JPH09261931A - Rotating-electric machine - Google Patents
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- JPH09261931A JPH09261931A JP9055096A JP9055096A JPH09261931A JP H09261931 A JPH09261931 A JP H09261931A JP 9055096 A JP9055096 A JP 9055096A JP 9055096 A JP9055096 A JP 9055096A JP H09261931 A JPH09261931 A JP H09261931A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電動機(モータ)
あるいは発電機として用いる回転電気機械の改良に関す
るものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electric motor.
Alternatively, it relates to improvement of a rotary electric machine used as a generator.
【0002】[0002]
【従来の技術】回転電気機械として、たとえば電動機
(モータ)は、コイルを巻いた電機子と、複数のマグネ
ットを有するマグネットアセンブリを備えている。この
ような同期式の回転電気機械では、たとえばマグネット
アセンブリ側がロータであり、電機子がステータである
場合には、電機子の励起用のコイルに対する駆動電圧の
供給スピードが、ロータであるマグネットアセンブリの
回転スピードと同期するようになっている。このような
電動機(あるいは発電機)においては、ロータであるマ
グネットアセンブリのマグネットの極数(S極とN極を
それぞれ数えた数)と、電機子のコイルヨークの極数が
同じであるか、あるいは倍数関係にある時には、駆動ト
ルクあるいは誘起電圧の発生が最大となり、モータの性
能的には有利である。反面、このような理想的な構造の
モータでは、ロータの各マグネットの着磁方式やヨーク
の形状が、製作した結果設計通りの理想的な特性値を有
していない場合には、それらのマグネットの着磁の不良
やあるいはヨークの形状の不良に伴い、駆動トルクのリ
ップルも最大になるので、かえってモータは使いにくい
ものとなる。2. Description of the Related Art As a rotary electric machine, for example, an electric motor includes a coiled armature and a magnet assembly having a plurality of magnets. In such a synchronous rotary electric machine, for example, when the magnet assembly side is the rotor and the armature is the stator, the drive voltage supply speed to the excitation coil of the armature is the same as that of the rotor magnet assembly. It is designed to synchronize with the rotation speed. In such an electric motor (or generator), whether the number of poles of the magnet of the magnet assembly that is the rotor (the number of S poles and the number of N poles counted) is the same as the number of poles of the coil yoke of the armature, Alternatively, when there is a multiple relationship, the drive torque or the induced voltage is maximized, which is advantageous in terms of motor performance. On the other hand, in a motor with such an ideal structure, when the magnetizing method of each magnet of the rotor and the shape of the yoke do not have the ideal characteristic values as designed as a result of manufacturing, those magnets are used. Due to the poor magnetization or the poor shape of the yoke, the ripple of the driving torque is maximized, which makes the motor rather difficult to use.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】そこで、このような問
題を避けるために、マグネットの極数とヨークの極数を
同じにしたりあるいは倍数関係にするのではなく、ヨー
クの極数とマグネットの極数を積極的に変える提案が、
たとえば特開平3−198645号公報に開示されてい
る。ところがこのようなモータの駆動相数が、3相のみ
に限られており、本来駆動相数が2,3,4,‥‥のよ
うな多相駆動をしようとする同期モータでは3相以外の
同期モータとしては一般的に適用できないという欠点が
ある。しかも、実際の生産を行う場合に、ヨークのコイ
ルの極数が、マグネットの極数に比べて多極となってし
まうので、巻線が難しくなり、ヨーク形状が制約を受け
てしまい、生産技術的に難しくなり結果的に所謂コギン
グ(滑らかでないぎくしゃくした動き)やトルクリップ
ルが変動してしまうという矛盾が生じるという問題があ
る。そこで本発明は上記課題を解消するためになされた
ものであり、駆動相数が3相に限らず、マグネットの極
数や駆動相数の相当りのヨークの極数の選択の自由度を
拡大して、トルクリップルの特性を改善しコギングを低
減することができる回転電気機械を提供することを目的
としている。Therefore, in order to avoid such a problem, the number of poles of the magnet and the number of poles of the yoke are not the same or have a multiple relationship, but the number of poles of the yoke and the poles of the magnet are not. Proposals to actively change the number,
For example, it is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-198645. However, the number of drive phases of such a motor is limited to only three, and a synchronous motor which originally intends to perform multi-phase drive such as 2, 3, 4, ... It has a drawback that it cannot be generally applied as a synchronous motor. Moreover, in actual production, the number of poles of the coil of the yoke becomes larger than the number of poles of the magnet, which makes winding difficult and restricts the shape of the yoke. However, there is a problem in that there is a contradiction in which the so-called cogging (as a jerky motion that is not smooth) and the torque ripple fluctuate. Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, and the number of drive phases is not limited to three, and the degree of freedom in selecting the number of poles of a magnet or the number of poles of a yoke corresponding to the number of drive phases is expanded. Then, it aims at providing the rotary electric machine which can improve the characteristic of a torque ripple and can reduce cogging.
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明にあ
っては、電機子とマグネットアセンブリを備える同期式
の回転電気機械において、マグネットアセンブリの磁極
数をn(S極とN極の対の数を表すための整数)とし、
電機子の巻線に対して与える駆動相数をk(整数)と
し、電機子の駆動相数kの相当たりのコイル極数をm
(整数)として、条件(1)磁極数nと駆動相数kが、
互いに「素」であり、条件(2)磁極数n/(駆動相数
k×コイル極数m)の値が1/2又は1/2のほぼ倍数
であることを同時に満たす回転電気機械により、達成さ
れる。According to the present invention, there is provided a synchronous rotary electric machine including an armature and a magnet assembly, wherein the number of magnetic poles of the magnet assembly is n (pair of S pole and N pole). And an integer for expressing the number of
The number of drive phases given to the winding of the armature is k (integer), and the number of coil poles per phase of the number of drive phases k of the armature is m.
