JP2005130692A - Axial-type permanent-magnet motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ステータの磁極とロータの永久磁石を回転軸に平行な向きに対向配置したアキシャル型永久磁石モータ、特にモータ回転時に発生するコギングトルクの低減を可能とするアキシャル型永久磁石モータの改良に関する。 The present invention relates to an axial permanent magnet motor in which a magnetic pole of a stator and a permanent magnet of a rotor are arranged to face each other in a direction parallel to the rotation axis, and in particular, an improvement of an axial permanent magnet motor capable of reducing cogging torque generated during motor rotation. About.
従来からステータの磁極とロータの永久磁石を回転軸に平行な向きに対向配置したアキシャル型永久磁石モータが知られている。このアキシャル型永久磁石モータのロータは、例えば、特許文献1、特許文献2に示されるように、軟鉄等で構成されるロータ鉄心の表面に複数の永久磁石を円環状に配置している。各永久磁石の磁極は、隣接する永久磁石に対し異なるように交互に配置されている。そして、ステータ側のコイルで回転磁界を発生することにより、ステータのティースの磁化状態が順次回転し、ティースと各永久磁石との間で磁気的な吸引及び反発が生じる。その結果トルクが生じ、ロータを回転させている。
2. Description of the Related Art Conventionally, an axial type permanent magnet motor in which a magnetic pole of a stator and a permanent magnet of a rotor are arranged to face each other in a direction parallel to a rotation axis is known. In the rotor of this axial type permanent magnet motor, for example, as shown in
ところで、モータにおいて、ロータの永久磁石による磁極がステータのコイルによる磁極を通過する際に磁束が変動することによってコギングトルク、つまり、モータで生じるトルク変動及び速度の周期的変動が発生する。このコギングトルクは、磁束の変動が急激に発生するほど顕著に現れる。 By the way, in the motor, cogging torque, that is, torque fluctuation generated in the motor and periodic fluctuation in speed are generated by the magnetic flux changing when the magnetic pole by the permanent magnet of the rotor passes the magnetic pole by the coil of the stator. This cogging torque appears more prominently as the magnetic flux changes more rapidly.
そのため、例えば、特許文献1に記載のアキシャル型永久磁石モータでは、ロータに配置する永久磁石の角を厚み方向(軸方向)に削り、軸方向断面を略台形形状にして、磁束の急激な変動を抑制し、コギングトルクの発生を低減している。
Therefore, for example, in the axial type permanent magnet motor described in
また、特許文献2に記載のアキシャル型永久磁石モータでは、ロータ回転方向の断面形状が略円形の永久磁石をロータの磁石として用いることにより、ロータ回転時における磁束の急激な変動を抑制し、コギングの発生を低減している。
Further, in the axial type permanent magnet motor described in
しかし、上述した特許文献1のモータにおいては、永久磁石の一部が薄くなるため、モータトルクの減少の直接的原因になると共に、また、永久磁石の加工が必要になり、製作コストの増加を招いていた。
However, in the motor of
また、特許文献2のモータの場合、ロータ回転方向の断面形状が略円形の永久磁石を用いているため、ロータ面において永久磁石の面積の占める割合が少なく、モータトルクの減少の原因になっていた。また、ロータ面の効率的な利用が行われていないため、モータの小型化の妨げになっていた。
Further, in the case of the motor of
このように、コギングトルクの抑制とモータトルクの確保とのバランスを取る設定が非常に困難であった。そのため、容易に両者のバランスを取ることのできる構造が望まれていた。 As described above, it is very difficult to set a balance between suppression of cogging torque and securing of motor torque. Therefore, a structure that can easily balance the two has been desired.
そこで、本発明は、アキシャル型永久磁石モータにおいて、モータのトルク減少を防止しつつ、コギングトルクの発生の抑制を行うことのできる設定の容易なアキシャル型永久磁石モータを提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an easy-to-set axial permanent magnet motor capable of suppressing the generation of cogging torque while preventing a reduction in motor torque in an axial permanent magnet motor. .
本発明にかかるアキシャル型永久磁石モータにおいて、そのコイル及び磁石のロータ回転方向と交差する方向の輪郭線は、略直線状を呈し、ロータの回転時に前記コイルの輪郭線と磁石の輪郭線は、互いに非平行状態でロータ回転方向に接離するように設定されている。 In the axial type permanent magnet motor according to the present invention, the outline of the coil and the direction intersecting the rotor rotation direction of the magnet has a substantially linear shape, and the outline of the coil and the outline of the magnet at the time of rotation of the rotor are: They are set so as to be close to and away from each other in the rotor rotation direction in a non-parallel state.
