ブラシレスモータ
【課題】１枚のパラレル配向性磁石に多極着磁を行った場合に生じる空間高調波磁束によるトルク脈動を低減する。
【解決手段】１枚の磁石に複数の極を形成したパラレル配向性磁石３２を有するブラシレスモータ１００であって、極数をＰ、スロット数をＳとして、Ｐ＝ａ×ｐ、Ｓ＝ａ×ｓ（ｐとｓとは互いに素、ａは２以上の整数）とした場合、１枚のパラレル配向性磁石３２に形成される極の数Ｐｍとｐとが互いに素の関係を有する。
【解決手段】１枚の磁石に複数の極を形成したパラレル配向性磁石３２を有するブラシレスモータ１００であって、極数をＰ、スロット数をＳとして、Ｐ＝ａ×ｐ、Ｓ＝ａ×ｓ（ｐとｓとは互いに素、ａは２以上の整数）とした場合、１枚のパラレル配向性磁石３２に形成される極の数Ｐｍとｐとが互いに素の関係を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パラレル配向性磁石を用いたブラシレスモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ネオジム磁石は、特許文献１に示すように、永久磁石同期モータ（ＰＭモータ）において、主としてロータの界磁用として使用されており、その製造方法は高性能化、低価格化を目的として磁場中で成形され、パラレル配向特性を有する（図１）。そして、このようにパラレル配向性磁石を用いる場合には、磁石を１極当たり１枚で構成するのが一般的である。
【０００３】
例えば、洗濯機用のモータにおいて、ネオジム磁石はモータの磁石材料として使用されるが、モータの材料費を低減するため多極化されている。
【０００４】
この場合、極数と同等数以上の磁石を必要とするため（図２）、生産工程において、必要数のネオジム磁石をロータヨークに１つ１つ取り付ける作業が必要となり、生産工数が著しく増大し、生産コストがアップして価格面で課題がある。
【０００５】
磁石の取り付け作業の生産工数を抑制する手法として、一枚の磁石に複数の極を形成し、トータルの磁石数量を減らす方法も考えられている（図３）。磁石１個当り多極着磁する場合（例えばリング磁石）は、ラジアル異方性や等方性で磁石を構成している。
【０００６】
このように磁石１枚に複数の極を着磁させる場合（例えばリング磁石）には、ラジアル異方性又は等方性とすることが一般的である。この理由は、パラレル配向性を有する磁石において、単純にその手段を採用した場合、個々の磁極から発生する磁束は対称形状にはならず、磁石１枚当たりに着磁される磁極数に相当する空間高調波磁束が発生するためである。したがって、出力されるトルクは、空間高調波磁束に影響されてリップル成分を持ち、騒音が大きくなり、製品の品質を落とすことになるためである（図４）。また、発生する誘起電圧にもひずみが生じてしまい制御からも騒音に悪影響を与えていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２３０２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決すべくなされたものであり、１枚のパラレル配向性磁石に多極着磁を行った場合に生じる空間高調波磁束によるトルク脈動を低減することを主たる所期課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち本発明に係るブラシレスモータは、１枚の磁石に複数の極を形成したパラレル配向性磁石を有するブラシレスモータであって、極数をＰ、スロット数をＳとして、Ｐ＝ａ×ｐ、Ｓ＝ａ×ｓ（ｐとｓとは互いに素、ａは２以上の整数）とした場合、１枚のパラレル配向性磁石に形成される極の数Ｐｍとｐとが互いに素の関係を有することを特徴とする。
【００１０】