As (integer), the condition (1) the number of magnetic poles n and the number of drive phases k are
By the rotary electric machines that are “prime” to each other and satisfy the condition (2) the number of magnetic poles n / (the number of drive phases k × the number of coil poles m) is ½ or almost a multiple of ½, To be achieved.
【0005】本発明では、磁極数nと駆動相数kが互い
に「素」であることが、コイルの相電圧の合成ベクトル
と別のコイルの相電圧の合成ベクトルが重ならないよう
にして均等配置できるので、多相化した駆動相が重なら
ない。これによりトルクリップルを低くすることができ
る。しかも、磁極数n/(駆動相数k×コイル極数m)
の値が、1/2又は1/2のほぼ倍数であることを同時
に満たすことにより、次のようなことができる。電機子
における相電圧をグループ分けすることができ、各相電
圧がグループ分けされると、回転時のリップルの分散が
可能である。In the present invention, the fact that the number of magnetic poles n and the number of drive phases k are "prime" mutually means that the composite vector of the phase voltage of one coil and the composite vector of the phase voltage of another coil do not overlap and are evenly arranged. Therefore, the drive phases that have been made multi-phase do not overlap. This can reduce the torque ripple. Moreover, the number of magnetic poles n / (the number of driving phases k × the number of coil poles m)
By simultaneously satisfying that the value of is 1/2 or a multiple of 1/2, the following can be achieved. The phase voltages in the armature can be grouped and when each phase voltage is grouped, the ripple can be dispersed during rotation.
【0006】上記目的は、本発明にあっては、駆動相数
kの相当たりのコイル極数mの順番をiとする場合に、
[磁極数n/(駆動相数k×コイル極数m)]×(i−
1)の値が1/2の奇数倍(整数倍)に近くなる極のコ
イルと、1/2の偶数倍(零及び整数倍)に近くなる極
のコイルの巻線方向が、逆方向である回転電気機械によ
り、達成される。本発明では、好ましくは[磁極数n/
(駆動相数k×コイル極数m)]×(i−1)の値が1
/2の奇数倍に近くなる極のコイルと、1/2の偶数倍
に近くなる極のコイルの巻線方向が逆方向であると、次
のようなことができる。逆方向にすることで、ある相電
圧のベクトルのグループと、他の相電圧のベクトルのグ
ループが合成でき、より絶対値の大きい相電圧の合成ベ
クトルが生成でき、これにより、高い電圧の得られる小
型発電機が実現できる。あるいはより絶対値の大きい相
電流の得られる電動機が実現できる。両者はコイルの接
続形式を変えることより得られる。In the present invention, the above object is as follows: when the order of the number m of coil poles per phase of the number k of driving phases is i,
[Number of magnetic poles n / (number of drive phases k × number of coil poles m)] × (i-
The winding direction of the pole coil whose value of 1) is close to odd multiples of 1/2 (integer multiple) and the coil of poles close to even multiples of 1/2 (zero and integer multiples) is opposite. Achieved by some rotating electrical machines. In the present invention, preferably [the number of magnetic poles n /
(The number of driving phases k × the number of coil poles m)] × (i-1) is 1
If the winding direction of the pole coil that is closer to an odd multiple of / 2 and that of the pole coil that is closer to an even multiple of 1/2 are opposite, the following can be done. By reversing the direction, a group of vector of a certain phase voltage and a group of vector of another phase voltage can be combined, and a combined vector of phase voltage with a larger absolute value can be generated, whereby a high voltage can be obtained. A small generator can be realized. Alternatively, an electric motor that can obtain a phase current having a larger absolute value can be realized. Both can be obtained by changing the connection form of the coil.
【0007】本発明では、好ましくは1/2の奇数倍に
近くなる極のコイルと、1/2の偶数倍に近くなる極の
コイルは、直列接続あるいは並列接続することができ
る。このような回転電気機械は、電動機あるいは発電機
として用いることができる。In the present invention, preferably, the coils of the poles which are close to odd multiples of 1/2 and the coils of the poles which are close to even multiples of 1/2 can be connected in series or in parallel. Such a rotary electric machine can be used as an electric motor or a generator.
【0008】[0008]
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述
べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、
技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明
の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨
の記載がない限り、これらの形態に限られるものではな
い。図1は、本発明の回転電気機械として、一例として
発電機100を示している。発電機100は、電機子1
0とマグネットアセンブリ30及びマグネットケース5
0を有している。この発電機100では、電機子10は
ステータであり、マグネットアセンブリ30はロータで
あるので、この発電機100は、所謂アウターロータ形
のモータである。マグネットアセンブリ30はマグネッ
トケース50に収容されている。電機子10はマグネッ
トアセンブリ30の中空部分の中央に位置されている。Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. Note that the embodiments described below are preferred specific examples of the present invention,
Although various technically preferable limitations are given, the scope of the present invention is not limited to these modes unless otherwise specified to limit the present invention. FIG. 1 shows a generator 100 as an example of the rotating electric machine of the present invention. The generator 100 is an armature 1
0, magnet assembly 30, and magnet case 5
It has 0. In this generator 100, the armature 10 is a stator and the magnet assembly 30 is a rotor, so this generator 100 is a so-called outer rotor type motor. The magnet assembly 30 is housed in the magnet case 50. The armature 10 is located in the center of the hollow portion of the magnet assembly 30.
