ｕ´相
帯巻線を７、Ｖ´相帯巻線を８、Ｗ´相帯巻線を９で表
している。
【００１７】本発明のブラシレスＤＣモータについての
「毎極毎相のスロット数ｑ」は、電機子スロット数Ｎ＝
１２、モータ相数ｍ＝３、モータ極数Ｐ＝１４であるか
ら、 ｑ＝Ｎ／（ｍ・Ｐ）＝１２／（３×１４）＝２／７ となる。
「毎極毎相のスロット数ｑ」は、電機子スロット数Ｎ＝
１２、モータ相数ｍ＝３、モータ極数Ｐ＝１４であるか
ら、 ｑ＝Ｎ／（ｍ・Ｐ）＝１２／（３×１４）＝２／７ となる。
【００１８】図２（Ａ）は、モータ極数をパラメータに
して、定格出力３７ｋＷ、１０００ｒｐｍのモータの設
計を行い、その時の定格電流とモータ極数の関係を導出
したものである。
して、定格出力３７ｋＷ、１０００ｒｐｍのモータの設
計を行い、その時の定格電流とモータ極数の関係を導出
したものである。
【００１９】図２（Ａ）の結果は、定格出力に関係なく
他の出力にも適用出来る。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の
モータ極数が８のときの電流（８１．４Ａ）を基準値
（１．０）にして、モータ極数に対する電流の規格化値
との関係を示したものである。
他の出力にも適用出来る。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の
モータ極数が８のときの電流（８１．４Ａ）を基準値
（１．０）にして、モータ極数に対する電流の規格化値
との関係を示したものである。
【００２０】図３は、定格出力５．０ｋＷ、３０００ｒ
ｐｍのモータを外部駆動装置により、低速運転させたと
きの、出力トルクを計測した結果を示す。 （モータ極数を１４にする理由）モータの極数に関わら
ず、効率はほとんど変化しない。
ｐｍのモータを外部駆動装置により、低速運転させたと
きの、出力トルクを計測した結果を示す。 （モータ極数を１４にする理由）モータの極数に関わら
ず、効率はほとんど変化しない。
【００２１】多極化の利点は、磁石使用量の減少による
低コスト化である。多極化の欠点は、巻線複雑化・ドラ
イバ制御性能の低下である。ドライバ駆動の面から電流
を抑えるためには１４極以下が適している。
低コスト化である。多極化の欠点は、巻線複雑化・ドラ
イバ制御性能の低下である。ドライバ駆動の面から電流
を抑えるためには１４極以下が適している。
【００２２】同一トルク発生時のモータの極数と電流の
関係を示す図２（Ｂ）の結果から、モータのエネルギー
密度Ｅdc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、電流増加の少ないモータ極数１４を
採用する。 （スロット数を１２にする理由）エネルギー密度Ｅdcと
比例関係にある巻線係数をスロット毎に導出すると、毎
極毎相のスロット数ｑ＜０．５の範囲でいうと、表１に
示すように、１２スロットが最も高く、その分、小型
で、生産性の高いモータを実現することが出来るためで
ある。
関係を示す図２（Ｂ）の結果から、モータのエネルギー
密度Ｅdc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、電流増加の少ないモータ極数１４を
採用する。 （スロット数を１２にする理由）エネルギー密度Ｅdcと
比例関係にある巻線係数をスロット毎に導出すると、毎
極毎相のスロット数ｑ＜０．５の範囲でいうと、表１に
示すように、１２スロットが最も高く、その分、小型
で、生産性の高いモータを実現することが出来るためで
ある。
【００２３】 表 １ 巻線係数 スロット数 モータ極数 巻方 ０．９３３ １２ １４ 集中巻 ０．７１７ ９ １４ 集中巻 ０．７５ ６ １４ 集中巻 表１のスロット数は、集中巻の場合、３相機のため、３
の倍数になる。 （作用）前記のようにロータ鉄心３の永久磁石２の極数
を１４にするとともに、ステータ鉄心１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１２にする構成にすることによ
り、 （１）極数１４への多極化によるエネルギー密度Ｅdcの
向上から、従来例に比較してモータ体積で１０〜１５％
の小形化が可能になる。 （２）また、磁石使用量でも従来例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
が可能になる。 （３）多極化による駆動アンプ電流容量の変化はなく、
従来モータと同等の電力半導体素子を利用することが出
来る。 （４）スロット数Ｎ＝１２、毎極毎相のスロット数ｑ＝
２／７（ｑ＜０．５以下）であるが、磁石の縁を薄くす
るいう対策、または、ステータまたは磁石のスキューと
いう対策を施さなくても、図３に示すように、本発明モ
ータのコギングトルクは、図７に示した従来モータの性
能並を実現することができる。 （５）本発明モータの巻線係数も０．９３３と従来モー
タ並になることから、エネルギー密度が高いままで、さ
らに省スロットで、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る。
の倍数になる。 （作用）前記のようにロータ鉄心３の永久磁石２の極数
を１４にするとともに、ステータ鉄心１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１２にする構成にすることによ
り、 （１）極数１４への多極化によるエネルギー密度Ｅdcの
向上から、従来例に比較してモータ体積で１０〜１５％
の小形化が可能になる。 （２）また、磁石使用量でも従来例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
が可能になる。 （３）多極化による駆動アンプ電流容量の変化はなく、
従来モータと同等の電力半導体素子を利用することが出
来る。 （４）スロット数Ｎ＝１２、毎極毎相のスロット数ｑ＝
２／７（ｑ＜０．５以下）であるが、磁石の縁を薄くす
るいう対策、または、ステータまたは磁石のスキューと
いう対策を施さなくても、図３に示すように、本発明モ
ータのコギングトルクは、図７に示した従来モータの性
能並を実現することができる。 （５）本発明モータの巻線係数も０．９３３と従来モー
