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JP6573649B2 - Motor manufacturing method and motor - Google Patents
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Description

本発明はモータの製造方法及びモータに関する。   The present invention relates to a motor manufacturing method and a motor.

モータの設計においては、大きなトルクを発生させるために、ステータの巻線にいかに多くの磁束を鎖交させるかが重要である。特に、コンパクトなモータでは、巻線のコイルと鎖交する磁束(以下、鎖交磁束と称す。)をどれだけ効率的に流すことができるかが重要である。   In motor design, it is important how many magnetic fluxes are linked to the stator windings to generate a large torque. In particular, in a compact motor, it is important how efficiently a magnetic flux (hereinafter referred to as an interlinkage magnetic flux) interlinked with a coil of a winding can be passed.

このためモータの構成に関して、種々の提案がなされている。例えば、特許文献1及び特許文献2では、磁束を効率的に流すための形状について提案している。また、例えば、特許文献3では、磁束を効率的に流すための電流制御方法について提案している。   For this reason, various proposals have been made regarding the configuration of the motor. For example, Patent Document 1 and Patent Document 2 propose a shape for efficiently flowing a magnetic flux. For example, Patent Document 3 proposes a current control method for efficiently flowing a magnetic flux.

特開2003−153476号公報JP 2003-153476 A 特開2003−79084号公報JP 2003-79084 A 特開2005−20876号公報JP 2005-20876 A

一般的に、モータにおける磁束の流れには漏れが生じている。すなわち、漏れ磁束が存在する。このため、モータの設計段階において、この漏れ磁束を低減することに着目し、より多くの鎖交磁束を発生させるための設計を行うことが好ましい。しかしながら、上記の文献においては、漏れ磁束に関する定量的なアプローチがなされていない。   Generally, leakage occurs in the flow of magnetic flux in the motor. That is, there is a leakage magnetic flux. For this reason, it is preferable to design in order to generate more interlinkage magnetic fluxes, focusing on reducing the leakage magnetic flux in the motor design stage. However, in the above-mentioned documents, a quantitative approach regarding leakage magnetic flux is not made.

一実施の形態にかかるモータの製造方法は、巻線が巻回される複数のティースを備えたステータと、マグネットを有するロータとを有するモータの製造方法であって、隣り合う前記ティースにより形成されるスロットに流れる磁束を回路の要素として含む磁気回路モデルを作成し、前記磁気回路モデルにおける磁束を算出し、算出した前記磁束に基づいて、前記モータのティース角を決定する、モータの製造方法である。   A method for manufacturing a motor according to an embodiment is a method for manufacturing a motor including a stator having a plurality of teeth around which windings are wound and a rotor having a magnet, and is formed by the adjacent teeth. A magnetic circuit model including a magnetic flux flowing in a slot as a circuit element, calculating a magnetic flux in the magnetic circuit model, and determining a teeth angle of the motor based on the calculated magnetic flux. is there.

また、一実施の形態にかかるモータは、巻線が巻回される複数のティースを備えたステータと、マグネットを有するロータとを有し、前記ティースは、所定のティース角で設けられており、ティース磁束の最大値に対する、スロット磁束の比率が5%以上かつ20%以下であり、前記ティース磁束は、隣り合う前記ティースにより形成されるスロットに流れる磁束を回路の要素として含む磁気回路モデルにおいて算出される磁束であり、前記スロット磁束は、前記磁気回路モデルにおいて算出される磁束である。   The motor according to an embodiment includes a stator having a plurality of teeth around which a winding is wound, and a rotor having a magnet, and the teeth are provided at a predetermined tooth angle. The ratio of the slot magnetic flux to the maximum value of the tooth magnetic flux is 5% or more and 20% or less, and the tooth magnetic flux is calculated in a magnetic circuit model including the magnetic flux flowing in the slot formed by the adjacent teeth as a circuit element. The slot magnetic flux is a magnetic flux calculated in the magnetic circuit model.

また、一実施の形態にかかるモータは、巻線が巻回される複数のティースを備えたステータと、マグネットを有するロータとを有し、前記ティースは、所定のティース角で設けられており、前記所定のティース角は、隣り合う前記ティースにより形成されるスロットに流れる磁束を回路の要素として含む磁気回路モデルにおいてティース角を変数として算出されるティース磁束が最大となるティース角である。   The motor according to an embodiment includes a stator having a plurality of teeth around which a winding is wound, and a rotor having a magnet, and the teeth are provided at a predetermined tooth angle. The predetermined tooth angle is a tooth angle at which the tooth magnetic flux calculated using the tooth angle as a variable in a magnetic circuit model including a magnetic flux flowing in a slot formed by the adjacent teeth as a circuit element is maximized.

前記一実施の形態によれば、漏れ磁束の量を抑制しつつ鎖交磁束の量を向上することができるモータの製造方法及びモータを提供することができる。   According to the embodiment, it is possible to provide a motor manufacturing method and a motor that can improve the amount of interlinkage magnetic flux while suppressing the amount of leakage magnetic flux.