【0009】電機子10は、8つのヨーク31〜38を
有している。これらのヨーク31〜38は、スロット4
1〜48を介して、等しいヨークピッチθ毎に半径方向
に沿ってマグネットアセンブリ30側に突出して配置さ
れている。これらのヨーク31〜38には、コイルC1
1〜C42が巻かれている。電機子10のヨーク31
は、たとえば強磁性体の材料たとえばケイ素鋼板のよう
な平板を複数枚積み重ねて成形したものである。8つの
ヨーク31〜38の内、まずヨーク31,32は、駆動
相k=1に対応し、ヨーク33,34は駆動相k=2に
対応し、ヨーク35,36は駆動相k=3に対応し、そ
してヨーク37,38は駆動相k=4に対応している。
つまりこのモータは、図2に示すように駆動相数がk=
4の4相である。そして各駆動相k=1〜k=4では、
図2に示すようにそれぞれコイル極数がm=2である。
つまり、駆動相k=1では、コイル極数がコイルC1
1,C12のように2つコイルを有している。他の駆動
相k2,k3,k4においても同様である。The armature 10 has eight yokes 31 to 38. These yokes 31-38 are slot 4
1 to 48, they are arranged so as to protrude toward the magnet assembly 30 side along the radial direction at equal yoke pitches θ. These yokes 31 to 38 have a coil C1.
1 to C42 are wound. The yoke 31 of the armature 10
Is formed by stacking a plurality of flat materials such as ferromagnetic materials, for example, silicon steel plates. Of the eight yokes 31 to 38, the yokes 31 and 32 correspond to the drive phase k = 1, the yokes 33 and 34 correspond to the drive phase k = 2, and the yokes 35 and 36 correspond to the drive phase k = 3. Correspondingly, and the yokes 37, 38 correspond to the drive phase k = 4.
In other words, this motor has a drive phase number k =
It is 4 phases of 4. And in each drive phase k = 1 to k = 4,
As shown in FIG. 2, the number of coil poles is m = 2.
That is, in the drive phase k = 1, the number of coil poles is equal to the coil C1.
It has two coils like 1 and C12. The same applies to the other drive phases k2, k3, k4.
【0010】一方、マグネットアセンブリ30は、N極
とS極のマグネット51,52が、3組円周方向に沿っ
て配置されている。この場合のマグネットアセンブリ3
0のロータマグネットの極数は、図2のようにn=3で
ある。つまり本発明では、N極51とS極52の一対を
n=1と規定するので、合計6つのN極51とS極52
は、ロータマグネットの極数がn=3となる。各N極5
1とS極52は、たとえばセラミックフェライトや希土
類コバルト等で作ることができる。図3において、マグ
ネットアセンブリ30は、支持体49を介して電機子1
0に対して回転できるような構造になっている。この支
持体49は、従来用いられているアウターロータ形の支
持体を用いることができる。On the other hand, in the magnet assembly 30, three sets of N-pole and S-pole magnets 51 and 52 are arranged along the circumferential direction. Magnet assembly 3 in this case
The number of poles of the rotor magnet of 0 is n = 3 as shown in FIG. That is, in the present invention, the pair of the N pole 51 and the S pole 52 is defined as n = 1, so that a total of six N poles 51 and S poles 52 are provided.
Has the number of poles of the rotor magnet n = 3. Each N pole 5
The 1 and S poles 52 can be made of, for example, ceramic ferrite or rare earth cobalt. In FIG. 3, the magnet assembly 30 includes the armature 1 via the support 49.
It is structured so that it can rotate with respect to zero. As the support 49, a conventionally used outer rotor type support can be used.
【0011】ここで、図1の発電機100の特性につい
て図2を参照して説明する。上述したように、マグネッ
トアセンブリ30(ロータマグネット)の極数は、すで
に述べたようにn=3である。電機子10の駆動相数k
は4である。つまり駆動相数は4相である。この場合の
各駆動相k1〜k4のコイル極数は、それぞれm=2で
ある。これらの極数n、駆動相数k、コイル極数mは、
それぞれ整数である。そして、マグネットアセンブリ3
0の極数nと、駆動相数kは、互いに「素」であり、こ
れは数学的に互いに素であるということである。The characteristics of the generator 100 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. As described above, the number of poles of the magnet assembly 30 (rotor magnet) is n = 3 as described above. Number of drive phases k of armature 10
Is 4. That is, the number of drive phases is four. In this case, the number of coil poles of each drive phase k1 to k4 is m = 2. The number of poles n, the number of drive phases k, and the number of coil poles m are
Each is an integer. And the magnet assembly 3
The number n of poles of 0 and the number k of drive phases are “prime” relative to each other, which means that they are mathematically relatively prime.
【0012】しかも、図1の電動機100では、[磁極
数n/(駆動相数k×コイル極数m)]の値が、1/2
あるいは1/2のほぼ倍数であることを同時に満たす必
要がある。図1の発電機100では、図2のように、極
数nが3であり、駆動相数kが4であり、そしてコイル
極数mが2であるので、磁極数n/(駆動相数k×コイ
ル極数m)の値は3/8となるが、この3/8の値は、
1/2にほぼ近い値である。Moreover, in the electric motor 100 of FIG. 1, the value of [the number of magnetic poles n / (the number of drive phases k × the number of coil poles m)] is 1/2.
Alternatively, it is necessary to simultaneously satisfy that it is a multiple of 1/2. In the generator 100 of FIG. 1, since the number of poles n is 3, the number of drive phases k is 4, and the number of coil poles m is 2, as shown in FIG. 2, the number of magnetic poles n / (the number of drive phases) The value of k × the number of coil poles m) is 3/8, but the value of 3/8 is
It is a value close to 1/2.