タ並になることから、エネルギー密度が高いままで、さ
らに省スロットで、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る。
【００２４】そのため製造の作業性を向上することが出
来る。従って、低コストモータの製造が可能になる。 （６）本発明モータは、毎極毎相のスロット数ｑ＝２／
７のため、ｑ＝２の多スロットモータと同等の分布巻効
果があり、誘起電圧波形も従来モータ並に正弦波化でき
る。そのため、サーボモータに要求される出力トルクの
安定性の実現が可能になる。 （７）また、スロット数が１２と極数１４との最小公倍
数で決まるコギングトルクリップル次数が８４と大きく
とれるため、モータ回転リップルを機械系の応答周波数
の影響範囲外に設定することが容易になる。 （８）スロット数が偶数のため、ロ一タの偏心・組立精
度・ベアリングのがた、あるいは磁石の加工精度・着時
状態・配置精度などのばらつきなどにより生じるモータ
内部の磁気回路のアンバランス力が、スロット数の奇数
時に比べ構造的に発生にくい利点も有する。
来る。従って、低コストモータの製造が可能になる。 （６）本発明モータは、毎極毎相のスロット数ｑ＝２／
７のため、ｑ＝２の多スロットモータと同等の分布巻効
果があり、誘起電圧波形も従来モータ並に正弦波化でき
る。そのため、サーボモータに要求される出力トルクの
安定性の実現が可能になる。 （７）また、スロット数が１２と極数１４との最小公倍
数で決まるコギングトルクリップル次数が８４と大きく
とれるため、モータ回転リップルを機械系の応答周波数
の影響範囲外に設定することが容易になる。 （８）スロット数が偶数のため、ロ一タの偏心・組立精
度・ベアリングのがた、あるいは磁石の加工精度・着時
状態・配置精度などのばらつきなどにより生じるモータ
内部の磁気回路のアンバランス力が、スロット数の奇数
時に比べ構造的に発生にくい利点も有する。
【００２５】
【発明の効果】本発明は前述のように構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。 （１）小形・高出力・低コストなブラシレスＤＣモータ
の製造を可能にすることが出来る。 （２）本発明は、モータのエネルギー密度Ｅdc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
た図２の結果から、電流増加の少ない極数１４を採用す
ることで、駆動アンプ容量を変化させることなく最もエ
ネルギー密度の高いモータを実現することが出来る。 （３）スロット数は１２（毎極毎相のスロット数ｑ＝２
／７、ｑ＜０．５）を採用することで、一般的な欠点と
して言われているようなコギングトルク対策（特別に磁
石の縁を薄くする、または、ステータまたは磁石のスキ
ューを施すこと）を行わなくても、モータの特性にも優
れ、小形で、巻線作業性の最も量産に優れた集中巻を採
用することにより、低コスト化を実現することが出来
る。
で、以下に記載するような効果を奏する。 （１）小形・高出力・低コストなブラシレスＤＣモータ
の製造を可能にすることが出来る。 （２）本発明は、モータのエネルギー密度Ｅdc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
た図２の結果から、電流増加の少ない極数１４を採用す
ることで、駆動アンプ容量を変化させることなく最もエ
ネルギー密度の高いモータを実現することが出来る。 （３）スロット数は１２（毎極毎相のスロット数ｑ＝２
／７、ｑ＜０．５）を採用することで、一般的な欠点と
して言われているようなコギングトルク対策（特別に磁
石の縁を薄くする、または、ステータまたは磁石のスキ
ューを施すこと）を行わなくても、モータの特性にも優
れ、小形で、巻線作業性の最も量産に優れた集中巻を採
用することにより、低コスト化を実現することが出来
る。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るモータの正面
断面図。
断面図。
【図２】同一トルク発生時のモータの極数と電流の関係
を示す図。
を示す図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るモータのコギ
ングトルクを示す図。
ングトルクを示す図。
【図４】従来の６極１８スロットモータの正面断面図。
【図５】従来の８極１５スロットモータの正面断面図。
【図６】極数とエネルギー密度の関係を示す図。
【図７】従来の８極９スロットモータのコギングトルク
対策例を示す図。
対策例を示す図。
１ …ステータ鉄心 ２ …永久磁石 ３ …ロータ鉄心 ４ …３相電機子巻線（Ｕ相帯巻線） ５ …３相電機子巻線（Ｖ相帯巻線） ６ …３相電機子巻線（Ｗ相帯巻線） ７ …３相電機子巻線（Ｕ´相帯巻線） ８ …３相電機子巻線（Ｖ´相帯巻線） ９ …３相電機子巻線（Ｗ´相帯巻線） １０…スロット １１…ステータ鉄心の歯部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒丸 廣志 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 藤原 謙二 東京都千代田区丸の内二丁目５番１号 三 菱重工業株式会社内 (72)発明者 馬場 功 長野県茅野市豊平480番地 信濃電気株式 会社内 (72)発明者 辺見 三郎 東京都文京区千石１−23−11 信濃電気株 式会社内
Claims (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、（Ａ）前記永久磁石の極数を１４にし、
（Ｂ）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１２にすることを特
徴とするブラシレスＤＣモータ。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9250788A JPH1198791A (ja) | 1997-09-16 | 1997-09-16 | ブラシレスｄｃモータ |