ティース角を決定すべきモータの構成の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of a structure of the motor which should determine a teeth angle. モータの製造方法の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the manufacturing method of a motor. 図2に示すステップ100で作成される磁気回路モデルの一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the magnetic circuit model produced by step 100 shown in FIG. モータの磁気回路モデルから算出されたティース磁束とスロット磁束のティース角に対する変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change with respect to the teeth angle of the teeth magnetic flux and slot magnetic flux computed from the magnetic circuit model of the motor. 4極6スロットのモータに対して作成した磁気回路モデルを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the magnetic circuit model produced with respect to the motor of 4 poles and 6 slots. 磁気回路モデルの各閉回路の磁束を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the magnetic flux of each closed circuit of a magnetic circuit model. 磁気抵抗行列の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a magnetoresistive matrix. 図5に示すVIII部分の拡大図であり、ティース磁束、スロット磁束、及びエアギャップ磁束を示す。It is an enlarged view of the VIII part shown in FIG. 5, and shows teeth magnetic flux, slot magnetic flux, and air gap magnetic flux.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted as necessary.

本実施の形態で説明されるモータの製造方法では、モータ設計段階において漏れ磁束を考慮した磁気回路モデルを構築し、この磁気回路モデルから算出される磁束に基づいて、漏れ磁束が小さくかつ鎖交磁束が大きくなるようなティース角を決定する。図1は、ティース角を決定すべきモータ1の構成の一例を示す模式図である。モータ1は、例えば、三相交流電流によって駆動されるラジアル型のモータである。ただし、本実施の形態にかかるモータの製造方法が、他の構成のモータに用いられてもよい。モータ1は、例えば、射出成形機に用いられるモータであり、高トルクが要求される。   In the motor manufacturing method described in the present embodiment, a magnetic circuit model considering leakage flux is constructed at the motor design stage, and the leakage flux is small and linked based on the magnetic flux calculated from the magnetic circuit model. The teeth angle that increases the magnetic flux is determined. FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the motor 1 whose teeth angle should be determined. The motor 1 is, for example, a radial type motor driven by a three-phase alternating current. However, the motor manufacturing method according to the present embodiment may be used for motors having other configurations. The motor 1 is a motor used for an injection molding machine, for example, and requires a high torque.

モータ1は、直径D(すなわち、半径D/2)のロータ10と、直径D(すなわち、半径D/2)のステータ11を有している。なお、モータ1の積厚は、Lstkである。すなわち、図1の紙面奥行き方向のモータ1の長さが、Lstkである。また、ロータ10とステータ11との間には、長さLのエアギャップ17がある。ロータ10には、マグネットが設けられている。具体的には、ロータ10のロータヨーク12の外周上に、N極の永久磁石13とS極の永久磁石13が交互に配置されている。以下、永久磁石13と永久磁石13をまとめて、マグネット13と称す。なお、マグネット13の厚さ(径方向の長さ)は、Lpmである。また、ロータ軸径は、Drsである(すなわち、回転中心からロータヨーク12までの長さは、Drs/2である)。 The motor 1 includes a rotor 10 having a diameter D r (that is, a radius D r / 2) and a stator 11 having a diameter D s (that is, a radius D s / 2). The thickness of the motor 1 is L stk . That is, the length of the motor 1 in the depth direction of FIG. 1 is L stk . Between the rotor 10 and the stator 11, there is an air gap 17 of length L g. The rotor 10 is provided with a magnet. Specifically, N-pole permanent magnets 13 N and S-pole permanent magnets 13 S are alternately arranged on the outer periphery of the rotor yoke 12 of the rotor 10. Hereinafter, the permanent magnet 13 N and the permanent magnet 13 S are collectively referred to as a magnet 13. The thickness of the magnet 13 (the length in the radial direction) is L pm . The rotor shaft diameter is D rs (that is, the length from the rotation center to the rotor yoke 12 is D rs / 2).

ロータ10の外側に配置されたステータ11は、複数のティース14を有している。より詳細には、ティース14は、ステータ11の外周を構成するステータヨーク15から内側(すなわちロータ10側)に突出して形成される。ここで、ステータヨーク15の厚さ(径方向の長さ)は、Lsyである。また、ティース14の長さ(ステータヨーク15からロータ10に向けて突出した部分の長さ)は、Lである。ティース14は、ステータ11の周方向に等間隔に設けられている。このティース14には、巻線(図示せず)が巻回される。なお、ティース14への巻線の巻き方は、例えば集中巻きであるが、分布巻きであってもよい。また、隣り合うティース14によりスロット16が形成される。モータ1には、所定数のスロット16が形成される。ここで、この所定数をNとする。すなわち、モータ1のスロット16の総数は、Nである。したがって、モータ1のティース14の総数もNである。 The stator 11 disposed outside the rotor 10 has a plurality of teeth 14. More specifically, the teeth 14 are formed so as to protrude inwardly (that is, the rotor 10 side) from the stator yoke 15 that constitutes the outer periphery of the stator 11. Here, the thickness (the length in the radial direction) of the stator yoke 15 is L sy . The length of the teeth 14 (the length of the portion projecting toward the stator yoke 15 on the rotor 10) is L t. The teeth 14 are provided at equal intervals in the circumferential direction of the stator 11. A winding (not shown) is wound around the tooth 14. In addition, although the winding method of the winding to the teeth 14 is concentrated winding, for example, distributed winding may be sufficient. Further, a slot 16 is formed by adjacent teeth 14. A predetermined number of slots 16 are formed in the motor 1. Here, the predetermined number and N s. That is, the total number of slots 16 of the motor 1 is N s. Therefore, the total number of teeth 14 of the motor 1 is also N s.