１枚の磁石に複数の極を形成したパラレル配向性磁石を有するブラシレスモータにおいて、極数をＰ、スロット数をＳとして、Ｐ＝ａ×ｐ、Ｓ＝ａ×ｓ（ｐとｓは互いに素、ａは２以上の整数）とした場合、Ｐｍ個の極を１枚のパラレル配向性磁石で構成した場合、各相の磁束は次の（１）〜（３）で表される。
【００１１】
ここで、Φｍ、は１相、１極当りの磁束の基本波の波高値である。Φｐは磁石の分割による高調波磁束の波高値であり、ｃ＝ＬＣＭ（Ｐｍ，ｐ）／Ｐｍである。なお、ＬＣＭは最小公倍数を示す。
【００１２】
【数１】
【００１３】
トルクリップルは、磁束の高調波と電流の基本波によるものを考慮し、電流の高調波の影響は無視して計算すると以下となる。
【００１４】
【数２】
【００１５】
１＋２ｎ／Ｐｍの周波数のトルクリップルは、０、（１＋２ｎ／Ｐｍ）２π／３、（１＋２ｎ／Ｐｍ）４π／３、の位相成分を４ｎＣπ／ＰｍずつずらしてＣ回加えた合計となる。これが０となる条件は、Ｃ＝Ｐｍであり、ｃ＝ＬＣＭ（Ｐｍ，ｐ）／Ｐｍより、ＬＣＭ（Ｐｍ，ｐ）＝Ｐｍ×ｐとなることが条件、すなわちＰｍとｐが互いに素であることが条件となる。（１−２ｎ／Ｐｍの周波数成分も同様である。）
【発明の効果】
【００１６】
このように構成した本発明によれば、磁石の枚数、極数及びスロット数の組み合わせにより空間高調波成分をキャンセルすることができ、トルク脈動を低減することができ、低騒音化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ネオジム磁石の製造工程を示す図。
【図２】パラレル配向性磁石を用いて形成した４８極のロータを示す図。
【図３】ラジアル異方性磁石を用いて形成した４８極のロータを示す図。
【図４】パラレル配向性磁石に多極着磁した場合の空間高調波磁束の影響を示す図。
【図５】本実施形態に係るモータの構成を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
本実施形態に係るブラシレスモータ１００は、例えば３相駆動される洗濯機用のブラシレスＤＣモータであり、回転子３が固定子２の周りを回転するアウターローター型のものである。
【００２０】
具体的このものは、図１に示すように、複数の磁極２１および当該磁極２１間に形成された複数のスロット２２を有する固定子２と、固定子２の外側周面に対向して配置されており、複数のパラレル配向性磁石３２が表面に張り付けられた回転子３と、固定子２の各磁極２１に巻線される３相コイル４とを備えている。
【００２１】
固定子２は、概略円筒形状又は概略円柱形状をなす磁性体であり、その外側周面において軸方向に沿って周方向に略等間隔に設けられた複数の磁極２１を有する。この磁極２１は、固定子２の外側周面において径方向外側に突出した突極であり、パラレル配向性磁石３２と対向する先端部が拡幅しており断面概略Ｔ字形状をなすものである。
【００２２】
回転子３は、固定子２の磁極２１先端部に対して所定の間隙を形成する内側周面を有する概略円筒形状をなすものである。この回転子３は固定子２に対して同軸上に配置されて、固定子２の周囲を回転する。この回転子３は、概略円筒形状をなす磁性体からなる回転子本体３１と、当該回転子本体３１の内側周面において軸方向に沿って周方向に略等間隔に設けられた複数のパラレル配向性磁石３２を有する。各パラレル配向性磁石３２には複数の極が着磁されている。
【００２３】
コイル４は、固定子２の各磁極２１に集中巻されている。
【００２４】
しかして本実施形態のセグメントモータ１００は、極数をＰ、スロット数をＳとして、Ｐ＝ａ×ｐ、Ｓ＝ａ×ｓ（ｐとｓとは互いに素、ａは２以上の整数）とした場合、１枚のパラレル配向性磁石３２に形成される極の数Ｐｍとｐとが互いに素の関係を有するように構成されている。なお、図５の極数及びスロット数は以下の説明とは無関係である。