| CA002246951A CA2246951A1 (en) | 1997-09-16 | 1998-09-10 | Brushless dc motor using permanent magnet |
| EP98117233A EP0909009A1 (en) | 1997-09-16 | 1998-09-11 | Brushless DC motor using permanent magnet |
| TW87115369A TW417347B (en) | 1997-09-16 | 1998-09-15 | Brushless DC motor using permanent magnet |
| KR1019980037964A KR19990029801A (ko) | 1997-09-16 | 1998-09-15 | 영구 자석을 이용한 브러시리스 디씨 모터 |
| CN98120391A CN1078019C (zh) | 1997-09-16 | 1998-09-16 | 采用永磁体的无刷直流电机 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9250788A JPH1198791A (ja) | 1997-09-16 | 1997-09-16 | ブラシレスｄｃモータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1198791A true JPH1198791A (ja) | 1999-04-09 |
Family
ID=17213064
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9250788A Withdrawn JPH1198791A (ja) | 1997-09-16 | 1997-09-16 | ブラシレスｄｃモータ |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0909009A1 (ja) |
| JP (1) | JPH1198791A (ja) |
| KR (1) | KR19990029801A (ja) |
| CN (1) | CN1078019C (ja) |
| CA (1) | CA2246951A1 (ja) |
| TW (1) | TW417347B (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6853106B2 (en) | 2000-06-02 | 2005-02-08 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Brushless motor |
| JP2008048490A (ja) * | 2006-08-11 | 2008-02-28 | Mitsuba Corp | スロットレスモータ |
| US7482724B2 (en) | 2004-02-05 | 2009-01-27 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Ipm electric rotating machine |
| JP2009089567A (ja) * | 2007-10-03 | 2009-04-23 | Beans You Inc | モータ装置 |
| US7635039B2 (en) | 2004-01-13 | 2009-12-22 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Series hybrid electric vehicle |
| US20100289372A1 (en) * | 2009-05-14 | 2010-11-18 | Denso Corporation | Electric rotating machine having improved stator coil arrangement for reducing magnetic noise and torque ripple |
| KR101083695B1 (ko) | 2004-02-04 | 2011-11-15 | 산요 덴키 가부시키가이샤 | 영구자석 내장형 회전모터의 극호율 결정방법 및 영구자석내장형 회전모터 |
| JP2012517209A (ja) * | 2009-02-06 | 2012-07-26 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 同期機 |
| WO2017109968A1 (ja) * | 2015-12-25 | 2017-06-29 | 三菱電機株式会社 | 永久磁石モータ |
| JP2025503301A (ja) * | 2022-03-05 | 2025-01-30 | 寧波恒帥股▲ふん▼有限公司 | 高調波磁界駆動型モータ |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6891299B2 (en) | 2000-05-03 | 2005-05-10 | Moteurs Leroy-Somer | Rotary electric machine having a flux-concentrating rotor and a stator with windings on teeth |
| FR2821024B1 (fr) | 2001-02-20 | 2003-06-13 | Leroy Somer Moteurs | Element d'entrainement tel qu'une roue motrice ou un treuil de levage, comportant un moteur synchrone |
| FR2823614B1 (fr) | 2001-04-17 | 2008-07-11 | Leroy Somer Moteurs | Machine tournante electrique comportant un stator forme de secteurs assembles |