また、モータ1のティース角をθとし、モータ1のスロット角をθとする。ここで、ティース角とは、1つのティース14の周方向の幅の大きさに対応する中心角である。また、スロット角とは、1つのスロット16の周方向の幅の大きさに対応する中心角である。なお、ティース14及びスロット16の周方向の幅は、例えば、図1に示すようにステータヨーク15の内周の位置を基準とするが、より内側の位置における周方向の幅を用いてティース角及びスロット角が定義されてもよい。また、ティース角は、ロータ10の回転中心から見てステータ11のティース14が占める角度範囲ということもできる。同様に、スロット角は、ロータ10の回転中心から見てステータ11のスロット16が占める角度範囲ということもできる。 Further, the tooth angle of the motor 1 and theta t, the slot angle of the motor 1 and theta s. Here, the teeth angle is a central angle corresponding to the circumferential width of one tooth 14. The slot angle is a central angle corresponding to the width of one slot 16 in the circumferential direction. The circumferential widths of the teeth 14 and the slots 16 are based on, for example, the position of the inner circumference of the stator yoke 15 as shown in FIG. 1, but the teeth angle is determined by using the circumferential width at a more inner position. And a slot angle may be defined. Further, the teeth angle can be said to be an angle range occupied by the teeth 14 of the stator 11 when viewed from the rotation center of the rotor 10. Similarly, the slot angle can be said to be an angle range occupied by the slot 16 of the stator 11 when viewed from the rotation center of the rotor 10.

ここで、スロット16の総数N、ティース角θ、及びスロット角θは、それらの定義から下記の式(1)を満たす。ここで、Nは予め定められた値であり、θ及びθは、本実施の形態における製造方法で値が決定されるパラメータである。 Here, the total number N s of the slots 16, the tooth angle θ t , and the slot angle θ s satisfy the following formula (1) from their definitions. Here, N s is a predetermined value, and θ t and θ s are parameters whose values are determined by the manufacturing method in the present embodiment.

Figure 0006573649
Figure 0006573649

本実施の形態にかかるモータの製造方法では、モータの構成を定める寸法のうちティース角θ及びスロット角θに依存しない部分の寸法が予め定められているモータ1において、漏れ磁束を抑制できる適切なティース角θを決定する。これにより、ティース角θ及びスロット角θに依存しない部分の寸法が予め定められているモータ1において、高トルクを実現する。 In the motor manufacturing method according to the present embodiment, the leakage magnetic flux can be suppressed in the motor 1 in which the dimensions of the dimensions that determine the configuration of the motor do not depend on the teeth angle θ t and the slot angle θ s are determined in advance. An appropriate teeth angle θ t is determined. As a result, high torque is realized in the motor 1 in which the dimensions of the portions that do not depend on the teeth angle θ t and the slot angle θ s are predetermined.

図2は、本実施の形態にかかるモータの製造方法の流れを示すフローチャートである。本製造方法では、まず、ステップ100(S100)において、スロット16に流れる磁束を回路の要素として含む磁気回路モデルを作成する。図3は、図2に示すステップ100で作成される磁気回路モデルの一例を示す模式図である。上述の通り、ステップ100でスロット16に流れる磁束を回路の要素として含む磁気回路モデルが作成される。つまり、図3に示すように、スロット16を周方向に横断する磁束を磁気回路モデルにおいて考慮するべく、スロット16を周方向に横断する磁束の経路を磁気回路モデルにおいて設定する。そして、当該経路における磁気抵抗Rslotを磁気回路モデルにおいて設定する。つまり、磁気抵抗Rslotは、スロット16の磁気抵抗であり、より詳細には、スロット16を周方向に流れる磁束に対する磁気抵抗である。これにより、磁気回路モデルは、スロット16に漏れる漏れ磁束を考慮したモデルとなる。 FIG. 2 is a flowchart showing the flow of the motor manufacturing method according to the present embodiment. In this manufacturing method, first, in step 100 (S100), a magnetic circuit model including the magnetic flux flowing in the slot 16 as a circuit element is created. FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a magnetic circuit model created in step 100 shown in FIG. As described above, a magnetic circuit model including the magnetic flux flowing in the slot 16 as a circuit element in step 100 is created. That is, as shown in FIG. 3, in order to consider the magnetic flux traversing the slot 16 in the circumferential direction in the magnetic circuit model, the path of the magnetic flux traversing the slot 16 in the circumferential direction is set in the magnetic circuit model. Then, the magnetic resistance R slot in the path is set in the magnetic circuit model. That is, the magnetic resistance R slot is the magnetic resistance of the slot 16, and more specifically, is the magnetic resistance with respect to the magnetic flux flowing through the slot 16 in the circumferential direction. Thereby, the magnetic circuit model becomes a model in consideration of the leakage magnetic flux leaking into the slot 16.

