(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＷＭ駆動型サーボアンプによってＰＷＭ駆動されるギャップワインディング形モータであって、
内周面をもつ固定子コアと、当該固定子コアの内周面に周方向に並ぶように設けられた集中巻からなるｎ×ｍ個（ｎは自然数、ｍは２または３とする）の巻線と、を有するｍ相の固定子と、
空隙を介して前記固定子の内周側に設けられた回転子コアと、当該回転子コアの内部に設けられ、前記周方向に交互に極性が異なるように並べられたＰ個（Ｐは２以上の自然数とする偶数）の永久磁石と、を有する回転子と、を備え、
前記周方向に隣り合う前記永久磁石間に形成されたティースが前記周方向に並んでおり、
前記周方向において、同相電流が流れる何れか１つの前記巻線の中心が何れか１つの前記ティースの中心と対向するとき、当該同相電流が流れる他の前記巻線の中心も他の前記ティースの中心と対向する構成を有し、
前記同相電流は、前記同相電流が流れる各前記巻線の中心がそれぞれの前記ティースの中心に対向するときに最大となるように、前記ＰＷＭ駆動型サーボアンプによって制御される、ギャップワインディング形モータ。
【請求項２】
ＰＷＭ駆動型サーボアンプによってＰＷＭ駆動されるギャップワインディング形モータであって、
外周面をもつ固定子コアと、当該固定子コアの外周面に周方向に並ぶように設けられた集中巻からなるｎ×ｍ個（ｎは自然数、ｍは２または３とする）の巻線と、を有するｍ相の固定子と、
空隙を介して前記固定子の外周側に設けられた回転子コアと、当該回転子コアの内部に設けられ、前記周方向に交互に極性が異なるように並べられたＰ個（Ｐは２以上の自然数とする偶数）の永久磁石と、を有する回転子と、を備え、
前記周方向に隣り合う前記永久磁石間に形成されたティースが前記周方向に並んでおり、
前記周方向において、同相電流が流れる何れか１つの前記巻線の中心が何れか１つの前記ティースの中心と対向するとき、当該同相電流が流れる他の前記巻線の中心も他の前記ティースの中心と対向する構成を有し、
前記同相電流は、前記同相電流が流れる各前記巻線の中心がそれぞれの前記ティースの中心に対向するときに最大となるように、前記ＰＷＭ駆動型サーボアンプによって制御される、ギャップワインディング形モータ。
【請求項３】
前記永久磁石の表面に発生する渦電流を抑制するように、前記永久磁石は、前記回転子コアの前記空隙に面する位置から前記回転子コアの内部側へ０．１ｍｍ乃至１．０ｍｍだけ離れた位置に設けられる、請求項１または２に記載のギャップワインディング形モータ。
【請求項４】
請求項１または２に記載のギャップワインディング形モータと、
前記同相電流が流れる各前記巻線の中心がそれぞれの前記ティースの中心に対向するときに前記同相電流を最大とするように制御する前記ＰＷＭ駆動型サーボアンプと、を備える、駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＦＡまたはＯＡなどの産業分野に使用されるブラシレスＤＣモータに関し、特に磁気的な突極（スロット）なしの円環状固定子コアに回転磁界形成用の電機子巻線を装着してなる平滑電機子巻線形モータ、いわゆるギャップワインディング形モータの回転子構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、固定子スロットによる界磁磁束の変調を抑制することができ、トルクリップルの小さい特性を有するものとして、ギャップワインディング形モータが一般的に良く知られている。なお、図３は、従来のギャップワインディングモータの回転子構造を示した正面図である。
図において、１０は回転子、１１は回転子コア、１２は永久磁石、１３はシャフトである。このギャップワインディングモータの回転子１０は軟磁性体で構成された円筒型の回転子コア１１の表面に円弧状で、かつ、セグメント型の永久磁石１２を所定の位置に固着して構成されており、これらの回転子コア１１の内径部１１Ａにシャフト１３に取り付けるようにしてある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが，従来技術によると、次のような問題点があった。
（１）軟磁性体で構成された円筒型の回転子ヨーク１１の表面に永久磁石１２を固着したものでは磁気ギャップが広く、図示しない電機子巻線の自己インダクタンスが小さくなる。このため、ＰＷＭアンプと組み合わせて駆動すると電流波形に含まれる高調波成分が大きくなりキャリア損失が増加した。
（２）円弧状セグメント形の永久磁石１２を用いたものでは、実用上、磁石の飛散防止のためガラステープなどを磁石表面に巻きつける必要があることから、工数が増加しコストがかかっていた。
