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    公开号:WO1989010653A1
    申请号:PCT/JP1989/000420
    申请日:1989-04-19
    公开日:1989-11-02
    发明作者:Noboru Iwamatsu；Yuichi Endo
    申请人:Fanuc Ltd；
    IPC主号:H02K1-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書 同 期 電 動 機 技術分野
    [0002] 本発明は小形で大出力 ト ルクを得ることの可能な 3相スタ 一結線による正弦波駆動の同期電動機に関する。 背景技術
    [0003] 従来、 3相正弦波駆動による同期電動機を円滑に回転駆動 させるために、 界磁極の形状を工夫して、 電機子と界磁極と のギヤ ップにおける磁束分布が正弦波となる様に設計を行つ ていた。
    [0004] 然しながら、 電機子の 3相巻線をスタ一結線により結線す る場合には、 ギヤ ップ磁束分布が必ずしも正弦波分布でなく とも 3相スタ一結線の端子間逆起電圧が正弦波となる他の分 布形状のギャ ップ磁束分布が存在する。 従来の界磁極は、 上 述の如く、 ギヤ ップ磁束分布が正弦波状となる大きさ並びに 形状に限定されており、 出力 トルクの増大という観点からは 必ずしも劲率的な界磁極ではなかった。 また出力 トルクを増 大させようとして界磁極の発生させる磁束の強さを上昇させ ても、 その磁路の途中に存在するステータコアやヨークの材 料の有する本来的な特性である飽和磁束密度の存在のために， 出力 トルクの上昇は頭打となる。 発明の開示
    [0005] 依って本発明はギヤップ磁束の最大磁束密度を上昇させる ことなく、 出力トルクを大きくすると共に、 円滑な回転を得 ることを目的とする。
    [0006] 上記目的に鑑みて本発明は、 界磁に N極と S極とが交互に 配設され、 3相スター結線による正弦波電流駆動の同期電動 機において、 電機子と界磁との間のギヤップ空間における磁 束分布が、 隣接した前記 N極と S極とから成る 1対の界磁極 の配設ピッチを基本周期とする正弦波に自然数 Nの 3倍の次 数の高調波を加え合わせた磁束分布形状となることを特徴と する同期電動機を提供する。
    [0007] スタ一結線による 3相の同期電動機では、 隣接した N及び S極から成る 1対の界磁極のピッチを基本周期とする正弦波 に、 3 N次の高調波成分を加え合わせたギャップ磁束分布で あれば、 スター結線の各端子間逆起電圧波形は、 3相のうち の各 2栢間において前記 3 N次の高調波成分が互いに打ち消 されることにより正弦波の逆起電圧波形となる。 従って、 界 磁極の大きさ及び形状を、 該界磁極によるギャ ップ磁束分布 が基本正弦波に射して 3 N次の高調波成分を含む様に形成す ることにより、 同期電動機はトルク リ ップルの低減した円滑 な回転が得られる。 また、 このことにより、 ギャップ磁束分 布の最大磁束密度を上昇させることなく、 総磁束量を増大さ せ、 延いては髙出力トルクを得ることができる。 図面の簡単な説明
    [0008] 第 1図は本発明に係る第 1実施例としてのマグネッ ト界磁 極の平面図とその磁束分布説明図、
    [0009] 第 2図は第 1図に示すマグネッ トを使用した場合の逆起電 圧の測定図、
    [0010] 第 3図は従来のマグネッ ト形状を示す平面図、
    [0011] 第 4図は第 1図に示すマグネッ トによる磁束分布図、 第 5図は第 1図に示すマグネッ トを使用した場合の解析に よる出力ト ルク図、
    [0012] 第 6図は第 3図に示すマグネッ トによる磁束分布図、 第 7図は第 3図に示すマグネッ トを使用した場合の解析に よる出力ト ルク図、
    [0013] 第 8図は本発明に係る第 2実施例としてのヨーク界磁極を 示す部分断面図である。 発明を実施するための最良の態様
    [0014] 以下本発明を添付図面に示す実施例に基づいて更に詳細に 説明する。 第 1図は本発明に係る 3相スタ一結線による正弦 波駆動同期電動機のうち、 界磁がロータから成り、 該ロータ の表面に貼り付けられたマグネッ トから成る界磁極を展開し た平面図を磁束分布と共に図示している。 本実施例では、 マ グネッ ト M l ( M l ' ) は平行四辺形の形状を成しており、 ロータの円周方向 ®における該マグネッ トの配設ピッチ寸法 しと、 マグネッ ト M 1の同方向の最大幅寸法 £ 1 とを一致さ せている。 このマグネッ ト M 1の周方向 ®の磁束分布 Bの変 化は点 P 2と P 4との間が一定俊 （上底） の合形形状となる ことは明らかである。 この合形波 1 2の磁束分布と、 破線 1 0で示すと共に最大磁束密度の値が前記合形磁束分布の場 合と同じである正弦波磁束分布 1 0との比較を後で述べる。 台形波 1 2から 3 N次の高調波を差し引いた波形は概ね正弦 波 1 1となる。 従って、 合形波 1 2の磁束分布によって生ず る逆起電圧は、 正弦波磁束分布 1 1によって得た逆起電圧と 概ね同一となり、 この意味において、 合形波 1 2と正弦波 1 1とは等価である。