また、図3に示した磁気回路モデルでは、磁気抵抗Rslot以外に、磁気抵抗R、Rsy、R、Rpm、Rryと、起磁力λni、λpmが設定されている。ここで、磁気抵抗Rは、ティース14の磁気抵抗であり、より詳細には、ティース14を径方向に流れる磁束に対する磁気抵抗である。磁気抵抗Rsyは、ステータヨーク15の磁気抵抗であり、より詳細には、ステータヨーク15のうち1つのスロット16に対応する部分を周方向に流れる磁束に対する磁気抵抗である。磁気抵抗Rは、エアギャップ17の磁気抵抗であり、より詳細には、エアギャップ17を径方向に流れる磁束に対する磁気抵抗である。磁気抵抗Rpmは、マグネット13の磁気抵抗であり、より詳細には、マグネット13を径方向に流れる磁束に対する磁気抵抗である。磁気抵抗Rryは、ロータヨーク12の磁気抵抗であり、より詳細には、ロータヨーク12のうち1つのスロット16に対応する部分を周方向に流れる磁束に対する磁気抵抗である。また、起磁力λniは、巻線に電流が流れることにより発生する起磁力であり、巻線の巻き数nと電流iから算出可能である。起磁力λpmは、マグネット13(永久磁石13又は永久磁石13)による起磁力であり、マグネット13の磁力により定まる。 In the magnetic circuit model shown in FIG. 3, in addition to the magnetic resistance R slot , magnetic resistances R t , R sy , R g , R pm , R ry and magnetomotive forces λ ni , λ pm are set. Here, the magnetic resistance Rt is the magnetic resistance of the tooth 14, and more specifically, the magnetic resistance with respect to the magnetic flux flowing in the radial direction through the tooth 14. The magnetic resistance R sy is the magnetic resistance of the stator yoke 15, and more specifically, is the magnetic resistance against the magnetic flux flowing in the circumferential direction in the portion corresponding to one slot 16 of the stator yoke 15. The magnetic resistance Rg is the magnetic resistance of the air gap 17, and more specifically, is the magnetic resistance with respect to the magnetic flux that flows through the air gap 17 in the radial direction. The magnetic resistance R pm is the magnetic resistance of the magnet 13, and more specifically, is the magnetic resistance against the magnetic flux that flows through the magnet 13 in the radial direction. The magnetic resistance R ry is the magnetic resistance of the rotor yoke 12, and more specifically, is the magnetic resistance against the magnetic flux flowing in the circumferential direction through the portion corresponding to one slot 16 of the rotor yoke 12. Further, the magnetomotive force λ ni is a magnetomotive force generated when a current flows through the winding, and can be calculated from the number n of windings and the current i. The magnetomotive force λ pm is a magnetomotive force generated by the magnet 13 (permanent magnet 13 N or permanent magnet 13 S ), and is determined by the magnetic force of the magnet 13.

図3に示した磁気回路モデルでは、起磁力λni、磁気抵抗Rsy、R、Rslotにより構成される閉回路と、起磁力λpm、磁気抵抗Rpm、R、Rslot、Rryにより構成される閉回路とが形成されている。なお、図3では、2つのスロットについてのみ磁気回路モデルを図示しているが、全てのスロットに対し、上述の2つの閉回路を設定することができる。 In the magnetic circuit model shown in FIG. 3, a closed circuit including a magnetomotive force λ ni and magnetoresistances R sy , R t , and R slot , a magnetomotive force λ pm , magnetic resistances R pm , R g , R slot , R a closed circuit constituted by ry is formed. In FIG. 3, the magnetic circuit model is shown only for two slots, but the above-described two closed circuits can be set for all slots.

ここで、磁気抵抗は一般的に下記の式(2)により算出できる。なお、式(2)において、Rは磁気抵抗、lは磁路長、Sは磁路断面積、μは透磁率である。透磁率は、媒体によって異なり、例えば、空気の場合は、μ=μ=4π×10−7であり、鉄の場合は、μ=μ×10=4π×10−4であり、磁石の場合は、μ=μ×1.05=4.2π×10−7である。 Here, the magnetoresistance can be generally calculated by the following equation (2). In equation (2), R is the magnetic resistance, l is the magnetic path length, S is the magnetic path cross-sectional area, and μ is the magnetic permeability. The magnetic permeability varies depending on the medium. For example, in the case of air, μ = μ 0 = 4π × 10 −7 , and in the case of iron, μ = μ 0 × 10 3 = 4π × 10 −4. In this case, μ = μ 0 × 1.05 = 4.2π × 10 −7 .

Figure 0006573649
Figure 0006573649

式(2)からわかるように、磁気抵抗はモータ1の各部の寸法に応じて決定される。このため、ステップ100で作成された磁気回路モデルに設定された磁気抵抗は、ティース角θの関数となる。すなわち、ステップ100では、ティース角θの関数として表された磁気抵抗を用いて規定された磁気回路モデルを作成する。 As can be seen from Equation (2), the magnetic resistance is determined according to the dimensions of each part of the motor 1. Therefore, magnetic resistance set in the magnetic circuit model generated in step 100 is a function of the tooth angle theta t. That is, in step 100, creates a magnetic circuit model which is defined using a magnetoresistive expressed as a function of the tooth angle theta t.