本発明は、上記課題を解決するためのなされたものであり、電機子巻線の自己インダクタンスを大きくし、ＰＷＭ駆動時のキャリア損失を低減することのできる、低コストのギャップワインディング形モータの回転子構造を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、円筒状の固定子コアの内周面または外周面の何れか一方に回転磁界形成用のｎ個（ｎは自然数で、且つ、ｍの倍数とする）の電機子巻線を装着してなるｍ相（ｍは自然数）の固定子と、前記固定子と磁気的空隙を介して同心円状に設けられた回転子コアに交互に極性が異なるＰ個（Ｐは２以上の自然数とする偶数）の磁極を有する永久磁石を備えた回転子よりなるギャップワインディング形モータにおいて、前記回転子コアは、コア材の円周方向に向かって各々の磁極の位置に前記永久磁石を挿入するために設けた円弧状穴と、相隣り合う前記円弧状穴間に所定の幅を有するように設けたティースとが形成されており、前記円弧状穴は、回転子コアの磁気的空隙部に面する位置から径方向に向かって０．１ｍｍ乃至１．０ｍｍだけ離れた位置に形成されたことを特徴とするものである。
上記手段により、永久磁石と円弧状穴の内面の接触面積が増加するため、永久磁石の固着力が増加する。また、円弧状穴間に形成したティースにより電機子巻線の自己インダクタンスが増加するので、ＰＷＭ駆動時のキャリア損失を低減できる。さらに、円弧状穴を回転子コアの磁気的空隙部に面する位置から０．１ｍｍ乃至１．０ｍｍだけ離れた位置に形成したことで、磁石表面に発生する電機子反作用による渦電流を抑制できる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１は本発明の実施例を示すギャップワインディング形モータであって、（ａ）はその正断面図、（ｂ）は回転子の円弧状穴とつなぎ部を示した部分拡大図である。なお、本実施例では磁極数を８、電機子巻線数を６とした内部回転子形のギャップワインディング形モータの例を用いて説明する。
図において、１は固定子、２は固定子コア、３は絶縁層、４は電機子巻線、５は樹脂モールド、６は回転子、７は回転子コアで、７Ａはティース、７Ｂはつなぎ部、８は永久磁石、９はシャフトである。
このような構成において、スロットを有しない円筒形でケイ素鋼板を積層してなる固定子コア２の内面には、所要の絶縁耐圧を確保するための薄い絶縁層３を設け、絶縁層３を介して集中巻して成る回転磁界形成用の電機子巻線４が６個等間隔で配設されている。この電機子巻線４は８極を構成するよう結線されると共に、樹脂モールド５により、固定子コア２と一体に固着される。
また、樹脂モ―ルド５により固着された電機子巻線４の内周には磁気的空隙Ｇを介して、回転子６が固定子１と同心円状に配置されている。回転子６は図示しない軸受により固定子１に対し回転自在に支承されている。この回転子６において、回転子コア７は、コア材の円周方向に向かって各々の磁極の位置に希土類系の永久磁石８を挿入するための円弧状穴７Ｃが設けられ、相隣り合う円弧状穴７Ｃ間は所定の幅を有したティース７Ａを形成してある。円弧状穴７Ｃは、ケイ素鋼板を積層した回転子コア７の磁気的空隙Ｇ部に面する位置からシャフト９の径方向に向かって０．１ｍｍ乃至１．０ｍｍだけ離れた位置に同心円状に形成されている。そして、永久磁石８は、各々の円弧状穴７Ｃの内部に交互に異極となるように等間隔に接着等により固着されている。それから、シャフト９は回転子コア７の内周に嵌合されている。
【０００６】
次に、本発明の原理について図１を用いて説明する。
従来のギャップワインディング形モータをＰＷＭ駆動した場合において、一般に相電流波形を観測した際に電流リップルを含んだ波形が観測される。これは、該電流リップルがＰＷＭのキャリア周波数に起因するもので、損失の増加を引き起こす。また、相電流波形におけるピーク付近でのリップルが大であることがわかる。しかしながら、電流リップルは電機子巻線の自己インダクタンスを大きくすることで低減できる。該自己インダクタンスは巻回数の２乗に比例し、磁気抵抗に反比例するので、自己インダクタンスを増加するには電機子巻線の巻回数を増すか、あるいは、電機子巻線の磁気抵抗を小さくすれば良い。
ここで、本発明の回転子構造は電機子巻線の磁気抵抗を小さくすることで自己インダクタンスの増加を図るようにしたものである。第１図に示すように、回転子６と固定子１の位置関係を見ると、電機子巻線のうち、Ｕ相コイルの中心とティース７Ａの中心が対向している。このためＵ相コイルの磁気抵抗は最小となり、Ｕ相の自己インダクタンスは最大となる。この時Ｕ相コイルの電流値は最大となるので、電流最大値付近の電流リップルを低減できる。