    [0015] 隣接する 1対のマグネッ ト M 1 と M 1 ' の周方向の配設ピ ッチ寸法、 即ち 2 X ^ 1の幅を基本周期とする正弦波に 3 N 次 （Nは自然数） の高調波を重ね合わせた、 概ね台形波状の ギヤップ磁束分布であっても、 3相スタ一結線においては、 上記マグネッ ト M lを貼り付けたロータの回転に伴い、 各 2 相端子間に生起される逆起電圧は、 各相 U , V , Wにおいて 電気角 2 ττ Ζ 3ずつずれているため 3 Ν次の高調波成分は互 いに打ち消され、 第 2図に示す様に正弦波状の逆起電圧 1 4 となる。 第 2図は 1相に生起される台形波逆起電圧 1 6と各 2相端子間 U— V , V— W , 又は W— Uに生起されている正 弦波逆起電圧 1 4とを測定したものを重ねて表示したもので ある。 この両逆起電圧 1 4と 1 6とを F F T分析器により分 析した結果も、 1相逆起電圧 1 6には 3 N次の高調波成分が 顕著であるが、 2相端子間逆起電圧 1 4には 3 N次の高調波 成分は見られない。
    [0016] 第 1図に示すマグネッ ト Μ Ρ1Ρ2Ρ3Ρ4)による台形波状のギ ャ ップ磁束分布 1 2は、 破線で示す従来の理想正弦波分布 1 0の場合より も斜線部分の面積分大きな総磁束量となり、 延いてはその分大きな出力 トルクが得られる。 も しこの合形 波状ギヤ ップ磁束分布 1 2 と同じ効果を正弦波磁束分布で得 ようとすると、 前述の如く該台形波状磁束分布 1 2 と等価な 正弦波 1 1 となり、 最大磁束密度 B ma„ は大き く なる。 コア やヨークを構成する鉄系材料はその飽和磁束密度が存在し、 ギヤ ップ磁束密度が高い場合、 その高い磁束密度は必ずしも 出力 トルクに寄与しないため、 最大磁束密度 B m a K は小さ く て、 かつ全磁束量が大き く なる合形状の磁束分布が好ま しい。
    [0017] なお第 2図に示す逆起電圧の測定は、 同期電動機が 108ス ロ ッ ト、 2 4極のものであり、 第 1図に示す寸法 ^ 1 と ^ 2 とは夫々 4. 5スロ ッ ト分、 3. 7 スロ ッ ト分である。 この寸法 比はゴギングトルクの低減と総磁束量の向上とを考慮して決 定した設計値である。 以上のマグネッ ト M lを貼り付けた口 —タは電動機の中心側に位置するタィプでも、 外周側に位置 するタイプでもよい。 また、 以上においてロータであると述 ベた界磁がステータである態様も本発明の範囲内である。
    [0018] 更に上述した形状のマグネッ トを有する同期電動機と第 3 図に示す従来タイプのマグネッ トを有する同期電動機とのシ ミ ユ レーショ ン計算による出力 トルク とその トルク リ ップル とを夫々第 5図と第 7図とに示す。 第 4図と第 6図とは夫々 のギャ ップ磁束分布形状を示す。 第 5図と第 7図の各トルク リ ップル 20 , 22は夫々の平均出力 トルク値 又は T 2 と比 ベて 1 0倍に拡大してある。 第 3図の左右方向はロータの円 周方法 ®であり、 マグネッ ト M Pの配設ピッチは^ 1である。 この従来タィプの電動機は比較対象である第 1図のマグネッ ト M 1を有する電動機と同様に 108スロッ ト、 2 4極タイプ である。 寸法 £ 1は 4. 5スロッ ト分であり、 寸法 m 1と m 2 は夫々 4. 0スロッ ト分、 1. 1スロッ ト分である。 マグネッ ト の回転軸線方向の長さ寸法 W 1は第 1図の場合の長さ寸法 W 1と同じであり、 寸法比 W 2 ZW 1は 0.05である。 第 1図 のマグネッ ト M 1を使用した同期電動機の場合の平均出力ト ルク T 1と第 3図のマグネッ ト MPを使用した同期電動機の 場合の平均出力トルク T 2との比率 T 1 ZT 2は 1.71/ 1.51 である。 また各平均出力トルク T 1 , T 2に対する各トルク リ ップル 20 , 22の比率は夫々 1. 2 % , 3. 1 %である。
    [0019] 上述した様に第 1図に示す本発明に係るマグネッ ト M 1の 長さ寸法 W 1と第 3図に示す従来のマグネッ ト M Pの長さ寸 法 W 1とは同じであるため、 両者のギヤップ磁束分布の最大 磁束密度の値は同じである。 従って本発明に係るマグネッ ト を使用すると出力トルクが増大すると共に、 トルク リ ツプル が低減される。