【００２５】
以下、本発明のセグメントモータとなる組み合わせ（ｐ＝２、ｓ＝３、Ｐｍ＝５（ｃ＝５）、ｃ＝ａの場合（Ｐ＝１０、Ｓ＝１５））と、本発明のセグメントモータとならない組み合わせ（ｐ＝２、ｓ＝３、Ｐｍ＝４（ｃ＝２）、ａ＝１０の場合（Ｐ＝１０、Ｓ＝１５））について具体的に計算を行う。
【００２６】
後述する計算結果の通り（式１、式２）、本発明のセグメントモータでは騒音の悪化要因の１つであるトルクリップルが０となり騒音が抑制されることが分かる。
【００２７】
本発明によると、安価なパラレル配向性磁石３２を製造し、なおかつパラレル配向性磁石３２に複数の磁極を形成することで、磁石のトータル枚数が減り、組み立て工程を大幅に削減することができる。さらにパラレル配向性磁石３２の枚数、極数及びスロット数の最適化によって空間高調波成分をキャンセルし、騒音問題を解消することができる。
【００２８】
＜式１：本発明のモータとなる組み合わせ＞
ｐ＝２、ｓ＝３、Ｐｍ＝５（ｃ＝５）、ｃ＝ａの場合 （Ｐ＝１０、Ｓ＝１５）
【００２９】
【数３】
【００３０】
（ａ）ｎ＝３ｌ−１の場合
Ａ＝３（２ｌ＋１）／５、Ｂ＝（７−６ｌ）／５の時に、
【００３１】
【数４】
となり、トルクリップルがゼロとなる。
【００３２】
（ｂ）ｎ＝３ｌの場合
Ａ＝（５−６ｌ）／５、Ｂ＝（５＋６ｌ）／５の時に、
【００３３】
【数５】
となり、トルクリップルがゼロとなる。
【００３４】
（ｃ）ｎ＝３ｌ＋１の場合
Ａ＝（６ｌ＋７）／５、Ｂ＝３（１−２ｌ）／５の時に、
【００３５】
【数６】
となり、トルクリップルがゼロとなる。
【００３６】
＜式２：本発明のモータとならない組み合わせ＞
ｐ＝２、ｓ＝３、Ｐｍ＝４（ｃ＝２）、ａ＝１０の場合 （Ｐ＝１０、Ｓ＝１５）
【００３７】
【数７】
【００３８】
（ａ）ｎ＝３ｌ−１の場合
Ａ＝（３ｌ＋１）／２、Ｂ＝（−３ｌ＋３）／２の時に、
【００３９】
【数８】
となり、トルクリップルがゼロとはならない。
【００４０】
（ｂ）ｎ＝３ｌの場合
Ａ＝（３ｌ＋２）／２、Ｂ＝（−３ｌ＋２）／２の時に、
【００４１】
【数９】
となり、トルクリップルがゼロとはならない。
【００４２】
（ｃ）ｎ＝３ｌ＋１の場合
Ａ＝（３ｌ＋３）／２、Ｂ＝（−３ｌ＋１）／２の時に、
【００４３】
【数１０】
となり、トルクリップルがゼロとはならない。
【００４４】
＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態に係るモータ１００によれば、パラレル配向性磁石３２の枚数、極数Ｐ及びスロット数Ｓの最適化によって空間高調波成分をキャンセルすることができ、トルク脈動を低減することができ、低騒音化することができる。また、磁石を安価なパラレル配向性磁石３２を製造し、なおかつ磁石に複数の磁極を形成することでパラレル配向性磁石３２のトータル枚数を削減することができ、組み立て工程を大幅に削減することができる。
【００４５】
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４６】
１００・・・ブラシレスモータ
２２ ・・・スロット
３２ ・・・パラレル配向性磁石
Ｐ ・・・極数
Ｓ ・・・スロット数
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パラレル配向性磁石を用いたブラシレスモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ネオジム磁石は、特許文献１に示すように、永久磁石同期モータ（ＰＭモータ）において、主としてロータの界磁用として使用されており、その製造方法は高性能化、低価格化を目的として磁場中で成形され、パラレル配向特性を有する（図１）。そして、このようにパラレル配向性磁石を用いる場合には、磁石を１極当たり１枚で構成するのが一般的である。