上述のように、回転時のコイルの輪郭線と磁石の輪郭線との接離関係を形成することにより、ロータの永久磁石による磁極がステータのコイルによる磁極を通過する際の磁束の変動が、ロータの回転に伴い徐々に変化するようになる。その結果、急激なトルク変動が抑制され、コギングトルクが緩和される。なお、コイル及び磁石のロータ回転方向と交差する方向の輪郭線が略直線状であるとは、厳密な直線を意味するものではなく、全体として実質的な直線であると見なせればよく、ある程度湾曲していたり、一部屈曲部や湾曲部を含んでいてもよい。このように、コイル及び磁石の輪郭線を略直線状とすることで、コイルの有効面積と磁石の有効面積を容易に増大させ、トルク確保に寄与することができる。 As described above, by forming a contact / separation relationship between the outline of the coil and the outline of the magnet at the time of rotation, the fluctuation of the magnetic flux when the magnetic pole by the permanent magnet of the rotor passes the magnetic pole by the coil of the stator is It gradually changes as the rotor rotates. As a result, rapid torque fluctuation is suppressed and the cogging torque is reduced. Note that the contour line in the direction intersecting the rotor rotation direction of the coil and magnet is substantially straight, does not mean a strict straight line, but may be regarded as a substantial straight line as a whole, It may be curved to some extent, or may include a partially bent portion or a curved portion. Thus, by making the outline of a coil and a magnet into a substantially linear shape, the effective area of a coil and the effective area of a magnet can be increased easily, and it can contribute to torque ensuring.
この時、コイルの輪郭線と磁石の輪郭線とを、互いに非平行状態でロータ回転方向に接離するように設定方法としては、例えば、前記ロータにおける隣接配置された磁石の前記輪郭線同士を非平行に設定することにより行うことができる。 At this time, as a method for setting the coil contour line and the magnet contour line so as to be close to and away from each other in the rotor rotation direction in a non-parallel state, for example, the contour lines of the magnets arranged adjacent to each other in the rotor This can be done by setting non-parallel.
また、前記ステータにおける隣接配置されたコイルの前記輪郭線同士を非平行に設定することにより実現することもできる。 Moreover, it can also be realized by setting the contour lines of adjacently arranged coils in the stator to be non-parallel.
さらに、ロータにおける磁石のロータ回転方向と交差する方向の幅と、前記ステータにおけるコイルのロータ回転方向と交差する方向の幅とを不一致にすることにより、コイルの輪郭線と磁石の輪郭線とを、互いに非平行状態でロータ回転方向に接離するように設定することができる。 Further, by making the width in the direction intersecting the rotor rotation direction of the magnet in the rotor and the width in the direction intersecting the rotor rotation direction of the coil in the stator mismatch, the coil contour line and the magnet contour line are obtained. , And can be set so as to be close to and away from each other in the rotor rotation direction in a non-parallel state.
上述のように、コイルの輪郭線と磁石の輪郭線とを、互いに非平行状態にする場合、前記ロータにおける磁石のロータ回転方向と交差する方向の輪郭線と、前記ステータにおけるコイルのロータ回転方向と交差する方向の輪郭線の交差角度は、モータの出力トルクの変化と、コギングトルクの変化とのバランスに応じて決定することが望ましい。前記交差角を大きくする場合、磁束の変動時間が長くなるため、コギングがより緩和される。その反面、交差角度を大きくすると、磁石トルクの発生に寄与する磁束の鎖交量が減るため、コギングトルクは抑制できるものの、全体的な磁石トルクは少し低下する。そのため、アキシャル型永久磁石モータの用途に応じて、各輪郭線の交差角を決定することが望ましい。 As described above, when the coil contour line and the magnet contour line are not parallel to each other, the contour line in the direction intersecting the rotor rotation direction of the magnet in the rotor and the rotor rotation direction of the coil in the stator It is desirable to determine the crossing angle of the contour line in the direction intersecting with the balance between the change in the output torque of the motor and the change in the cogging torque. When the crossing angle is increased, the fluctuation time of the magnetic flux becomes longer, so that cogging is further relaxed. On the other hand, if the crossing angle is increased, the amount of magnetic flux linkage that contributes to the generation of the magnet torque is reduced, so that the cogging torque can be suppressed, but the overall magnet torque is slightly reduced. Therefore, it is desirable to determine the crossing angle of each contour line according to the application of the axial permanent magnet motor.