【0013】図4に示すように、電機子10の8つのコ
イルC11,C12,C21,C22,C31,C3
2,C41,C42を接続している。つまり駆動相k1
のコイルC11とC12は、逆巻接続でかつ直列接続で
ある。同様にして、駆動相k2のコイルC21とC22
は、逆巻接続でかつ直列接続である。駆動相k3のコイ
ルC31とC32は、逆巻接続でかつ直列接続である。
そして駆動相k4のコイルC41とC42は、逆巻接続
でかつ直列接続である。As shown in FIG. 4, eight coils C11, C12, C21, C22, C31, C3 of the armature 10 are provided.
2, C41 and C42 are connected. That is, drive phase k1
The coils C11 and C12 are reverse winding connections and series connections. Similarly, the coils C21 and C22 of the drive phase k2
Are reverse winding connections and series connections. The coils C31 and C32 of the drive phase k3 are reverse winding connection and series connection.
The coils C41 and C42 of the drive phase k4 are reverse winding connection and series connection.
【0014】図4の電機子10は、各駆動相k1〜k4
においてコイルが直列接続されているタイプのものであ
るが、各駆動相においてコイルが逆巻接続されているの
は次ような理由からである。以下、その逆巻接続する理
由を説明する。図1のように、マグネットアセンブリ3
0の1組のN極51とS極52の周期をλとすると、周
期λ=2π/n(120°)で表わせる。そして1つの
ヨークピッチはθ(45゜)である。一例として、電機
子10の駆動相k1に注目して、発生電圧を考えてみ
る。マグネットアセンブリ(ロータマグネット)30の
回転により、コイル極数mの順番i=1のヨーク31の
コイルC11に発生する相電圧V11は、数1で表わせ
る。The armature 10 of FIG. 4 has drive phases k1 to k4.
In the above, the coils are connected in series, but the coils are reversely connected in each drive phase for the following reason. Hereinafter, the reason for the reverse winding connection will be described. As shown in FIG. 1, the magnet assembly 3
Assuming that the period of the N pole 51 and the S pole 52 of 0 is λ, the period can be represented by λ = 2π / n (120 °). And one yoke pitch is θ (45 °). As an example, let us focus on the drive phase k1 of the armature 10 and consider the generated voltage. The phase voltage V11 generated by the rotation of the magnet assembly (rotor magnet) 30 in the coil C11 of the yoke 31 having the number m of coil poles in the order i = 1 can be expressed by Equation 1.
【数1】 これにより、順番i=2のヨーク32のコイルC12に
は、(θ×2π/λ)分位相(電気角)のずれた相電圧
V12が次の式のように発生する。[Equation 1] As a result, a phase voltage V12 having a phase (electrical angle) shift of (θ × 2π / λ) is generated in the coil C12 of the yoke 32 having the order i = 2 by the following equation.
【数2】 そして、一般に順番i=iに相当するヨークのコイルに
生じる相電圧V1iは、次のようになる。[Equation 2] Then, generally, the phase voltage V1i generated in the coil of the yoke corresponding to the order i = i is as follows.
【数3】 (Equation 3)
【0015】このように求めた相電圧V11と相電圧V
12をベクトル表現すると、図5のようなベクトル座標
で表わせる。相電圧V11がX軸に沿っているとする
と、相電圧V12は相電圧V11からθ×2π/λ=
(2π×n)/(k×m)=135゜の位相分ずれて表
示できる。そして順番i=3のヨーク33のコイルC2
1に生じる相電圧V13と、順番i=iのヨークに生じ
る相電圧V1iは、図6に示すように表示できる。これ
らの相電圧V11,V13は、V12,V1iに対し
て、約180゜程度離れた方向に向いていることを図6
で示している。なお、本実施の形態では、図1のヨーク
の数(コイル数)は8つなので、相電圧V1iはV18
である。The phase voltage V11 and the phase voltage V thus obtained
When 12 is represented by a vector, it can be represented by vector coordinates as shown in FIG. Assuming that the phase voltage V11 is along the X axis, the phase voltage V12 is θ × 2π / λ = from the phase voltage V11.
It can be displayed with a phase shift of (2π × n) / (k × m) = 135 °. And the coil C2 of the yoke 33 in the order i = 3
The phase voltage V13 generated at 1 and the phase voltage V1i generated at the yoke of the order i = i can be displayed as shown in FIG. These phase voltages V11 and V13 are oriented in a direction about 180 ° apart from V12 and V1i.
It shows with. In this embodiment, the number of yokes (the number of coils) in FIG. 1 is eight, so the phase voltage V1i is V18.
It is.
【0016】[磁極数n/(駆動相数k×コイル極数
m)]の値が、1/2又は1/2のほぼ倍数であり、特
に、[磁極数n/(駆動相数k×コイル極数m)]×
(i−1)の値に着目すると、図6のように相電圧V1
1とV13が、他の相電圧V12とV1iに対して、ほ
ぼ180゜反対方向に離れて向いており、相電圧V11
とV13のグループG1と、相電圧V12とV1iのグ
ループG2にまとまることを意味している。たとえば図
1の駆動相k1のような同一相内のすべてのコイル極
は、たとえば図4のように直列接続で結線されている
と、1つの相電圧の合成ベクトルV1が得られる。この
相電圧の合成ベクトルV1は、次のように示すことがで
きる。The value of [the number of magnetic poles n / (the number of drive phases k × the number of coil poles m)] is 1/2 or a multiple of 1/2, and in particular, [the number of magnetic poles n / (the number of drive phases k ×) Number of coil poles m)] ×
Focusing on the value of (i-1), as shown in FIG.
1 and V13 face away from each other by about 180 ° with respect to the other phase voltages V12 and V1i, and the phase voltage V11
And group G1 of V13 and group G2 of phase voltages V12 and V1i. For example, if all the coil poles in the same phase such as the drive phase k1 in FIG. 1 are connected in series as in FIG. 4, a combined vector V1 of one phase voltage is obtained. The composite vector V1 of this phase voltage can be expressed as follows.