【０００３】
例えば、洗濯機用のモータにおいて、ネオジム磁石はモータの磁石材料として使用されるが、モータの材料費を低減するため多極化されている。
【０００４】
この場合、極数と同等数以上の磁石を必要とするため（図２）、生産工程において、必要数のネオジム磁石をロータヨークに１つ１つ取り付ける作業が必要となり、生産工数が著しく増大し、生産コストがアップして価格面で課題がある。
【０００５】
磁石の取り付け作業の生産工数を抑制する手法として、一枚の磁石に複数の極を形成し、トータルの磁石数量を減らす方法も考えられている（図３）。磁石１個当り多極着磁する場合（例えばリング磁石）は、ラジアル異方性や等方性で磁石を構成している。
【０００６】
このように磁石１枚に複数の極を着磁させる場合（例えばリング磁石）には、ラジアル異方性又は等方性とすることが一般的である。この理由は、パラレル配向性を有する磁石において、単純にその手段を採用した場合、個々の磁極から発生する磁束は対称形状にはならず、磁石１枚当たりに着磁される磁極数に相当する空間高調波磁束が発生するためである。したがって、出力されるトルクは、空間高調波磁束に影響されてリップル成分を持ち、騒音が大きくなり、製品の品質を落とすことになるためである（図４）。また、発生する誘起電圧にもひずみが生じてしまい制御からも騒音に悪影響を与えていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２３０２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決すべくなされたものであり、１枚のパラレル配向性磁石に多極着磁を行った場合に生じる空間高調波磁束によるトルク脈動を低減することを主たる所期課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち本発明に係るブラシレスモータは、１枚の磁石に複数の極を形成したパラレル配向性磁石を有するブラシレスモータであって、極数をＰ、スロット数をＳとして、Ｐ＝ａ×ｐ、Ｓ＝ａ×ｓ（ｐとｓとは互いに素、ａは２以上の整数）とした場合、１枚のパラレル配向性磁石に形成される極の数Ｐｍとｐとが互いに素の関係を有することを特徴とする。
【００１０】
１枚の磁石に複数の極を形成したパラレル配向性磁石を有するブラシレスモータにおいて、極数をＰ、スロット数をＳとして、Ｐ＝ａ×ｐ、Ｓ＝ａ×ｓ（ｐとｓは互いに素、ａは２以上の整数）とした場合、Ｐｍ個の極を１枚のパラレル配向性磁石で構成した場合、各相の磁束は次の（１）〜（３）で表される。
【００１１】
ここで、Φｍ、は１相、１極当りの磁束の基本波の波高値である。Φｐは磁石の分割による高調波磁束の波高値であり、ｃ＝ＬＣＭ（Ｐｍ，ｐ）／Ｐｍである。なお、ＬＣＭは最小公倍数を示す。
【００１２】
【数１】
【００１３】
トルクリップルは、磁束の高調波と電流の基本波によるものを考慮し、電流の高調波の影響は無視して計算すると以下となる。
【００１４】
【数２】
【００１５】
１＋２ｎ／Ｐｍの周波数のトルクリップルは、０、（１＋２ｎ／Ｐｍ）２π／３、（１＋２ｎ／Ｐｍ）４π／３、の位相成分を４ｎＣπ／ＰｍずつずらしてＣ回加えた合計となる。これが０となる条件は、Ｃ＝Ｐｍであり、ｃ＝ＬＣＭ（Ｐｍ，ｐ）／Ｐｍより、ＬＣＭ（Ｐｍ，ｐ）＝Ｐｍ×ｐとなることが条件、すなわちＰｍとｐが互いに素であることが条件となる。（１−２ｎ／Ｐｍの周波数成分も同様である。）
【発明の効果】
【００１６】