なお、上述のようなコギングトルクを抑制する構成において、前記ロータにおける隣接配置された磁石の間に、磁性体を配置することにより、ロータの磁性体とステータ側の磁極との間でリラクタンストルクを発生させることができる。その結果、コギングトルクを抑制しつつ、アキシャル型永久磁石モータのトータルトルクを向上することができる。 In the configuration for suppressing the cogging torque as described above, a reluctance torque is generated between the magnetic body of the rotor and the magnetic pole on the stator side by disposing a magnetic body between adjacent magnets in the rotor. Can be generated. As a result, the total torque of the axial permanent magnet motor can be improved while suppressing the cogging torque.
また、前記ロータ磁石の輪郭線はほぼ扇状であって、隣接するロータ磁石間の間隙は、長方形状であり、前記ステータコイルの輪郭線はほぼ扇状であって、隣接するステータコイル間の間隙は、長方形状であり、前記ロータ磁石間の円周方向間隙の、前記ステータコイル間の円周方向間隙に対する比は、2.4〜3.2であることが好適である。 In addition, the contour line of the rotor magnet is substantially fan-shaped, the gap between adjacent rotor magnets is rectangular, the contour line of the stator coil is substantially fan-shaped, and the gap between adjacent stator coils is The ratio of the circumferential gap between the rotor magnets to the circumferential gap between the stator coils is preferably 2.4 to 3.2.
また、前記ロータ磁石の輪郭線はほぼ扇状であって、隣接するロータ磁石間の間隙は、長方形状であり、前記ステータコイルの輪郭線はほぼ扇状であって、隣接するステータコイル間の間隙は、長方形状であり、前記ロータ磁石間の円周方向間隙の、前記ステータコイル間の円周方向間隙に対する比は、2.2〜3.4であることが好適である。 In addition, the contour line of the rotor magnet is substantially fan-shaped, the gap between adjacent rotor magnets is rectangular, the contour line of the stator coil is substantially fan-shaped, and the gap between adjacent stator coils is The ratio of the circumferential gap between the rotor magnets to the circumferential gap between the stator coils is preferably 2.2 to 3.4.
また、前記ステータコイルおよび前記ロータ磁石の輪郭線はほぼ扇状であり、前記ロータ磁石のロータ回転方向と交差する方向の輪郭線についてのロータの半径方向の直交する直線に対する角度αと、前記ステータコイルのロータ回転方向と交差する方向の輪郭線についてのロータの半径方向の直線に対する角度θと、の比α/θが、0.86〜0.89の範囲内であることが好適である。 In addition, the contour line of the stator coil and the rotor magnet is substantially fan-shaped, the angle α with respect to a straight line perpendicular to the radial direction of the rotor with respect to the contour line in the direction intersecting the rotor rotation direction of the rotor magnet, and the stator coil It is preferable that the ratio α / θ of the contour line in the direction intersecting with the rotor rotation direction to the angle θ with respect to the straight line in the radial direction of the rotor is in the range of 0.86 to 0.89.
ステータコイルやロータ磁石の形状、配置を上述のようにすることで、モータの出力トルク(鎖交磁束数)を維持しつつ、コギングトルクを低減することができる。 By making the shape and arrangement of the stator coil and the rotor magnet as described above, the cogging torque can be reduced while maintaining the output torque (number of flux linkages) of the motor.