    [0020] 本発明の他の実施例として、 第 8図にヨーク 3 0がマグネ ッ ト 3 2に挟持されたタイプの同期電動機を示す。 この場合 では界磁極はョーク 3 0であり、 従来においてはその電機子 3 4との間であるギヤップの磁束分布を正弦波状にするため に、 ヨーク 3 0の外表面 3 6の形状を以下の如く設定してい τ = R - d /cos(m ♦ θ ) ここで、 r ： 界磁の中心点からヨーク 3 0の外周面 3 6ま での半径方向寸法、
    [0021] R ： 電機子 3 4の内周面半径、
    [0022] δ ： ヨーク 3 0の中心線 C L上でのヨーク 3 0の 外周面 3 6 と電機子 3 4の内周面とのギヤ ッ プ寸法、
    [0023] Θ ： 中心線 C Lの角度位置を基準とした半径方向 寸法 rの位置する角度、
    [0024] m ： 極数の 1 Z 2、
    [0025] である。 このヨーク 3 0の外周面形状 3 6 によりギャ ップ磁 束分布は正弦波となるが、 既に説明した様に該正弦波磁束分 布に対して 3 N次の高調波が重ね合わされていても トルク リ ップルが増大することはない。 即ち、 概ね合形波状の磁束分 布を発生させればよく、 二点鎖線 3 8で示す様にヨーク 3 0 の外周面を従来の外周面 3 6 に対して所定の角度位置 P 8ま ではギヤ ップ寸法が一定で、 その後ヨークの端点 P 9 に至る までギャ ップ寸法が一次関数的に増大する形状とする。 前述 の解析の場合と同様の 108スロ ッ ト、 2 4極の同期電動機で あって、 2つの隣接界磁極の配設ピッチを電気角 360度で表 現するとき、 中心線 C Lからヨーク 3 0の端点 P 9が電気角 7 0度の同期電動機についてのシミ ュレーショ ン計算による と、 前記角度位置 P 8が中心線 C Lから電気角 6 0度の位置 の場合が最良であることが分かった。
    [0026] この第 8図に示すタイプの同期電動機においても第 1図に 示すタイプの場合と同様に、 ギャ ップの最大磁束密度を変え ずに有効な磁束量を増加させることができる。 マグネッ ト 3 2を変えなければ実線 3 6で示す従来形状のヨークの場合 のギヤップの最大磁束密度に比べ、 本発明に係る形状のョ一 クの場合のそれは小さくなる。 従ってマグネッ トを界磁の半 径方向に長くする等して発生磁束量を増加させ、 かつ、 従来 形状のヨークに基づく正弦波磁束分布の最大磁束密度以下の 最大磁束密度を有する合形波磁束分布を生起させることが可 能となる。
    [0027] 以上の説明から明らかな様に本発明によれば、 最大磁束密 度の値を増大させることなく総磁束量を増大させて効率的に 出力トルクを増大させることができると共に、 トルク リ ップ ルを可及的に低減させ得る 3相スター結線による正弦波駆動 同期電動機を提供することができる。
    权利要求:
    Claims請 求 の 範 囲
    1. 界磁に N極と S極とが交互に配設され、 3相スター結 線による正弦波電流駆動の同期電動機において、 電機子と界 磁との間のギヤ ップ空間における磁束分布が、 隣接した前記 N極と S極とから成る 1対の界磁極の配設ピッチを基本周期 とする正弦波に自然数 Nの 3倍の次数の高調波を加え合わせ た磁束分布形状となることを特徵とする同期電動機。
    2. 前記界磁は表面に複数個のマグネッ トを貼り付けたタ イブの界磁であって、 該マグネッ トの各々の輪部が平行四辺 形から成る請求の範囲第 1項記載の同期電動機。
    3. 前記界磁の円周方向に配設された前記各マグネッ トの 該円周方向の最大幅寸法がこれらマグネッ トの円周方向にお ける配設ピッチ寸法と一致して成る請求の範囲第 2項記載の 同期電動機。
    4. 前記界磁がマグネッ ト間にヨークを挟持するタイプの 界磁であって、 前記ヨークと電機子とのギャ ップ寸法が、 前 記ヨークの中心角度位置から所定角度偏位した角度位置まで 一定の寸法であって、 そこから前記ヨークの端点に至るまで は線形的に増大して成る請求の範囲第 1項記載の同期電動機 c
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    Zulu et al.2010|A wound-field three-phase flux-switching synchronous motor with all excitation sources on the stator
    Zhu et al.2000|Influence of design parameters on cogging torque in permanent magnet machines
    Bianchi et al.2008|Torque harmonic compensation in a synchronous reluctance motor
    Liao et al.1995|A novel permanent magnet motor with doubly salient structure