このように構成した本発明によれば、磁石の枚数、極数及びスロット数の組み合わせにより空間高調波成分をキャンセルすることができ、トルク脈動を低減することができ、低騒音化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ネオジム磁石の製造工程を示す図。
【図２】パラレル配向性磁石を用いて形成した４８極のロータを示す図。
【図３】ラジアル異方性磁石を用いて形成した４８極のロータを示す図。
【図４】パラレル配向性磁石に多極着磁した場合の空間高調波磁束の影響を示す図。
【図５】本実施形態に係るモータの構成を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
本実施形態に係るブラシレスモータ１００は、例えば３相駆動される洗濯機用のブラシレスＤＣモータであり、回転子３が固定子２の周りを回転するアウターローター型のものである。
【００２０】
具体的このものは、図１に示すように、複数の磁極２１および当該磁極２１間に形成された複数のスロット２２を有する固定子２と、固定子２の外側周面に対向して配置されており、複数のパラレル配向性磁石３２が表面に張り付けられた回転子３と、固定子２の各磁極２１に巻線される３相コイル４とを備えている。
【００２１】
固定子２は、概略円筒形状又は概略円柱形状をなす磁性体であり、その外側周面において軸方向に沿って周方向に略等間隔に設けられた複数の磁極２１を有する。この磁極２１は、固定子２の外側周面において径方向外側に突出した突極であり、パラレル配向性磁石３２と対向する先端部が拡幅しており断面概略Ｔ字形状をなすものである。
【００２２】
回転子３は、固定子２の磁極２１先端部に対して所定の間隙を形成する内側周面を有する概略円筒形状をなすものである。この回転子３は固定子２に対して同軸上に配置されて、固定子２の周囲を回転する。この回転子３は、概略円筒形状をなす磁性体からなる回転子本体３１と、当該回転子本体３１の内側周面において軸方向に沿って周方向に略等間隔に設けられた複数のパラレル配向性磁石３２を有する。各パラレル配向性磁石３２には複数の極が着磁されている。
【００２３】
コイル４は、固定子２の各磁極２１に集中巻されている。
【００２４】
しかして本実施形態のセグメントモータ１００は、極数をＰ、スロット数をＳとして、Ｐ＝ａ×ｐ、Ｓ＝ａ×ｓ（ｐとｓとは互いに素、ａは２以上の整数）とした場合、１枚のパラレル配向性磁石３２に形成される極の数Ｐｍとｐとが互いに素の関係を有するように構成されている。なお、図５の極数及びスロット数は以下の説明とは無関係である。
【００２５】
以下、本発明のセグメントモータとなる組み合わせ（ｐ＝２、ｓ＝３、Ｐｍ＝５（ｃ＝５）、ｃ＝ａの場合（Ｐ＝１０、Ｓ＝１５））と、本発明のセグメントモータとならない組み合わせ（ｐ＝２、ｓ＝３、Ｐｍ＝４（ｃ＝２）、ａ＝１０の場合（Ｐ＝１０、Ｓ＝１５））について具体的に計算を行う。
【００２６】
後述する計算結果の通り（式１、式２）、本発明のセグメントモータでは騒音の悪化要因の１つであるトルクリップルが０となり騒音が抑制されることが分かる。
【００２７】
本発明によると、安価なパラレル配向性磁石３２を製造し、なおかつパラレル配向性磁石３２に複数の磁極を形成することで、磁石のトータル枚数が減り、組み立て工程を大幅に削減することができる。さらにパラレル配向性磁石３２の枚数、極数及びスロット数の最適化によって空間高調波成分をキャンセルし、騒音問題を解消することができる。
【００２８】
＜式１：本発明のモータとなる組み合わせ＞
ｐ＝２、ｓ＝３、Ｐｍ＝５（ｃ＝５）、ｃ＝ａの場合 （Ｐ＝１０、Ｓ＝１５）
【００２９】
【数３】
【００３０】
（ａ）ｎ＝３ｌ−１の場合
Ａ＝３（２ｌ＋１）／５、Ｂ＝（７−６ｌ）／５の時に、
【００３１】
【数４】