| FR2823612B1 (fr) | 2001-04-17 | 2003-06-13 | Leroy Somer Moteurs | Stator de machine tournante electrique comportant des bobines individuelles demontables |
| FR2823616B1 (fr) | 2001-04-17 | 2008-07-04 | Leroy Somer Moteurs | Machine electrique comportant au moins un detecteur de champ magnetique |
| JP2004332688A (ja) * | 2003-05-12 | 2004-11-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電動圧縮機 |
| US6940198B2 (en) * | 2003-07-24 | 2005-09-06 | A. O. Smith Corporation | Brushless permanent magnet machine with reduced cogging and torque ripple and method of producing the same |
| DE102004045940B3 (de) * | 2004-09-22 | 2006-05-04 | Siemens Ag | Permanenterregte Synchronmaschine mit einem Wicklungssystem |
| DE102005020504A1 (de) * | 2005-04-29 | 2006-11-16 | Siemens Ag | Drelphasenlinearantrieb mit reduzierter Kraftwelligkeit |
| FI119748B (fi) * | 2006-12-21 | 2009-02-27 | Kone Corp | Sähkömoottori |
| DE102010044713A1 (de) * | 2010-09-08 | 2012-03-08 | Minebea Co., Ltd. | Bürstenloser Gleichstrommotor |
| WO2016021070A1 (ja) * | 2014-08-08 | 2016-02-11 | 三菱電機株式会社 | 交流電動機 |
| CN104795954B (zh) * | 2015-05-06 | 2018-10-30 | 长沙美福沛林电子科技有限公司 | 用于舵机的多对极永磁直流无刷电机及舵机 |
| CN104917348B (zh) * | 2015-05-31 | 2018-04-20 | 河北弛神电机制造有限公司 | 电动车用大功率奇数分数槽电机 |
| CN107800260B (zh) * | 2017-12-08 | 2020-04-21 | 长沙学院 | 一种多相磁场正交永磁无刷直流电机及其驱动装置 |
| WO2023108914A1 (zh) * | 2021-12-16 | 2023-06-22 | 广东威灵电机制造有限公司 | 电机、动力总成及助力自行车 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2632465A1 (fr) * | 1988-06-03 | 1989-12-08 | Ventilation Electricite Appliq | Moteur electrique a commutation electronique, notamment pour l'entrainement d'une machine de deplacement d'un fluide, en particulier un seche-cheveux, equipee d'un tel moteur |
| GB9007205D0 (en) * | 1990-03-30 | 1990-05-30 | Lucas Ind Plc | Dynamo electric machine |
| US5164622A (en) * | 1990-06-14 | 1992-11-17 | Applied Motion Products, Inc. | High pole density three phase motor |
| US5723931A (en) * | 1996-01-17 | 1998-03-03 | Mpc Products Corporation | Multiple pole, multiple phase, permanent magnet motor and method for winding |
-
1997
- 1997-09-16 JP JP9250788A patent/JPH1198791A/ja not_active Withdrawn
-
1998
- 1998-09-10 CA CA002246951A patent/CA2246951A1/en not_active Abandoned
- 1998-09-11 EP EP98117233A patent/EP0909009A1/en not_active Withdrawn
- 1998-09-15 TW TW87115369A patent/TW417347B/zh not_active IP Right Cessation
- 1998-09-15 KR KR1019980037964A patent/KR19990029801A/ko not_active Ceased
- 1998-09-16 CN CN98120391A patent/CN1078019C/zh not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| KR19990029801A (ko) | 1999-04-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
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