【数4】 (Equation 4)
【0017】しかし、上述した相電圧の合成ベクトルV
1では、図6のように相電圧V12とV1iが、反対側
の相電圧V11とV13をベクトル的に弱くする方向に
ある。そこで、相電圧V11を基準とした場合には、相
電圧の合成ベクトルV1は、次のようにして、相電圧の
合成ベクトルを大きくする。However, the above-described phase voltage composite vector V
1, the phase voltages V12 and V1i are in the direction in which the phase voltages V11 and V13 on the opposite side are weakened in vector as shown in FIG. Therefore, when the phase voltage V11 is used as the reference, the phase voltage composite vector V1 is increased as follows.
【数5】 このように強化した相電圧の合成ベクトルV1は、図7
(A)と図7(B)で示すようにベクトル的に図示する
ことができる。つまり、相電圧V12の逆方向のベクト
ルの相電圧V12Rを作り、かつ相電圧V1iの逆方向
のベクトルの相電圧V1iRを作ることで、1つの方向
の相電圧の合成ベクトルV1を作ることができる。これ
により、相電圧の合成ベクトルV1のベクトルの絶対値
が最大となるのである。(Equation 5) The composite vector V1 of the phase voltages thus strengthened is shown in FIG.
It can be illustrated as a vector as shown in (A) and FIG. 7 (B). That is, by creating the phase voltage V12R of the vector in the opposite direction of the phase voltage V12 and the phase voltage V1iR of the vector in the opposite direction of the phase voltage V1i, the composite vector V1 of the phase voltage in one direction can be created. . As a result, the absolute value of the vector of the combined vector V1 of the phase voltages becomes maximum.
【0018】このように、n/(k×m)がほぼ1/2
あるいは1/2のほぼ倍数であると、特にこの値が好ま
しくは1/4<[n/(k×m)]<3/4である場合
には、図6に示すように、相電圧をたとえば2つのグル
ープG1,G2にグループ分けすることができる。図6
の例では、グループG1は、相電圧V11,V13を有
し、グループG2は、相電圧V12とV1iを有してい
る。各相電圧のベクトルが、グループG1,G2に属す
れば、回転時のリップルを減少もしくは分散させること
ができる。そして各相電圧のベクトルがグループG1,
G2にそれぞれ適度にまとまっていると、図7に示すよ
うに、相電圧の合成ベクトルV1が作り易いあるいは出
力し易い。Thus, n / (k × m) is approximately 1/2
Alternatively, if it is approximately a multiple of 1/2, particularly when this value is preferably 1/4 <[n / (k × m)] <3/4, as shown in FIG. For example, it can be divided into two groups G1 and G2. FIG.
In the example, the group G1 has the phase voltages V11 and V13, and the group G2 has the phase voltages V12 and V1i. If the vector of each phase voltage belongs to the groups G1 and G2, the ripple during rotation can be reduced or dispersed. The vector of each phase voltage is group G1,
When G2 is properly grouped, as shown in FIG. 7, the combined vector V1 of phase voltages is easy to create or output.
【0019】上述したように、図1の発電機100は、
図6と図7で明らかなように、図6のグループG1の相
電圧V11,V13に合わせるようにして、グループG
2の相電圧V12とV1iをベクトル的に反転すれば、
このような図7(B)の相電圧の合成ベクトルV1に相
当する発生電圧を得ることができる。つまり、グループ
G2の相電圧V12,V1iは、180゜の位相の奇数
倍の極に対応するコイルであるので、これらのグループ
G2の相電圧V12,V1iを180゜反転すること
で、相電圧の合成ベクトルV1を簡単にしかも確実に得
ることができる。このような反転操作を行うのに有効な
条件としては、(2π×n)/(k×m)が、π(18
0゜)の整数倍近くになければならない。つまり次の式
を満たす必要がある。As mentioned above, the generator 100 of FIG.
As is apparent from FIGS. 6 and 7, the group G is adjusted to match the phase voltages V11 and V13 of the group G1 of FIG.
If the two phase voltages V12 and V1i are inverted in vector,
The generated voltage corresponding to the combined vector V1 of the phase voltages in FIG. 7B can be obtained. That is, since the phase voltages V12 and V1i of the group G2 are coils corresponding to the poles of odd multiples of the phase of 180 °, by inverting the phase voltages V12 and V1i of the group G2 by 180 °, The combined vector V1 can be obtained easily and surely. An effective condition for performing such an inversion operation is (2π × n) / (k × m) is π (18
It must be close to an integral multiple of 0 °). That is, the following formula must be satisfied.
【数6】 相電圧V11〜V1iの各ベクトルが、反転接続操作さ
れることにより、相電圧が同じ方向に適当に散らばって
いることが、相電圧の合成ベクトルV1のトルクリップ
ルの分散に寄与することになる。しかも、発生電圧の無
駄を防いで、相電圧の合成ベクトルV1という合成した
相電圧を簡単に作ることができる。(Equation 6) Since each vector of the phase voltages V11 to V1i is inversely connected, the phase voltages are appropriately dispersed in the same direction, which contributes to the dispersion of the torque ripple of the combined vector V1 of the phase voltages. Moreover, it is possible to prevent waste of the generated voltage and easily create a combined phase voltage of the combined voltage V1 of the phase voltages.
