(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子および回転子を備えた電動機であって、これらのふたつの部材の一方はR 個に等しいスロット数を有するスロット付電機子であり、他方は2P個の磁極を備える、電動機において、
隣接する２個の磁極の各磁極面の中心間の2P個の角度ギャップの内、(2P −1)個の各ギャップはa1＝(360°／2P) −ｂまたはa2＝(360°／2P) ＋ｂのいずれかに等しく、角度的間隔ｂは360 °／(2PR) に等しくすることで、前記回転子内で生じる磁束の変動を該回転子の回転角度の関数として減少せしめる、
ことを特徴とする電動機。
【請求項２】
前記回転子は、磁極片を構成する歯(15)を形成すべく径方向に切り込まれて重畳された磁気シートの束を有し、
歯(15)の周方向面は前記回転子の磁極面(4) を形成すると共にスロット(16)の境界を定め、歯(15)の間には、対向するフラット磁極(N、S)を有する薄板形状のフラット磁石(12)が挿入されて、これらのフラット磁極の表面が回転子の軸心に平行な平面内に在り、
これらの磁石(12)は、軸心方向平面内に延在する歯(15)の側面が２個の連続する磁石の同一の極性の磁極に接触すると共に、前記回転子の歯(15)の磁極面(4)の表面積が複数の磁石(12)の内のひとつのフラット磁極の表面積の２倍よりも小さくなるように配設される、永久磁石の回転子を有する請求項１記載の電動機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定子および回転子を備えた電動機であって、これらのふたつの部材の一方は個数Ｒに等しいスロット数を有するスロット付電機子であり、他方は個数２Ｐの磁極を備える、電動機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動機におけるスロットの利点は、磁気的な観点からは、空気を通る磁界が比較的小さなエアギャップを横切って磁極片から直接的に電機子の歯に進入し得ることから空気を通る磁界の経路が短縮されることであり、また機械的な観点からは、スロット内に載置された巻線の側方移動が、スロットの境界を定める歯(cogs)の側面により防止されることである。
【０００３】
しかし乍らスロット付電機子は、磁石と電機子のスロットとの間の相互作用によりもたらされる“コギング・トルク(cogging torque)”として知られた欠点を有している。
このコギング・トルクおよびこれを緩和する解決策は例えば、IEE PROCEEDINGS-B 第139 巻、第4 号、7 月1002、第315 〜320 頁にMessrs Ackermann, Janssen, Sottek およびvan Steen により発表されるとともに“ブラシレスDCモータの等級においてコギング・トルクを減少する新技術”と称された論文中に記述されている。この論文では、永久磁石式ブラシレスモータにおけるコギング・トルクを減少すべく提案された手法は、磁極の個数が電機子スロットの個数に十分近ければ、磁極のサイズまたはスロットのサイズを注意深く調節することにある。
【０００４】
この不都合な影響を減少する為に、長寸の回転子および径方向のエアギャップを備えたモータにおいて、モータのシャフト上で軸心方向に並置され乍らも周方向においては相互に僅かにオフセットされた数個の磁石を配備することも公知の手法である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、スロットの存在により引き起こされる変動が最小となるように、回転角度の関数として磁束の変動を修正する新規な手法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成する本発明の電動機は、固定子および回転子を備えた電動機であって、これらのふたつの部材の一方はR 個に等しいスロット数を有するスロット付電機子であり、他方は2P個の磁極を備える電動機において、隣接する２個の磁極の磁極面の中心間の2P個の角度ギャップの内の(2P-1)個のギャップの各々がa1＝(360°／2P) −b (1)または、a2＝(360°／2P) ＋b (2)に等しく、式中、角度的間隔b はb ＝360 °／(2PR) (3)であり、R はスロット数である、という構成を有することで、回転子内で生じる磁束の変動を回転子の回転角度の関数として減少せしめる、ことを特徴とする。
【０００７】
従って、全てのギャップが等しく均等に分布される、即ち磁極間隔が360 °／2Pであるという従来の手法により磁極を位置決めする代わりに、(2P −1)個のギャップが一定角度b だけ減少され、またはそれらが一定角度ｂだけ増大され、残りのギャップが式(1) の適用により
c1＝360 °−(2P −1)a1      (4)
となるか、または、式(2) の適用により：
c2＝360 °−(2P −1)a2      (5)
となる。
【０００８】
従って、この残りのギャップは他のものよりも大きくなるかまたは小さくなる。式(2) に係るモータの場合、残りのギャップc2は、該ギャップc2の境界を定める２個の磁極が満足いくように装着されるに十分なスペースを残すようにモータが設計されねばならないことは勿論である。
本発明により提案された解決手段によれば、磁束の変動を回転角度の関数として減少することが可能となる、と言うのも、この様にすればスロットの近傍を全ての磁極が同時に通過するのを回避し得るからである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１において電機子を形成する固定子は部分的にのみ示されている。図１を参照すると、回転子1 は８個の永久磁石2 を備え、回転子の周縁部を形成するそれらの外側面はN 、S により表された磁極面4 である。従って、磁極の個数は2P＝8 である。また、部分的に図示されると共にコイルが省略された固定子5 のスロット6 の個数はR ＝24であり、式(3) による角度はb ＝1.875 °である。夫々隣接する２個の磁極の磁極面4 の中心間の2P個の角度ギャップの内、(2P −1)個のギャップは式(1) によりa1＝43.125°の値を有する。残りのギャップは式(4) を適用して得られ、即ちc1＝58.125°である。従って、このギャップc1はギャップa1より大きく、且つ、その中心領域において平衡錘3 により満たされている。