図2に戻り、フローチャートの続きを説明する。ステップ100の後、ステップ101(S101)において、磁気回路モデルにおける磁束を算出する。上述の通り、ステップ100で作成された磁気回路モデルにおける磁気抵抗は、ティース角θの関数であるため、算出される磁束もティース角θの関数として表すことができる。ステップ101では、具体的には、磁気回路モデルにおけるティース磁束とスロット磁束を算出する。なお、ティース磁束は、磁気回路モデルにおいて、ティース14に流れる磁束をいう。また、スロット磁束は、磁気回路モデルにおいて、スロット16に流れる磁束をいう。すなわち、スロット磁束は、漏れ磁束である。ステップ101では、ティース磁束又はスロット磁束のいずれか一方のみを算出してもよい。 Returning to FIG. 2, the continuation of the flowchart will be described. After step 100, in step 101 (S101), the magnetic flux in the magnetic circuit model is calculated. As described above, since the magnetic resistance in the magnetic circuit model created in step 100 is a function of the tooth angle θ t , the calculated magnetic flux can also be expressed as a function of the tooth angle θ t . In step 101, specifically, the tooth magnetic flux and the slot magnetic flux in the magnetic circuit model are calculated. The teeth magnetic flux refers to the magnetic flux flowing through the teeth 14 in the magnetic circuit model. The slot magnetic flux refers to a magnetic flux flowing through the slot 16 in the magnetic circuit model. That is, the slot magnetic flux is a leakage magnetic flux. In step 101, only one of the tooth magnetic flux and the slot magnetic flux may be calculated.

ステップ101の後、ステップ102(S102)において、ステップ101で算出した磁束に基づいて、モータ1のティース角θを決定する。すなわち、ティース角θの具体的な値を決定する。ステップ102では、例えば、ステップ101で算出したスロット磁束及びティース磁束に基づいて、モータ1のティース角を決定する。例えば、ティース磁束の最大値を基準とした、スロット磁束の大きさに基づいて、モータ1のティース角を決定する。具体的には、例えば、ティース磁束の最大値に対するスロット磁束の比率が所定の範囲内となるティース角をモータ1のティース角として決定する。ここで、ティース磁束の最大値とは、ティース角θの関数として表されるティース磁束の最大値である。また、ここで言うスロット磁束の大きさとは、ティース角θの関数として表されるスロット磁束の大きさである。すなわち、下記の式(3)で表される評価値Eに基づいてティース角θの値が決定されてもよい。なお、式(3)において、φt_maxはティース磁束の最大値であり、φはスロット磁束である。 After step 101, in step 102 (S102), based on the flux calculated in step 101, to determine the tooth angle theta t of the motor 1. That is, to determine the specific values of the tooth angle theta t. In step 102, for example, the tooth angle of the motor 1 is determined based on the slot magnetic flux and the tooth magnetic flux calculated in step 101. For example, the teeth angle of the motor 1 is determined based on the magnitude of the slot magnetic flux with the maximum value of the tooth magnetic flux as a reference. Specifically, for example, the tooth angle at which the ratio of the slot magnetic flux to the maximum value of the tooth magnetic flux is within a predetermined range is determined as the tooth angle of the motor 1. Here, the maximum value of the tooth flux is the maximum value of the tooth flux expressed as a function of the tooth angle theta t. Further, the size of the slot flux referred to here is the size of the slot flux expressed as a function of the tooth angle theta t. That may be determined the value of the tooth angle theta t based on the evaluation value E of the following formula (3). In Expression (3), φ t_max is the maximum value of the teeth magnetic flux, and φ s is the slot magnetic flux.

Figure 0006573649
Figure 0006573649

図4は、モータ1の磁気回路モデルから算出されたティース磁束φとスロット磁束φ(すなわち、漏れ磁束)のティース角θに対する変化を示すグラフである。より詳細には、図4のグラフは、ティース角θを、式(1)の関係を満たす範囲で変化させたときのティース磁束φとスロット磁束φを示すグラフである。なお、図4において、破線のグラフがティース磁束φを表し、実線のグラフがスロット磁束φを表す。ステップ102では、例えば、θt1からθt2の範囲のいずれかの値をティース角θの値として決定する。ここで、θt1及びθt2は、評価値Eが予め定められた第1の値から第2の値の範囲に収まるようなティース角の範囲の下限と上限を示している。 FIG. 4 is a graph showing changes of the teeth magnetic flux φ t and the slot magnetic flux φ s (that is, leakage magnetic flux) calculated from the magnetic circuit model of the motor 1 with respect to the tooth angle θ t . More specifically, the graph of FIG. 4 is a graph showing the teeth magnetic flux φ t and the slot magnetic flux φ s when the tooth angle θ t is changed within a range satisfying the relationship of the expression (1). In FIG. 4, the broken line graph represents the teeth magnetic flux φ t and the solid line graph represents the slot magnetic flux φ s . In step 102, for example, any value in the range of θ t1 to θ t2 is determined as the value of the teeth angle θ t . Here, θ t1 and θ t2 indicate the lower limit and the upper limit of the range of the tooth angle such that the evaluation value E falls within a predetermined range from the first value to the second value.