【0020】次に、相電圧の合成ベクトルV1〜V4
(Vk)の関係について説明する。相電圧の合成ベクト
ルV1では、図8のように相電圧V12が180゜反転
した相電圧V12Rを有している。相電圧の合成ベクト
ルV2では、図8のように相電圧V22を180゜反転
した相電圧V22Rを有している。相電圧V12Rは図
8において右下方向に向いており、相電圧V22Rは、
図8において左下方向に向いている。相電圧の合成ベク
トルV1と相電圧の合成ベクトルV2は、いかなる場合
も重ならないので、図8では、均等配置されていなけれ
ばならないが、その均等配置の条件としては、図1のマ
グネットアセンブリ30の極数nと、駆動相数kが、数
学的に互いに「素」であることが必要十分条件である。Next, the phase voltage composite vectors V1 to V4
The relationship of (Vk) will be described. The combined vector V1 of phase voltages has a phase voltage V12R obtained by inverting the phase voltage V12 by 180 ° as shown in FIG. The combined vector V2 of the phase voltages has a phase voltage V22R obtained by inverting the phase voltage V22 by 180 ° as shown in FIG. The phase voltage V12R is oriented in the lower right direction in FIG. 8, and the phase voltage V22R is
In FIG. 8, it faces the lower left direction. The combined vector V1 of the phase voltages and the combined vector V2 of the phase voltages do not overlap in any case. Therefore, they must be evenly arranged in FIG. 8, but the condition of the uniform arrangement is that the magnet assembly 30 of FIG. It is a necessary and sufficient condition that the number of poles n and the number of drive phases k are mathematically “prime”.
【0021】図9は、このようにして得られた図1の発
電機100の相電圧の合成ベクトルV1,V2,V3,
V4の一例を示しており、各相電圧の合成ベクトルV1
〜V4は、それぞれ直交する方向に向いている。この場
合には駆動相数kが4であり、マグネットアセンブリ3
0の極数nが3である。そして相電圧の合成ベクトルV
1〜V4は、右回りのベクトルである。FIG. 9 shows a composite vector V1, V2, V3 of the phase voltages of the generator 100 of FIG. 1 thus obtained.
An example of V4 is shown, and a composite vector V1 of each phase voltage is shown.
~ V4 are oriented in directions orthogonal to each other. In this case, the number of driving phases k is 4, and the magnet assembly 3
The number n of poles of 0 is 3. And the combined vector V of the phase voltage
1 to V4 are clockwise vectors.
【0022】図11の(A)(B)に示すように、相ベク
トルV11,V12は、相電圧の合成ベクトルとしてV
1が形成され、この合成ベクトルV1は、相電圧V11
と相電圧V12Rをベクトル的に加えたものである。同
様にして相電圧の合成ベクトルV2は、図12に示すよ
うに相電圧V21と相電圧V22Rをベクトル的に加え
たものである。相電圧の合成ベクトルV1,V2,V
3,V4は、駆動相数が4つの4相モータでは、90゜
毎にずれている。マグネットアセンブリ30の極数nと
駆動相数kが互いに「素」であるので、図9のように、
相電圧の合成ベクトルV1〜V4は、互いに直交してい
ることになる。もしnとkが素でない時には、相電圧の
合成ベクトルV1〜V4の何れかが重なってしまうの
で、多相化する意味がなくなる。図10は、別の例を示
しており、相電圧の合成ベクトルV1〜V3を示してい
る。この場合には、駆動相数がk=3の例であり、ベク
トルの順番は、ロータマグネットアセンブリ30の極数
nによって様々になる。駆動相数kと極数nが互いに
「素」でない時には、明らかにロータ1回転中にベクト
ルが重なってしまい、駆動相数を多相化した意味がなく
なる。しかも当然トルクリップルが多くなってしまうこ
とになる。As shown in FIGS. 11A and 11B, the phase vectors V11 and V12 are V as a composite vector of the phase voltages.
1 is formed, and the combined vector V1 is the phase voltage V11.
And the phase voltage V12R are added in vector. Similarly, the combined vector V2 of the phase voltages is a vector addition of the phase voltage V21 and the phase voltage V22R as shown in FIG. Combined vector of phase voltage V1, V2, V
3 and V4 are deviated by 90 ° in a four-phase motor having four drive phases. Since the number of poles n and the number of drive phases k of the magnet assembly 30 are “prime” to each other, as shown in FIG.
The combined vectors V1 to V4 of the phase voltages are orthogonal to each other. If n and k are not prime, any of the combined vectors V1 to V4 of the phase voltages will overlap, so there is no point in making multiple phases. FIG. 10 shows another example, and shows combined vectors V1 to V3 of phase voltages. In this case, the number of drive phases is k = 3, and the order of vectors varies depending on the number n of poles of the rotor magnet assembly 30. When the number of drive phases k and the number of poles n are not "prime", the vectors obviously overlap during one rotation of the rotor, and there is no point in making the number of drive phases multiphase. Moreover, the torque ripple naturally increases.
【0023】ところで、上述した実施の形態では、図1
に示すような発電機100を例に挙げて説明している。
しかしこれに限らず、本発明はそれ以外の種々の態様が
考えられる。図13は、電動機の例を示しており、駆動
相k1〜k4を有し、各駆動相では、コイルが並列接続
でかつ逆巻接続されている。駆動相k1におけるコイル
C11,C12は、並列接続でかつ逆巻接続である。同
様に駆動相k2のコイルC21とC22は、並列接続で
かつ逆巻接続である。駆動相k3のコイルC31とC3
2は、並列接続でかつ逆巻接続である。駆動相k4のコ
イルC41,C42は並列接続でありかつ逆巻接続であ
る。By the way, in the embodiment described above, FIG.
In the description, the generator 100 as shown in FIG.
However, the present invention is not limited to this, and various other modes can be considered. FIG. 13 shows an example of an electric motor, which has drive phases k1 to k4, and in each drive phase, coils are connected in parallel and in reverse winding. The coils C11 and C12 in the drive phase k1 are in parallel connection and reverse winding connection. Similarly, the coils C21 and C22 of the drive phase k2 are in parallel connection and reverse winding connection. Coils C31 and C3 of drive phase k3
2 is parallel connection and reverse winding connection. The coils C41 and C42 of the drive phase k4 are in parallel connection and in reverse winding connection.