また、図２は本発明と従来技術のモータ容量とキャリア損をグラフにして比較した説明図である。これによると、電流リップルを低減することで、結果的にはＰＷＭ駆動時のキャリア損を最大３分の１程度まで減らせることがわかった。
次に、円弧状穴７Ｃとつなぎ部７Ｂの働きについて述べる。
電機子反作用により回転子６の表面には渦電流損が発生する。永久磁石８の抵抗率はケイ素鋼板の１．５〜３倍程度であるが、ケイ素鋼板が積層して使用するのに対し、永久磁石は一般的に塊状で用いるため、従来の表面磁石形モータでは永久磁石表面で渦電流損が発生するという問題があった。このことから、積層鋼板で構成した回転子の内部に永久磁石を配置した。こうして、内磁形回転子にすることで回転子表面渦電流損を低減できるものの、ギャップワインディング形モータに適用した場合、磁気的空隙が広いため、表面磁石形回転子に比べ、漏れ磁束が大きくなり誘起電圧が低下してしまう。さらに誘起電圧が低下すると、所定のトルクを得るために必要な電流が増加するので銅損が増えるという問題があった。この点についてコンピュータによるシミュレーションを行った結果、円弧状穴つなぎ部７Ｂの厚さを０．１ｍｍ乃至１．０ｍｍとすることで損失を最も低減できることがわかった。
【０００７】
したがって、円筒状の固定子コア２の内周面または外周面の何れか一方に回転磁界形成用のｎ個（ｎは自然数で、且つ、ｍの倍数とする）の電機子巻線４を装着してなるｍ相（ｍは自然数）の固定子１と、固定子１と磁気的空隙を介して同心円状に設けられた回転子コア７に交互に極性が異なるＰ個（Ｐは２以上の自然数とする偶数）の磁極を有する永久磁石８を備えた回転子６よりなるギャップワインディング形モータにおいて、回転子コア７に、コア材の円周方向に向かって各々の磁極の位置に永久磁石８を挿入するために設けた円弧状穴７Ｃと、相隣り合う円弧状穴７Ｃ間に所定の幅を有するように形成したティース７Ａとを形成することで、永久磁石８と円弧状穴７Ｃ内面の接触面積が増え、永久磁石８の固着力が向上する。その結果、工数が減るので、低コストのギャップワインディング形モータの回転子を提供することができる。
また、円弧状穴７Ｃ間に形成したティース７Ａにより電機子巻線４の自己インダクタンスが増加するので、ＰＷＭ駆動時のキャリア損失を低減することができる。
さらに、円弧状穴７Ｃを、回転子コア７の磁気的空隙Ｇ部に面する位置から径方向に向かって０．１ｍｍ乃至１．０ｍｍだけ離れた位置に形成したことで、起磁力損失を抑え、磁石表面に発生する電機子反作用による渦電流を抑制することができる。
【０００８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、円筒状の固定子コアの内周面または外周面の何れか一方に回転磁界形成用のｎ個（ｎは自然数で、且つ、ｍの倍数とする）の電機子巻線を装着してなるｍ相（ｍは自然数）の固定子と、固定子と磁気的空隙を介して同心円状に設けられた回転子コアに交互に極性が異なるＰ個（Ｐは２以上の自然数とする偶数）の磁極を有する永久磁石を備えた回転子よりなるギャップワインディング形モータにおいて、回転子コアに、コア材の円周方向に向かって各々の磁極の位置に永久磁石を挿入するために設けた円弧状穴と、相隣り合う前記円弧状穴間に所定の幅を有するように形成したティースとを形成することで、永久磁石と円弧状穴内面の接触面積が増え、永久磁石の固着力が向上する。その結果、工数が減るので、低コストのギャップワインディング形モータの回転子を提供することができる。
また、円弧状穴間に形成したティースにより電機子巻線の自己インダクタンスが増加するので、ＰＷＭ駆動時のキャリア損失を低減することができる。
さらに、前記円弧状穴を、回転子コアの磁気的空隙部に面する位置から径方向に向かって０．１ｍｍ乃至１．０ｍｍだけ離れた位置に形成したことで、起磁力損失を抑え、磁石表面に発生する電機子反作用による渦電流を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すギャップワインディング形モータであって、（ａ）はその正面図、（ｂ）は回転子の円弧状穴とつなぎ部を示した部分拡大図である。
【図２】本発明と従来技術のモータ容量とキャリア損をグラフにして比較した説明図である。
【図３】従来のギャップワインディングモータの回転子構造を示した正面図である。
【符号の説明】
１：固定子
２：固定子コア
３：絶縁層
４：電機子巻線
５：樹脂モールド
６：回転子
７：回転子コア
７Ａ：ティース
７Ｂ：つなぎ部
７Ｃ：円弧状穴
８：永久磁石
９：シャフト
【図１】
0004736108.tif 000002
【図２】
0004736108.tif 000003
【図３】
0004736108.tif 000004