以下、本発明の実施の形態(以下実施形態という)を、図面に従って説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施形態のアキシャル型永久磁石モータ10の全体を示す概略構成図であり、図2は、アキシャル型永久磁石モータ10のステータ12のみを図示したもの、図3は、ロータ14のみを図示したものである。図1に示すように、アキシャル型永久磁石モータ10は、ケーシング16に回動可能に支持された回転軸18にロータ14が固定されている。ロータ14は、図3に示すように略円板形状であり、その内部には、永久磁石20が同心で周方向に配列されている。永久磁石20は、ロータ14内に完全に埋設されてもよく、また表面がロータ14の表面の一部となるように配置されてもよい。この時、隣接する永久磁石20は、それぞれ同一平面上で「S極」と「N極」が交互になるように配置されている。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing the whole of the axial
一方、ケーシング16の内側には、略環状のステータ12が、円板状のロータ14の表裏よりこれを挟むように配置されている。ステータ12は、図2(a)に示すようなステータコア12aを中心に構成され、ロータ14に対向する面には複数のティース22が突出して設けられている。各ティース22には、図2(b)に示すように、導線が巻かれてコイル24が形成され、そこに電流を流すことにより磁極が構成される。すなわち、ステータコア12a、コイル24とによりステータ12が形成される。このように、アキシャル型永久磁石モータ10は、ステータ12の磁極とロータ14の永久磁石20が、モータの回転軸である回転軸18に平行な方向において対向するように配置される。
On the other hand, a substantially
そして、コイル24に順次電流を流すことによりティース22が順次磁化され、回転磁界が形成される。そして、ロータ14の永久磁石20が前記回転磁界と相互作用して、吸引および反発作用が生じロータ14が回転し、磁石トルクを得ることができる。以上のアキシャル型永久磁石モータ10の基本構成は、以下に述べる各実施形態に共通するものである。
Then, the
本実施形態において、ステータ12のコイル24及びロータ14の永久磁石20のロータ回転方向と交差する方向の輪郭線は、図4に示すように、略直線状を呈していると共に、ロータ14の回転時に前記コイル24の輪郭線24aと永久磁石20の輪郭線20aは、互いに非平行状態でロータ回転方向に接離するように設定されている。図4の場合、隣接するコイル24の輪郭線24a同士が平行に配置され、隣接する永久磁石20の輪郭線20a同士が非平行に配置されている。なお、図4の場合、永久磁石20はコイル24との位置関係を明確にするために輪郭のみを図示している。コイル24及び永久磁石20の輪郭線24a,20aを略直線状とすることで、コイル24の有効面積と永久磁石20の有効面積を容易に増大させることができる。つまり、磁束の交差機会を増大することが容易になり、トルク確保に寄与することができる。なお、輪郭線20a,24aが略直線状とは、厳密な直線を意味するものではなく、全体として実質的な直線であると見なせればよく、ある程度湾曲していたり、一部屈曲部や湾曲部を含んでいてもよい。
In the present embodiment, the contour lines in the direction intersecting the rotor rotation direction of the
このようなコイル24と永久磁石20の位置関係を形成した状態で、前述したように、コイル24に順次電流を流すことによりロータ14が回転する。このとき、図4から明らかなように、ロータ14が矢印A方向に回転する時、コイル24の輪郭線24aと永久磁石20の輪郭線20aとは、常に所定角度を有しながら交差することになる。つまり、ロータ14の永久磁石20による磁極がステータ12のコイル24による磁極を通過する際の磁束の変動が、ロータ14の回転に伴い徐々に変化するようになる。
In a state where the positional relationship between the
仮に、コイル24の輪郭線24aと永久磁石20の輪郭線20aとが平行な状態で通過する場合、図5(a)に示すように、磁束交差数はある回転角度に至った時点で、「0」の状態から急激に増加する。つまり、磁束の変動が急激に発生し、コギングトルクが顕著に現れてしまう。一方、図4に示すように、ロータ14が矢印A方向に回転する時、コイル24の輪郭線24aと永久磁石20の輪郭線20aとが、常に所定角度を有しながら交差するように両者の関係を設定することにより、コイル24と永久磁石20は徐々に交差し、図5(b)に示すように、磁束鎖交数は、ロータ14の回転に伴い徐々に増加し、最大に達し、その後また徐々に減少する。その結果、磁束の急激に変動により発生するコギングトルクは抑制される。そして、各相において、コギングトルクが抑制されることにより、アキシャル型永久磁石モータ10を滑らかに回転させることができる。
If the
図6には、コイル24の輪郭線24aと永久磁石20の輪郭線20aとを、常に所定角度を有しながら交差させるための各輪郭線の設定例が示されている。
FIG. 6 shows an example of setting each contour line for intersecting the
例えば、図6(a)の場合、図4に示す設定を全周に関して示したものである。すなわち、隣接する永久磁石20(太線で図示)の輪郭線20aが非平行になるように、永久磁石20の外形が設定されていると共に、ロータ14の周方向に配置されている。一方、隣接するコイル24(細線で図示)の輪郭線24aが平行になるように、コイル24の外形が設定されていると共にステータ12の周方向に配置されている。図6(a)から明らかなように、永久磁石20を支持するロータ14が回転する時、輪郭線20a,24aは常に斜め方向から接離するようになる。
For example, in the case of FIG. 6A, the setting shown in FIG. 4 is shown for the entire circumference. In other words, the outer shape of the