【0024】ところで、図1のような直流発電機を考え
る場合には、整流回路を用いる必要がある。この整流回
路は、図14のようなダイオードDと抵抗Rを用いた整
流回路を用いることができる。図14において、仮接地
を中点に対して考えると分かり易い。この場合の出力電
圧としては、図15に示すようにA点における出力VA
とB点における出力VBが出るが、1周期においては、
電圧VA−VBは図15の(A)の状態から(B)の状
態になり、1回転中におけるリップルは、2×駆動相数
kで表わすことができる。つまり駆動相数が大きいほ
ど、電圧VA−VBの電圧リップルは改善されることに
なる。By the way, when considering a DC generator as shown in FIG. 1, it is necessary to use a rectifier circuit. As this rectifier circuit, a rectifier circuit using a diode D and a resistor R as shown in FIG. 14 can be used. In FIG. 14, it is easy to understand if the temporary grounding is considered with respect to the midpoint. The output voltage in this case is the output VA at point A as shown in FIG.
And the output VB at point B appears, but in one cycle,
The voltage VA-VB changes from the state of (A) of FIG. 15 to the state of (B), and the ripple in one rotation can be represented by 2 × the number of driving phases k. That is, the larger the number of drive phases, the more the voltage ripple of the voltages VA-VB is improved.
【0025】このように本発明では、従来のようなロー
タマグネットの極数とコイルヨークの極数の限定された
比(たとえばn−1/n)でのトルクリップルの改善で
はなく、磁極数nと駆動相数kが互いに「素」であると
ともに、マグネットアセンブリの磁極数n、電機子の駆
動相数k及び電機子の駆動相数の相当たりのコイル極数
mを適宜選択して組合せて、[磁極数n/(駆動相数k
×コイル極数m)]の値が、1/2又は1/2のほぼ倍
数であることを同時に満たすようにすることで、自由な
設計が可能になり、特に発電機の場合にその効果が著し
い。発電機の場合は、前述のように整流回路を通す場合
が多く、その場合には相数の設定がかなり自由になる。
一方発電動は現在殆どが3相であり、インバーターを通
す場合は別であるが相数は限定されるということであ
る。またコイルヨークの極数、つまり電機子の駆動相数
kの相当たりのコイル極数mを減らすこともでき、多極
巻に伴う様々な問題が軽減できる。トルクリップル(デ
ィテントトルクと負荷運転時のトルク)の両方の軽減効
果が期待できるのは、これまでの回転電気機械と同様で
ある。このディテントトルクとは、コイルに電流が流れ
ない状態で、ローターを回すのに必要な最大トルクを表
わし、マグネットとヨーク材の磁気吸引力のバランスが
回転角に応じて変化することにより発生するということ
である。As described above, according to the present invention, the number of magnetic poles n is not improved but the improvement of the torque ripple at the limited ratio (for example, n-1 / n) of the number of poles of the rotor magnet and the number of poles of the coil yoke as in the prior art. And the number of drive phases k are mutually prime, and the number of magnetic poles n of the magnet assembly, the number k of drive phases of the armature, and the number m of coil poles per phase of the number of drive phases of the armature are appropriately selected and combined. , [Number of magnetic poles n / (Number of drive phases k
By simultaneously satisfying that the value of (× coil pole number m)] is 1/2 or a multiple of 1/2, it is possible to freely design, and especially in the case of a generator, its effect is obtained. Remarkable. In the case of a generator, the rectifier circuit is often used as described above, and in that case, the number of phases can be set quite freely.
On the other hand, most of the power generation is currently three-phase, and the number of phases is limited, except when passing through an inverter. Further, the number of poles of the coil yoke, that is, the number m of coil poles per phase of the number k of drive phases of the armature can be reduced, and various problems associated with multipole winding can be reduced. The effect of reducing both the torque ripple (the detent torque and the torque during load operation) can be expected, as in the conventional rotating electric machines. This detent torque represents the maximum torque required to rotate the rotor in the state where no current flows in the coil, and is generated when the balance of the magnetic attraction force between the magnet and the yoke material changes according to the rotation angle. That is.
【0026】[0026]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
駆動相数が3相に限らず、マグネットの極数や駆動相数
の相当りのヨークの極数の選択の自由度を拡大して、ト
ルクリップルの特性を改善しコギングを低減することが
できる。As described above, according to the present invention,
The number of drive phases is not limited to three, and the degree of freedom in selecting the number of poles of the magnet or the number of poles of the yoke corresponding to the number of drive phases can be expanded to improve the characteristics of the torque ripple and reduce cogging. .
【図1】本発明の回転電気機械としての発電機の好まし
い実施の形態を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a preferred embodiment of a generator as a rotary electric machine of the present invention.
【図2】図1の回転電気機械の特性の一例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing an example of characteristics of the rotary electric machine shown in FIG.
【図3】図1の回転電気機械の各要素を示す図。FIG. 3 is a diagram showing each element of the rotary electric machine of FIG. 1.
【図4】図1の回転電気機械の各駆動相におけるコイル
接続例を示す図。FIG. 4 is a diagram showing an example of coil connection in each drive phase of the rotary electric machine of FIG. 1.
【図5】図4のコイル接続例における2つの相電圧の例
を示すベクトル図。5 is a vector diagram showing an example of two phase voltages in the coil connection example of FIG.
【図6】図5の相電圧が2つのグループに分かれた状態
を示す図。6 is a diagram showing a state in which the phase voltage of FIG. 5 is divided into two groups.