ここで、第1の値は、例えば5%であり、第2の値は20%である。すなわち、評価値Eの値が5%から20%の範囲に収まるティース角をモータ1のティース角とすることで、他のティース角を採用する場合に比べ、漏れ磁束を抑制しつつ、ティースに流れる磁束を増やすことができる。すなわち、そのようなティース角を採用することにより、高トルクを発生させることができる高効率なモータ1を実現することができる。   Here, the first value is, for example, 5%, and the second value is 20%. In other words, by setting the teeth angle within which the evaluation value E falls within the range of 5% to 20% as the teeth angle of the motor 1, compared to the case where other teeth angles are employed, the leakage flux is suppressed and the teeth are The flowing magnetic flux can be increased. That is, by adopting such a teeth angle, it is possible to realize a highly efficient motor 1 that can generate a high torque.

換言すると、所定のティース角でティースが設けられたモータ1において、スロット16に流れる磁束を回路の要素として含む磁気回路モデルに基づいて算出された評価値Eが5%以上かつ20%以下である場合、高トルクを発生させることができる高効率なモータ1を実現する設計が行われているといえる。   In other words, in the motor 1 provided with teeth at a predetermined tooth angle, the evaluation value E calculated based on the magnetic circuit model including the magnetic flux flowing in the slot 16 as a circuit element is 5% or more and 20% or less. In this case, it can be said that the design for realizing the high-efficiency motor 1 capable of generating a high torque is performed.

なお、上記決定方法に限らず、他の方法によりティース角θの値が決定されてもよい。例えば、ステップ102では、ティース磁束が最大となるティース角をモータ1のティース角として決定してもよい。この場合、ステップ101において、スロット磁束が算出されなくてもよい。 Note that the value of the teeth angle θ t may be determined by other methods without being limited to the above determination method. For example, in step 102, the tooth angle at which the teeth magnetic flux is maximized may be determined as the tooth angle of the motor 1. In this case, in step 101, the slot magnetic flux does not have to be calculated.

換言すると、所定のティース角でティースが設けられたモータ1において、この所定のティース角が、スロット16に流れる磁束を回路の要素として含む磁気回路モデルにおいてティース角を変数として算出されるティース磁束が最大となるティース角である場合、高トルクを発生させることができる高効率なモータ1を実現する設計が行われているといえる。   In other words, in the motor 1 in which the teeth are provided at a predetermined tooth angle, the predetermined tooth angle is a tooth magnetic flux calculated using the tooth angle as a variable in a magnetic circuit model including the magnetic flux flowing in the slot 16 as a circuit element. In the case of the maximum teeth angle, it can be said that the design for realizing the highly efficient motor 1 capable of generating high torque is being performed.

次に、具体例を用いて、本実施の形態にかかるモータの製造方法について説明する。ここでは、一例として、4極6スロットのモータ1を例に説明する。すなわち、4つのマグネット13(2つの永久磁石13と2つの永久磁石13)と6つのスロット16を備えるモータ1を例に説明する。 Next, a method for manufacturing the motor according to the present embodiment will be described using a specific example. Here, as an example, a 4-pole 6-slot motor 1 will be described as an example. That is, the motor 1 including four magnets 13 (two permanent magnets 13N and two permanent magnets 13S ) and six slots 16 will be described as an example.

図5は、4極6スロットのモータ1に対して作成した磁気回路モデルを示す模式図である。4極6スロットのモータ1の場合、例えば、図5に示すように各スロット16に対し2つの閉回路を考えることができ、合計12の閉回路からなる磁気回路モデルを作成することができる。   FIG. 5 is a schematic diagram showing a magnetic circuit model created for the motor 1 having 4 poles and 6 slots. In the case of the 4-pole 6-slot motor 1, for example, two closed circuits can be considered for each slot 16 as shown in FIG. 5, and a magnetic circuit model composed of a total of 12 closed circuits can be created.

ここで、磁気抵抗Rpmは、上記式(2)より、以下の式(4)のように表される。なお、式(4)において、マグネット13の透磁率はμmagで表されている。 Here, the magnetic resistance R pm is expressed by the following equation (4) from the above equation (2). In Equation (4), the permeability of the magnet 13 is expressed in μ mag .

Figure 0006573649
Figure 0006573649

また、磁気抵抗Rは、上記式(2)より、以下の式(5)のように表される。なお、式(5)において、エアギャップ17の透磁率は、空気の透磁率μairで表されている。 Further, the magnetic resistance Rg is expressed by the following equation (5) from the above equation (2). In the equation (5), the magnetic permeability of the air gap 17 is represented by air permeability μ air .

Figure 0006573649
Figure 0006573649

また、磁気抵抗Rryは、上記式(2)より、以下の式(6)のように表される。なお、式(6)において、ロータヨーク12の透磁率は、鉄の透磁率μironで表されている。 Further, the magnetic resistance R ry is expressed by the following equation (6) from the above equation (2). In Equation (6), the magnetic permeability of the rotor yoke 12 is expressed by the magnetic permeability μ iron of iron .

Figure 0006573649
Figure 0006573649

また、磁気抵抗Rslotは、上記式(2)より、以下の式(7)のように表される。なお、式(7)において、スロット16の透磁率は、空気の透磁率μairで表されている。 Further, the magnetic resistance R slot is expressed by the following equation (7) from the above equation (2). In equation (7), the magnetic permeability of the slot 16 is expressed by air permeability μ air .