【００１０】
図２に示された実施例によればデータは前述と同様であり、即ち、磁極面4 を備えた８個の永久磁石2 があり、故に、磁極の個数は2P＝8 、スロットの個数はR ＝24、且つ、角度ｂ＝1.875 °であるが、この回転子は式(2) を適用して設計されている。故に、(2P −1)個のギャップがa2であり、その値はa2＝46.875°であり、式(5) による残りのギャップc2はc2＝31.875°である。この場合、ニュートラル領域の境界を定める残りのギャップc2は、一層小さいものである。図２に示す発明発の実施例においては、比率R ／2Pは3 に等しい。概略的には、この比率は2 乃至4 の値を有し得る。
【００１１】
図３に示された実施例によれば回転子は4 個の磁石2 を有することから、N 、S により示された4 個の磁極面を有し；磁極の個数は2P＝4 であり、固定子のスロット数はR ＝12であり、角度b は7.5 °に等しい。この回転子は式(1) により設計され；a1＝82.5°であり残りのギャップc1＝112.5 °であり、平衡錘3 により満たされたニュートラル領域を表している。
【００１２】
もし回転子が式(2) に従って設計されれば、ひとつのギャップa2＝97.5°であり且つ残りのギャップc2＝67.5°である。比率R ／2Pは3 に等しい。
最後に、図４に示された実施例に依れば回転子1 は、磁極片を形成すると共にスロット16の境界を定める歯15を形成すべく径方向に切り込まれた重畳磁板の束から成り、各歯15の間には、フラットで平行な対向磁極N 、S を備えた薄寸プレート形態のフラット磁石12が挿入され、これらのフラット磁極の表面は回転子の軸心に平行な平面内に在り、すなわち換言すると略軸心方向平面内に在る。従ってこれらの磁石12の磁軸は回転子の円周方向に延在する。多数の磁石および多数の歯の場合に図４に示される様に、これらの磁石12の配置は、軸心方向平面内に延在することから回転子の軸心に平行に延在する歯15の側面が２個の連続する磁石12の同一の極性の磁極に接触する如きものである。磁石12の磁束は歯15を貫通するが、これらの周方向の前面は回転子の磁極面4 を形成する。
【００１３】
この構成において、回転子の歯15の磁極面4 の表面積は、ひとつの磁石12のフラット磁極の表面積の２倍よりも小さい。この配置構成は、磁束が歯15に集中されることから、回転子の磁極面4 を貫通する集中磁束が存在する、という利点を有している。
この実施例において、回転子1 は12個の磁石2 により分離された12個の磁極面4 を有している。従って、2P＝12であり、32個のスロットを有することからR ＝32である固定子が選択される。式(3) を適用するとｂ＝0 °56分であり、式(1) によれば角度a1＝29°4 分である。この場合、式(4) によれば残りのギャップc1＝40°16分である。
【００１４】
図５は8 個の磁極7 を有するフラット回転子の実施例を示し、従って、軸心方向のエアギャップを備え、磁極面N 、S が回転子の軸心に直交する径方向平面に在るモータを示している。この回転子は、それ自体がブッシュ9 上に取り付けられた非磁性材料から成る支持体10を介してシャフト8 上に取り付けられる。各磁極間の残存ギャップ内には、磁気シートから成るピース3 が取り付けられる。回転子の他の特性は、図１に関して与えられたものと同一である。固定子は回転子と並べられており、軸心方向のエアギャップの境界を定めている。また、回転子の各側にそれぞれひとつずつ配置された合計2 個の固定子も存在する。
【００１５】
実施する上で本発明に係るモータを開発するには、なによりも先ず磁極の個数に対する値2Pと、スロット付電機子におけるスロットR の個数とを選択し、次に、これらの値を使用して、式(3) により角度b を計算し、その後、式(1) または式(2) を使用して角度ギャップa1またはa2が夫々計算される。
代替的に、本発明に係るモータは永久磁石の代わりに図６に示された如く電磁石を有しても良い。この実施例に依れば、回転子21はコイル23により励起される6 個の電磁極22を有していることから、2P＝6 である。前述の実施例と同様に、各電磁極の中心の間の(2P −1)個のギャップの値は角度a1により表され、且つ、残りのギャップは角度c1により表される。
【００１６】
図７に示された如く別の代替的形態に依れば、磁石を担持する部材が固定子を構成すると共に、スロット付電機子が回転子を構成する。この場合、固定子35上には8 個の永久磁石2 が取り付けられることから2P＝8 であり、一方、部分的に示された回転子31は、不図示のコイルが取り付けられるスロット36を有している。各永久磁石間の(2P −1)個のギャップの値は依然として角度a1により表されると共に、残りのギャップは角度c1により表される。
【図面の簡単な説明】
【図１】永久磁石回転子を備えた径方向エアギャップによるモータにおける回転子の第１実施例の概略図である。
【図２】永久磁石回転子を備えた径方向エアギャップによるモータにおける回転子の第２実施例の概略図である。
【図３】永久磁石回転子を備えた径方向エアギャップによるモータにおける回転子の第３実施例の概略図である。
【図４】永久磁石回転子を備えた径方向エアギャップによるモータにおける回転子の第４実施例の概略図である。
【図５】軸心方向エアギャップを備えたフラット回転子の概略図である。
【図６】磁極が電磁石から成る回転子の代替的形式の概略図である。
【図７】永久磁石が装着された固定子により囲まれたスロット付回転子を備えた別の代替的形式の概略図である。
【符号の説明】
１，２１，３１…回転子
２…永久磁石
３…平衡錘
４…磁極面
５，３５…固定子
６，１６，３６…スロット
７…磁極
８…シャフト
９…ブッシュ
１０…支持体
１２…フラット磁石
１５…歯
２２…電磁極
２３…コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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