    US5041749A|1991-08-20|High speed, high power, single phase brushless DC motor
    DE60019564T2|2006-05-04|Mehrpoliger elektrischer motor/generator mit axialem magnetischen fluss
    JP4680442B2|2011-05-11|モータの回転子
    Magnussen et al.2003|Winding factors and Joule losses of permanent magnet machines with concentrated windings
    JP4089527B2|2008-05-28|永久磁石式回転電機
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    JP3995450B2|2007-10-24|永久磁石型回転電機
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    RU2557562C2|2015-07-27|Многофазное статорное устройство
    Campbell1974|Principles of a permanent-magnet axial-field dc machine
    US6445105B1|2002-09-03|Axial flux machine and method of fabrication
    US6724114B2|2004-04-20|Doubly salient machine with angled permanent magnets in stator teeth
    US6879079B2|2005-04-12|Permanent magnet rotor electrical synchronous machine with different alternatively arranged tooth pitch widths
    Li et al.1988|Reduction of cogging torque in permanent magnet motors
    US6777842B2|2004-08-17|Doubly salient machine with permanent magnets in stator teeth
    RU2313880C1|2007-12-27|Двигатель с постоянными магнитами
    US6949855B2|2005-09-27|Transverse flux electrical machine with toothed rotor
    JP4207386B2|2009-01-14|磁石装備電機子をもつ誘導子型電気機械
    US6172438B1|2001-01-09|Two-phase permanent-magnet electric rotating machine
    Jensen et al.1992|A low-loss permanent-magnet brushless DC motor utilizing tape wound amorphous iron
    US4748359A|1988-05-31|Permanent magnet rotor with sinusoidal flux pattern
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    JPH01278247A|1989-11-08|
    EP0365689A4|1990-10-10|
    KR900701078A|1990-08-17|
    EP0365689B1|1993-02-03|
    EP0365689A1|1990-05-02|
    KR920000685B1|1992-01-20|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    JPS60226749A|1984-04-25|1985-11-12|Hitachi Metals Ltd|Segment magnet|WO1991016754A1|1990-04-24|1991-10-31|Toeroek Vilmos|Synchronous machine|GB2075274A|1980-05-02|1981-11-11|Inst Elektropromishlenost|Permanent-magnet rotors for electrical machines|
    JPS58123355A|1982-01-18|1983-07-22|Fanuc Ltd|Synchronous motor|