【図7】図6の2つのグループの相電圧から1つの相電
圧の合成ベクトルを出力する例を示す図。7 is a diagram showing an example of outputting a combined vector of one phase voltage from the phase voltages of the two groups in FIG.
【図8】2つの相電圧の合成ベクトルを形成する例を示
す図。FIG. 8 is a diagram showing an example of forming a combined vector of two phase voltages.
【図9】4つの相電圧の合成ベクトルを示す図。FIG. 9 is a diagram showing a combined vector of four phase voltages.
【図10】3つの相電圧の合成ベクトルを示す図。FIG. 10 is a diagram showing a combined vector of three phase voltages.
【図11】2つの相電圧から1つの相電圧の合成ベクト
ルを示す図。FIG. 11 is a diagram showing a composite vector of one phase voltage from two phase voltages.
【図12】別の2つの相電圧から1つの相電圧の合成ベ
クトルを作る図。FIG. 12 is a diagram for creating a combined vector of one phase voltage from another two phase voltages.
【図13】各駆動相のコイルが直列接続でかつ逆巻接続
された電動機(モータ)の例を示す図。FIG. 13 is a diagram showing an example of an electric motor (motor) in which coils of each drive phase are connected in series and connected in reverse winding.
【図14】直流発電機を用いる場合の整流回路の一例を
示す図。FIG. 14 is a diagram showing an example of a rectifier circuit when using a DC generator.
【図15】図14の整流回路で整流された出力電圧の例
を示す図。15 is a diagram showing an example of an output voltage rectified by the rectifier circuit of FIG.
10・・・電機子(ステータ)、30・・・マグネット
アセンブリ(ロータ)、31,32,33,34,3
5,36,37,38・・・電機子のヨーク、100・
・・発電機(回転電気機械)、C11,C12,C2
1,C22,C31,C32,C41,C42・・・コ
イル、k・・・駆動相数、m・・・コイル極数、n・・
・マグネットアセンブリ(ロータマグネット)の極数10 ... Armature (stator), 30 ... Magnet assembly (rotor), 31, 32, 33, 34, 3
5,36,37,38 ... Armature yoke, 100
..Generators (rotary electric machines), C11, C12, C2
1, C22, C31, C32, C41, C42 ... Coil, k ... Number of drive phases, m ... Number of coil poles, n ...
・ Number of poles of magnet assembly (rotor magnet)
Claims (4)
同期式の回転電気機械において、 マグネットアセンブリの磁極数をn(S極とN極の対の
数を表すための整数)とし、 電機子の巻線に対して与える駆動相数をk(整数)と
し、 電機子の駆動相数kの相当たりのコイル極数をm(整
数)として、 条件(1)磁極数nと駆動相数kが互いに「素」であ
り、 条件(2)磁極数n/(駆動相数k×コイル極数m)の
値が、1/2又は1/2のほぼ倍数であることを同時に
満たすことを特徴とする回転電気機械。1. A synchronous rotary electric machine comprising an armature and a magnet assembly, wherein the number of magnetic poles of the magnet assembly is n (an integer for representing the number of pairs of S poles and N poles), and winding of the armature. The number of drive phases to be given to k is an integer, and the number of coil poles per phase of the number of drive phases k of the armature is m (an integer). Condition (1) The number of magnetic poles n and the number of drive phases k are And the condition (2) the number of magnetic poles n / (the number of drive phases k × the number of coil poles m) is 1/2 or almost a multiple of 1/2 at the same time. Electric machine.
順番をiとする場合に、 [磁極数n/(駆動相数k×コイル極数m)]×(i−
1)の値が1/2の奇数倍(整数倍)に近くなる極のコ
イルと、1/2の偶数倍(零及び整数倍)に近くなる極
のコイルの巻線方向が、逆方向である請求項1に記載の
回転電気機械。2. When the order of the number m of coil poles per phase of the number k of drive phases is i, [the number of magnetic poles n / (the number of drive phases k × the number of coil poles m)] × (i−
The winding direction of the pole coil whose value of 1) is close to odd multiples of 1/2 (integer multiple) and the coil of poles close to even multiples of 1/2 (zero and integer multiples) is opposite. The rotary electric machine according to claim 1.
のコイルと、1/2の偶数倍(零及び整数倍)に近くな
る極のコイルは、直列接続あるいは並列接続されている
請求項2に記載の回転電気機械。3. A pole coil that is close to an odd multiple of 1/2 (an integer multiple) and a pole coil that is close to an even multiple of 1/2 (zero and integer multiples) are connected in series or in parallel. The rotary electric machine according to claim 2, wherein
載の回転電気機械。4. The rotary electric machine according to claim 1, which is an electric motor or a generator.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9055096A JPH09261931A (en) | 1996-03-19 | 1996-03-19 | Rotating-electric machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9055096A JPH09261931A (en) | 1996-03-19 | 1996-03-19 | Rotating-electric machine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09261931A true JPH09261931A (en) | 1997-10-03 |
Family
ID=14001531
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9055096A Pending JPH09261931A (en) | 1996-03-19 | 1996-03-19 | Rotating-electric machine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09261931A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014091514A (en) * | 2012-10-31 | 2014-05-19 | Ge Aviation Systems Llc | Ram air turbine generator with external rotor having permanent magnets |
CN113785478A (en) * | 2019-01-16 | 2021-12-10 | 利尼尔实验室公司 | System and method for controlling a multi-channel motor |
-
1996
- 1996-03-19 JP JP9055096A patent/JPH09261931A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014091514A (en) * | 2012-10-31 | 2014-05-19 | Ge Aviation Systems Llc | Ram air turbine generator with external rotor having permanent magnets |
CN113785478A (en) * | 2019-01-16 | 2021-12-10 | 利尼尔实验室公司 | System and method for controlling a multi-channel motor |
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