図6(b)の場合は、隣接する永久磁石20(太線で図示)の輪郭線20aが非平行になるように、永久磁石20の外形が設定され、配置されている。また、隣接するコイル24(細線で図示)の輪郭線24aも非平行になるように、コイル24の外形が設定されていると共に配置されている。この場合もロータ14が回転する時、輪郭線20a,24aは常に斜め方向から接離する。また、図6(c)の場合は、隣接する永久磁石20(太線)の輪郭線20aが平行になるように、永久磁石20の外形が設定され、配置されている。一方、隣接するコイル24(細線)の輪郭線24aが非平行になるように、コイル24の外形が設定されていると共に配置されている。この場合もロータ14が回転する時、輪郭線20a,24aは常に斜め方向から接離する。
In the case of FIG. 6B, the outer shape of the
図6(d)の場合、隣接する永久磁石20(太線)の輪郭線20aが平行になるように、永久磁石20の外形が設定されていると共に、配置されている。また、隣接するコイル24(細線で図示)の輪郭線24aも平行になるように、コイル24の外形が設定されていると共に配置されている。ただし、この場合、ロータ14における永久磁石20のロータ回転方向と交差する方向の幅(例えば、最外郭幅)と、前記ステータ12におけるコイル24のロータ回転方向と交差する方向の幅(例えば最外郭幅)とを不一致(図6(d)の場合、永久磁石20の幅の方が広い)に設定している。この場合、ロータ14の回転時の相対位置変化を示す図7からも明らかなように、輪郭線20a,24aは常に斜め方向から接離する。
In the case of FIG. 6D, the outer shape of the
このように、ステータ12のコイル24の隣接する輪郭線24a同士、または、ロータ14の永久磁石20の隣接する輪郭線20a同士を非平行とすることにより、輪郭線20aと輪郭線24aとが、ロータ14の回転時に互いに非平行状態でロータ回転方向に接離するようになり、上述したコギングトルクの抑制効果を発生する。
Thus, by making the
なお、図6(a)〜(c)に示す例において、輪郭線20aと輪郭線24aとの交差角度は、アキシャル型永久磁石モータ10が要求される性能に応じて適宜選択することが望ましい。つまり、交差角度を大きく設定すると、磁束の変動が徐々に起こるので、コギングトルクの発生が良好に抑制されるが、交差角度を大きくするために、永久磁石20やコイル24の平面形状が鋭角部分を含む形状へと移行していく。つまり、結果的に、永久磁石20またはコイル24の少なくとも一方の面積が減少し、全体的なモータトルクが減少する。一方、交差角度を小さく設定すると、永久磁石20やコイル24の面積の変動が少なくて済むので、モータトルクの減少は僅かであるが、その分、交差角度を大きく設定した場合に比べ、磁束の変動が大きくなるので、コギングトルクの抑制力が低下する。モータの場合、その用途により、モータトルクの確保を重要視する場合と、回転のスムーズさを重要視する場合があるので、モータの使用目的に応じ適宜交差角度を選択することで、用途に適したアキシャル型永久磁石モータ10を得ることができる。
In the examples shown in FIGS. 6A to 6C, it is desirable to appropriately select the intersection angle between the
ところで、本実施形態の場合、図6等から明らかなように、ロータ14において、同心に配置された各永久磁石20は、所定間隔隔てて配置されている。もちろん、隣接する永久磁石20の輪郭線20aを非平行に設定する場合には、必ず、間隔が必要になる。そこで、本実施形態においては、図8に示すように、少なくとも各永久磁石20の間に形成されるスペースに磁性体26を配置している。各永久磁石20間に磁性体26を配置することにより、この磁性体26がステータ12に順次形成される磁極に吸引されロータ14を回転させる。つまり、リラクタンストルクの発生に寄与することができる。従って、磁石トルクとリラクタンストルクの合力をアキシャル型永久磁石モータ10のモータトルクとすることができる。
Incidentally, in the case of the present embodiment, as is apparent from FIG. 6 and the like, the
その結果、例えば、図6(a),(b)に示すように、隣接する永久磁石20の輪郭線20aが、互いに非平行になるように設定した場合、実質的な永久磁石20の面積が減少し、磁石トルクが減少するが、その減少分を永久磁石20間に介在させた磁性体26により発生するリラクタンストルクで補う、または減少分以上に、増加させることが可能になる。その結果、コギングトルクを抑制しつつ、モータトルクの維持、向上を行うことができる。もちろん、磁性体は、永久磁石20の間だけでなく、永久磁石20の表面にも配置(例えば、磁性体のコーティング)してもよい。
As a result, for example, as shown in FIGS. 6A and 6B, when the
なお、アキシャル型永久磁石モータ10の場合、磁束は、回転軸18と平行な方向を向くが、上述のように隣接する永久磁石20の間に磁性体26を存在させる場合、磁性体26に渦電流が生じることになる。渦電流の発生は発熱等エネルギーロスの原因になる。そこで、渦電流の発生を抑制するため、磁束と直交する面内の磁性体26の電気抵抗を高く設定することが望ましい。この電気抵抗を高く設定する方法としては、例えば、薄い珪素鋼板をロータ14の径方向、つまり磁束と直交する面に沿って積層して、ロータ14のコアを形成することで実現することができる。この場合、永久磁石20は、珪素鋼板を巻回して形成した円状のコアをスライスして、その内部に前記永久磁石20を収納する凹部を形成し、再度スライスしたコアを溶接等により元通りに貼り合わせることにより、ロータ14に永久磁石20を配置すると共に、磁性体26を実質的に配置することができる。