    DE3239665C2|1982-06-09|1990-06-07|Ebm Elektrobau Mulfingen Gmbh & Co, 7119 Mulfingen, De||
    JPH0622394B2|1983-01-14|1994-03-23|ソニー株式会社|３相ブラシレスモータ|
    CH670018A5|1985-08-21|1989-04-28|Studer Willi Ag|Collectorless DC motor using permanent magnet rotor - has alternating rotor poles arranged in two peripheral paths containing related pole numbers|
    US4642502A|1986-04-24|1987-02-10|General Motors Corporation|Dynamoelectric machine with permanent magnet and magnet mounting surface arrangement|US6891299B2|2000-05-03|2005-05-10|Moteurs Leroy-Somer|Rotary electric machine having a flux-concentrating rotor and a stator with windings on teeth|
    ES2258603T3|2000-05-03|2006-09-01|Moteurs Leroy-Somer|Rotor de maquina giratoria electrica.|
    JP3513467B2|2000-06-16|2004-03-31|ファナック株式会社|同期電動機のロータ|
    FR2821024B1|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|
    FR2823612B1|2001-04-17|2003-06-13|Leroy Somer Moteurs|Stator de machine tournante electrique comportant des bobines individuelles demontables|
    FR2823616B1|2001-04-17|2008-07-04|Leroy Somer Moteurs|Machine electrique comportant au moins un detecteur de champmagnetique|
    JP2006174692A|2004-11-19|2006-06-29|Nippon Densan Corp|ブラシレスモータ|
    JP6002449B2|2012-05-31|2016-10-05|株式会社日立製作所|永久磁石回転電機、エレベーター巻上機|
    法律状态:
    1989-11-02| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): KR US |
    1989-11-02| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): DE FR GB |
    1989-12-19| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1989905202 Country of ref document: EP |
    1990-05-02| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1989905202 Country of ref document: EP |
    1993-02-03| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1989905202 Country of ref document: EP |
    1994-06-07| WWW| Wipo information: withdrawn in national office|Ref document number: 1989905202 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP63105428A|JPH01278247A|1988-04-30|1988-04-30|Synchronous motor|
    JP63/105428||1988-04-30||DE1989604728| DE68904728T2|1988-04-30|1989-04-19|Synchronmotor.|
    KR8972506A| KR920000685B1|1988-04-30|1989-04-19|동기 전동기|
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