Figure 0006573649
Figure 0006573649

また、磁気抵抗Rは、上記式(2)より、以下の式(8)のように表される。なお、式(8)において、ティース14の透磁率は、鉄の透磁率μironで表されている。 Further, the magnetic resistance R t is expressed by the following equation (8) from the above equation (2). In Formula (8), the magnetic permeability of the teeth 14 is expressed by the magnetic permeability μ iron of iron .

Figure 0006573649
Figure 0006573649

また、磁気抵抗Rsyは、上記式(2)より、以下の式(9)のように表される。なお、式(9)において、ステータヨーク15の透磁率は、鉄の透磁率μironで表されている。 Further, the magnetic resistance R sy is expressed by the following formula (9) from the above formula (2). In the equation (9), the magnetic permeability of the stator yoke 15 is expressed by the magnetic permeability μ iron of iron .

Figure 0006573649
Figure 0006573649

以上示したとおり、磁気回路モデルにおける各磁気抵抗は、ティース角θの関数として表すことができる。なお、上記の式において、磁気抵抗Rry、Rsyは、式の中にθが明示されていないが、式(1)から、これらの磁気抵抗についてもティース角θの関数であることがわかる。 As indicated above, each of the magnetic resistance in the magnetic circuit model can be expressed as a function of the tooth angle theta t. In the above formulas, it reluctance R ry, R sy is theta t in the expression is not specified, from equation (1), which is a function of the tooth angle theta t also these magnetoresistive I understand.

上述のステップ101では、作成した磁気回路モデルに基づいて、以下の式(10)で示される閉回路方程式を解く。   In step 101 described above, a closed circuit equation represented by the following equation (10) is solved based on the created magnetic circuit model.

Figure 0006573649
Figure 0006573649

ここで、Jは、以下の式(11)で表される磁束行ベクトルである。なお、各要素JからJ12は、図6に示すように、磁気回路モデルの各閉回路の磁束を示す。 Here, J is a magnetic flux row vector represented by the following equation (11). Incidentally, J 12 from each element J 1, as shown in FIG. 6 shows the magnetic flux of the closed circuit of the magnetic circuit model.

Figure 0006573649
Figure 0006573649

また、式(10)におけるAは、磁気抵抗行列であり、具体的には、図7に示すとおりである。また、式(10)におけるλは、以下の式(12)で表される起磁力行ベクトルである。なお、各要素λからλ12は、図6に示した各磁束JからJ12に対応する各閉回路における起磁力である。上述の通り、起磁力λni、λpmは、いずれも既知の値であるため、各要素λからλ12は既知である。 A in equation (10) is a magnetoresistive matrix, specifically as shown in FIG. In Equation (10), λ is a magnetomotive force row vector expressed by Equation (12) below. Each element λ 1 to λ 12 is a magnetomotive force in each closed circuit corresponding to each magnetic flux J 1 to J 12 shown in FIG. As described above, since the magnetomotive forces λ ni and λ pm are known values, the elements λ 1 to λ 12 are known.

Figure 0006573649
Figure 0006573649

なお、上述したJ、A、λは、モータ1が図5に示すような4極6スロットのモータである場合の例であり、極数及びスロット数により、J、A、λの具体的な要素が変わることは言うまでもない。   Note that J, A, and λ described above are examples in which the motor 1 is a 4-pole 6-slot motor as shown in FIG. 5. It goes without saying that the elements change.

ステップ101では、式(10)で示される閉回路方程式を解いて、ティース磁束φ、スロット磁束φを算出する。なお、図8は、図5に示すVIII部分の拡大図であり、ティース磁束φ、スロット磁束φ、及びエアギャップ磁束φを図示している。エアギャップ磁束φは、磁気回路モデルにおいて、エアギャップ17を流れる磁束である。なお、これらの磁束は、下記の式(13)を満たす。 In step 101, the closed circuit equation represented by the equation (10) is solved to calculate the teeth magnetic flux φ t and the slot magnetic flux φ s . FIG. 8 is an enlarged view of a portion VIII shown in FIG. 5 and illustrates the teeth magnetic flux φ t , the slot magnetic flux φ s , and the air gap magnetic flux φ g . Air gap flux phi g, in a magnetic circuit model, a magnetic flux flowing through the air gap 17. These magnetic fluxes satisfy the following formula (13).

Figure 0006573649
Figure 0006573649

ステップ102では、閉回路方程式を解くことにより得られたティース磁束φ、スロット磁束φに基づいて、例えば、評価値Eを算出して、適切なティース角の値を決定する。これにより、モータ1の漏れ磁束の量を抑制しつつ鎖交磁束の量を向上することができる。 In step 102, for example, an evaluation value E is calculated based on the teeth magnetic flux φ t and the slot magnetic flux φ s obtained by solving the closed circuit equation, and an appropriate tooth angle value is determined. Thereby, the amount of flux linkage can be improved while suppressing the amount of leakage flux of the motor 1.

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.