となり、トルクリップルがゼロとなる。
【００３２】
（ｂ）ｎ＝３ｌの場合
Ａ＝（５−６ｌ）／５、Ｂ＝（５＋６ｌ）／５の時に、
【００３３】
【数５】
となり、トルクリップルがゼロとなる。
【００３４】
（ｃ）ｎ＝３ｌ＋１の場合
Ａ＝（６ｌ＋７）／５、Ｂ＝３（１−２ｌ）／５の時に、
【００３５】
【数６】
となり、トルクリップルがゼロとなる。
【００３６】
＜式２：本発明のモータとならない組み合わせ＞
ｐ＝２、ｓ＝３、Ｐｍ＝４（ｃ＝２）、ａ＝１０の場合 （Ｐ＝１０、Ｓ＝１５）
【００３７】
【数７】
【００３８】
（ａ）ｎ＝３ｌ−１の場合
Ａ＝（３ｌ＋１）／２、Ｂ＝（−３ｌ＋３）／２の時に、
【００３９】
【数８】
となり、トルクリップルがゼロとはならない。
【００４０】
（ｂ）ｎ＝３ｌの場合
Ａ＝（３ｌ＋２）／２、Ｂ＝（−３ｌ＋２）／２の時に、
【００４１】
【数９】
となり、トルクリップルがゼロとはならない。
【００４２】
（ｃ）ｎ＝３ｌ＋１の場合
Ａ＝（３ｌ＋３）／２、Ｂ＝（−３ｌ＋１）／２の時に、
【００４３】
【数１０】
となり、トルクリップルがゼロとはならない。
【００４４】
＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態に係るモータ１００によれば、パラレル配向性磁石３２の枚数、極数Ｐ及びスロット数Ｓの最適化によって空間高調波成分をキャンセルすることができ、トルク脈動を低減することができ、低騒音化することができる。また、磁石を安価なパラレル配向性磁石３２を製造し、なおかつ磁石に複数の磁極を形成することでパラレル配向性磁石３２のトータル枚数を削減することができ、組み立て工程を大幅に削減することができる。
【００４５】
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４６】
１００・・・ブラシレスモータ
２２ ・・・スロット
３２ ・・・パラレル配向性磁石
Ｐ ・・・極数
Ｓ ・・・スロット数
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１枚の磁石に複数の極を形成したパラレル配向性磁石を有するブラシレスモータであって、極数をＰ、スロット数をＳとして、Ｐ＝ａ×ｐ、Ｓ＝ａ×ｓ（ｐとｓとは互いに素、ａは２以上の整数）とした場合、１枚のパラレル配向性磁石に形成される極の数Ｐｍとｐとが互いに素の関係を有することを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項１】
１枚の磁石に複数の極を形成したパラレル配向性磁石を有するブラシレスモータであって、極数をＰ、スロット数をＳとして、Ｐ＝ａ×ｐ、Ｓ＝ａ×ｓ（ｐとｓとは互いに素、ａは２以上の整数）とした場合、１枚のパラレル配向性磁石に形成される極の数Ｐｍとｐとが互いに素の関係を有することを特徴とするブラシレスモータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１３０１０９（Ｐ２０１２−１３０１０９Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７７５２６（Ｐ２０１０−２７７５２６）
【出願日】平成２２年１２月１３日（２０１０．１２．１３）
【出願人】（５９８０４５０５８）株式会社サムスン横浜研究所 (294)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１３日（２０１０．１２．１３）
【出願人】（５９８０４５０５８）株式会社サムスン横浜研究所 (294)
【Ｆターム（参考）】
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