In the case of the axial
また、他の方法としては、例えば、鉄等の強磁性体の微小粒の表面に電気を通さない膜のコーティングを施した粉体を押し固めた圧粉磁心材料によりロータコア形成する方法がある。この圧粉磁心材料により形成したロータコアは、三次元方向に磁束を通すが、電流はほとんど通さないので、ステータ12の発生する磁界を受けても渦電流を流さない。その一方で、珪素鋼板を積層して形成したロータコア同様に、渦電流の抑制を良好に行うことができる。この場合、圧粉磁心材料を押し固める時に永久磁石20を埋設することが可能なので、ロータ14において容易に永久磁石20と磁性体26との配置を行うことができる。なお、珪素鋼板や圧粉磁心材料を用いてコアを形成する場合には、必要に応じて、コアの剛性維持のための補強を行うことが望ましい。
As another method, for example, there is a method of forming a rotor core from a powder magnetic core material obtained by compacting a powder coated with a film that does not conduct electricity on the surface of a ferromagnetic fine particle such as iron. The rotor core formed of the dust core material allows magnetic flux to pass in a three-dimensional direction, but hardly passes current, and therefore does not flow eddy current even when receiving a magnetic field generated by the
本実施形態で示した構成は一例であり、コイル24及び永久磁石20のロータ回転方向と交差する方向の輪郭線24a,20aが、略直線状を呈し、さらに、ロータ14の回転時に、互いに非平行状態でロータ回転方向に接離するように設定されていれば、本実施形態と同様な効果を得ることができる。
The configuration shown in the present embodiment is an example, and the
さらに、ステータ12におけるコイル24間の間隙(スロット開口部)や、ロータ14の永久磁石20間の間隙(突極)の形状のコギングトルクや、磁石鎖交数に対する影響を調べた。
Furthermore, the influence of the shape of the gap between the coils 24 (slot opening) in the
図9には、ステータ12およびロータ14の模式図が示してある。ステータ12には、ほぼ扇状のコイル24が円周上に等間隔で配置されている。各コイル24間の円周方向における間隙(スロット開口部)は、長方形であり、その円周方向の幅は一定である。また、ロータ14には、ほぼ扇状の永久磁石20が円周上に等間隔で配置されており、各永久磁石20間の円周方向における間隙(突極)も長方形であり、その円周方向の幅は一定である。
FIG. 9 shows a schematic diagram of the
このようなステータ12、ロータ14を用い、突極幅とスロット開口部の比(突極幅/スロット開口部幅)を変更し、コギングトルクおよび磁石鎖交数を求めた結果を図10,11に示す。ここで、コギングトルクおよび磁石鎖交数は、ともに規格化した値であり、また磁石鎖交数は、永久磁石14の磁束についての鎖交磁束数である。
Using the
図10より、突極幅/スロット幅を変化させた場合のコギングトルクは、2.8近辺で最小値をとることがわかる。特に、突極幅/スロット幅が2.2〜3.4の範囲内では、コギングトルクをかなり小さく押さえることができ、好ましい。さらに好ましくは2.4〜3.2である。 From FIG. 10, it can be seen that the cogging torque when the salient pole width / slot width is changed takes a minimum value near 2.8. In particular, when the salient pole width / slot width is in the range of 2.2 to 3.4, the cogging torque can be suppressed to a very small value, which is preferable. More preferably, it is 2.4-3.2.
また、図11より、突極幅/スロット幅を大きくしていくと、磁石鎖交数は、若干減少するが、上述した突極幅/スロット幅が2.2〜3.4の範囲内では、その減少幅は小さく、この範囲で出力トルクの減少を抑えつつ、コギングトルクを大きく減少できることがわかる。さらに好ましくは2.4〜3.2である。 Further, as shown in FIG. 11, when the salient pole width / slot width is increased, the number of interlinkage of magnets slightly decreases. However, within the above range of salient pole width / slot width of 2.2 to 3.4. The decrease range is small, and it can be seen that the cogging torque can be greatly reduced while suppressing the decrease in the output torque within this range. More preferably, it is 2.4-3.2.