1 モータ
10 ロータ
11 ステータ
12 ロータヨーク
13 マグネット
14 ティース
15 ステータヨーク
16 スロット
17 エアギャップ
1 Motor 10 Rotor 11 Stator 12 Rotor Yoke 13 Magnet 14 Teeth 15 Stator Yoke 16 Slot 17 Air Gap

Claims (7)

巻線が巻回される複数のティースを備えたステータと、マグネットを有するロータとを有するモータの製造方法であって、
隣り合う前記ティースにより形成されるスロットに流れる磁束を回路の要素として含む磁気回路モデルを作成し、
前記磁気回路モデルにおける磁束を算出し、
算出した前記磁束に基づいて、前記モータのティース角を決定し、
前記ティース角は、前記ティースの付け根部分の周方向の幅により規定される角度であり、
前記磁気回路モデルは、前記ティース角の関数として表された磁気抵抗を用いて規定されている
モータの製造方法。
A method of manufacturing a motor having a stator having a plurality of teeth around which a winding is wound, and a rotor having a magnet,
Create a magnetic circuit model that includes the magnetic flux flowing in the slot formed by the adjacent teeth as a circuit element,
Calculate the magnetic flux in the magnetic circuit model,
Based on the calculated magnetic flux, determine the teeth angle of the motor ,
The teeth angle is an angle defined by the circumferential width of the base portion of the teeth,
The method of manufacturing a motor, wherein the magnetic circuit model is defined using a magnetic resistance expressed as a function of the teeth angle .
前記磁気回路モデルにおけるスロット磁束とティース磁束を算出し、
算出した前記スロット磁束及び前記ティース磁束に基づいて、前記モータのティース角を決定する
請求項1に記載のモータの製造方法。
Calculate slot magnetic flux and teeth magnetic flux in the magnetic circuit model,
The motor manufacturing method according to claim 1, wherein a tooth angle of the motor is determined based on the calculated slot magnetic flux and the tooth magnetic flux.
前記ティース磁束の最大値を基準とした、前記スロット磁束の大きさに基づいて、前記モータのティース角を決定する
請求項2に記載のモータの製造方法。
The motor manufacturing method according to claim 2, wherein a tooth angle of the motor is determined based on a magnitude of the slot magnetic flux with respect to a maximum value of the teeth magnetic flux.
前記ティース磁束の最大値に対する前記スロット磁束の比率が所定の範囲内となるティース角を前記モータのティース角として決定する
請求項3に記載のモータの製造方法。
The method of manufacturing a motor according to claim 3, wherein a tooth angle at which a ratio of the slot magnetic flux to a maximum value of the tooth magnetic flux is within a predetermined range is determined as a tooth angle of the motor.
前記磁気回路モデルにおけるティース磁束を算出し、
算出される前記ティース磁束が最大となるティース角を前記モータのティース角として決定する
請求項1に記載のモータの製造方法。
Calculate the tooth magnetic flux in the magnetic circuit model,
The method of manufacturing a motor according to claim 1, wherein a tooth angle at which the calculated tooth magnetic flux is maximized is determined as a tooth angle of the motor.
巻線が巻回される複数のティースを備えたステータと、
マグネットを有するロータと
を有し、
前記ティースは、所定のティース角で設けられており、
前記所定のティース角は、ティース磁束の最大値に対する、スロット磁束の比率が5%以上かつ20%以下となるティース角であり、
前記ティース磁束は、隣り合う前記ティースにより形成されるスロットに流れる磁束を回路の要素として含む磁気回路モデルにおいてティース角を変数として算出される磁束であり、
前記スロット磁束は、前記磁気回路モデルにおいてティース角を変数として算出される磁束であり、
前記ティース角は、前記ティースの付け根部分の周方向の幅により規定される角度であり、
前記磁気回路モデルは、前記ティース角の関数として表された磁気抵抗を用いて規定されている
モータ。
A stator having a plurality of teeth around which windings are wound;
A rotor having a magnet, and
The teeth are provided at a predetermined teeth angle,
The predetermined tooth angle, with respect to the maximum value of the tooth flux, a tooth angle ratio of the slot magnetic flux becomes 5% or more and 20% or less,
The teeth magnetic flux is a magnetic flux calculated by using a tooth angle as a variable in a magnetic circuit model including a magnetic flux flowing in a slot formed by the adjacent teeth as a circuit element,
Said slot flux, Ri flux der calculated the tooth angle as a variable in the magnetic circuit model,
The teeth angle is an angle defined by the circumferential width of the base portion of the teeth,
The magnetic circuit model is a motor defined using a magnetic resistance expressed as a function of the teeth angle .
巻線が巻回される複数のティースを備えたステータと、
マグネットを有するロータと
を有し、
前記ティースは、所定のティース角で設けられており、
前記所定のティース角は、隣り合う前記ティースにより形成されるスロットに流れる磁束を回路の要素として含む磁気回路モデルにおいてティース角を変数として算出されるティース磁束が最大となるティース角であり、
前記ティース角は、前記ティースの付け根部分の周方向の幅により規定される角度であり、
前記磁気回路モデルは、前記ティース角の関数として表された磁気抵抗を用いて規定されている
モータ。
A stator having a plurality of teeth around which windings are wound;
A rotor having a magnet, and
The teeth are provided at a predetermined teeth angle,
The predetermined tooth angle, Ri tooth angle der the tooth flux is maximum calculated teeth angle as a variable in the magnetic circuit model including a magnetic flux flowing in is formed by the teeth adjacent slots as an element of the circuit,
The teeth angle is an angle defined by the circumferential width of the base portion of the teeth,
The magnetic circuit model is a motor defined using a magnetic resistance expressed as a function of the teeth angle .
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