図12には、ステータ傾き角と、ロータ傾き角について示してある。ステータ傾き角θは、ステータ12のコイル24の輪郭左右側辺の半径に直交する線に対する角度である。また、ロータ傾き角αは、ロータ14の永久磁石コイル24の輪郭左右側辺の半径に直交する線に対する角度である。
FIG. 12 shows the stator tilt angle and the rotor tilt angle. The stator inclination angle θ is an angle with respect to a line orthogonal to the radius of the left and right sides of the
図13に、α/θを、磁石鎖交数規格値およびコギングトルク規格値の関係を示す。このように、α/θを大きくすることで、磁石鎖交数およびコギングトルクが上昇する。しかし、α/θの増加に対するコギングトルクの上昇は、磁石鎖交数の上昇は、比較的遅い。すなわち、α/θを上昇していくと、磁石鎖交数はすぐに上昇し始めるが、磁石鎖交数は最初のうちはあまり上昇しない。そこで、α/θが0.86〜0.89の範囲内では、磁石鎖交数をある程度大きな値に維持しつつ、コギングトルクを比較的小さい値に抑制することができる。なお、α/θを上記範囲以下にすると、磁石鎖交数のみが減少するだけであり、コギングトルクの減少はない。また、α/θを上記範囲以上にすると、コギングトルクがかなり大きくなってしまい、一方磁石鎖交数の上昇は小さい。従って、上述のように、磁石鎖交数を大きくし、かつコギングトルクを小さく抑制するためには、α/θが0.86〜0.89の範囲内がよい。 FIG. 13 shows the relationship between α / θ and the standard value of the number of magnet chain intersections and the standard value of cogging torque. Thus, by increasing α / θ, the number of magnet linkages and the cogging torque increase. However, the increase in cogging torque with respect to the increase in α / θ is relatively slow in the increase in the number of magnet linkages. That is, as α / θ is increased, the number of magnet linkages starts to rise immediately, but the number of magnet linkages does not rise much at first. Therefore, when α / θ is in the range of 0.86 to 0.89, the cogging torque can be suppressed to a relatively small value while maintaining the number of magnet linkages at a relatively large value. Note that when α / θ is made not more than the above range, only the number of magnet linkages is decreased, and the cogging torque is not decreased. Further, if α / θ is set to the above range or more, the cogging torque becomes considerably large, while the increase in the number of magnet linkages is small. Therefore, as described above, in order to increase the number of magnet linkages and suppress the cogging torque to be small, α / θ is preferably in the range of 0.86 to 0.89.
なお、図13では、永久磁石24の内径と外形の平均半径で見たスロット幅/突極幅=0.3で行った実験結果である。
FIG. 13 shows the results of an experiment conducted with the slot width / saliency pole width = 0.3 viewed from the inner diameter of the
10 アキシャル型永久磁石モータ、12 ステータ、12a ステータコア、14 ロータ、16 ケーシング、18 回転軸、20 永久磁石、20a 輪郭線、22 ティース、24 コイル、24a 輪郭線、26 磁性体。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記コイル及び磁石のロータ回転方向と交差する方向の輪郭線は、略直線状を呈し、ロータの回転時に前記コイルの輪郭線と磁石の輪郭線は、互いに非平行状態でロータ回転方向に接離するように設定されていることを特徴とするアキシャル型永久磁石モータ。 An axial type permanent magnet motor in which a magnetic pole formed by a coil mounted on a stator and a permanent magnet of a rotor are arranged to face each other with a predetermined interval in a direction parallel to a rotation axis,
The outline of the coil and magnet in the direction intersecting the rotor rotation direction is substantially linear, and the coil outline and the magnet outline are not parallel to each other in the rotor rotation direction when the rotor rotates. An axial type permanent magnet motor characterized by being set to
前記ロータにおける隣接配置された磁石の前記輪郭線同士が非平行に設定されることにより、ロータの回転時に前記コイルの輪郭線と磁石の輪郭線が互いに非平行状態でロータ回転方向に接離することを特徴とするアキシャル型永久磁石モータ。 The motor according to claim 1, wherein
By setting the contour lines of the magnets arranged adjacent to each other in the rotor to be non-parallel, the contour line of the coil and the contour line of the magnet are contacted and separated in the rotor rotation direction in a non-parallel state when the rotor rotates. Axial type permanent magnet motor characterized by the above.
前記ステータにおける隣接配置されたコイルの前記輪郭線同士が非平行に設定されることにより、ロータの回転時に前記コイルの輪郭線と磁石の輪郭線が互いに非平行状態でロータ回転方向に接離することを特徴とするアキシャル型永久磁石モータ。 The motor according to claim 1 or 2,
By setting the contour lines of adjacent coils in the stator to be non-parallel to each other, the coil contour line and the magnet contour line are in contact with or separated from each other in the rotor rotation direction in a non-parallel state when the rotor rotates. Axial type permanent magnet motor characterized by the above.
前記ロータにおける磁石のロータ回転方向と交差する方向の幅と、前記ステータにおけるコイルのロータ回転方向と交差する方向の幅とを不一致にすることにより、ロータの回転時に前記コイルの輪郭線と磁石の輪郭線が互いに非平行状態でロータ回転方向に接離することを特徴とするアキシャル型永久磁石モータ。 The motor according to claim 1, wherein
By making the width in the direction intersecting the rotor rotation direction of the magnet in the rotor and the width in the direction intersecting the rotor rotation direction of the coil in the stator inconsistent with each other, An axial permanent magnet motor characterized in that the contour lines are not parallel to each other and are contacted and separated in the rotor rotation direction.
前記ロータにおける磁石のロータ回転方向と交差する方向の輪郭線と、前記ステータにおけるコイルのロータ回転方向と交差する方向の輪郭線と、の交差角度は、モータの出力トルクの変化と、コギングトルクの変化とのバランスに応じて決定することを特徴とするアキシャル型永久磁石モータ。 In the motor according to any one of claims 1 to 4,
The intersecting angle between the contour line in the direction intersecting the rotor rotation direction of the magnet in the rotor and the contour line in the direction intersecting the rotor rotation direction of the coil in the stator is the change in the output torque of the motor and the cogging torque. An axial permanent magnet motor characterized by being determined according to a balance with change.
前記ロータにおける隣接配置された磁石の間には、磁性体が配置されていることを特徴とするアキシャル型永久磁石モータ。 In the motor according to any one of claims 1 to 5,
An axial type permanent magnet motor, wherein a magnetic material is disposed between adjacent magnets in the rotor.
前記ロータ磁石の輪郭線はほぼ扇状であって、隣接するロータ磁石間の間隙は、長方形状であり、
前記ステータコイルの輪郭線はほぼ扇状であって、隣接するステータコイル間の間隙は、長方形状であり、
前記ロータ磁石間の円周方向間隙の、前記ステータコイル間の円周方向間隙に対する比は、2.4〜3.2であることを特徴とするアキシャル型永久磁石モータ。 The motor according to any one of claims 1 to 6,
The outline of the rotor magnet is substantially fan-shaped, and the gap between adjacent rotor magnets is rectangular.
The outline of the stator coil is substantially fan-shaped, and the gap between adjacent stator coils is rectangular.
A ratio of the circumferential gap between the rotor magnets to the circumferential gap between the stator coils is 2.4 to 3.2.
前記ロータ磁石の輪郭線はほぼ扇状であって、隣接するロータ磁石間の間隙は、長方形状であり、
前記ステータコイルの輪郭線はほぼ扇状であって、隣接するステータコイル間の間隙は、長方形状であり、
前記ロータ磁石間の円周方向間隙の、前記ステータコイル間の円周方向間隙に対する比は、2.2〜3.4であることを特徴とするアキシャル型永久磁石モータ。 The motor according to any one of claims 1 to 6,
The outline of the rotor magnet is substantially fan-shaped, and the gap between adjacent rotor magnets is rectangular.
The outline of the stator coil is substantially fan-shaped, and the gap between adjacent stator coils is rectangular.
The axial permanent magnet motor, wherein a ratio of a circumferential gap between the rotor magnets to a circumferential gap between the stator coils is 2.2 to 3.4.
前記ステータコイルおよび前記ロータ磁石の輪郭線はほぼ扇状であり、前記ロータ磁石のロータ回転方向と交差する方向の輪郭線についてのロータの半径方向の直交する直線に対する角度αと、前記ステータコイルのロータ回転方向と交差する方向の輪郭線についてのロータの半径方向の直線に対する角度θと、の比α/θが、0.86〜0.89の範囲内であることを特徴とするアキシャル型永久磁石モータ。
The motor according to any one of claims 1 to 6,
An outline α of the stator coil and the rotor magnet is substantially fan-shaped, and an angle α with respect to a straight line perpendicular to the radial direction of the rotor with respect to the outline intersecting the rotor rotation direction of the rotor magnet, and the rotor of the stator coil An axial permanent magnet having a ratio α / θ of an angle θ with respect to a straight line in the radial direction of the rotor with respect to a contour line in a direction intersecting the rotational direction within a range of 0.86 to 0.89 motor.
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